CN105931921A - 功率继电器生产的氦检充排封系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种功率继电器生产的氦检充排封系统，它由连接氢气继电器灭弧室的气动夹紧单元、充氦单元，充氢气单元、高真空抽气单元，充氮清洗单元、真空箱抽空检漏单元，液压封口单元和PLC触摸屏电气控制单元组成。本发明采用工件充氦的真空箱氦质谱检漏法，工件充氦后，对真空箱抽真空，如果有漏，氦气通过漏点进入氦质谱检漏仪，检漏仪报警，并给出相应的漏率。

Description

功率继电器生产的氦检充排封系统

（一）技术领域

本发明涉及直流功率继电器的生产技术，具体涉及一种氢气继电器灭弧室的密封检测， 真空排气，充氢，剪管封口技术。

（二）背景技术

新能源汽车领域要求广泛应用的功率继电器（直流接触器）具备体积小，功率大（200-300安培，500-1000伏），产品可靠性高，寿命长（至少10年），产量大等特点。 为满足这种要求，继电器行业正在研发生产新型的氢气继电器。氢气继电器有许多其他类型的继电器无法比拟的优点，氢气有冷却效果，热传导好，在磁场作用下电弧延长，氢气可瞬时切断形成的高电压电弧。

这种小体积大功率的直流功率继电器（接触器）的核心是灭弧室，其生产必须采用一系列新的生产工艺如真空钎焊，陶瓷金属封接，激光焊接， 检漏，真空排气，充入3-6个大气压的气体（如氢气），封口等工艺。为保证氢气继电器的产品质量，真空钎焊，陶瓷金属封接和激光焊接部件必须具有良好的密封性， 灭弧室充入氢气的纯度必须得到保证。因此密封检测，充氢气，封口是提高氢气继电器产品质量，增加产量的受制约的核心关键工艺。

（三）发明内容

本发明的目的在于提出一种能够快速可靠对氢气继电器灭弧室进行密封性检测，抽真空，充氢气，封口的功率继电器生产的氦检充排封系统。

本发明的目的是这样实现的：它由连接氢气继电器灭弧室1的气动夹紧单元2、充氦单元3，充氢气单元4、高真空抽气单元5，充氮清洗单元6、真空箱抽空检漏单元7，液压封口单元8和PLC触摸屏电气控制单元组成，气动夹紧单元2、充氦单元3，充气单元4、高真空抽气单元5，充氮清洗单元6、真空箱抽空检漏单元7和气动液压剪管封口单元8均连接PLC触摸屏电气控制单元和工控机，真空箱抽空检漏单元包括防置工件组的真空箱组，气动夹紧单元夹持工件组，由PLC控制各单元的工艺步骤和动作。

1.气动夹紧单元2由两个夹紧气缸，夹具和密封胶圈组成，还包括用于夹持工件的排气管，确保在真空和充压情况下良好密封，并且多次重复使用，夹紧气缸分别连接夹具和排气管。

2.充氦单元3由依次连接的氦压力传感器37、充氦截止阀38、充氦泄压阀36、充氦气动耐压截止阀组23连接到工件对工件充氦，氦压力传感器30得压力数据输入给PLC触摸屏电气控制单元。其中工件组19包括一组分别置于真空箱组18的工件，充氦气动耐压截止阀组23包括一组分别连接工件组19工件的充氦气动耐压截止阀。

3.充气单元4通过氢气管道连接氢压力传感器33并依次连接气动充气阀34和充气泄压阀35， 由充气气动耐压截止阀组32连接到工件组19对工件充入规定压力的氢气，氢压力传感器33的压力数据输入给PLC触摸屏电气控制单元。充气气动耐压截止阀组32包括一组分别连接工件组19工件的充气气动耐压截止阀。

4.高真空抽气单元5包括依次连接的干泵27、真空泵带放气电动截止阀28、分子泵29、真空储气罐30通过耐压截止真空阀31和抽气气动耐压截止阀组32连接到工件组19对其抽高真空，真空压力由真空计监测。

5.充氮清洗单元6包括依次连接的氮压力传感器20、充氮气动耐压截止阀21、通过真空气动耐压截止阀组23连接到工件组对工件进行充氮清洗，充氮前由真空隔离阀24连接真空泵、真空电动截止阀25和充氮储气罐26通过真空气动耐压截止阀组23连接到工件组19抽真空，真空压力由真空计监测。

6.真空箱抽空检漏单元7包括依次连接的真空泵9连接电动真空阀16和真空储气罐15通过电动截止阀门组17连接到真空箱组18，对真空箱抽真空，真空计14检测真空箱18内的压力，到达预设的压力后，连通检漏截止阀11、氦质谱检漏仪10和真空泵，对真空箱内的氦气进行检测，检测完成后，放气阀12对真空箱放气，连接校准漏孔13。其中真空箱组18包括一组真空箱，电动截止阀门组17也包括分别对应真空箱的一组电动截止阀门。

7.气动液压剪管封口单元8由依次连接的气缸、传送杆、液压泵、油压阀和封口钳等组成，用于密封检测充气后工件的封口。

8.PLC触摸屏电气控制单元由依次连接的PLC触摸屏、工控机、电器和气动元件组成。采用PLC+触摸屏控制，可进行工作参数设置（抽气、充气时间、检漏等工艺参数），并具备工作状态监测（实时反映设备的工作状态）、故障报警、手动维护等功能。二维扫描工件信息存储系统由二维扫描读码器和计算机组成。二维码读取工件资料，然后选择工作菜单，检测，计算机负责存储工件信息和存储记录检测结果，并可上传。

本发明的密封检测采用氦质谱检漏法。氦质谱检漏法是一种根据质谱分析的原理, 采用氦气为示踪示漏气体，专门用于对各种需密封的容器的漏隙进行快速定位和定量检测的方法。因氦气是隋性气体，对大气无污染，使用安全；氦原子量小，易渗透过任何可能存在的漏率。采用氮质谱检漏仪，它具有性能稳定，检测灵敏度高、速度快、适用范围广等特点。本发明采用工件充氦的真空箱氦质谱检漏法，工件充氦后，对真空箱抽真空，如果有漏，氦气通过漏点进入氦质谱检漏仪，检漏仪报警，并给出相应的漏率。

抽气充气封接工作原理为:抽出工件内部气体，充氮清洗（此过程可重复多次），主系统真空抽到5X10E-2Pa，充入规定气体和规定压力，然后工件气动液压钳封口。采用无油干泵分子泵抽气机组，抽速大，无油污染，抽真空时间短，真空度高。

本发明还有这样一些技术特征：

1.气动大功率直流继电器排气管夹紧。氢气继电器的体积小，排气管外径仅为3mm，要求在抽真空和充入6个大气压的情况下泄漏率低于10E-7 Pa•m³/s。通常的夹紧结构每100次就需更换，本发明的气动夹紧单元采用双侧气缸夹紧夹具，加厚真空橡皮密封圈密封，确保重复使用500次以上。

2.高灵敏度真空箱式氦质谱密封检测。大功率直流继电器采用真空钎焊、陶瓷金属封接和激光焊接等工艺完成，密封性是确保继电器产品质量和可靠性和安全性的核心。本发明采用工件充氦的真空箱式氦质谱检漏系统，确保氢气继电器检漏灵敏度优于10E-7Pa•m³/s，5工件检漏时间小于1min。

3.快速无油高真空抽排充气。大功率氢气继电器灭弧室要求充入高压氢气，生产工艺过程复杂、路线长，因而效率低且对真空灭弧室零件的污染环节多。因此为提高灭弧效率确保继电器的质量，提高成品率，必须保证充入氢气纯度高，无杂质气体。本发明的高真空抽气单元采用干泵+分子泵+储气罐，并采用充氮清洗，可快速完成排气—充氮清洗—抽高真空—充氢气整个过程，确保充气纯度高、成品率提高，生产成本降低。

4.气动液压冷焊剪管封口。氢气继电器完成氦检，真空抽排，充入氢气后进入最后一道工序：排气管封口。冷焊封口各项工艺参数的优化是继电器灭弧室生产的关键一环，极为重要，本发明采用气动液压冷焊封口技术自动剪管封口，确保排气管得封口密封可靠。

本发明的技术特点有：

1、氦质谱密封检测，真空排气，充气和剪管封口集成一体，减少了生产工序，缩短生产时间，提高产能；

2、半自动继电器氦检，真空排气，充气、剪管封口，自动一键完成；

3、密封检测采用真空箱式氦质谱检漏仪，灵敏度高；

4、5工位系统，每次可完成5个工件的密封检测，排气，充气，剪管封口。可选单工位，双工位或全工位工作；

5、抽真空过程设有大漏报警，避免消耗无谓的检漏时间；

6、采用无油干泵分子泵抽气机组，抽速大，无油污染，抽真空时间短，真空高；

7、生产节拍：2-3min5个工件，工作周期短；

8、PLC控制、泵阀互锁、过压报警泄压、自动化程度高；

9、电气控制单元由二维扫描读码器和计算机组成，具备二维扫描工件信息存储系统。两维码读取工件资料，产品编号，检测时间，检测人，生产总数，良品率，不良率等资料存入计算机，并可导出文件，软件具备多种型号对应规格及参数记忆，操作简单方便；

（四）附图说明

图1本发明的原理示意图。

图2为本发明结构示意图。

（五）具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

结合图1-2，本实施例由连接氢气继电器灭弧室1的气动夹紧单元2、充氦单元3，充氢气单元4、高真空抽气单元5，充氮清洗单元6、真空箱抽空检漏单元7，液压封口单元8和PLC触摸屏电气控制单元组成，气动夹紧单元2、充氦单元3，充气单元4、高真空抽气单元5，充氮清洗单元6、真空箱抽空检漏单元7和气动液压剪管封口单元8均连接PLC触摸屏电气控制单元和工控机，真空箱抽空检漏单元包括防置工件组的真空箱组，气动夹紧单元夹持工件组，由PLC控制各单元的工艺步骤和动作。气动夹紧单元2由两个夹紧气缸，夹具和密封胶圈组成，用于夹持工件的排气管，确保在真空和充压情况下良好密封，并且多次重复使用。充氦单元3由氦压力传感器37、充氦截止阀38、充氦泄压阀36、充氦气动耐压截止阀组23连接到工件组对工件充氦，氦压力传感器30的压力数据输入给PLC触摸屏电气控制单元。充气单元4连接氢气管道、连接氢压力传感器33、气动充气阀34和充气泄压阀35， 由充气气动耐压截止阀组32连接到工件组19对工件充入规定压力的氢气，氢压力传感器33压力数据输入给PLC触摸屏电气控制单元。高真空抽气单元5由干泵27、真空泵带放气电动截止阀28、分子泵29、真空储气罐30通过耐压截止真空阀31和抽气气动耐压截止阀组32连接到工件组19对其抽高真空，真空压力由真空计监测。充氮清洗单元6由氮压力传感器20、充氮气动耐压截止阀21、通过真空气动耐压截止阀组23连接到工件组对工件进行充氮清洗，充氮前由真空隔离阀24连接真空泵、真空电动截止阀25和充氮储气罐26通过真空气动耐压截止阀组23连接到工件组19抽真空，真空压力由真空计监测。真空箱抽空检漏单元7由真空泵9连接电动真空阀16和真空储气罐15通过电动截止阀门组17连接到真空箱组18，对真空箱抽真空，真空计14检测真空箱组18内的压力，到达预设的压力后，连通检漏截止阀11、氦质谱检漏仪10和真空泵，对真空箱内的氦气进行检测，检测完成后，放气阀12对真空箱放气，连接校准漏孔13。气动液压剪管封口单元8由气缸、传送杆、液压泵、油压阀和封口钳等组成，用于密封检测充气后工件的封口。PLC触摸屏电气控制单元由PLC触摸屏、工控机、电器和气动元件组成。采用PLC+触摸屏控制，可进行工作参数设置（抽气、充气时间、检漏等工艺参数），并具备工作状态监测（实时反映设备的工作状态）、故障报警、手动维护等功能。二维扫描工件信息存储系统由二维扫描读码器和计算机组成。二维码读取工件资料，然后选择工作菜单，检测，计算机负责存储工件信息和存储记录检测结果，并可上传。

本实施例的工作流程为：

1、装工件（20s）：二维扫描器读取工件信息，装入工件组19，双手同时按一下开始按钮，气动夹紧单元2夹紧工件，系统自动关闭真空箱组18的箱门。

2、抽真空，充氦，粗检（20s）：系统自动打开真空隔离阀24和真空气动耐压截止阀组23和真空泵通过充氮储气罐26和真空隔离阀24对工件组19抽真空15s，然后对工件充氦至0.4Mpa。同时真空箱抽空检漏单元7对真空箱组18抽真空，如果真空度不能在指定时间达到规定值则报警，显示工件有大漏，依次关闭真空箱组18的电动截止阀门组17，系统自动标示对应工件大漏，对应的检漏箱不进行氦检。检漏箱真空达到指定真空度（100Pa左右）后，系统进入检漏流程。

3、氦检（30s）：系统达到指定的真空度，系统自动打开真空箱抽空检漏单元7的检漏截止阀11、氦质谱检漏仪10开始对真空箱组18的氦气浓度进行检测。如果超过设定阈值，表明有漏，显示当前工件漏率，真空箱组18的电动截止阀门组17依次关闭，系统标示对应工件有漏，系统会自动报警。检漏过程结束后，放气阀12对真空箱放气，气缸打开真空箱门。

4、充氮清洗（20-30s）：检漏结束后，充氦截止阀38关闭，工件内的氦气通过充氦泄压阀36泄压，连接工件组19的气动截止阀组23自动打开，真空泵开始对工件组19抽气 10s，然后真空隔离阀24关闭，充氮气动耐压截止阀21打开充入氮气（0.1MPA）冲洗，抽真空氮气冲洗如此反复可设置2次。

5、抽真空和充气（30-60s）：充氮清洗后，系统自动打开耐压截止真空阀31，由干泵27、真空泵带放气电动截止阀28、分子泵29、真空储气罐30对工件进行抽高真空至设置点(5X10-2Pa)。系统自动关闭耐压截止真空阀31，打开气动充气阀34，对工件组19进行充气作业至要求压力。

6、封口（10-20s）：充气结束后，气动液压剪管封口单元8工作，气缸推动液压封口钳到指定位置，油路截止阀打开，带动液压缸冷焊钳对工件进行剪断封口作业。

7、取工件（20s）：系统完成封口作业后，气动夹紧单元2的气缸打开，人工将工件和排气管取下。

Claims (9)

1.一种功率继电器生产的氦检充排封系统，其特征在于它由连接氢气继电器灭弧室的气动夹紧单元、充氦单元，充氢气单元、高真空抽气单元，充氮清洗单元、真空箱抽空检漏单元，液压封口单元和PLC触摸屏电气控制单元组成，气动夹紧单元、充氦单元，充气单元、高真空抽气单元，充氮清洗单元、真空箱抽空检漏单元和气动液压剪管封口单元均连接PLC触摸屏电气控制单元和工控机，真空箱抽空检漏单元包括防置工件组的真空箱组，气动夹紧单元夹持工件组，由PLC控制各单元的工艺步骤和动作。

2.根据权利要求1所述的一种功率继电器生产的氦检充排封系统，其特征在于气动夹紧单元由两个夹紧气缸，夹具和密封胶圈组成，还包括用于夹持工件的排气管，确保在真空和充压情况下良好密封，并且多次重复使用，夹紧气缸分别连接夹具和排气管。

3.根据权利要求2所述的一种功率继电器生产的氦检充排封系统，其特征在于充氦单元由依次连接的氦压力传感器、充氦截止阀、充氦泄压阀、充氦气动耐压截止阀组连接到工件对工件充氦，氦压力传感器得压力数据输入给PLC触摸屏电气控制单元；其中工件组包括一组分别置于真空箱组的工件，充氦气动耐压截止阀组包括一组分别连接工件组工件的充氦气动耐压截止阀。

4.根据权利要求3所述的一种功率继电器生产的氦检充排封系统，其特征在于充气单元通过氢气管道连接氢压力传感器并依次连接气动充气阀和充气泄压阀， 由充气气动耐压截止阀组连接到工件组对工件充入规定压力的氢气，氢压力传感器的压力数据输入给PLC触摸屏电气控制单元；充气气动耐压截止阀组包括一组分别连接工件组工件的充气气动耐压截止阀。

5.根据权利要求4所述的一种功率继电器生产的氦检充排封系统，其特征在于高真空抽气单元包括依次连接的干泵、真空泵带放气电动截止阀、分子泵、真空储气罐通过耐压截止真空阀和抽气气动耐压截止阀组连接到工件组对其抽高真空，真空压力由真空计监测。

6.根据权利要求5所述的一种功率继电器生产的氦检充排封系统，其特征在于充氮清洗单元包括依次连接的氮压力传感器、充氮气动耐压截止阀、通过真空气动耐压截止阀组连接到工件组对工件进行充氮清洗，充氮前由真空隔离阀连接真空泵、真空电动截止阀和充氮储气罐通过真空气动耐压截止阀组连接到工件组抽真空，真空压力由真空计监测。

7.根据权利要求6所述的一种功率继电器生产的氦检充排封系统，其特征在于真空箱抽空检漏单元包括依次连接的真空泵连接电动真空阀和真空储气罐通过电动截止阀门组连接到真空箱组，对真空箱抽真空，真空计检测真空箱内的压力，到达预设的压力后，连通检漏截止阀、氦质谱检漏仪和真空泵，对真空箱内的氦气进行检测，检测完成后，放气阀对真空箱放气，连接校准漏孔；其中真空箱组包括一组真空箱，电动截止阀门组也包括分别对应真空箱的一组电动截止阀门。

8.根据权利要求7所述的一种功率继电器生产的氦检充排封系统，其特征在于气动液压剪管封口单元由依次连接的气缸、传送杆、液压泵、油压阀和封口钳等组成，用于密封检测充气后工件的封口。

9.根据权利要求8所述的一种功率继电器生产的氦检充排封系统，其特征在于PLC触摸屏电气控制单元由依次连接的PLC触摸屏、工控机、电器和气动元件组成。