10.3 Опис конструкції та роботи контрольної приспособи
При виконанні цього розділу пояснювальної записки дипломного проекту необхідно зазначити на якій операції технологічного процесу складання вузла використовується пристосування для контролю параметрів вузла яке буде описане в подальшому.
Потім необхідно надати схематично принцип використання пристосування для контролю параметрів вузла та описати конструкцію пристосування та принцип дії.
11 Спеціальне завдання
При виконанні цього розділу пояснювальної записки дипломного проекту необхідно по узгодженню з керівником дипломного проектування визначитись з спеціальними методами контролю або біль досконало розібрати методи виконання деяких операцій технологічного процесу складання. При цьому необхідно мати на увазі наступне.
11.1 Контроль герметичності.
Герметичність – властивість оболонки (корпуса) та її з’єднань перешкоджати газовому або рідинному обміну між середовищами , які розділені цією оболонкою.
Порушення герметичності пов’язане з наскрізними дефектами (тріщинами, щілинами) у структурі матеріалу або з’єднані, називаються течами. Через них безперервно, в тій чи іншій мірі відбувається витікання робочої рідини, якщо виріб знаходиться під надлишковим тиском, або протікання будь якої рідини або газу, якщо виріб підтримує знижений тиск. У цьому випадку уява про повну (абсолютну) герметичність стає помилковою і слід казати про ступінь герметичності виробів.
Ступінь герметичності повинна розраховуватися на стадії підготовки виробництва як допустима кількість витікання (або натікання) речовини Q, при якому забезпечується безвідмовна робота виробу на протязі визначеного часу:
Q
=
,
(11.1)
де: ∆p – допустиме падіння (внаслідок витікання) або підвищення (внаслідок затікання) тиску у робочому об’ємі, Па;
Vp – робочий об’єм, л;
∆t – час роботи або зберігання, с.
Дійсне значення величини підтікання (натікання) у виробі не повинно перевищувати допустимого значення Q. Для того щоб перевірити виконання цієї вимоги, виконують контроль герметичності.
Якщо для контролю використовується робочий газ (рідина), то отримана ступінь герметичності записується у технічні вимоги на виготовлення виробу і служить початковою для вибору методів контролю.
У більшості випадків контроль ведеться не робочими речовинами, а контрольними газами (повітрям, гелієм, азотом, аргоном, газовими сумішами), які відрізняються по своїм фізичним властивостям – в’язкості, молярній масі. У зв’язку з цим виникає необхідність перерахування величини Q по робочому газу на ступінь герметичності Qk по контрольному газу.
У виробництві ДЛА використовуються або стають перспективними наступні методи контролю:
радіоактивний;
мас-спектрометричний;
галоідний;
хімічний;
пневматичний;
люмінісцентний;
гасово-крейдовий.
Радіоактивний метод базується на використанні газоподібних радіоактивних ізотопів, які додаються у контрольний газ. Об’єкт який випробується на протязі декількох секунд витримується у контейнері, де утворюється надлишковий тиск радіоактивного газу (наприклад, Kr – 85) у суміші з азотом або повітрям. Далі газ видаляють, виріб ззовні ретельно обдувають повітрям та встановлюють перед детектором радіації (лічильником Гейгера – Мюллера). По випромінюючій здатності газу який потрапив у порожнини виробу, реєструється датчиком та визначають місце та величину підтікання. Метод продуктивний , має високу чутливість, яка характеризується величиною приблизно 100 пПа * л/с (10-9 мкм рт.ст.* л/с). Газ Kr – 85 доступний, легко розчинюється не тільки у газових середовищах, але і у багатьох рідинних середовищах, що дозволяє додавати його до робочих рідин у паливні та гідросистеми ДЛА.
Мас-спектрометричний метод контролю базується на вибірковому уловлюванню іонів контрольного газу, які всередині приладу – мас-спектрометра – пролітають по чітко визначеній траєкторії у відповідності зі своєю масою. Серед вітчизняних приладів широко відомі гелеві течещукачі типу ПТІ – 6.
Метод має декілька різновидів, з яких характерними є три:
спосіб накопичування;
спосіб щупа;
спосіб обдуву гелієм.
При цьому метод накопичування, в свою чергу, здійснюється двома варіантами. При атмосферному тиску, та при вакуумуванні.
При контролі способом накопичуванням по першому варіанту виріб розташовується у герметичну оболонку і заповнюється гелієм під надлишковим тиском. Між поверхнею виробу та оболонкою утворюється так називаємий об’єм накопичування , у якому накопичується газ, який проник через течі. Після деякої витримки з об’єму відбирається проба газу, і по вмісту в ній гелію роблять висновки про ступінь герметичності.
При другому варіанті об’єм накопичування вакуумується та безпосередньо з’єднується з мас-спектрометром. Чутливість способу вакуумування на один-два порядки вищий попереднього способу і складає біля 10 нПа* л/с (10-7 мкм рт.ст.*л/с).
Для великих та складних конфігурацій виробів утворюють локальний об’єм накопичення за допомогою вакуумних присосок.
Розглянуті способи накопичення дозволяють контролювати сумарну ступінь герметичності. Для того щоб визначити місця течей, використовують контроль у бароакваріума та контроль щупом. Виріб у якого визначені підтікання , занурюють у бароакваріум, який заповнений обезгазованою рідиною. Над поверхнею рідини залишається деякий об’єм накопичування, який вакуумують. Місця підтікання та величину локального підтікання визначають по газовим кулькам, які спостерігаються через оглядові вікна. Сумарну ступінь герметичності можливо визначити, підключивши до камери накопичування течешукач. Чутливість цього методу на три –чотири рівні нижчий у порівнянні з методом вакуумування сухої камери, який розглянутий вище.
Спосіб щупа на відміну від інших різновидів мас-спектрометричного методу дозволяє виявити місце та величину підтікання контрольного газу. З цією метою у накінечнику прладу-щупа утворена каліброване підтікання, яке при відкритому дроселі течешукача дозволяє отримати у його камері тиск близько 25 мПа. При переміщенні накінечника поблизу виробу проникаючий через течі газ потрапляє у накінечник і через гнучкий шланг проходить у течешукач. Чутливість такого способу лежить у межах 1 мкПа * л/с (10-5 мкм рт.ст.*л/с).
Спосіб обдуву відрізняється тим, що вакуумуванню підлягає виріб, який через вакуумну магістраль з’єднаний з течешукачем. Ззовні місця передбачаємих підтікань обдуваються гелієм, який поступає з балона.
На закінчення відмітимо, що мас-спектрометричний метод, відрізняється високою чутливістю та вибірковістю, але має недоліки: складність, складно пересувається, високу вартість течешукачів.
Галоїдний метод контролю широко використовується у середньому діапазоні чутливості 100 – 1 мкПа*л/с. Галоїдні течешукачі, які використовуються у цьому методі (ГТШ) вибірково реагують на присутність іонів галоїдів. У якості контрольних використовуються галоїдомістскі гази – фреон, хлороформ, четирехлористий вуглець та інші у чистому вигляді або у суміші з повітрям. ГТШ виконуються у двох модифікаціях – для контролю при надлишковому тиску контрольного газу у виробі та при вакуумуванні виробу .При контролі прилад підводиться до місця плануємого підтікання і переміщують зі швидкістю 10-20 м/с. Увімкнутий вентилятор безперервно засосує і прокачує повітря між електродами. При наявності підтікання у між електродний простір потрапляє також деяка кількість фреону, і в наслідок цього різко зростає іонний струм. Струм посилюється і подається одночасно на стрілочний прилад – мікроамперметр і через підсилювачі та звуковий генератор – та телефон який подає звуковий сигнал. таким чином реєструється відносна величина та місце течі. Прилад такого типу переносний. До недоліків такого методу відноситься втрата чутливості при великій кількості галоїдних газів, при дії тютюнового диму та парів деяких розчинників.
Хімічний метод контролю полягає у наступному. Виріб який підлягає контролю, заповнюється контрольним газом, а з зовні – ділянки які досліджуються покриваються тонким шаром індикатора – речовини у суміші з фарбою. Входячи у хімічну реакцію з проникаючим газом, індикатор у місцях течі різко змінює свій колір. Від індикатора, помимо хімічної активності вимагається місцевість реакції в межах течі , міцна щепленність з матеріалом виробу та можливість повного та швидкого видалення його при закінчені операції. чутливість методу знаходиться у межах 2 мПа*л/с. Широкі можливості механізації дозволяє рахувати метод перспективним ля вузлів з великими зовнішніми розмірами.
Різновидом цього методу є контроль індикаторними смугами . Тканинні (або які складаються з алюмінієвої фольги та азбестового паперу) смуги, пропитані індикатором, за допомогою клейкої речовини накладаються на місце яке контролюється. Переваги цього способу полягають у тому , що немає необхідності змивати індикатор , причому деякі смуги можуть використовуватися багаторазово і являтися документом після випробувань.
Пневматичний метод контролю полягає у тому, що у порожнину виробу, герметичність якої необхідно перевірити , подається сухе повітря під надлишковим тиском 0,1 – 0,5 МПа, а інколи і таким як робочий тиск у виробі. Всі отвори через які порожнина яка випробується може спілкуватися з навколишнім середовищем або іншими порожнинами, ретельно закриваються технологічними заглушками або заварюються технологічними швами. Слід зазначити, що використання високих тисків, які приблизно дорівнюють робочим , повинні бути чітко технічно обґрунтовані і потребує виконання спеціальних правил з техніки безпеки . Високий тиск, який перевищує у 1,5 – 2 рази робочі, використовуються в основному при гідравлічних випробуваннях на міцність , які стають попередніми перед контролем на герметичність. Реєстрація підтікання ведеться:
за допомогою акваріума або бароакваріума;
за допомогою мильної піни;
по падінню тиску.
При першому способі виріб занурюється у резервуар з водою – акваріум, і підтікання визначаються по появі повітряних кульок. Діаметр кульок, який залежить від властивостей рідини та розміру підтікання, будуть тим менше чим менше підтікання. І у перспективі він може стати таким малим , що його важко буде візуально визначити. Чутливість методу у межах 100 мкПа * л/с (10-3 мкм рт.ст.*л/с), а у випадку використання бароакваріума (з вакуумуванням об’єму натікання) воно підвищується на порядок. У зв’язку з необхідністю просушування виробу збільшується трудомісткість операції контролю . Незважаючи на це метод знаходить широке використання дякуючи доступності та простоті.
При способі реєстрації підтікання за допомогою мильної піни на поверхню виробу (або з’єднання) наноситься шар піни, яка підготовлюється з мильного кореня або мила (з добавками желатину як піноутворювача та гліцерину для підвищення в’язкості). Підтікання визначаються по появі мильних кульок. Механізм їх утворення та кількісні характеристики в основному аналогічні попередньому методу. Чутливість способу 1мПа*л/с (10-2 мкм рт.ст.*л/с) Він не потребує резервуарів , що дає можливість контролювати вироби великого зовнішнього розміру.
Контроль герметичності по падінню тиску полягає у реєстрації зниження тиску повітря у порожнині яка випробується за визначений проміжок часу. Якщо об’єм порожнини v, а зміна тиску в ній за час Δt складає Δpв, то кількість повітря визначається по відомій формулі:
Q
=
(11.2)
Спосіб призначений для перевірки герметичності важкодоступних роз’ємних та нероз’ємних з’єднань, наприклад різноманітного виду ущільнень, у яких ступінь герметичності не повинна перевищувати 10 мПа*л/с (10-1 мкм рт.ст.*л/с). при використанні цього способу досить важко визначити місце течі.
Люмінесцентний метод (ЛЮМ – ОСТ 190243 – 76, ОСТ 141373 –73) базується на використанні люмінесцентних контрольних рідин, які мають високу проникаючу здатність. Підтікання визначаються по висвячуванню проникаючої рідини при опромінюванні поверхні виробу джерелами ультрафіолетового та інфрачервоного світла. Оцінка герметичності переважно якісна. Для кількісної оцінки виконують візуальне порівняння інтенсивності свічення визначеного підтікання з еталонним. у якості контрольних рідин використовуються суміші гасу з люмінофорами. Чутливість методу 10...0,1 мПа*л/с (10-1...10-3 мкм рт. ст.*л/с).
Перевагами даного методу є те що поряд з контролем герметичності можливо контролювати і міцність вузла, що значно скорочує трудомісткість випробування вузла.
Гасо-крейдовий метод (ОСТ 141352 – 72), у якому використовуються високі капілярні властивості гасу, відноситься до найбільш простих та доступних методів. Він використовується переважно для контролю нероз’ємних, насамперед зварних з’єднань, причому у виробах порівняно простої конструкції або на перших стадіях їх виготовлення, коли мається “підхід” до обох сторін з’єднання. Спочатку зі сторони, яка доступна для візуального огляду, з’єднання (шов) покривається крейдовим розчином (інколи з додатком клею). Після сушки зворотна сторона з’єднання дуже добре змочується гасом. Поява темних гасових плям на білому (крейдовому) фоні зазначає на наявність підтікання. Метод використовується також для контролю роз’ємних та рухомих з’єднань типу клапанних та кранових. У цьому випадку не ставиться вимога високої ступені герметичності. По чутливості метод порівнюється з ЛЮМ.
На закінчення слід зазначити , що у діапазоні зустрічающихся ступенів герметичності від 100 пПа*л/с до 10 мПа*л/с ні один метод не в змозі забезпечити надійного контролю. Прилади високої чутливості швидко виходять з ладу при наявності значних підтікань. Оптимальним є контроль у декілька етапів з використанням спочатку більш грубих. але продуктивних методів, а далі методів середньої та високої чутливості.