CN107941853A - 一种高强度合金钢焊接用气体测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高强度合金钢焊接用气体测试系统，其特征在于：包括透明箱体、控制箱体、覆膜圈、供膜组件、翻转组件、小型抽真空系统和冷却水循环系统，控制箱体的上方一侧设置透明箱体，另一侧设置供膜组件，在透明箱体与供膜组件之间设置一连接有覆膜圈的翻转组件，覆膜圈上具有若干真空吸盘。本发明优点在于：利用覆膜组件与翻转组件、抽真空系统配合顺利实现自动覆膜，无需人工进行测试膜的安装，提高测试系统演示的安全系数；且爆燃测试时真空吸盘不工作，提升真空吸盘、抽真空系统使用寿命。

Description

一种高强度合金钢焊接用气体测试系统

领域

本发明涉及一种合金钢焊接用气体，特别涉及一种在有限空间对高强度合金钢焊接用气体进行测试的系统。

背景技术

随着现代工业和科学技术的不断发展，机器制造业对零件的强度、硬度、韧度、塑性、耐磨性以及各种物理、化学性能的要求愈来愈高。合金钢是通过在普通碳素钢基础上添加适量的一种或多种合金元素而构成的铁碳合金，根据添加元素的不同，并采取适当的加工工艺，可获得高强度、高韧性、耐磨、耐腐蚀、耐低温、耐高温、无磁性等特殊性能。基于合金钢的各种性能，使得合金钢广泛应用于机械制造、交通运输、航空工业等领域。

采用合金钢制造装备的过程中，常常会涉及到在有限空间内进行焊接的情况，例如：机械行业的大型机床、机器人制造，重工行业的船舶分段、钢结构制造，以及化工行业的压力容器制造。

在有限空间内焊接时，由于处于封闭或者部分封闭的空间，与外界相对隔离，出入口较为狭窄，自然通风不良，易造成有毒有害、易燃易爆物质积聚或者氧含量不足的空间。通常，作业人员对有限空间概念的陌生，以致于根本无法认清相应空间存在的危害性，使得在有限空间内焊接作业出现事故的发生率较高。

因此，研发一种能够可对作业人员进行现场有限空间焊接爆燃模拟，并能够连续展示不同爆燃强度，且安全、可靠的高强度合金钢焊接用气体测试系统势在必行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够对作业人员进行现场有限空间焊接爆燃模拟，并能够连续展示不同爆燃强度，且安全、可靠的高强度合金钢焊接用气体测试系统。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种高强度合金钢焊接用气体测试系统，其创新点在于：包括一透明箱体，该透明箱体为圆筒状，透明箱体的底部设置有脉冲式点火器和焊接气体出气管，透明箱体的顶部中心具有一个气流溢出孔，透明箱体的内侧壁安装有气敏传感器；一设置在透明箱体下方的控制箱体，所述控制箱体的一侧设置有一向内凹陷的存储腔，该储存腔内放置有焊接气瓶，控制箱体的顶部设置有一充有水的缓冲舱，该缓冲舱的顶部与焊接气体出气管的底部连通，缓冲舱与焊接气瓶之间设置有一带阀门的透明气管，透明气管的第一端与焊接气瓶的出气口连通，第二端伸出缓冲舱的底部；所述控制箱体内还设置有控制器以及接入控制器的蓄电池，控制器通过点火控制电路与脉冲式点火器电连接；一覆膜圈，覆膜圈为一中空的环形圈体，环形圈体内具有一环形真空腔，限定环形圈体的一侧端面为上端面，另一侧端面为下端面，在环形圈体的上端面设置有若干呈环形分布的吸盘容纳腔，所述吸盘容纳腔内安装有可伸出环形圈体上端面或缩回环形圈体内的真空吸盘，各真空吸盘与环形真空腔连通，环形圈体的外圆周面上安装有抽真空接头，所述抽真空接头内端与环形真空腔连通，所述抽真空接头外端与一小型抽真空系统连接；所述环形圈体上端面还设置有数道用于冷却的环形水道，所述各环形水道均位于真空吸盘的内侧；一用于存放测试膜的供膜组件，包括测试膜堆叠托盘、托盘底座和弹簧组件，所述托盘底座固定在透明箱体一侧的控制箱体上，测试膜堆叠托盘通过弹簧组件支承在托盘底座上；一翻转组件，包括翻转臂、翻转支座和翻转驱动机构，所述翻转支座设置在供膜组件与透明箱体之间的控制箱体上，所述翻转臂的一端与覆膜圈连接固定，翻转臂的另一端固定有翻转轴，翻转轴通过轴承组件支承在翻转支座上，所述翻转驱动机构与翻转臂连接，并可通过翻转臂驱动覆膜圈在透明箱体的气流溢出孔与供膜组件的测试膜堆叠托盘之间往复运动。

优选的，所述圆筒状透明箱体的侧壁采用夹层结构，透明箱体的侧壁均包括材质相同的内筒和外筒，以及设置在内、外筒之间的上固定环和下固定环，所述内筒、外筒、上固定环和下固定环配合形成一具有环形密闭空腔的夹层结构，并在环形空腔内设置铺设有金属网，所述金属网的侧面通过胶黏层粘贴在外筒的内表面，限定内筒的厚度为H1，外筒的厚度记做H2,环形空腔的厚度为H3，H3≥H2≥2H1。

优选的，所述透明箱体的气流溢出孔外围设置有一道环形密封槽，所述环形密封槽内镶嵌O型密封圈。

优选的，所述覆膜圈包括一上环形圈体，限定上环形圈体的一侧端面为上端面，另一侧端面为下端面，上环形圈体中靠近内圈圆周面的一侧为内圈侧，靠近外圈圆周面的一侧为外圈侧；所述上环形圈体上端面设置有一沿上环形圈体圆周方向延伸的环形表面冷却槽，该环形表面冷却槽的宽度为1.5～2.2mm，所述环形表面冷却槽的内圈侧和外圈侧分别设置有与其同心的内环形回流槽和外环形回流槽，且环形表面冷却槽、内环形回流槽、外环形回流槽均为贯通上环形圈体上、下端面的通槽；所述上环形圈体的上端面还设置有若干以上环形圈体圆心为中心呈环形分布的吸盘容纳腔，所述吸盘容纳腔位于上环形圈体的外圆周面与外环形回流槽之间，所述吸盘容纳腔内安装有可伸出上环形圈体上端面或缩回上环形圈体内的真空吸盘；所述上环形圈体的外圈圆周面上开有若干与吸盘容纳腔对应且导通的限位安装孔，在限位安装孔内安装有可伸入吸盘容纳腔或缩回限位安装孔的机械限位装置；一有上环形圈体对应且同轴堆叠设置的下环形圈体，限定下环形圈体中紧贴上环形圈体的一侧端面为上端面，另一侧端面为下端面；所述下环形圈体上端面设置有一沿下环形圈体圆周方向延伸的环形真空腔，该环形真空腔与呈环形分布的吸盘容纳腔对应，且环形真空腔同时与各吸盘容纳腔的底端连通，在下环形圈体的外圆周面上安装有与环形真空腔连通的抽真空接头；所述下环形圈体的上端面还设置有一给水通道，该给水通道的一端延伸至下环形圈体的上端面并与环形表面冷却槽的底部连通，给水通道的另一端与安装在下环形圈体外圆周面上的给水接头连通；所述下环形圈体的上端面还设置有一回水通道，该回水通道的一端连接两回水支流道，两回水支流道另一端均延伸至下环形圈体的上端面并分别与内环形回流槽、外环形回流槽的底部连通，回水通道的另一端与安装在下环形圈体外圆周面上的回水接头连通。

优选的，所述吸盘容纳腔包括自上环形圈体的上端面向下端面依次设置连通的圆台状上限位孔段、滑动配合孔段、圆台状下限位孔段和稳定部容纳孔段；圆台状上限位孔段的小端以及圆台状下限位孔段的小端分别与滑动配合孔段的上、下端连通；圆台状上限位孔段的大端内径记做R21，圆台状上限位孔段的小端内径记做R22，滑动配合孔段内径记做R23，圆台状下限位孔段的小端内径记做R24，圆台状下限位孔段的大端内径记做R25，稳定部容纳孔段的内径记做R26，R22＝R23＝R24＜R25＜R21＜R26；所述真空吸盘包括可与圆台状上限位孔段相配的碗状吸盘部，嵌入滑动配合孔段内并与滑动配合孔段滑动配合的滑动部，可与圆台状下限位孔段相配的限位锥部，以及嵌入稳定部容纳孔段内并与稳定部容纳孔段滑动配合的稳定部，所述碗状吸盘部、滑动部、限位锥部和稳定部依次连接形成一个整体，且滑动部长度大于滑动配合孔段长度；所述真空吸盘在吸盘容纳腔内能够被定位至第一位置和第二位置，在第一位置，所述真空吸盘的碗状吸盘部外侧面紧贴住圆台状上限位孔段的内壁，且碗状吸盘部完全位于吸盘容纳腔的圆台状上限位孔段内；在第二位置，所述真空吸盘的限位锥部外侧面紧贴住圆台状下限位孔段的内壁，碗状吸盘部的上端伸出上环形圈体的上端面，圆台状下限位孔段和稳定部容纳孔段之间形成的台阶面与环形稳定部之间具有一个1～2mm的间隙。

优选的，所述机械限位装置包括一机械限位壳体，该机械限位壳体为多台阶回转体结构，限定机械限位壳体在沿多台阶回转体结构的轴线方向上的一端为第一端，另一端为第二端，在沿机械限位壳体多台阶回转体结构的轴线方向上，所述机械限位壳体外表面自第一端向第二端依次设有第一连接段、主体段和第二连接段，在第一连接段上设有用于安装机械限位的外螺纹结构，主体段上靠近第一连接段的一侧螺纹连接有锁紧螺母；第一连接段的外径记做R1，主体段的外径记做R2，第二连接段的外径记做R3，R1≤R3＜R2；机械限位壳体的中心开有贯通的多台阶孔腔，在沿机械限位壳体多台阶回转体结构的轴线方向上，所述多台阶孔腔自第一端向第二端依次为第一圆柱腔、锥形过渡腔、第二圆柱腔和第三圆柱腔，第三圆柱腔的内壁上设置有内螺纹结构；第一圆柱腔的内径记做R4，第二圆柱腔的内径记做R5，第三圆柱腔的内径记做R6，R4＜R5＜R6；一限位活塞杆，该限位活塞杆具有一金属限位管体，所述金属限位管体的末端向外翻边形成一环状结构，在该环状结构上注塑成型有活塞；所述金属限位管体嵌入机械限位壳体的第一圆柱腔内与第一圆柱腔内壁滑动配合，所述活塞嵌入机械限位壳体的第二圆柱腔内与第二圆柱腔内壁滑动配合；并在金属限位管体上开有抽真空第一连通孔；一活塞杆复位弹簧，该活塞杆复位弹簧套装在金属限位管体外，并位于机械限位壳体第二圆柱腔内，该活塞杆复位弹簧的一端抵住活塞端面，另一端抵在第二圆柱腔与锥形过渡腔之间形成的台阶面上；一端盖，该端盖为台阶状回转体结构，限定端盖在沿端盖回转体结构的轴线方向上的一端为第三端，另一端为第四端，在沿端盖回转体结构的轴线方向上，端盖外表面自第三端向第四端依次设有锁紧段和外平衡段，在锁紧段上设置有外螺纹结构，锁紧段的外径记做R7，外平衡段的外径记做R8，R7＞R8；所述端盖的外表面锁紧段与机械限位壳体的第三圆柱腔通过内、外螺纹结构连接固定；端盖的中心开有贯通的台阶孔腔，在沿端盖回转体结构的轴线方向上，所述台阶孔腔自第三端向第四端依次设有第四圆柱腔和第五圆柱腔，第四圆柱腔的内径记做R9，第五圆柱腔的内径记做R10，R9＞R10；所述端盖的第四圆柱腔内壁与外平衡段表面之间均匀设置有若干端盖平衡孔，端盖的第四圆柱腔与第五圆柱腔之间形成环形内限位面；一抽真空连接管，该抽真空连接管为一端封闭的管体，限定抽真空连接管在其管体轴线方向上的一端为第五端，另一端为第六端，抽真空连接管中心具有一在其管体轴线方向上自第六端的端面向第五端延伸且不贯通第五端的抽真空孔道，并在靠近第五端侧的抽真空连接管周向外表面上开有与抽真空孔道连通的抽真空第二连通孔；在抽真空导管上靠近第六端的管体周向外表面模压成型有用于与端盖连接固定的橡胶定位塞，该橡胶定位塞具有一个刚好可嵌入端盖第五圆柱腔内并与第五圆柱腔内壁紧配合的小环形体，在小环形体的一端整体成型有用于嵌入端盖中第四圆柱腔内的圆锥体内限位部，在小环形体的另一端整体成型有环形外限位部；所述圆锥体内限位部的底面外径记做R11，环形外限位部的外径记做R12，R10＜R11＜R9＜R12；所述小环形体嵌入端盖中第五圆柱腔内，且小环形体与第五圆柱腔内壁之间紧配合，所述圆锥体内限位部嵌入端盖中第四圆柱腔内，且圆锥体内限位部的锥形底面紧贴环形内限位面，所述环形外限位部紧贴端盖的第四端外端面；所述抽真空连接管中靠近第五端的管体部分嵌入限位活塞杆的金属限位管体内并与金属限位管体的内壁滑动配合，所述抽真空连接管中靠近第六端的管体部分通过橡胶定位塞定位在端盖中心。

优选的，所述翻转驱动机构包括减速箱、驱动电机、旋转编码器，减速箱的输入轴与驱动电机连接，减速箱的输出轴与翻转轴的一端连接固定，并在翻转轴的另一端安装旋转编码器。

本发明的优点在于：

(1)本发明中，由覆膜圈将测试膜覆盖住气流溢出孔后，通过焊接气瓶在透明箱体中通入一定浓度的焊接用气体，再由脉冲式点火器来强制点火引燃气体，引燃的气体通过冲击覆盖在气流溢出孔上的测试膜，以便进行合金钢焊接的操作人员能够直接观察气体燃爆危险性，增强操作人员的安全防范意识，同时，便于操作人员能够了解不同条件时焊接气体与氧气混合的可控性，有利于降低焊接合金钢时的事故发生率；

(2)在进行连续的燃爆冲击测试中，通过翻转组件往复驱动覆膜圈在供膜组件与透明箱体的气流溢出孔之间移动，并与覆膜圈上的真空吸盘配合，将测试膜从测试膜堆叠托盘上移动至气流溢出孔处，从而实现测试膜的自动更换，无需人工更换，有利于实现远程操控下的连续化冲击演示；

(3)透明箱体的侧壁采用带夹层的双层筒体结构，通过内筒、外筒的不同厚度来确保内筒先于外筒破裂，并结合作为缓冲的环形密闭空腔以及金属网来缓冲破碎的内筒，避免测试过程中由于爆燃过于强烈造成安全事故，提升演示安全性能。

(4)真空吸盘可伸出或缩回上环形圈体，在覆膜圈位于堆叠的测试膜上方进行测试膜吸附时，真空吸盘朝下，真空吸盘移动至第二位置伸出上环形圈体，以便接触并吸附测试膜；在覆膜圈位于爆燃箱开口处进行爆燃测试时，真空吸盘朝上，真空吸盘移动至第一位置缩回上环形圈体，避免爆燃时高温气体直接冲击到真空吸盘，大大延长真空吸盘使用寿命；

(5)本发明中，在覆膜圈上设置环形表面冷却槽，该环形表面冷却槽内被通入冷却水，利用水的张力吸附住测试膜，使得测试膜与覆膜圈之间形成一道环形冷却区域，避免焊接气体燃爆或燃烧产生的高温气体对真空吸盘造成损坏，确保真空吸盘正常工作，同时，也能够实现对覆膜圈的冷却，延长测试系统的使用寿命；

(6)本发明中，在真空吸盘朝下伸出覆膜圈进行测试膜吸附时，利用机械限位装置对测试膜吸附状态的真空吸盘进行位置限制，避免抽真空时真空吸盘晃动影响吸附甚至因为负压等其他原因回缩到覆膜圈内，确保吸附工作的可靠性；同时，机械限位装置采用抽真空系统来实现对真空吸盘限位动作，由于真空吸盘本身也必须配备抽真空系统，因此，无需像传统的气缸、液压驱动的限位装置一样额外配备压缩气源或液压站作为动力源，精简整个系统的体积，降低成本；且覆膜圈上管路均为统一的抽真空管路，维护方便。

(7)在实现机械限位装置与真空吸盘的抽真空启闭联动时，需要在抽真空系统工作时将限位装置的限位活塞杆伸出，即需要对机械限位壳体的有杆腔抽真空，而本发明的机械限位装置中，采用内置式抽真空连接管与抽真空系统的管路连通实现有杆腔抽真空，无需从机械限位壳体的侧壁上开孔与有杆腔连通；既能够顺利实现联动，又避免在机械限位壳体侧部设置管路造成限位装置体积过大，使得限位装置结构更加紧凑。

附图说明

图1为本发明高强度合金钢焊接用气体测试系统外形图。

图2为本发明高强度合金钢焊接用气体测试系统结构示意图。

图3为本发明中透明箱体结构示意图。

图4为本发明中覆膜圈俯视图。

图5为图4中沿C-C线剖视图。

图6为本发明中吸盘容纳腔结构示意图。

图7为本发明中真空吸盘结构示意图。

图8为本发明中机械限位装置的结构示意图。

图9为本发明中机械限位装置的机械限位壳体结构示意图。

图10为本发明中机械限位装置的限位活塞杆结构示意图。

图11为本发明中机械限位装置的端盖结构示意图。

图12为本发明中机械限位装置的抽真空连接管及橡胶定位塞结构示意图。

图13为本发明高强度合金钢焊接用气体测试系统的初始状态图。

图14为本发明高强度合金钢焊接用气体测试系统的吸附测试膜状态图。

图15为本发明中覆膜圈的吸附测试膜状态图。

图16为本发明中覆膜圈在吸附测试膜状态下真空吸盘工作原理图。

图17为本发明中覆膜圈在吸附测试膜状态下机械限位装置工作原理图。

图18为本发明高强度合金钢焊接用气体测试系统由吸附测试膜状态向覆膜状态转让示意图。

图19为本发明高强度合金钢焊接用气体测试系统的覆膜状态图。

图20为本发明中覆膜圈的覆膜状态图。

图21为本发明中覆膜圈在覆膜状态下机械限位装置工作原理图。

图22为本发明中覆膜圈在覆膜状态下真空吸盘工作原理图。

具体实施方式

如图1、2所示，包括透明箱体1、控制箱体2、覆膜圈3、供膜组件4、翻转组件5、小型抽真空系统6和冷却水循环系统7。

透明箱体1为圆筒状，透明箱体1的底部设置有脉冲式点火器11和焊接气体出气管12，透明箱体1的顶部中心具有一个气流溢出孔13,透明箱体1的内侧壁安装有气敏传感器14；

本实施例中，如图3所示，圆筒状透明箱体1的侧壁采用夹层结构，透明箱体1的侧壁均包括材质相同的内筒1a和外筒1b，以及设置在内、外筒之间的上固定环1c和下固定环1d，内筒1a、外筒1b、上固定环1c和下固定环1d配合形成一具有环形密闭空腔的夹层结构，并在环形空腔内设置铺设有金属网1e，金属网1e的侧面通过胶黏层粘贴在外筒1b的内表面，限定内筒1a的厚度为H1，外筒1b的厚度记做H2,环形空腔的厚度为H3，H3≥H2≥2H1。

透明箱体1的气流溢出孔外围设置有一道环形密封槽，所述环形密封槽内镶嵌O型密封圈1f。

控制箱体2设置在透明箱体1的下方，控制箱体2的一侧设置有一向内凹陷的存储腔21，该储存腔21内放置有焊接气瓶22，控制箱体2的顶部设置有一缓冲舱23，该缓冲舱23内充有一定高度的水，缓冲舱23的顶部与焊接气体出气管12的底部连通，缓冲舱23与焊接气瓶22之间设置有一带阀门25的透明气管24，透明气管24的第一端与焊接气瓶22的出气口连通，第二端伸出缓冲舱23的底部，且第二端位于水面以下。控制箱体内还设置有控制器26以及接入控制器26的蓄电池27，控制器26通过点火控制电路28与脉冲式点火器11电连接；

覆膜圈3为一中空的环形圈体32，环形圈体32内具有一环形真空腔35，限定环形圈体32的一侧端面为上端面，另一侧端面为下端面，在环形圈体32的上端面设置有若干呈环形分布的吸盘容纳腔33，所述吸盘容纳腔33内安装有可伸出环形圈体上端面或缩回环形圈体内的真空吸盘34，各真空吸盘34与环形真空腔35连通，环形圈体的外圆周面上安装有抽真空接头36，所述抽真空接头36内端与环形真空腔35连通，所述抽真空接头36外端与一小型抽真空系统6连接；环形圈体32上端面还设置有数道用于冷却的环形水道，各环形水道均位于真空吸盘34的内侧。

供膜组件4用于存放测试膜，其包括测试膜堆叠托盘41、托盘底座42和弹簧组件43，托盘底座42固定在透明箱体1一侧的控制箱体2上，测试膜堆叠托盘41通过弹簧组件43支承在托盘底座42上，在测试膜堆叠托盘41上堆叠若干层测试膜。

翻转组件5，包括翻转臂51、翻转支座52和翻转驱动机构，翻转支座52设置在供膜组件4与透明箱体1之间的控制箱体2上，翻转臂51的一端与覆膜圈3连接固定，翻转臂51的另一端固定有翻转轴54，翻转轴54通过轴承组件支承在翻转支座52上，翻转驱动机构与翻转臂51连接，并可通过翻转臂51驱动覆膜圈3在透明箱体1的气流溢出孔13与供膜组件4的测试膜堆叠托盘41之间往复运动。

本实施例中，翻转驱动机构53包括减速箱531、驱动电机532、旋转编码器533，减速箱531的输入轴与驱动电机532连接，减速箱531的输出轴与翻转轴54的一端连接固定，并在翻转轴54的另一端安装旋转编码器533。

作为本发明更具体的实施方式：如图4、5所示，

本发明中，覆膜圈3的环形圈体32是由上环形圈体32a与下环形圈体32b同轴堆叠组成，具体如下：

一上环形圈体32a，限定上环形圈体32a的一侧端面为上端面，另一侧端面为下端面，上环形圈体32a中靠近内圈圆周面的一侧为内圈侧，靠近外圈圆周面的一侧为外圈侧；

上环形圈体32a上端面设置有一沿上环形圈体圆周方向延伸的环形表面冷却槽37a，该环形表面冷却槽37a的宽度为1.5～2.2mm，环形表面冷却槽37a的内圈侧和外圈侧分别设置有与其同心的内环形回流槽38a和外环形回流槽39a，且环形表面冷却槽37a、内环形回流槽38a、外环形回流槽39a均为贯通上环形圈体32a上、下端面的通槽；此外，环形表面冷却槽37a上端槽口与内环形回流槽38a之间设置有内导流斜坡，且该内导流斜坡在上环形圈体32a的直径方向自环形表面冷却槽37a上端槽口向内环形回流槽38a上端槽口向下倾斜；环形表面冷却槽37a上端槽口与外环形回流槽39a之间设置有外导流斜坡，且该外导流斜坡沿上环形圈体的直径方向自环形表面冷却槽37a上端槽口向外环形回流槽39a上端槽口向下倾斜。

上环形圈体32a的上端面还设置有若干以上环形圈体圆心为中心呈环形分布的吸盘容纳腔33，吸盘容纳腔33位于上环形圈体32a的外圆周面与外环形回流槽39a之间，吸盘容纳腔33内安装有可伸出上环形圈体32a上端面或缩回上环形圈体32a内的真空吸盘34；上环形圈体32a的外圈圆周面上开有若干与吸盘容纳腔33对应且导通的限位安装孔，在限位安装孔内安装有可伸入吸盘容纳腔33或缩回限位安装孔的机械限位装置31。

一有上环形圈体32a对应且同轴堆叠设置的下环形圈体32b，限定下环形圈体32b中紧贴上环形圈体32a的一侧端面为其上端面，另一侧端面为其下端面；

下环形圈体32b上端面设置有一沿下环形圈体圆周方向延伸的环形真空腔35，该环形真空腔35与呈环形分布的吸盘容纳腔33对应，且环形真空腔35同时与各吸盘容纳腔33的底端连通，在下环形圈体32b的外圆周面上安装有与环形真空腔35连通的抽真空接头36；

下环形圈体32b的上端面还设置有一给水通道37b，该给水通道37b的一端延伸至下环形圈体32b的上端面并与环形表面冷却槽37a的底部连通，给水通道37b的另一端与安装在下环形圈体32b外圆周面上的给水接头37c连通；下环形圈体32b的上端面还设置有一回水通道，该回水通道的一端连接两回水支流道38b、39b，两回水支流道38b、39b另一端均延伸至下环形圈体32b的上端面并分别与内环形回流槽38a、外环形回流槽39a的底部连通，回水通道的另一端连接安装在下环形圈体32b外圆周面上的回水接头38c。这里，给水接头37c、回水接头38c均接入冷却水循环系统7，且可通过冷却水循环系统7中的控制阀门来控制给水接头37c、回水接头38c分别进水、排水，或同时排水。

为了使真空吸盘34在覆膜圈3上能够顺利实现移动，且在移动过程中更加平稳、可靠，作为本发明更具体的实施方式：

如图6所示，吸盘容纳腔33包括自覆膜圈的上端面向下端面依次设置连通的圆台状上限位孔段331、滑动配合孔段332、圆台状下限位孔段333和稳定部容纳孔段334；

圆台状上限位孔段331的小端以及圆台状下限位孔段333的小端分别与滑动配合孔段332的上、下端连通，即圆台状上限位孔段331的大端在上，小端在下，而圆台状下限位孔段333的小端在上，大端在下；

其中，圆台状上限位孔段331的大端内径记做R21，圆台状上限位孔段331的小端内径记做R22，滑动配合孔段332内径记做R23，圆台状下限位孔段333的小端内径记做R24，圆台状下限位孔段333的大端内径记做R25，稳定部容纳孔段的内径记做R26，R22＝R23＝R24＜R25＜R21＜R26。

如图7所示，真空吸盘34包括一可与圆台状上限位孔段331相配的碗状吸盘部341，一嵌入滑动配合孔段332内并与滑动配合孔段332滑动配合的滑动部342，一可与圆台状下限位孔段333相配的限位锥部343，以及一嵌入稳定部容纳孔段334内并与稳定部容纳孔段334滑动配合的环形稳定部344，环形稳定部344上均匀分布有若干贯通其自身上、下端面的稳定部平衡孔345，碗状吸盘部341、滑动部342、限位锥部343和环形稳定部344同轴设置并依次连接形成一个整体，且滑动部342轴向长度大于滑动配合孔段332长度。

真空吸盘34在吸盘容纳腔33内能够被定位至第一位置和第二位置：

在第一位置，真空吸盘34的碗状吸盘部341外侧面紧贴住圆台状上限位孔段331的内壁，且碗状吸盘部341完全位于吸盘容纳腔33的圆台状上限位孔段331内；

在第二位置，真空吸盘34的限位锥部343外侧面紧贴住圆台状下限位孔段333的内壁，碗状吸盘部341的上端伸出覆膜圈32的上端面，圆台状下限位孔段333和稳定部容纳孔段334之间形成的台阶面与环形稳定部334之间具有一个1～2mm的间隙。

本实施例中，真空吸盘34的滑动部342、限位锥部343和稳定部344均由石墨块整体加工制成，使得真空吸盘34能够顺利在第一位置和第二位置之间移动。

本发明中，为避免抽真空时真空吸盘34晃动影响吸附甚至因为负压等其他原因回缩到覆膜圈内，利用机械限位装置31对测试膜吸附状态的真空吸盘进行位置限制，其结构如下：

如图8所示，机械限位装置31包括机械限位壳体311、限位活塞杆312、活塞杆复位弹簧313、端盖314、抽真空连接管315、橡胶定位塞316和锁紧螺母317，具体结构如下：

机械限位壳体311，如图9所示，该机械限位壳体311为压铸的多台阶回转体结构，限定机械限位壳体311在沿多台阶回转体结构的轴线方向上的一端为第一端，另一端为第二端。

在沿机械限位壳体多台阶回转体结构的轴线方向上，机械限位壳体311外表面自第一端向第二端依次设有第一连接段3111、主体段3112和第二连接段3113，在第一连接段3111上设有用于安装机械限位的外螺纹结构，主体段3112上靠近第一连接段3111的一侧螺纹连接有锁紧螺母317；第一连接段3111的外径记做R1，主体段3112的外径记做R2，第二连接段3113的外径记做R3，R1≤R3＜R2；

机械限位壳体311的中心开有贯通的多台阶孔腔，在沿机械限位壳体多台阶回转体结构的轴线方向上，该多台阶孔腔自第一端向第二端依次为第一圆柱腔3114、锥形过渡腔3115、第二圆柱腔3116和第三圆柱腔3117，第三圆柱腔3117的内壁上设置有内螺纹结构；第一圆柱腔3114的内径记做R4，第二圆柱腔3116的内径记做R5，第三圆柱腔3117的内径记做R6，R4＜R5＜R6。

限位活塞杆312，如图10所示，该限位活塞杆312具有一金属限位管体3121，金属限位管体3121的末端向外翻边形成一环状结构，在该环状结构上注塑成型有活塞3122；金属限位管体3121嵌入机械限位壳体311的第一圆柱腔3114内与第一圆柱腔3114内壁滑动配合，而活塞3122嵌入机械限位壳体311的第二圆柱腔3116内与第二圆柱腔3116内壁滑动配合；并在金属限位管体3121上开有一对抽真空第一连通孔3123。

活塞杆复位弹簧313，参见图8，该活塞杆复位弹簧313套装在金属限位管体3121外，并位于机械限位壳体第二圆柱腔3116内，该活塞杆复位弹簧313的一端抵住活塞3122端面，另一端抵在第二圆柱腔3116与锥形过渡腔3115之间形成的台阶面上。

端盖314，如图11所示，该端盖314为台阶状回转体结构，限定端盖在沿端盖回转体结构的轴线方向上的一端为第三端，另一端为第四端，

在沿端盖回转体结构的轴线方向上，端盖314外表面自第三端向第四端依次设有锁紧段3141和外平衡段3142，在锁紧段3141上设置有外螺纹结构，锁紧段3141的外径记做R7，外平衡段3142的外径记做R8，R7＞R8；端盖314的外表面锁紧段3141与机械限位壳体311的第三圆柱腔3117通过内、外螺纹结构连接固定。

端盖314的中心开有贯通的台阶孔腔，在沿端盖回转体结构的轴线方向上，台阶孔腔自第三端向第四端依次设有第四圆柱腔3143和第五圆柱腔3144，第四圆柱腔3143的内径记做R9，第五圆柱腔3144的内径记做R10，R9＞R10；端盖314的第四圆柱腔3143内壁与外平衡段3142表面之间均匀设置有若干导通两者的端盖平衡孔3145，端盖314的第四圆柱腔3143与第五圆柱腔3144之间形成环形内限位面。

抽真空连接管315，如图12所示，该抽真空连接管315为一端封闭管体，该管体的外径与金属限位管体3121的内径相配，限定抽真空连接管315在其管体轴线方向上的一端为第五端，另一端为第六端，

抽真空连接管315中心具有一在其管体轴线方向上自第六端的端面向第五端延伸且不贯通第五端的抽真空孔道3151，并在靠近第五端侧的抽真空连接管周向外表面上开有与抽真空孔道3151连通的抽真空第二连通孔3152。本实施例中，抽真空第二连通孔3152有一对，对称设置在抽真空连接管315上。

橡胶定位塞316，在抽真空导管315上靠近第六端的管体周向外表面模压成型有用于与端盖314连接固定的橡胶定位塞316，参见图12，该橡胶定位塞316具有一个刚好可嵌入端盖第五圆柱腔3144内并与第五圆柱腔3144内壁紧配合的小环形体3161，在小环形体3161的一端整体成型有用于嵌入端盖314中第四圆柱腔3143内的圆锥体内限位部3162，在小环形体3161的另一端整体成型有环形外限位部3163；圆锥体内限位部3162的底面外径记做R11，环形外限位部3163的外径记做R12，R10＜R11＜R9＜R12。

小环形体3161嵌入端盖中第五圆柱腔3144内，且小环形体3161与第五圆柱腔3144内壁之间紧配合，圆锥体内限位部3162嵌入端盖中第四圆柱腔3143内，且圆锥体内限位部3162的锥形底面紧贴端盖314的环形内限位面，而环形外限位部3163紧贴端盖314的第四端外端面。

抽真空连接管315被设置在机械限位壳体311的轴线上，其中，抽真空连接管315中靠近第五端的管体部分嵌入限位活塞杆312的金属限位管体3121内并与金属限位管体3121的内壁滑动配合，抽真空连接管315中靠近第六端的管体部分则通过橡胶定位塞316定位在端盖中心。

本实施例中，在抽真空连接管315第六端的管体外周向上设置有至少一道环形凹槽3153，该环形凹槽3153用于抽真空连接管315第六端与抽真空管道连接时定位管道锁紧件。此外，与橡胶定位塞316接触部分的抽真空连接管315外表面上通过工装压制出若干环形凸起3154，该环形凸起3154用于更好的与橡胶定位塞316进行连接，确保连接可靠。

为了确保限位活塞杆312上开的一对抽真空第一连通孔3123能够与抽真空连接管315的抽真空第二连通孔3152对应，在橡胶定位塞316的环形外限位部3163上，以及端盖314的第四端外端面上设置可配合的定位凸起、定位孔。

测试系统工作原理：

步骤S1：

初始状态下，如图13所示，覆膜圈3位于透明箱体1的上方，且其环形圈体32下端面紧贴住透明箱体1的上端面；

步骤S2：

如图14所示，控制器26控制驱动电机532动作，驱动电机532通过减速箱531驱动翻转臂51旋转，并由旋转编码器533与控制器26配合，使得旋转臂51及其上的覆膜圈3旋转180°至测试膜堆叠托盘41上方，进入测试膜吸附状态；

覆膜圈3在翻转过程中，首先，其上端面由朝上开始变为朝下，如图15、16所示(图16中未示出机械限位装置)，在自身重力作用下，真空吸盘34的限位锥部343外侧面紧贴住圆台状下限位孔段333的内壁，使得真空吸盘34向下移动至第二位置伸出覆膜圈3上端面；在真空吸盘34不断翻转移动过程中，由于吸盘容纳腔33的圆台状下限位孔段333和真空吸盘34的稳定部容纳孔段334之间形成的台阶面与环形稳定部334之间始终具有一个最小在1～2mm的间隙，利用稳定部平衡孔345顺利排出该间隙之间的空气，确保真空吸盘34能够下移到位；

稍后，如图17所示，小型抽真空系统6启动后先接通机械限位装置的抽真空连接管315，限位活塞杆312伸出机械限位壳体311的第一端，使得限位活塞杆312位于真空吸盘上方，实现对真空吸盘34的限位，避免后续抽真空时真空吸盘34晃动或回缩影响吸附；

覆膜圈3在翻转到位后，在弹簧组件43的作用下，使得伸出覆膜圈3上端面的真空吸盘34紧贴住测试膜堆叠托盘41上的测试膜，小型抽真空系统6再略迟于机械限位装置接通环形真空腔35，使得真空吸盘34开始工作吸附测试膜。

步骤S3：

如图18、19所示，控制器26控制驱动电机532反向动作，使得旋转臂51及其上的覆膜圈3反向旋转至透明箱体1上方，覆膜圈3的下端面紧贴住透明箱体1的上端面，并使得测试膜覆盖住气流溢出孔13，从而进入覆膜状态；

步骤S4：

如图20～22所示，当覆膜圈3紧贴至透明箱体1上端面上后，切断机械限位装置31、真空吸盘34与小型抽真空系统6的连通，使得抽真空连接管315与大气连通，在活塞杆复位弹簧313作用下，限位活塞杆312缩回机械限位壳体311的第一端；在重力作用下，真空吸盘34的碗状吸盘部341外侧面紧贴住圆台状上限位孔段331的内壁，即真空吸盘34移动至第一位置缩回覆膜圈32内，其碗状吸盘部341完全位于吸盘容纳腔33的圆台状上限位孔段331内，避免爆燃时高温气体直接冲击到真空吸盘34；

步骤S5：

启动冷却水循环系统7，参见图20，冷却水循环系统中7的控制阀门控制给水接头37c、回水接头38c分别进水、排水，使得冷却水从环形表面冷却槽37a顶部溢流向内环形回流槽38a、外环形回流槽39a，利用呈环状溢流时的冷却水表面张力吸附测试膜，并在真空吸盘34与气流溢出孔13之间形成数道保护真空吸盘并能够给覆膜圈降温的环形冷却水通道；

步骤S6：

控制器26控制阀门25开启，焊接气瓶22内的焊接用气体通过透明气管24进入缓冲舱23，再从焊接气体出气管12进入透明箱体1内，通过气敏传感器14检测透明箱体1内焊接气体浓度后反馈给控制器26，再关闭阀门25,；

步骤S7：

控制器26通过点火控制电路28控制脉冲式点火器11点火，点燃透明箱体1内的焊接气体，实现爆燃，爆燃产生的高温气流冲击覆膜圈3上的测试膜，从而达到爆燃演示的作用；在完成一侧爆燃测试后，冷却水循环系统中的控制阀门控制给水接头37c、回水接头38c同时排水，排干环形表面冷却槽37a、内环形回流槽38a、外环形回流槽39a内的冷却水，避免再次翻转时流出覆膜圈3，如此循环实现连续化爆燃测试。

Claims (7)

1.一种高强度合金钢焊接用气体测试系统，其特征在于：包括

一透明箱体，该透明箱体为圆筒状，透明箱体的底部设置有脉冲式点火器和焊接气体出气管，透明箱体的顶部中心具有一个气流溢出孔，透明箱体的内侧壁安装有气敏传感器；

一设置在透明箱体下方的控制箱体，所述控制箱体的一侧设置有一向内凹陷的存储腔，该储存腔内放置有焊接气瓶，控制箱体的顶部设置有一充有水的缓冲舱，该缓冲舱的顶部与焊接气体出气管的底部连通，缓冲舱与焊接气瓶之间设置有一带阀门的透明气管，透明气管的第一端与焊接气瓶的出气口连通，第二端伸出缓冲舱的底部；所述控制箱体内还设置有控制器以及接入控制器的蓄电池，控制器通过点火控制电路与脉冲式点火器电连接；

一覆膜圈，覆膜圈为一中空的环形圈体，环形圈体内具有一环形真空腔，限定环形圈体的一侧端面为上端面，另一侧端面为下端面，在环形圈体的上端面设置有若干呈环形分布的吸盘容纳腔，所述吸盘容纳腔内安装有可伸出环形圈体上端面或缩回环形圈体内的真空吸盘，各真空吸盘与环形真空腔连通，环形圈体的外圆周面上安装有抽真空接头，所述抽真空接头内端与环形真空腔连通，所述抽真空接头外端与一小型抽真空系统连接；所述环形圈体上端面还设置有数道用于冷却的环形水道，所述各环形水道均位于真空吸盘的内侧；

一用于存放测试膜的供膜组件，包括测试膜堆叠托盘、托盘底座和弹簧组件，所述托盘底座固定在透明箱体一侧的控制箱体上，测试膜堆叠托盘通过弹簧组件支承在托盘底座上；

一翻转组件，包括翻转臂、翻转支座和翻转驱动机构，所述翻转支座设置在供膜组件与透明箱体之间的控制箱体上，所述翻转臂的一端与覆膜圈连接固定，翻转臂的另一端固定有翻转轴，翻转轴通过轴承组件支承在翻转支座上，所述翻转驱动机构与翻转臂连接，并可通过翻转臂驱动覆膜圈在透明箱体的气流溢出孔与供膜组件的测试膜堆叠托盘之间往复运动。

2.根据权利要求1所述的金属件焊接用测试系统，其特征在于：所述圆筒状透明箱体的侧壁采用夹层结构，透明箱体的侧壁均包括材质相同的内筒和外筒，以及设置在内、外筒之间的上固定环和下固定环，所述内筒、外筒、上固定环和下固定环配合形成一具有环形密闭空腔的夹层结构，并在环形空腔内设置铺设有金属网，所述金属网的侧面通过胶黏层粘贴在外筒的内表面，限定内筒的厚度为H1，外筒的厚度记做H2,环形空腔的厚度为H3，H3≥H2≥2H1。

3.根据权利要求1所述的金属件焊接用测试系统，其特征在于：所述透明箱体的气流溢出孔外围设置有一道环形密封槽，所述环形密封槽内镶嵌O型密封圈。

4.根据权利要求1所述的金属件焊接用测试系统，其特征在于：所述覆膜圈包括

一上环形圈体，限定上环形圈体的一侧端面为上端面，另一侧端面为下端面，上环形圈体中靠近内圈圆周面的一侧为内圈侧，靠近外圈圆周面的一侧为外圈侧；

所述上环形圈体上端面设置有一沿上环形圈体圆周方向延伸的环形表面冷却槽，该环形表面冷却槽的宽度为1.5～2.2mm，所述环形表面冷却槽的内圈侧和外圈侧分别设置有与其同心的内环形回流槽和外环形回流槽，且环形表面冷却槽、内环形回流槽、外环形回流槽均为贯通上环形圈体上、下端面的通槽；

所述上环形圈体的上端面还设置有若干以上环形圈体圆心为中心呈环形分布的吸盘容纳腔，所述吸盘容纳腔位于上环形圈体的外圆周面与外环形回流槽之间，所述吸盘容纳腔内安装有可伸出上环形圈体上端面或缩回上环形圈体内的真空吸盘；

所述上环形圈体的外圈圆周面上开有若干与吸盘容纳腔对应且导通的限位安装孔，在限位安装孔内安装有可伸入吸盘容纳腔或缩回限位安装孔的机械限位装置；

一有上环形圈体对应且同轴堆叠设置的下环形圈体，限定下环形圈体中紧贴上环形圈体的一侧端面为上端面，另一侧端面为下端面；

所述下环形圈体上端面设置有一沿下环形圈体圆周方向延伸的环形真空腔，该环形真空腔与呈环形分布的吸盘容纳腔对应，且环形真空腔同时与各吸盘容纳腔的底端连通，在下环形圈体的外圆周面上安装有与环形真空腔连通的抽真空接头；

所述下环形圈体的上端面还设置有一给水通道，该给水通道的一端延伸至下环形圈体的上端面并与环形表面冷却槽的底部连通，给水通道的另一端与安装在下环形圈体外圆周面上的给水接头连通；

所述下环形圈体的上端面还设置有一回水通道，该回水通道的一端连接两回水支流道，两回水支流道另一端均延伸至下环形圈体的上端面并分别与内环形回流槽、外环形回流槽的底部连通，回水通道的另一端与安装在下环形圈体外圆周面上的回水接头连通。

5.根据权利要求4所述的金属件焊接用测试系统，其特征在于：所述吸盘容纳腔包括自上环形圈体的上端面向下端面依次设置连通的圆台状上限位孔段、滑动配合孔段、圆台状下限位孔段和稳定部容纳孔段；

圆台状上限位孔段的小端以及圆台状下限位孔段的小端分别与滑动配合孔段的上、下端连通；圆台状上限位孔段的大端内径记做R21，圆台状上限位孔段的小端内径记做R22，滑动配合孔段内径记做R23，圆台状下限位孔段的小端内径记做R24，圆台状下限位孔段的大端内径记做R25，稳定部容纳孔段的内径记做R26，R22＝R23＝R24＜R25＜R21＜R26；

所述真空吸盘包括可与圆台状上限位孔段相配的碗状吸盘部，嵌入滑动配合孔段内并与滑动配合孔段滑动配合的滑动部，可与圆台状下限位孔段相配的限位锥部，以及嵌入稳定部容纳孔段内并与稳定部容纳孔段滑动配合的稳定部，所述碗状吸盘部、滑动部、限位锥部和稳定部依次连接形成一个整体，且滑动部长度大于滑动配合孔段长度；

所述真空吸盘在吸盘容纳腔内能够被定位至第一位置和第二位置，

在第一位置，所述真空吸盘的碗状吸盘部外侧面紧贴住圆台状上限位孔段的内壁，且碗状吸盘部完全位于吸盘容纳腔的圆台状上限位孔段内；

在第二位置，所述真空吸盘的限位锥部外侧面紧贴住圆台状下限位孔段的内壁，碗状吸盘部的上端伸出上环形圈体的上端面，圆台状下限位孔段和稳定部容纳孔段之间形成的台阶面与环形稳定部之间具有一个1～2mm的间隙。

6.根据权利要求4所述的金属件焊接用测试系统，其特征在于：所述机械限位装置包括

一机械限位壳体，该机械限位壳体为多台阶回转体结构，限定机械限位壳体在沿多台阶回转体结构的轴线方向上的一端为第一端，另一端为第二端，

在沿机械限位壳体多台阶回转体结构的轴线方向上，所述机械限位壳体外表面自第一端向第二端依次设有第一连接段、主体段和第二连接段，在第一连接段上设有用于安装机械限位的外螺纹结构，主体段上靠近第一连接段的一侧螺纹连接有锁紧螺母；第一连接段的外径记做R1，主体段的外径记做R2，第二连接段的外径记做R3，R1≤R3＜R2；

机械限位壳体的中心开有贯通的多台阶孔腔，在沿机械限位壳体多台阶回转体结构的轴线方向上，所述多台阶孔腔自第一端向第二端依次为第一圆柱腔、锥形过渡腔、第二圆柱腔和第三圆柱腔，第三圆柱腔的内壁上设置有内螺纹结构；第一圆柱腔的内径记做R4，第二圆柱腔的内径记做R5，第三圆柱腔的内径记做R6，R4＜R5＜R6；

一限位活塞杆，该限位活塞杆具有一金属限位管体，所述金属限位管体的末端向外翻边形成一环状结构，在该环状结构上注塑成型有活塞；所述金属限位管体嵌入机械限位壳体的第一圆柱腔内与第一圆柱腔内壁滑动配合，所述活塞嵌入机械限位壳体的第二圆柱腔内与第二圆柱腔内壁滑动配合；并在金属限位管体上开有抽真空第一连通孔；

一活塞杆复位弹簧，该活塞杆复位弹簧套装在金属限位管体外，并位于机械限位壳体第二圆柱腔内，该活塞杆复位弹簧的一端抵住活塞端面，另一端抵在第二圆柱腔与锥形过渡腔之间形成的台阶面上；

一端盖，该端盖为台阶状回转体结构，限定端盖在沿端盖回转体结构的轴线方向上的一端为第三端，另一端为第四端，

在沿端盖回转体结构的轴线方向上，端盖外表面自第三端向第四端依次设有锁紧段和外平衡段，在锁紧段上设置有外螺纹结构，锁紧段的外径记做R7，外平衡段的外径记做R8，R7＞R8；所述端盖的外表面锁紧段与机械限位壳体的第三圆柱腔通过内、外螺纹结构连接固定；

端盖的中心开有贯通的台阶孔腔，在沿端盖回转体结构的轴线方向上，所述台阶孔腔自第三端向第四端依次设有第四圆柱腔和第五圆柱腔，第四圆柱腔的内径记做R9，第五圆柱腔的内径记做R10，R9＞R10；所述端盖的第四圆柱腔内壁与外平衡段表面之间均匀设置有若干端盖平衡孔，端盖的第四圆柱腔与第五圆柱腔之间形成环形内限位面；

一抽真空连接管，该抽真空连接管为一端封闭的管体，限定抽真空连接管在其管体轴线方向上的一端为第五端，另一端为第六端，

抽真空连接管中心具有一在其管体轴线方向上自第六端的端面向第五端延伸且不贯通第五端的抽真空孔道，并在靠近第五端侧的抽真空连接管周向外表面上开有与抽真空孔道连通的抽真空第二连通孔；

在抽真空导管上靠近第六端的管体周向外表面模压成型有用于与端盖连接固定的橡胶定位塞，该橡胶定位塞具有一个刚好可嵌入端盖第五圆柱腔内并与第五圆柱腔内壁紧配合的小环形体，在小环形体的一端整体成型有用于嵌入端盖中第四圆柱腔内的圆锥体内限位部，在小环形体的另一端整体成型有环形外限位部；所述圆锥体内限位部的底面外径记做R11，环形外限位部的外径记做R12，R10＜R11＜R9＜R12；

所述小环形体嵌入端盖中第五圆柱腔内，且小环形体与第五圆柱腔内壁之间紧配合，所述圆锥体内限位部嵌入端盖中第四圆柱腔内，且圆锥体内限位部的锥形底面紧贴环形内限位面，所述环形外限位部紧贴端盖的第四端外端面；

所述抽真空连接管中靠近第五端的管体部分嵌入限位活塞杆的金属限位管体内并与金属限位管体的内壁滑动配合，所述抽真空连接管中靠近第六端的管体部分通过橡胶定位塞定位在端盖中心。

7.根据权利要求1所述的金属件焊接用测试系统，其特征在于：所述翻转驱动机构包括减速箱、驱动电机、旋转编码器，减速箱的输入轴与驱动电机连接，减速箱的输出轴与翻转轴的一端连接固定，并在翻转轴的另一端安装旋转编码器。