一種用于在管狀樣品中密封高壓氣體的裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型屬于氣體密封技術領域，公開了一種用于在管狀樣品中密封高壓氣體的裝置。該裝置包括真空系統、旋轉焊接系統、高壓焊接室系統、激光系統、成像及照明系統、冷卻系統、充排氣系統及計算機控制系統，其中真空系統與高壓焊接室系統連接并對其抽真空，激光系統通過激光傳輸管與高壓焊接室系統連接，成像及照明系統位于高壓焊接室系統內部上方；冷卻系統通過管道與激光器連接，用于冷卻激光器。該裝置具有能夠高效地使高壓氣體密封在管狀樣品中且可靠性和安全性高的優點。
【專利說明】
一種用于在管狀樣品中密封高壓氣體的裝置
技術領域
[0001]本實用新型屬于氣體密封技術領域，具體涉及一種用于在管狀樣品中密封高壓氣體的裝置。
【背景技術】
[0002]在管狀樣品中密封氣體的方法主要有兩種:電弧焊和激光焊。電弧焊主要用于在管狀樣品內密封5Mpa壓力以下的氣體，高壓情況下(>5Mpa)存在引弧困難，電弧穩定性差等問題。同樣，高壓情況下(>5Mpa)，激光焊接會造成透光結構局部溫度突然升高，在焊接室內部高壓氣體作用下使得透光結構破裂。
[0003]目前，國內尚未見到相關設備能在管狀樣品中密封高壓氣體，本申請中所述的管狀樣品是指外徑為6?9mm，長度為60-100mm的管道。在密封氣體前需要將上端塞和下端塞與管狀樣品密封焊接在一起，其中上端塞上設置有能夠使氣體進入管狀樣品的通孔，待一定壓力的氣體進入管狀樣品后再將該通孔密封處理。
【實用新型內容】
[0004](一)實用新型目的
[0005]根據現有技術所存在的問題，本實用新型提供了一種能夠高效地使高壓氣體密封在管狀樣品中且可靠性和安全性高的裝置。
[0006](二)技術方案
[0007]為了解決現有技術所存在的問題，本實用新型提供的技術方案如下:
[0008]—種用于在管狀樣品中密封高壓氣體的裝置，該裝置包括真空系統、旋轉焊接系統、高壓焊接室系統、激光系統、成像及照明系統、冷卻系統、充排氣系統及計算機控制系統，其中真空系統與高壓焊接室系統連接并對其抽真空，激光系統通過激光傳輸管與高壓焊接室系統連接，成像及照明系統位于高壓焊接室系統內部上方;冷卻系統通過管道與激光系統的激光器連接，用于冷卻激光器；
[0009]所述旋轉焊接系統包括電機、三爪卡盤及氣源，旋轉焊接系統與激光系統通過管道連接，利用激光系統分別將上端塞和下端塞與管狀樣品的上端和下端密封焊接;其中三爪卡盤用于夾緊已組裝好端塞的管狀樣品，三爪卡盤及管狀樣品在電機的帶動下旋轉，利用激光束能量對焊縫進行焊接;氣源為惰性氣體，氣源出口位置可調并與焊縫位置對應。
[0010]所述高壓焊接室系統包括上腔室、下腔室、透光玻璃及保護玻璃，其中下腔室內設置有定位套，管狀樣品放置于該定位套內，上腔室和下腔室之間密封連接;透光玻璃和保護玻璃均設置于上腔室的上方，其中保護玻璃置于透光玻璃之下，激光系統傳輸的激光束穿過透光玻璃、保護玻璃、上腔室對下腔室內的管狀樣品上端的上端塞通孔進行焊接；
[0011]所述充氣系統與高壓焊接室系統連接并為其提供待密封高壓氣體；
[0012]所述計算機控制系統控制激光系統、旋轉焊接系統。
[0013]優選地，所述高壓焊接室系統的頂部還包括外防護罩，所述高壓焊接室系統的兩側還設置有上壓板。
[0014]優選地，所述定位套的材質為不銹鋼，其為中空圓柱體形狀，且內徑大于管狀樣品管外徑0.3?0.5mm。
[0015]優選地，上腔室和下腔室之間是通過密封O圈密封連接的。
[0016]優選地，透光玻璃為表面涂有MgF涂料的石英玻璃，厚度為20mm;所述保護玻璃為厚度為Imm的石英玻璃。
[0017]優選地，所述高壓焊接室系統還設置有超壓保護機構。
[0018]優選地，所述照明及成像系統位于高壓焊接室系統上方，激光焊接時用于激光對管狀樣品上端塞的焊縫進行定位。
[0019]優選地，所述氣源為氬氣，利用激光系統分別將上端塞和下端塞與管狀樣品的上端和下端密封焊接過程中向焊縫表面吹入氬氣。
[0020]利用上述裝置對管狀樣品中密封高壓氣體的工藝，該工藝包括以下步驟:
[0021]I)將組裝好上端塞和下端塞的管狀樣品置于旋轉焊接系統內，利用計算機控制系統設置激光能量為5?7J，轉速為12?16r/min，完成上端塞、下端塞與管狀樣品之間的環形密封焊接;并且在焊接過程中將氬氣吹向焊縫表面；
[0022]2)將高壓焊接室的上腔室打開并將焊接好的樣品裝入高壓焊接室的下腔室內的定位套中；
[0023]3)通過手動或計算機控制系統調整激光器焦距，使得焊接表面離焦量為正離焦8-10mm，再將上腔室和下腔室密封連接；
[0024]4)打開真空系統，對尚壓焊接室系統的上腔室、下腔室及官狀樣品抽真空，然后打開充氣系統的充氣閥對高壓焊接室系統進行氣體置換；
[0025]5)向上腔室、下腔室及管狀樣品內充入待密封高壓氣體，待氣體壓力穩定至所需壓力后關閉充氣系統的充氣閥；
[0026]6)通過計算機控制系統控制激光系統對樣品進行密封焊接，具體操作條件是:調整激光能量為65?75J，利用照明及成像系統對管狀樣品上端塞進行定位，且調整激光單脈沖持續時間為12毫秒，共5個脈沖。
?0027] 優選地，所述步驟(I)中激光能量為6J，轉速為15r/min。
[0028] 優選地，步驟(3)中離焦量為正離焦9.3mm。
[0029 ]優選地，步驟(6)中激光能量為70 J。
[0030](三)有益效果
[0031]采用本實用新型提供的用于在管狀樣品中密封高壓氣體的裝置及方法，用于對外徑為6?9mm，長度為60-100mm的管道進行氣體密封后進行焊接，具有焊接密封性好且能保證設備及操作人員安全的有益效果。本申請是在管狀小樣品內密封高壓氣體，需將樣品置于充滿一定壓力氣體的裝置中進行焊接，同時為避免造成氣體浪費，該裝置容積相對要小，同時須能承受較高的壓力。
[0032]本申請在高壓焊接室內的上、下腔室內對管狀樣品密封氣體并焊接，腔室的體積較小，降低了抽真空難度且無需向腔室內充入過多待密封氣體。同時本申請通過在高壓焊接室透光窗口設置了保護玻璃及透光玻璃，既能保證激光的傳輸效率，又可以滿足焊接時局部溫升造成的特殊強度要求。另外，高壓焊接系統還設置有超壓保護功能，當焊接室內部壓力超過設定值時，泄壓閥啟動，保證設備及操作人員的安全。
[0033]本申請還提供了照明及成像系統，利用照明及成像系統對管狀樣品上端塞進行定位，便于上端塞通孔的順利焊接。總之，本申請提供的裝置及其方法可實現點焊、旋轉(縫)焊、密封焊，并且各部件均形成模塊化，易于拆卸和日常維護。
【附圖說明】
[0034]圖1是本申請提供的管狀樣品激光焊接設備的主視圖；其中13是照明及成像系統；
[0035]圖2是是本申請提供的管狀樣品激光焊接設備的俯視圖；I是真空系統;2是氬氣氣源;3是充氣系統;4是操控臺；5是計算機系統;6是真空栗閥11; 7是排氣閥；8是充氣閥；9是高壓焊接室系統；10是冷卻系統；11是旋轉焊接系統；12是激光系統；
[0036]圖3是高壓焊接室結構示意圖，其中底板14、下腔室15、定位套16、0型密封圈17、上腔室18、0型密封圈19、上防護罩20、上壓板21、透光玻璃22、保護玻璃23;
[0037]圖4是管狀樣品的結構示意圖；其中24是上端塞;25是管狀樣品管管腔;26是下端塞。
【具體實施方式】
[0038]下面將結合【具體實施方式】和說明書附圖對本實用新型作進一步闡述。
[0039]實施例1
[0040]一種用于在管狀樣品中密封高壓氣體的裝置，如圖1?圖4所示，該裝置包括真空系統1、旋轉焊接系統11、高壓焊接室系統9、激光系統12、成像及照明系統13、冷卻系統1、充排氣系統3及計算機控制系統5，其中真空系統I與高壓焊接室系統9連接并對其抽真空，激光系統12通過激光傳輸管與高壓焊接室系統9連接，成像及照明系統13位于高壓焊接室系統9內部上方;冷卻系統10通過管道與激光系統的激光器連接，用于冷卻激光器；
[0041]所述旋轉焊接系統11包括電機、三爪卡盤及氬氣氣源2，旋轉焊接系統11與激光系統12通過管道連接，利用激光系統12分別將上端塞和下端塞與管狀樣品的上端和下端密封焊接;其中三爪卡盤用于夾緊已組裝好端塞的管狀樣品，三爪卡盤及管狀樣品在電機的帶動下旋轉，利用激光束能量對焊縫進行焊接。利用激光系統分別將上端塞和下端塞與管狀樣品的上端和下端密封焊接過程中向焊縫表面吹入氬氣。
[0042]所述高壓焊接室系統9包括上腔室18、下腔室15、透光玻璃22及保護玻璃23，上腔室18和下腔室15之間是通過密封O圈密封連接的。其中下腔室15內設置有定位套16，管狀樣品放置于該定位套16內，上腔室18和下腔室15之間密封連接;透光玻璃22和保護玻璃23均設置于上腔室18的上方，其中保護玻璃23置于透光玻璃22之下，激光系統12傳輸的激光束穿過透光玻璃22、保護玻璃23、上腔室18對下腔室15內的管狀樣品上端的上端塞通孔進行焊接;所述高壓焊接室系統9的頂部還包括外防護罩20，所述高壓焊接室系統9的兩側還設置有上壓板21。所述定位套16的材質為不銹鋼，其為中空圓柱體形狀，且內徑大于管狀樣品管外徑0.3mm。透光玻璃22為表面涂有MgF涂料的石英玻璃，厚度為20mm;所述保護玻璃23為厚度為Imm的石英玻璃。所述高壓焊接室系統9還設置有超壓保護機構。所述照明及成像系統13位于高壓焊接室系統9的上方，激光焊接時用于激光對管狀樣品上端塞的焊縫進行定位。
[0043]所述充氣系統3與高壓焊接室系統9連接并為其提供待密封高壓氣體；
[0044]所述計算機控制系統5控制激光系統12、旋轉焊接系統11。
[0045]利用上述裝置對管狀樣品中密封高壓氣體的工藝，該工藝包括以下步驟:
[0046]I)將組裝好上端塞和下端塞的管狀樣品置于旋轉焊接系統內，利用計算機控制系統設置激光能量為5?7J，轉速為12?16r/min，完成上端塞、下端塞與管狀樣品之間的環形密封焊接;并且在焊接過程中將氬氣吹向焊縫表面；
[0047]2)將高壓焊接室的上腔室打開并將焊接好的樣品裝入高壓焊接室的下腔室內的定位套中；
[0048]3)通過手動或計算機控制系統調整激光器焦距，使得焊接表面離焦量為正離焦9.3mm，再將上腔室和下腔室密封連接；
[0049]4)打開真空系統，對尚壓焊接室系統的上腔室、下腔室及官狀樣品抽真空，然后打開充氣系統的充氣閥對高壓焊接室系統進行氣體置換；
[0050]5)向上腔室、下腔室及管狀樣品內充入待密封高壓氣體，待氣體壓力穩定至所需壓力后關閉充氣系統的充氣閥；
[0051]6)通過計算機控制系統控制激光系統對樣品進行密封焊接，具體操作條件是:調整激光能量為65?75J，利用照明及成像系統對管狀樣品上端塞進行定位，且調整激光單脈沖持續時間為12毫秒，共5個脈沖。
[0052]實施例2
[0053]與實施例1不同的是，對管狀樣品中密封高壓氣體的工藝所用的步驟(I)中激光能量為6J，轉速為15r/min;焊接表面離焦量為正離焦1mm;所述定位套的內徑大于管狀樣品管外徑0.5mm。
[0054]實施例3
[0055]與實施例1不同的是，對管狀樣品中密封高壓氣體的工藝所用的步驟(5)中激光能量為70J ；焊接表面離焦量為正離焦8mm。
【主權項】
1.一種用于在管狀樣品中密封高壓氣體的裝置，其特征在于，該裝置包括真空系統、旋轉焊接系統、高壓焊接室系統、激光系統、成像及照明系統、冷卻系統、充排氣系統及計算機控制系統，其中真空系統與高壓焊接室系統連接并對其抽真空，激光系統通過激光傳輸管與高壓焊接室系統連接，成像及照明系統位于高壓焊接室系統內部上方;冷卻系統通過管道與激光系統的激光器連接，用于冷卻激光器； 所述旋轉焊接系統包括電機、三爪卡盤及氣源，旋轉焊接系統與激光系統通過管道連接，利用激光系統將上端塞和下端塞分別與管狀樣品的上端和下端密封焊接;其中三爪卡盤用于夾緊組裝好上端塞和下端塞的管狀樣品，三爪卡盤及管狀樣品在電機的帶動下旋轉，利用激光束能量對焊縫進行焊接;氣源為惰性氣體，氣源出口位置可調并與焊縫位置對應； 所述高壓焊接室系統包括上腔室、下腔室、透光玻璃及保護玻璃，其中下腔室內設置有定位套，管狀樣品放置于該定位套內，上腔室和下腔室之間密封連接;透光玻璃和保護玻璃均設置于上腔室的上方，其中保護玻璃置于透光玻璃之下，激光系統傳輸的激光束穿過透光玻璃、保護玻璃、上腔室對下腔室內的管狀樣品的上端塞通孔進行焊接； 所述充排氣系統與高壓焊接室系統連接并為其提供待密封的氣體； 所述計算機控制系統控制激光系統與旋轉焊接系統。2.根據權利要求1所述的一種用于在管狀樣品中密封高壓氣體的裝置，其特征在于，所述高壓焊接室系統的頂部還包括外防護罩;所述高壓焊接室系統的兩側還設置有上壓板。3.根據權利要求1所述的一種用于在管狀樣品中密封高壓氣體的裝置，其特征在于，所述定位套的材質為不銹鋼，其為中空圓柱體形狀，且內徑大于管狀樣品管外徑0.3?0.5mm。4.根據權利要求1所述的一種用于在管狀樣品中密封高壓氣體的裝置，其特征在于，所述上腔室和下腔室之間是通過密封O圈和螺栓連接的。5.根據權利要求1所述的一種用于在管狀樣品中密封高壓氣體的裝置，其特征在于，透光玻璃為表面涂有MgF涂料的石英玻璃，石英玻璃的厚度為20mm;所述保護玻璃為厚度為Imm的石英玻璃。6.根據權利要求1所述的一種用于在管狀樣品中密封高壓氣體的裝置，其特征在于，所述高壓焊接室系統內還設置有超壓保護機構。7.根據權利要求1所述的一種用于在管狀樣品中密封高壓氣體的裝置，其特征在于，所述成像及照明系統位于高壓焊接室系統上方，便于對管狀樣品上端塞的焊縫進行定位。8.根據權利要求1所述的一種用于在管狀樣品中密封高壓氣體的裝置，其特征在于，所述氣源為氬氣，在旋轉焊接系統對組裝好的上端塞、下端塞分別與管狀樣品的上端和下端密封焊接的過程中向焊縫表面吹入氬氣。9.根據權利要求1所述的一種用于在管狀樣品中密封高壓氣體的裝置，其特征在于，所述高壓焊接室系統中還包括泄壓閥。
【文檔編號】B23K26/282GK205571714SQ201521049642
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2015年12月16日
【發明人】王淵淵, 金越越, 黃晨, 于團結, 梁進智, 李金成, 徐寶玉, 王宏杰, 封蕓
【申請人】中國原子能科學研究院, 北京奧依特科技有限責任公司