CN111220425A - 一种密闭管道取气装置及其取气方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种密闭管道取气装置及其取气方法，解决了现有的密闭管道气体取样是有损取样，取样量较大，会破坏零件内部气氛且造成零件浪费的问题。本发明包括密封结构，所述密封结构分别与取样组件和打孔焊封组件连接，密闭管道穿入所述密封结构中，所述密封结构包括密封件和密封堵头，所述密封堵头、密封件以及密闭管道的管壁共同围合形成密封腔，所述取样组件包括取气瓶和真空泵，所述取气瓶和所述真空泵均与所述密封堵头连接且均与所述密封腔连通，所述打孔焊封组件包括激光装置，所述密封堵头上设置有透光板，所述激光装置透过透光板进行打孔和焊封。本发明具有无损且微量取样，不影响密闭管道内部气体含量和气氛且体积小等优点。

Description

一种密闭管道取气装置及其取气方法

技术领域

本发明涉及取样检测技术领域，具体涉及一种密闭管道取气装置及其取气方法。

背景技术

我国进入工业化大国已经有几十年的时间了，对于一些已经工作数年带有管道密封腔体的零件产品，必须通过检测内部气体的状态以判断零件的使用状态。

传统的方法是采用破坏性的检测方式获取零件管道内部的气体状态，该产品破坏检测之后不能继续使用。而在面对需要检测的产品数量较多时，通常采用抽样的方式取出一部分通过破坏性的方法取出内部气体，检测完气体组分后通过统计学的方法判断其它产品的使用状态。这种传统的破坏性检测方式存在以下缺点：第一，属于有损检测，造成零件的浪费；第二，抽样检测法对未通过检测零件使用状态的判断不完全准确；第三，会停止管道的工作，影响实验生产的正常进行；第四，针对带有管道的密闭容器，传统的方法通过破坏性取样，取样后必然破坏容器内部的气氛状态。

因此，有必要开发一种实现密闭环境无损检测的取样检测装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有的密闭管道气体取样检测是有损形式，会破坏管道内部的气氛状态，取样量较大，影响密闭管道内部的气体含量，且有损取样造成零件浪费影响生产研发的正常进行。

本发明提供了解决上述问题的一种密闭管道取气装置及其取气方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种密闭管道取气装置，包括密封结构、取样组件和打孔焊封组件，所述密封结构分别与所述取样组件和打孔焊封组件连接，密闭管道穿入所述密封结构中，所述密封结构包括密封件和密封堵头，所述密封堵头、所述密封件以及所述密闭管道的管壁共同围合形成密封腔，所述取样组件包括取气瓶和真空泵，所述取气瓶和所述真空泵均与所述密封堵头连接，所述取气瓶与所述密封腔连通，所述真空泵与所述密封腔连通，用于对所述密封腔抽真空，所述打孔焊封组件包括激光装置，所述密封堵头上设置有透光板，所述激光装置通过所述透光板对位于所述密封腔中的密闭管道进行打孔和焊封。

本发明的设计原理为：在很多生产或者研发环境下，密闭管道持续工作，随着时间的推移容易出现密闭管道零件问题，那么就需要通过内部气体检测来反应密闭管道的工作状态，对于气体检测关键就在于如何从密闭管道中取出气体样品，取样过程不能对密闭管道的正常使用产生影响。本发明通过密封堵头、密封件以及密闭管道的管壁共同围合形成密封腔，通过真空泵抽真空，在密封腔中形成负压环境，再在密封腔中进行激光打孔取样，真空负压环境能让密闭管道中的气体顺利流出，在取样完成后，再由激光对密闭管道的管壁进行焊接，由于激光能透过透光板而直接对密闭管道的管壁进行打孔和焊封，不会对密封腔的密封环境产生机械破坏，在整个取样和焊接过程中均能保持整个密封腔的完全密闭，完全与大气隔绝，不会受到外界环境中气体的影响，由于激光打孔能控制打孔尺寸很微小，激光装置位于密封腔的外部进行加工，与密闭管道连接的密封结构以及密封腔也可以做得很小，这样就可以控制取样的量也很微小，具体可以小于10ml，不会对密闭管道内的气体含量产生影响。

本发明优选一种密闭管道取气装置，所述密封件包括螺套和锥套，所述螺套与所述锥套连接，所述密闭管道穿入所述锥套中，所述螺套与所述密封堵头可拆卸连接，所述锥套、密封堵头和所述密闭管道的管壁共同围合成所述密封腔。

在具体密封时，将密闭管道待测端插入所述锥套中，螺套套装在所述锥套上形成密封件的一端，滑动螺套和锥套可以调整密封件在密闭管道上的位置，当调整到待测位置时，用密封堵头与所述螺套连接，所述密封堵头作为密封件的另一端与锥套一起形成将密闭管道密封的密封腔。

本发明优选一种密闭管道取气装置，所述锥套包括锥体端，所述锥体端的外径从连接所述螺套的一端向连接所述密封堵头的一端逐渐减小。

进一步地，所述密封堵头的内腔直径大于所述密闭管道。

在具体密封操作时，密封堵头的外壁与所述螺套螺纹连接，而密封堵头的内壁会在锥套的锥体端逐渐旋进，直至锥套与密闭管道完全密封，密封堵头与密闭管道之间的间隙成为气体的流通通道。

本发明优选一种密闭管道取气装置，所述打孔焊封组件包括激光器和激光加工头，所述激光器和所述激光加工头连接，所述激光加工头中射出的激光透过所述透光板对所述密闭管道的待测部位进行打孔和焊封。

透光板能让激光透过，实现对密闭管道的管壁的打孔和焊接，保证整个过程中密封腔的密闭。

本发明优选一种密闭管道取气装置，所述密封堵头上设置有压力检测表，用于检测密封腔中的压力，从而控制取样的量。

本发明优选一种密闭管道取气装置，所述取气瓶与所述密封堵头之间通过气管一连接，所述气管一上设置有电磁阀门一。

本发明优选一种密闭管道取气装置，所述真空泵与所述密封堵头之间通过气管二连接，所述气管二上设置有电磁阀门二。

进一步地，所述电磁阀门一为电磁阀门一，所述电磁阀门二为电磁阀门二。

在密封操作完成后，密封腔中的气体是空气，如果不排除干净会对取出的气体样品产生影响，导致检测结果不准确，本发明通过设置能启闭的真空泵和取气瓶，通过控制电磁阀门一和为电磁阀门二的顺序，并通过激光打孔和焊封实现取样和密闭管道的修复。

优选地，所述激光器为准连续单模光纤激光器。

一种密闭管道取气方法，使用上述密闭管道取气装置，包括如下步骤：

步骤1：将密封堵头拧出螺套，直到锥套可以在密封堵头和螺套之间自由运动；

步骤2：将密闭管道插入所述螺套和锥套中，选择密闭管道的待测位置后，固定密闭管道与螺套之间的相对位置，将密封堵头拧进螺套中，直到锥套与密闭管道的外壁达到密封；

步骤3：打开电磁阀门一和电磁阀门二，开启真空泵，当压力检测表的示数为零时，关闭电磁阀门一，关闭电磁阀门二，关闭真空泵；

步骤4：开启激光器，调整光束参数，开始激光打孔，同时开启电磁阀门一，开始密闭管道内部气氛采集。在取样过程中，随着气体从密闭管道向密封堵头中流动，所述密封腔的气压逐渐升高，直至二者相等，取样完成。

步骤5：完成气体采集后，关闭电磁阀门一，开启激光器焊封模式，对密闭管道的孔进行焊封。

本发明优选一种密闭管道取气方法，所述步骤4中打孔的尺寸为：直径0.1-0.5mm。

本发明优选一种密闭管道取气方法，所述步骤4中，调整激光束参数时，激光束设定为激光束脉冲模式，所述激光加工头中透镜的焦距设定为70-120mm。

本发明优选一种密闭管道取气方法，所述步骤5中，开启激光器的焊封模式具体方法为：将激光束切换为连续激光束模式，所述激光加工头远离所述密闭管道一定距离实现负离焦。

本发明在对密闭管道打孔时切换为激光束脉冲模式，激光束具备极高的脉冲能量，可以使打孔位置的材料发生蒸发，而在焊封时，将激光束切换为连续激光束模式，激光束将小孔周围的材料熔并向小孔流动，完成焊封动作，由于打孔和焊封采用同一束激光，激光束没有发生移动，在孔的直径非常小的时候，可以精确的确定小孔的位置进行焊封，保证密闭管道的焊封质量，且由于打孔和焊封在同一台激光器上完成，减小了装置的体积和节省了成本，且使得取样操作效率也更高效。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明采用激光从密封腔外部打孔，保证密封腔在整个取样过程中的密闭，并抽真空去除密封腔中的空气，使得整个过程均在与外界隔绝的环境下进行，产品内部的气体不会受到污染，取样完成后，再采用激光进行焊封，焊封后的管道满足技术使用要求，不影响密闭管道的正常使用。

2、本发明采用激光从外部打孔，相比机械打孔方式，可以减小装置的体积和密封腔的容积，且通过控制激光束，使得打孔的尺寸很小，具体可达到0.1-0.5mm，从而使得从密闭管道中取出的气体很微量，具体可小于10ml，不会对密闭管道内的气体含量产生影响，不影响密闭管道的正常使用。

3、本发明所使用的激光器为准连续单模光纤激光器，具有体积小，便携性高的特点，且通过调整激光参数，使得激光打孔和激光焊封使用同一台激光器完成，完成任务目标的同时具有成本低、体积小的特点，由于激光束没有移动，在孔的直径非常小的时候，可以精确的确定小孔的位置进行焊封。

4、本发明与管道外壁密封时采用的锥套锁紧式密封，操作简单，密封效果好。

5、本发明装置整体体积较小，可固定检测，也可以切换至车轮状态对所需检测的零件进行移动检测，取气部分与激光器部分可以分离，更加灵活地应用于各类场景。

6、本激光加工头附带同轴CCD，可以实时观测小孔的的状态和焊封的情况。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为本发明的剖视结构示意图。

图3为本发明工作状态下的立体结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-密闭管道，2-螺套，3-锥套，4-密封堵头，5-透光板，6-小孔位置，7-激光束，8-电磁阀门二，9-真空泵，10-电磁阀门一，11-取气瓶，12-压力检测表，13-密封腔，14-机械平台，15-激光器，16-安装板，17-待检产品，18-激光加工头，19-微量气氛取样装置，20-支脚。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在本发明中，将除去激光器和真空泵的结构部分命名为：微量气氛取样装置。

实施例1

如图1和图2所示，一种密闭管道取气装置，包括密封结构、取样组件和打孔焊封组件，所述密封结构包括密封件和密封堵头4，所述密封件包括螺套2和锥套3，所述螺套2与所述锥套3连接，所述密闭管道1穿入所述锥套3中，所述锥套3、密封堵头4和所述密闭管道1的管壁共同围合成所述密封腔13，所述锥套3包括锥体端，所述锥体端的外径从连接所述螺套2的一端向连接所述密封堵头4的一端逐渐减小，所述密封堵头4的内腔直径大于所述密闭管道1，具体密封操作时，将密闭管道1待测端插入所述锥套3中，螺套2套装在所述锥套3上形成密封件的一端，滑动螺套2和锥套3可以调整密封件在密闭管道1上的位置，当调整到待测位置时，用密封堵头4与所述螺套2连接，所述密封堵头4作为密封件的另一端与锥套3一起形成将密闭管道1密封的密封腔13，密封堵头4的外壁与所述螺套2螺纹连接，而密封堵头4的内壁会在锥套3的锥体端逐渐旋进，直至锥套3与密闭管道1完全密封，密封堵头4与密闭管道1之间的间隙成为气体的流通通道。

所述取样组件包括取气瓶11和真空泵9，所述取气瓶11与所述密封堵头4之间通过气管一连接，所述气管一上设置有电磁阀门一10，电磁阀门一10控制取气瓶11与密封腔13之间的连通与断开，所述真空泵9与所述密封堵头4之间通过气管二连接，所述气管二上设置有电磁阀门二8，电磁阀门二8控制真空泵9与密封腔13之间的连通与断开，当电磁阀门二8打开时，真空泵9可对密封腔13进行抽真空以便形成负压环境，且完全抽走空气，以免对取出的气体造成污染影响检测结果。

所述密封堵头4上设置有透光板5，所述透光板5为透光玻璃，所述激光装置通过所述透光板5对位于所述密封腔13中的密闭管道1进行打孔和焊封。

所述密封堵头4上设置有压力检测表12，用于检测密封腔13中的气压，用于判断空气是否抽干净，是否形成需要的负压环境，从而控制取样的量和保证取出的气体不被空气污染。

所述打孔焊封组件包括激光器15和激光加工头18，所述激光器15和所述激光加工头18连接，所述激光加工头18中射出的激光束7透过所述透光板5对所述密闭管道1的待测部位进行打孔和焊封。

透光板5能让激光透过，实现对密闭管道1的管壁的打孔和焊接，保证整个过程中密封腔13的密闭。

在密封操作完成后，密封腔13中的气体是空气，如果不排除干净会对取出的气体样品产生影响，导致检测结果不准确，本发明通过设置能启闭的真空泵9和取气瓶11，通过控制电磁阀门一10和为电磁阀门二8的顺序，并通过激光打孔和焊封实现取样和密闭管道1的修复。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，所述激光器15为准连续单模光纤激光器15，所述激光打孔和激光焊封使用同一台激光器15。

实施例3

如图3所示，本实施例与实施例2的区别在于，所述微量气氛取样装置19通过支脚20安装在安装板16上，所述激光加工头18也安装在安装板16上，所述激光器15和真空泵9安装在机械平台14中，所述安装板16连接在所述机械平台14的顶部，所述机械平台14的底部安装有滚轮。

所述支脚20为可伸缩结构，可以根据待检产品17的高度调节微量气氛取样装置19的高度。

在具体操作时，将待检产品17放置于安装板16上固定，移动待检产品17使得密闭管道1穿入密封结构内部，到达预定位置后，拧紧螺套2和密封堵头4形成密封腔13。打开电磁阀门一10和电磁阀门二8，开启真空泵9，当压力检测表12的示数为预定压力值时，关闭电磁阀门一10，关闭电磁阀门二8，关闭真空泵9，此时密封腔13形成真空环境。开启激光器15，调节至预定的参数，调整光束参数，开始激光打孔，控制小孔的直径在0.1-0.5mm毫米的范围内，同时开启电磁阀门一10，此时密闭管道1内部的气体在内外压力差的作用下从管道内逸出进入取气瓶11。压力检测表12的读数趋于稳定后，完成气氛采集，关闭电磁阀门，开启激光器15对取气小孔进行焊封，之后取下取气装置，检测过程完成。

实施例4

一种密闭管道取气方法，使用实施例2中的密闭管道取气装置，包括如下步骤：

步骤1：将密封堵头4拧出螺套2，直到锥套3可以在密封堵头4和螺套2之间自由运动；

步骤2：将密闭管道1插入所述螺套2和锥套3中，选择密闭管道1的待测位置后，固定密闭管道1与螺套2之间的相对位置，将密封堵头4拧进螺套2中，直到锥套3与密闭管道1的外壁达到密封；

步骤3：打开电磁阀门一10和电磁阀门二8，开启真空泵9，当压力检测表12的示数为零时，关闭电磁阀门一10，关闭电磁阀门二8，关闭真空泵9；

步骤4：开启激光器15，调整光束参数，激光束设定为激光束脉冲模式，所述激光加工头中透镜的焦距设定为70-120mm，具体为80mm，开始激光打孔，同时开启电磁阀门一10，密闭管道1的内部气体通过小孔位置6向密封腔13流动，开始密闭管道1内部气氛采集。在取样过程中，随着气体从密闭管道1向密封堵头4中流动，所述密封腔13的气压逐渐升高，直至二者相等，取样完成。

步骤5：完成气体采集后，关闭电磁阀门一10，开启激光器15的焊封模式，将激光束切换为连续激光束模式，所述激光加工头远离所述密闭管道一定距离实现负离焦，将激光束切换为连续激光束模式，所述激光加工头远离所述密闭管道一定距离实现负离焦，对密闭管道1的孔进行焊封。

所述步骤4中打孔的尺寸为：直径0.1-0.5mm。

在本发明中，所述“上”、“下”、“顶”和“底”均以附图所示方位为准。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种密闭管道取气装置，其特征在于，包括密封结构、取样组件和打孔焊封组件，所述密封结构分别与所述取样组件和打孔焊封组件连接，

密闭管道(1)穿入所述密封结构中，所述密封结构包括密封件和密封堵头(4)，所述密封堵头(4)、所述密封件以及所述密闭管道(1)的管壁共同围合形成密封腔(13)，

所述取样组件包括取气瓶(11)和真空泵(9)，所述取气瓶(11)和所述真空泵(9)均与所述密封堵头(4)连接，所述取气瓶(11)与所述密封腔(13)连通，所述真空泵(9)与所述密封腔(13)连通，用于对所述密封腔(13)抽真空，

所述打孔焊封组件包括激光装置，所述密封堵头(4)上设置有透光板(5)，所述激光装置透过所述透光板(5)对位于所述密封腔(13)中的密闭管道(1)进行打孔和焊封。

2.根据权利要求1所述的一种密闭管道取气装置，其特征在于，所述密封件包括螺套(2)和锥套(3)，所述螺套(2)与所述锥套(3)连接，所述密闭管道(1)穿入所述锥套(3)中，所述螺套(2)与所述密封堵头(4)可拆卸连接，所述锥套(3)、密封堵头(4)和所述密闭管道(1)的管壁共同围合成所述密封腔(13)。

3.根据权利要求2所述的一种密闭管道取气装置，其特征在于，所述锥套(3)包括锥体端，所述锥体端的外径从连接所述螺套(2)的一端向连接所述密封堵头(4)的一端逐渐减小。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种密闭管道取气装置，其特征在于，所述打孔焊封组件包括激光器(15)和激光加工头(18)，所述激光器(15)和所述激光加工头(18)连接，所述激光加工头(18)透过所述透光板(5)对所述密闭管道(1)的待测部位进行打孔和焊封。

5.根据权利要求1-3任一项所述的一种密闭管道取气装置，其特征在于，所述密封堵头(4)上设置有压力检测表(12)，用于检测密封腔(13)中的压力。

6.根据权利要求1-3任一项所述的一种密闭管道取气装置，其特征在于，所述取气瓶(11)与所述密封堵头(4)之间通过气管一连接，所述气管一上设置有电磁阀门一(10)，所述真空泵(9)与所述密封堵头(4)之间通过气管二连接，所述气管二上设置有电磁阀门二(8)。

7.一种密闭管道取气方法，其特征在于，使用如权利要求1-6任一项所述的密闭管道(1)取气装置，包括如下步骤：

步骤1：将密封堵头(4)拧出螺套(2)，直到锥套(3)可以在密封堵头(4)和螺套(2)之间自由运动；

步骤2：将密闭管道(1)插入所述螺套(2)和锥套(3)中，选择密闭管道(1)的待测位置后，固定密闭管道(1)与螺套(2)之间的相对位置，将密封堵头(4)拧进螺套(2)中，直到锥套(3)与密闭管道(1)的外壁达到密封；

步骤3：打开电磁阀门一(10)和电磁阀门二(8)，开启真空泵(9)，当压力检测表的示数为零时，关闭电磁阀门一(10)，关闭电磁阀门二(8)，关闭真空泵(9)；

步骤4：开启激光器(15)，调整激光束参数，开始激光打孔，同时开启电磁阀门一(10)，开始密闭管道(1)内部气氛采集，在取样过程中，随着气体从密闭管道(1)向密封堵头(4)中流动，所述密封腔(13)的气压逐渐升高，直至二者相等，取样完成；

步骤5：完成气体采集后，关闭电磁阀门一(10)，开启激光器(15)的焊封模式，对密闭管道(1)的孔进行焊封。

8.根据权利要求7所述的一种密闭管道取气方法，其特征在于，所述步骤4中打孔的尺寸为：直径0.1-0.5mm。

9.根据权利要求7或8所述的一种密闭管道取气方法，其特征在于，所述步骤4中，调整激光束参数时，激光束设定为激光束脉冲模式，所述激光加工头(18)中透镜的焦距设定为70-120mm。

10.根据权利要求7或8所述的一种密闭管道取气方法，其特征在于，所述步骤5中，开启激光器(15)的焊封模式具体方法为：将激光束切换为连续激光束模式，所述激光加工头(18)远离所述密闭管道(1)一定距离实现负离焦。

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