CN103759905A

CN103759905A - 一种用于在低温下对分置式杜瓦焊缝加压检漏的装置

Info

Publication number: CN103759905A
Application number: CN201410021015.6A
Authority: CN
Inventors: 张珏颖; 王小坤; 沈一璋; 曾智江
Original assignee: Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Priority date: 2014-01-17
Filing date: 2014-01-17
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2034-01-17
Also published as: CN103759905B

Abstract

本发明公开了一种用于在低温下对分置式杜瓦焊缝加压检漏的装置，它适用于检查分置式杜瓦冷平台与芯柱之间焊缝的焊接质量。本发明的检漏装置包括冷指、盖帽、直角铜管、冷帽、弹簧、冷链座、螺母、螺栓、O型圈、铜管、充气接头、充气活塞。将已装配好冷链座、弹簧、冷帽的冷指插入焊好冷平台的芯柱内，弹簧被压缩产生弹力，将冷帽顶在冷平台上。将抽好真空的检漏装置接入氦质谱检漏仪，向冷指内倒入液氮，使冷平台通过冷链座与冷帽冷到所需的温度。当液氮快蒸发完毕时，冲入氦气至冷指与芯柱形成的密闭腔体中，观察漏率。本发明可模拟分置式红外探测器组件杜瓦的工作状态，预先检测出分置式红外探测器组件杜瓦是否会发生“冷漏”现象。

Description

一种用于在低温下对分置式杜瓦焊缝加压检漏的装置

技术领域

本发明涉及杜瓦检漏装置，具体指一种用于在低温下时分置式杜瓦焊缝加压检漏的装置，它适用于检查分置式杜瓦冷平台与芯柱之间焊缝的焊接质量。

背景技术

红外探测器杜瓦组件在航天航空红外领域有着广泛的应用。随着波长向长波扩展和探测灵敏度的提高，红外探测器必须在深低温下才能工作。由于机械制冷具有结构紧凑、体积小、重量轻、制冷时间短、制冷温度可调范围大等优点，目前该类探测器件在应用中多采用机械制冷方式。斯特林制冷机是常选的机械制冷方式之一。当制冷机与红外探测器杜瓦组件耦合后，红外探测器杜瓦组件冷平台受力，并且在低温下，冷平台与芯柱焊接处可能发生“冷漏”现象。即在常温常压状态下检不出的漏孔，在低温受压状态下却显示出来，而且要比常温下的漏率大好几倍，甚至几个数量级。如美国NASA航天飞机燃料输送管线在常温状态下并没有检出漏来，而在低温状态下，泄露却显示出来，而这种泄露造成了爆炸环境，使航天飞机不得不推迟发射。“冷漏”现象的原因是各种各样的，如（1）材料本身有缺陷，裂纹等；（2）焊接材料不匹配；（3）焊接质量不高，有夹杂现象；（4）焊缝强度不牢靠等；（5）焊接部位受力不均匀等。因此，在常温常压和非工作状态下检漏合格认为不漏的，并不等于在工作环境和工作状态下也不漏。综上所述，对分置式制冷型红外探测器杜瓦组件而言，实现工作状态下的检漏非常困难，但为了保证检漏结果的真实，必须要探索一种新方法来解决这一问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于在低温下时分置式杜瓦焊缝加压检漏的装置，可模拟红外探测器组件杜瓦的工作状态，预先检测出红外探测器组件杜瓦是否会发生“冷漏”现象。

本发明的目的是这样实现的：所述的一种用于在低温下时分置式杜瓦焊缝加压检漏装置如图1所示：包括冷指1、盖帽3、直角铜管4、冷帽6、弹簧7、冷链座8、螺母9、螺栓10、一号O型圈11、二号O型圈12及充气组件。充气组件包括铜管13、充气接头14、充气活塞15和三号0型圈16，如图2所示。

所述的冷指1材料选用柯伐。冷指1的中心有一中心内孔103，在冷指1的圆形底座上有4个均匀分布的通孔102，并在靠近冷指1的中心内孔103处有一直径为2.5mm～3mm的小通孔101。冷指1的底座外径为50mm～60mm，内径为9mm～9.5mm，厚度为3mm～4mm。通孔103处的外圆薄壁104的长度为60mm～70mm左右，壁厚为0.2mm～0.3mm，如图3所示。

所述的盖帽3的材料选用不锈钢。其圆柱面外边有一圆形凸边301，在圆形凸边301上有与冷指1上通孔102相同的4个均匀分布的通孔302。在盖帽3的圆柱面外边的中部有一直径为Φ6的用于安装直角铜管4的通孔303。在盖帽3的下端面中间有一条圆形凹槽304，槽深为1mm～1.2mm，槽宽为2mm～2.2mm。盖帽3的高度为h+3mm，h为冷平台5与芯柱2焊接成一体的总高度，如图4所示。

所述的直角铜管4的材料为无氧铜，其形状弯成L型。铜管的外径为6mm，长度为2（h+3）。如图4所示。

所述的冷帽6选用无氧铜材料，形状为圆柱形，在其中心有一个安放弹簧7的圆形盲孔601，冷帽6的上表面602的平面度优于0.05mm。冷帽6的外径为10mm～11mm，高度为5mm～5.6mm，圆形盲孔601的直径为9mm～9.3mm，深度为4mm～4.5mm，如图4所示。

所述的弹簧7采用碳素弹簧钢材料，它的两个圆柱端面的平行度优于0.05mm。由弹力公式：F=kx求的弹簧7的长度，其中，k为弹性系数，x为弹簧缩短的长度，F为需施加的压力。

所述的冷链座8的材料为无氧铜，其形状如凸台。上凸台801的中心有一个放置弹簧7的圆形盲孔802，圆形盲孔802的内径比弹簧7的外径大0.5mm～1mm，上凸台801的外径小于冷帽6的圆形盲孔601的内径0.02mm～0.06mm。冷链座8的下凸台803的中心有一个圆形盲孔804，孔径大于冷指1的外圆薄壁104，深度为2mm～2.2mm，下凸台803的外径与冷帽6的外径相同，如图3所示。

所述的铜管13的材料为无氧铜。其形状为阶梯轴状，即铜管3的上端与下端的外径小于其中部的外径0.5mm～0.6mm，上端1301与下端1302的外径为2.5mm～2.6mm，长度分别为3mm～4mm，铜管的总长为40mm～50mm，如图2所示。

所述的充气接头14的材料为不锈钢。其形状为圆柱体，外圆柱面有一圆形凹槽1403。圆柱内部有2个阶梯状的通孔，其中小孔1401的内径大于铜管13的上端1302的外径，大孔1402的内径为5mm～5.5mm，深度为8mm～8.5mm。充气接头的外径为8mm～9mm，长度为10mm～11mm，如图2所示。

所述的充气活塞15的材料为不锈钢。其形状如圆柱状，外圆柱面有2条圆形凹槽1502、1503，槽深为1mm～1.2mm，槽宽为2mm～2.1mm。在充气活塞15的上端面开有一M3的螺纹孔1501，孔深为4mm～4.5mm。充气活塞15的外径小于充气接头14的内孔1402的直径1mm～1.2mm，长度为16mm～16.2mm，如图2所示。

首先，将铜管13和充气接头14通过钎焊的方式焊在一起，再将套好三号O型圈16的充气活塞15塞入充气接头14，完成充气组件的装配，如图2所示。

先将冷指1和冷链座8通过钎焊的方式焊接成一体，再将如图2所示的充气组件锡焊在冷指1上。将涂抹好导热硅脂的弹簧7放入冷链座8的圆形盲孔802内，再将内外表面涂好导热硅脂的冷帽6盖在冷链座8上。然后把冷指1插入芯柱2内，两者通过二号O型圈12密封。将焊好直角铜管4的盖帽3盖在芯柱2上，通过一号O型圈11密封。盖帽3的四个通孔302分别与芯柱2的四个通孔201、冷指1的四个通孔106相对应，最后将4个螺栓10及4个螺母9分别拧入相对应的四个通孔中，以上就完成了一种用于在低温下时分置式杜瓦焊缝加压检漏装置，如图1所示。

检查芯柱2与冷平台5焊接形成的圆周焊缝时，弹簧7被压缩产生弹力，将冷帽6顶在冷平台5上。拔出充气活塞15，对冷指1与芯柱2形成的密闭腔体抽真空。抽真空完毕后，塞回充气活塞15。将已装配好的检漏装置倒置，并通过直角铜管4接入氦质谱检漏仪，抽真空。当漏率稳定在1.2×10^-11torr·l/s时，定时向冷指1倒入适量液氮，使冷平台5通过冷链座8与冷帽6冷到所需的温度。当液氮将要蒸发完毕的时候，拔出充气活塞15，冲入氦气至冷指1与芯柱2形成的密闭腔体中，观察氦质谱检漏仪的漏率是否会上升。这样就实现了在低温下分置式杜瓦焊缝的加压检漏。

本发明的实现方法如下：

1将冷指1、盖帽3、直角铜管4、冷帽6、弹簧7、冷链座8、铜管13、排气接头14、活塞15用丙酮、酒精、去离子水超声清洗干净后，放入烘箱烘干。

2将铜管13的上端1302焊在充气接头14的内孔1401内。把两根三号O型圈16分别套入活塞15的圆形凹槽1502、1503内，再将套好三号O型圈16的充气活塞15塞入充气接头14的内孔1402内，如图2所示。

3先将冷指1的外圆薄壁104的上端插入冷链座8的下凸台803的圆形盲孔804中，采用钎焊的方式焊接成一体。在将如图2所示的充气装置，通过铜管13的下端1301焊接在冷指1的内孔101中，如图3所示。将弹簧7放置在冷链座8的圆形盲孔802内，再将内外表面涂好导热硅脂的冷帽6盖在冷链座8的上凸台801上，如图3所示。

4将直角铜管4焊在盖帽3的内孔303内，再将一号O型圈11放入盖帽3的圆形凹槽304内。焊好直角铜管4的盖帽3与芯柱2通过一号O型圈11密封。盖帽3的四个通孔302分别与芯柱2的四个通孔201一一对应，如图4所示。

5将二号O型圈12放入芯柱2的圆形凹槽202内。再将如图3所示，已装配好的冷指1插入如图4所示的芯柱2内，弹簧7被压缩产生弹力，将冷帽6的上端面601顶在冷平台5的内端面501上。冷指1的四个通孔106与盖帽3的四个通孔302、芯柱2的四个通孔201一一对应。冷指1与芯柱2通过二号O型圈12密封。最后将4个螺栓10及4个螺母9分别拧入相对应的四个通孔中，如图1所示。

6拔出充气活塞15，对冷指1与芯柱2形成的密闭腔体抽真空。抽真空完毕后，将充气活塞15塞回充气接头14。

7如图1所示，将已装配好的用于在低温下时分置式杜瓦焊缝加压检漏装置接入氦质谱检漏仪，抽真空。当漏率稳定在1.2×10^-11torr·l/s时，每隔3分钟向冷指1的内壁103倒入适量液氮，使冷平台5通过冷链座8与冷帽6冷到所需的温度。当液氮将要蒸发完毕的时候，拔出充气活塞15，冲入氦气至冷指1与芯柱2形成的密闭腔体中。观察氦质谱检漏仪的漏率是否上升。

以上就实现了在低温下时分置式杜瓦焊缝的加压检漏。

本发明的优点是：

1本发明的结构简单，操作方便，成本低廉；

2本发明可模拟分置式红外探测器组件杜瓦的工作状态，预先检测出分置式红外探测器组件杜瓦是否会发生“冷漏”现象；

3本发明可通过改变弹簧的长度或使用不同弹簧系数的弹簧，调节冷平台所受压力的大小。

4兼容性好，应用于各种分置式红外探测器杜瓦组件。

附图说明

图1为一种用于在低温下时分置式杜瓦焊缝加压检漏装置总图；

图中：1—冷指；

2—芯柱；

3—盖帽；

4—直角铜管；

5—冷平台；

6—冷帽；

7—弹簧；

8—冷链座；

9—螺母；

10—螺栓；

11—一号O型圈；

12—二号O型圈；

13—铜管；

14—充气接头；

15—充气活塞；

16—三号O型圈；

图2为检漏装置中的充气组件装配图；

图中：13—铜管；

1301—下端；

1302—上端；

14—充气接头；

1401—小内孔；

1402—大内孔；

1403—外圆凹槽；

15—充气活塞；

1501—螺纹孔；

1502—圆形凹槽；

1503—圆形凹槽；

16—三号O型圈；

图3为检漏装置中的冷指装配图；

图中：1—冷指；

101—小通孔；

102—通孔；

103—中心内孔；

104—外圆薄壁；

6—冷帽；

601—圆形盲孔；

602—上端面；

7—弹簧；

8—冷链座；

801—上凸台；

802—圆形盲孔；

803—下凸台；

804—圆形盲孔；

图4为检漏装置中的盖帽装配图；

图中：2—芯柱；

201—圆形凹槽；

3—盖帽；

301—圆形凸边；

302—通孔；

303—通孔；

304—圆形凹槽；

4—直角铜管；

5—冷平台；

501—内端面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明：

实例是某航天项目用640×512红外探测器杜瓦组件结构。其装配结构如下：将已装配好冷链座、弹簧、冷帽的冷指插入焊好冷平台的芯柱内，弹簧被压缩产生弹力，将冷帽的上端面顶在冷平台的内端面上。将已装配完整，并抽好真空的检漏装置接在氦质谱检漏仪上。如图1所示。本发明的具体实施方式如下：

1.本发明中各零部件的制备的方法：

(a).所述的冷指1材料选用柯伐（4J29）。冷指1的中心有一中心内孔103，在冷指1的圆形底座上有4个均匀分布的通孔102，通孔102的直径为4.5mm。并在靠近冷指1的中心内孔103处有一直径为3mm的小通孔101。冷指1的底座外径为56mm，内径为8.7mm，厚度为3mm。通孔103处的外圆薄壁104的长度为62mm，壁厚为0.2mm，如图3所示。

(b).所述的盖帽3的材料选用不锈钢（304L）。其圆柱面外边有一圆形凸边301，外径为56mm，厚度为4mm。在圆形凸边301上有与冷指1上通孔102相同的4个均匀分布的通孔302，通孔302的直径为4.5mm。孔的位置和尺寸与冷指1的4个通孔102相对应，中心距为48.3mm。盖帽3的圆柱面外边的中部有一直径为Φ6的用于安装直角铜管4的通孔303。盖帽3的下端面中间有一条圆形凹槽304，内径为27mm，槽深为1mm，槽宽为2mm。盖帽3的内径为24mm，总高度为70mm，如图4所示。

(c).所述的直角铜管4的材料为无氧铜，其形状弯成L型。铜管的外径为6mm，总长度为140mm，如图4所示。

(d).所述的冷帽6选用无氧铜材料，形状为圆柱形，在其中心有一个安放弹簧7的圆形盲孔601，冷帽6的上表面602的平面度优于0.05mm。冷帽6的外径为10mm，高度为5mm，圆形盲孔601的直径为9mm，深度为4mm，如图4所示。

(e).所述的弹簧7采用碳素弹簧钢材料，它的两个圆柱端面的平行度优于0.05mm。弹簧7的外径为6mm，上下公差为0.1mm。弹簧7的弹性系数为k=10N/mm，F=30N/mm，由弹力公式：F=kx得x=3mm。其中x为弹簧缩短的长度。

(f).所述的冷链座8的材料为无氧铜，其形状如凸台状。上凸台801的中心有一个放置弹簧7的圆形盲孔802，圆形盲孔802的内径为7mm，深度为2mm。上凸台801的外径为9mm。冷链座8的下凸台803的中心有一个圆形盲孔804，内径为9mm，深度为1mm，下凸台803的外径为10mm。如图3所示。

(g).所述的铜管13的材料为无氧铜。其形状为阶梯轴状，即铜管3的上端与下端的外径为2.5mm，长度分别为3mm，铜管的总长为50mm，如图2所示。

(h).所述的充气接头14的材料为不锈钢(304L)。其形状为圆柱体，外圆柱面有一圆形凹槽1403。圆柱内部有2个阶梯状的通孔，其中小孔1401的内径为3mm，深度为3mm。大孔1402的内径为5mm，深度为8mm。充气接头的外径为8mm，长度为10mm，如图2所示。

(r).所述的充气活塞15的材料为不锈钢(304L)。其形状如圆柱状，外圆柱面有2条圆形凹槽1502、1503，槽深为1mm，槽宽为2mm。在充气活塞15的上端面开有一M3的螺纹孔1501，孔深为4mm。充气活塞15的外径小于充气接头14的内孔1402的直径1mm，充气活塞15的高度为16mm，如图2所示。

2.组装及连接步骤

（1）将冷指1、盖帽3、直角铜管4、冷帽6、弹簧7、冷链座8、铜管13、排气接头14、活塞15分别用丙酮、酒精、去离子水超声5分钟，清洗干净后，放入烘箱烘干。

（2）将铜管13放在铬酸里浸泡20分钟，拿棉花签把铜管内壁擦拭干净，再用酒精，去离子水分别超声5分钟，再将铜管13放入烘箱烘干后退火。

（3）将铜管13的上端1302插入充气接头14的内孔1401内，在焊接的部位填满焊料，放入高真空钎焊炉中，钎焊温度为1050℃。再把两根三号O型圈16分别套入活塞15的圆形凹槽1502、1503内，将套好三号O型圈16的充气活塞15塞入充气接头14的内孔1402内，如图2所示。

（4）冷指1与冷链座8采用钎焊的方式焊接成一体。将冷指1的外圆薄壁104的上端插入冷链座8的下凸台803的圆形盲孔804中，在焊接的部位填满焊料，放入高真空钎焊炉中，钎焊温度为1050℃。

（5）将如图2所示的充气装置，通过铜管13的下端1301，用锡焊接在冷指1的内孔101中，如图3所示。

（6）将导热硅脂涂抹在弹簧7上，用镊子将弹簧7放置在冷链座8的圆形盲孔802内，再将内外表面涂好导热硅脂的冷帽6盖在冷链座8的上凸台801上，如图3所示。

（7）将直角铜管4插入盖帽3的内孔303中，在焊接的部位填满焊料，放入高真空钎焊炉中，钎焊温度为1050℃。

（8）将一号O型圈11放入盖帽3的圆形凹槽304内。焊好直角铜管4的盖帽3与芯柱2通过一号O型圈11密封。盖帽3的四个通孔302分别与芯柱2的四个通孔201一一对应，如图4所示。

（9）将二号O型圈12放入芯柱2的圆形凹槽202内，再将如图3所示，已装配好的冷指1插入如图4所示的芯柱2内，弹簧7被压缩产生弹力，将冷帽6的上端面601顶在冷平台5的内端面501上。冷指1的四个通孔106与盖帽3的四个通孔302、芯柱2的四个通孔201一一对应。冷指1与芯柱2通过二号O型圈12密封。最后将4个螺栓10及4个螺母9分别拧入相对应的四个通孔中，如图1所示。

（10）通过充气活塞15的螺纹孔1501拔出充气活塞15，对冷指1与芯柱2形成的密闭腔体抽真空至7.5×10^-4Pa，再将充气活塞15塞回充气接头14。

（11）如图1所示，将已装配好的检漏装置倒置，并通过直角铜管4接入氦质谱检漏仪，按下开始键，当漏率稳定在1.2×10^-11torr·l/s时，每隔3分钟向冷指1的内壁103倒入适量液氮，使冷平台5通过冷链座8与冷帽6冷到所需的温度。20分钟后，当液氮将要蒸发完毕的时候，拔出充气活塞15，冲入氦气至冷指1与芯柱2形成的密闭腔体中。观察氦质谱检漏仪的漏率是否上升，即可判断是否会发生“冷漏”现象。

以上就实现了640×512面阵红外探测器组件杜瓦的焊缝在低温下时的加压检漏。

Claims

1.一种用于在低温下对分置式杜瓦焊缝加压检漏的装置，它包括冷指（1）、盖帽（3）、直角铜管（4）、冷帽（6）、弹簧（7）、冷链座（8）、螺母（9）、螺栓（10）、一号O型圈（11）、二号O型圈（12)及充气组件；其特征在于：

所述的冷指（1）材料选用柯伐，冷指（1）的中心有一中心内孔（103），在冷指（1）的圆形底座上有4个均匀分布的通孔（102)，并在靠近冷指（1）的中心内孔（103）处有一直径为2.5mm～3mm的小通孔（101），冷指（1）的底座外径为50mm～60mm，内径为9mm～9.5mm，厚度为3mm～4mm，通孔（103）处的外圆薄壁（104）的长度为60mm～70mm，壁厚为0.2mm～0.3mm；

所述的盖帽（3）的材料选用不锈钢，其圆柱面外边有一圆形凸边（301），在圆形凸边（301）上有与冷指（1）上通孔（102）相同的4个均匀分布的通孔（302），在盖帽（3）的圆柱面外边的中部有一直径为Φ6的用于安装直角铜管（4）的通孔（303），在盖帽（3）的下端面中间有一条圆形凹槽（304），槽深为1mm～1.2mm，槽宽为2mm～2.2mm，盖帽（3）的高度为h+3mm，h为冷平台（5）与芯柱（2）焊接成一体的总高度；

所述的直角铜管（4）的材料为无氧铜，其形状弯成L型，铜管的外径为6mm，长度为2（h+3）；

所述的冷帽（6）选用无氧铜材料，形状为圆柱形，在其中心有一个安放弹簧（7）的圆形盲孔（601），冷帽（6）的上表面（602）的平面度优于0.05mm，冷帽（6）的外径为10mm～11mm，高度为5mm～5.6mm，圆形盲孔（601）的直径为9mm～9.3mm，深度为4mm～4.5mm；

所述的弹簧（7）采用碳素弹簧钢材料，它的两个圆柱端面的平行度优于0.05mm，由弹力公式：F=kx求的弹簧（7）的长度，其中，k为弹性系数，x为弹簧缩短的长度，F为需施加的压力；

所述的冷链座（8）的材料为无氧铜，其形状如凸台，上凸台（801）的中心有一个放置弹簧（7）的圆形盲孔（802），圆形盲孔（802）的内径比弹簧（7）的外径大0.5mm～1mm，上凸台（801）的外径小于冷帽（6）的圆形盲孔（601）的内径0.02mm～0.06mm，冷链座（8）的下凸台（803）的中心有一个圆形盲孔（804），孔径大于冷指（1）的外圆薄壁（104），深度为2mm～2.2mm，下凸台（803）的外径与冷帽（6）的外径相同；

所述的充气组件包括铜管（13）、充气接头（14）、充气活塞（15）和三号0型圈（16），其中，所述的铜管（13）的材料为无氧铜，其形状为阶梯轴状，即铜管（3）的上端与下端的外径小于其中部的外径0.5mm～0.6mm，上端（1301）与下端（1302）的外径为2.5mm～2.6mm，长度分别为3mm～4mm，铜管的总长为40mm～50mm；所述的充气接头（14）的材料为不锈钢，其形状为圆柱体，外圆柱面有一圆形凹槽（1403），圆柱内部有2个阶梯状的通孔，其中小孔（1401）的内径大于铜管（13）的上端（1302）的外径，大孔（1402）的内径为5mm～5.5mm，深度为8mm～8.5mm，充气接头（14）的外径为8mm～9mm，长度为10mm～11mm；所述的充气活塞（15）的材料为不锈钢，其形状如圆柱状，外圆柱面有2条圆形凹槽（1502、1503），槽深为1mm～1.2mm，槽宽为2mm～2.1mm，在充气活塞（15）的上端面开有一M3的螺纹孔（1501），孔深为4mm～4.5mm，充气活塞（15）的外径小于充气接头（14）的内孔（1402）的直径1mm～1.2mm，长度为16mm～16.2mm；铜管（13）和充气接头（14）通过钎焊的方式焊在一起，充气活塞（15）套有三号O型圈（16）并塞在充气接头（14）中，形成充气组件；

冷指（1）和冷链座（8）通过钎焊的方式焊接成一体，充气组件的铜管（13）锡焊在冷指（1）上，将涂抹好导热硅脂的弹簧（7）放入冷链座（8）的圆形盲孔（802）内，再将内外表面涂好导热硅脂的冷帽（6）盖在冷链座（8）上，把冷指（1）插入芯柱（2）内，两者通过二号O型圈（12）密封，将焊好直角铜管（4）的盖帽（3）盖在芯柱（2）上，通过一号O型圈（11）密封，盖帽（3）的四个通孔（302）分别与芯柱（2）的四个通孔（201）、冷指（1）的四个通孔（106）相对应，最后将4个螺栓（10）及4个螺母（9）分别拧入相对应的四个通孔中。