分析焊接密封在称重传感器中的应用

  仪器仪表网 ·  2012-12-13 09:46  ·  45310 次点击
由于焊接工艺装备制造成本等原因,称重传感器的防护与密封仍以表面密封和盲孔灌封的胶封为主,但不可忽视焊接工艺在称重传感器的防护与密封中的作用。下面对焊接密封技术进行简单的介绍。
1、对焊接密封技术与装备的要求
称重传感器在恶劣的环境条件下和在对稳定性要求较高的条件下工作时,必须对其采用抽真空、充惰性气体的焊接密封工艺。由于应变式称重传感器的结构和制造工艺的特殊性,对焊接技术和焊接工艺装备有如下要求:
(1)焊接时的热影响区尽量小,这就要求在进行结构设计时焊缝尽量远离电阻应变计粘贴位置;
(2)焊缝应均匀、整齐、美观、可靠,尽量不使膜片变形,因此要求焊接膜片设计成波纹平膜片、杯形膜片,以减少焊接变形,降低残余应力和对灵敏度的影响;
(3)弹性元件的坡口和焊接膜片尖角应符合焊接要求,焊缝位置开敞易于焊接作业,以保证焊缝质量;
(4)工艺简单,焊接效率高。
2、焊接方法、原理与特点
焊接方法主要有电子束焊接、激光焊接、脉冲氩弧焊接、弱等离子焊接等,其中应用较多的是激光焊接和脉冲氩弧焊接。
(1)电子束焊接
在电子束焊机真空腔内进行焊接,其焊接工艺是焊机通入电流加热阴极,使它成为一个能发射电子的电子枪系统,带有负电荷的电子束高速飞向处于高电位的称重传感器外壳、密封模片与弹性元件相贴合的焊缝。焊机的聚焦系统使电子束聚焦,并以极高的速度冲击到极小面积的焊缝上,将动能转变为热能。电子束聚焦越细能量就越高度集中,可在几分之一微秒内,使被焊接的极小面积焊缝的温度升高到几千度,从而熔化被焊材料进行焊接密封。
电子束焊接的特点是:
1)焊接在102~103pa压力真空腔内进行,不受各种污染物影响;
2)焊接时能量快速高度集中,热影响区小,被焊件不变形;
3)适用范围广,可焊接各种合金钢、不锈钢和有色金属材料,焊接最小厚度为0.1mm;
4)焊接后弹性元件或电阻应变计处于102~103pa真空中,是最佳的密封状态,密封等级可达IP68;
5)没有焊渣,无需清除氧化模。
电子束焊接的缺点是设备昂贵,焊接成本高。
(2)激光焊接
激光光束是由单色的、相位相干的电磁波组成,正因为它的单色性和相干性,激光束的能量才可以汇聚到一个相对较小的点上,其功率密度能达到107W/cm2以上。当激光束聚焦后射向焊缝时,焊接接头吸收光能在局部产生高热,使焊接坡口的尖端熔化而成为一体。
称重传感器的焊接密封是在激光焊接机上,利用高能激光脉冲束进行焊接。对弹性元件焊接坡口、膜片尖角的要求与电子束焊接相同。焊接时脉冲激光电源首先把氙灯点亮,使其处于预燃状态,计算机控制激光电源使氙灯脉冲放电,从而形成一定频率、一定脉宽的光波,该光经过聚光腔辐射到激光晶体上并使其发光,再经过激光谐振腔谐振后发出波长为1.06μm的激光,激光经扩束、反射、聚焦后射向被焊接称重传感器的焊缝上,焊缝吸收光能,局部产生高热而熔化,使弹性元件和膜片、外壳熔合为一体。
激光焊接的特点是:
1)激光焊是不接触焊接,可将弹性元件放在透明真空罩内,实现真空焊接密封;
2)能量集中,热影响区小,焊接的弹性元件、膜片和外壳不变形;
3)可熔合不同金属和合金,并能完成不同材料的异性焊接,例如金属与陶瓷等;
4)没有焊渣,也不需要清除氧化模。
进口激光焊机价格昂贵,国产同类机型已达到较高技术水平,并有多项国际激光发明专利,是称重传感器焊接密封较理想的设备,它具有电脑控制,直线、弧线焊接,操作方便,焊缝质量好,工作效率高等特点。
(3)脉冲氩弧焊接
脉冲氩弧焊接是保护气体下电弧焊的一种,其特点是工艺简单,焊接效率高,适应性强,可焊接各种钢、铝、钛合金,焊接厚度0.1~2mm。缺点是热影响区较大,对操作者的焊接技术要求高,不适合焊接低容量、体积较小的称重传感器。
脉冲氩弧焊接设备由高频脉冲直流焊接电源、氩气瓶、焊枪及其固定支架、表面铺有厚度为3~5mm铜钣的工作台和自动旋转分度头等组成,可进行手动和自动焊接。脉冲氩弧焊接的特点是:动特性好,脉冲频率调节范围宽,输出电流稳定,电源体积小,焊接技术容易掌握,成本低而焊接质量好。其应用范围是:
1)焊接0.08~1mm厚度的不锈钢、合金钢、镍基合金、钛合金及0.5~1mm厚度的铝合金;
2)用于连续低频脉冲、高频脉冲各种焊接过程;
3)适合焊接较薄的波纹管、波纹平膜片、杯形膜片等。
脉冲氩弧焊接设备的主要技术参数为:
①电源电压三相380V;
②主弧电压40V;
③维弧电压150V;
④主弧电流0.5~40A;
⑤维弧电流1.5A;
⑥脉冲频率低频2~10Hz,高频500~1500Hz。
不管是采用电子束焊接、激光焊接,脉冲氩弧焊接还是其它焊接方法,都必须进行严格的检漏,以保证焊接质量。检漏的方法较多,对于称重传感器而言,采用氦质谱检漏仪进行检漏是比较理想的方法,因为此法工艺性好,精确度高,可靠性强。为便于氦质谱检漏仪有效的检查焊缝质量,称重传感器在抽真空后,应充入90%的氮气,10%的氦气。
对于体积小、结构复杂而焊缝较多的称重传感器,可采用较先进的氦质谱“真空容器正压法”进行检漏。此法具有受外界因素影响小,检漏比较简单,易于掌握,精确度高,检漏结果稳定、可靠等特点。
氦质谱“真空容器正压法”检漏系统由氦子谱检漏仪、真空容器、氦气瓶、金属软管、多路导管和压力表等组成。检漏时,先将称重传感器放入真空容器内,将充气口与容器上的接管嘴相连,容器经由氦子谱检漏仪抽真空,称重传感器内通入一个标准大气压的示漏氦气,从检漏仪上读出密封面的漏率,以漏率的大小来表示焊缝的泄漏量值,或给出漏孔的大小,以判断焊缝是否合格。
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