火工品氦質(zhì)檢漏充氦機的研制

呂升林，楊曉川，李 斌，李曉琴

（1.空軍駐川西地區(qū)軍事代表室，四川 成都，610041；2.國營第204廠，四川 成都，610106）

為滿足不同貯存條件、使用環(huán)境的要求，火工品必須具有比較高的密封性能。因此，在研制和生產(chǎn)過程中，應(yīng)按照 GJB 344A-2005鈍感起爆器設(shè)計規(guī)范標準要求對火工品或其零部件進行泄漏試驗，評價其密封性能。對于需要進行氦質(zhì)檢漏的火工品，則按照GJB 5309.3 火工品試驗方法第3部分 泄漏試驗 氦氣法的相關(guān)規(guī)定，先對待檢火工品在一定條件下進行充氦，然后使用氦質(zhì)譜檢漏儀檢測產(chǎn)品的密封性能。國軍標GJB 5309.3提出了充氦所需的儀器、設(shè)備和裝置，但是該標準提供的儀器、設(shè)備是分散的，使用時操作繁瑣，使用效率低，更重要的是缺乏安全防護手段。因此，本文研究了具有安全防爆、一體化的火工品氦質(zhì)檢漏充氦機，該設(shè)備操作簡單、方便，適應(yīng)產(chǎn)品范圍寬，能很好地滿足火工品氦質(zhì)檢漏的充氦需要[1]。

1 測試原理

火工品氦質(zhì)檢漏充氦機的工作原理為：設(shè)備設(shè)計一個可以開啟的密閉空間作為工作室，抽真空和充氦的兩個氣路均連接到工作室，氣路上均有受相關(guān)壓力參數(shù)控制開閉的閥門，抽真空的時間、充氦的時間及充氦的氦氣壓力可依據(jù)待測產(chǎn)品的內(nèi)部空間容積按規(guī)定確定，并可在設(shè)備上進行設(shè)定。使用時，首先接通電源、壓縮空氣和氦氣，此時設(shè)備的工作室會自動打開，真空泵也啟動，使真空預(yù)儲罐內(nèi)的真空度在5s內(nèi)達到一個比較高的狀態(tài)。這時將裝有待測產(chǎn)品的盛具放入工作室指定位置，關(guān)閉防護門后，在真空預(yù)儲罐內(nèi)的真空度、氦氣預(yù)儲罐內(nèi)的氦氣壓力滿足條件的前提下，開啟設(shè)備，設(shè)備的工作室閉合且高度密封，這時連接工作室與真空預(yù)儲罐的氣路中的閥門開啟，兩者間的氣體瞬間達到平衡，起到對工作室抽真空的作用；當(dāng)抽真空達到一定的時間，連接工作室與真空預(yù)儲罐的氣路中的閥門關(guān)閉，此前處于關(guān)閉狀態(tài)的連接氦氣預(yù)儲罐與真空室的氣路中的閥門開啟。氦氣的壓力一般在0.3MPa左右，在壓力差的作用下，氦氣充入工作室，并在規(guī)定的氦氣壓力下保持規(guī)定時間，由于待檢產(chǎn)品放置在設(shè)備的工作室內(nèi)，隨著工作室內(nèi)的氣體變化，即完成了對產(chǎn)品的抽真空、充氦過程。完成上述過程后，設(shè)備的工作室自動開啟，這時可以取出盛裝產(chǎn)品的容器，取出產(chǎn)品，按標準規(guī)定進行后續(xù)的氦質(zhì)檢漏。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

火工品氦質(zhì)檢漏充氦機的外觀見圖1，該設(shè)備主要由真空系統(tǒng)、氦氣充氣系統(tǒng)、工作室系統(tǒng)、計時調(diào)節(jié)器、防爆箱、機架及防護裝置、控制系統(tǒng)等幾部分組成。

圖1 氦質(zhì)檢漏充氦機外觀Fig.1 Appearance figure of helium-filling device for helium leak detection

真空系統(tǒng)由真空泵、真空預(yù)儲罐、真空閥、壓力傳感器和真空管路等組成。真空泵負責(zé)對真空預(yù)儲罐抽真空，真空預(yù)儲罐內(nèi)設(shè)有壓力傳感器，傳感器檢測真空預(yù)儲罐真空度是否達到抽真空所需的設(shè)定值，當(dāng)真空度高于設(shè)定值上限，真空泵會自動停止工作，未達到或低于設(shè)定值下限時真空泵啟動工作。

氦氣充氣系統(tǒng)由減壓閥、氦氣預(yù)儲罐、閥、壓力傳感器和氦氣管路等組成，具有對工作室填充氦氣的功能。使用時設(shè)備需外接儲有足量氦氣的氦氣瓶，開啟氦氣，氦氣經(jīng)過氣瓶上的減壓閥和設(shè)備上的減壓閥，進入氦氣預(yù)儲罐。在開啟氣瓶時根據(jù)測試要求將氦氣壓力調(diào)到指定壓力值，氦氣預(yù)儲罐中的壓力傳感器檢測罐內(nèi)的壓力值，只有當(dāng)壓力達到所設(shè)定值時系統(tǒng)才能正常運行，工作過程中如果氦氣壓力低于設(shè)定值系統(tǒng)會自動停止工作。

工作室系統(tǒng)由支撐架、主氣缸、工作室、待測件盛具等組成。工作室由可以移動的工作室罩和固定的工作室底座組成，工作室罩在氣缸帶動下可以上下移動從而實現(xiàn)開啟和閉合工作室的功能，工作室罩與工作室底座間設(shè)有承受雙向壓力的密封圈，待測件盛具與工作室底座可以同心定位。

根據(jù)技術(shù)標準，不同的產(chǎn)品內(nèi)部容積不同，抽真空和充氦的保壓時間是不同的，為保證不同產(chǎn)品的抽真空充氦需要，設(shè)備設(shè)置有計時調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)抽真空和充氦的保壓時間。

為保證火工品產(chǎn)品抽真空充氦的安全性，設(shè)備采用了防爆技術(shù)和必要的防護裝置。其防爆等級：ExdCT3Ⅱ；防護等級IP54。其中，設(shè)備的啟動使用了雙動按鈕，避免誤操作造成工作室閉合傷人。

設(shè)備采用了PLC控制，大大提高了設(shè)備操作的自動化程度，使設(shè)備操作簡便；同時，設(shè)備盡可能地選用了商品化的器件，提升設(shè)計、制造水平，縮短制造周期，保證設(shè)備運行可靠[2]。設(shè)備控制系統(tǒng)工作流程見圖2，設(shè)備氣動原理圖見圖3。

主要技術(shù)性能：氣源工作壓力為 0.55～0.65 MPa；電源為 AC 380V、50Hz；氦氣充氣壓力大于0.3MPa；待測件單件最大外形尺寸為 Ф 110mm×70mm；抽真空的壓力不大于3.3×103Pa（25mmHg）；抽真空保壓時間范圍為 0～0.5h；充氦保壓時間范圍為0.33～3h；防爆等級為ExdⅡ CT3，防護等級IP54；外形尺寸為900mm× 1 000mm×1 600mm。

圖2 工作流程圖Fig.2 Work flowchart

圖3 氣動原理圖Fig.3 Pneumatic principle diagram

3 設(shè)備操作方法簡介

該設(shè)備的操作按以下步驟進行：

（1） 檢查和確認設(shè)備的電源、氣源和氦氣的連接正常；

（2） 打開壓縮氣氣源，調(diào)節(jié)減壓閥使其壓力值在0.55～0.65MPa范圍內(nèi)；

（3） 打開電源，設(shè)備電源指示燈亮，稍后設(shè)備真空泵開始工作，真空壓力表顯示出真空罐的真空壓力；

（4）正確開啟氦氣源，調(diào)節(jié)氦氣瓶上減壓閥使氦氣壓力值略高于0.3MPa，然后調(diào)節(jié)設(shè)備上減壓閥，使設(shè)備氦氣壓力表顯示為0.3MPa(該值可根據(jù)產(chǎn)品要求確定)；

（5）根據(jù)待充氦產(chǎn)品的內(nèi)部空間，按照 GJB 5309.3火工品試驗方法 泄漏試驗 氦氣法的規(guī)定或產(chǎn)品的其它要求，確定抽真空時間和充氦保壓時間，并在記時器上進行設(shè)定；

（6） 將待充氦產(chǎn)品放入待檢件盛具內(nèi)，然后通過防爆小門將盛具放入設(shè)備工作室內(nèi)，對位正確，關(guān)閉好防爆小門；

（7）雙手按動啟動開關(guān)，左右各一個（綠色按鈕開關(guān)）；之后系統(tǒng)自動工作，按照設(shè)定時間對產(chǎn)品進行抽真空、充氦；

（8）設(shè)備自動運行完畢，真空室自動開啟，此時打開防爆小門，取出盛具，再取出產(chǎn)品，此時的產(chǎn)品已經(jīng)抽真空充氦，可按照GJB5309.3的規(guī)定進行檢漏；

（9） 使用完設(shè)備后關(guān)閉氣源、電源、氦氣瓶閥門。

4 結(jié)語

該設(shè)備根據(jù)火工品氦質(zhì)檢漏的需要，將分散的設(shè)備、儀器和裝置的功能，通過集成的一體化設(shè)備來實現(xiàn)，提高了設(shè)備的自動化程度，并且增加了設(shè)備使用的安全性，實現(xiàn)了測試設(shè)備的升級換代。近一年的實際使用表明，該設(shè)備能夠很好地滿足火工品氦質(zhì)檢漏的充氦要求，并可以在類似產(chǎn)品的氦質(zhì)檢漏中推廣使用。

[1] 楊曉川，毛小勇.火工品氦質(zhì)檢漏充氦機使用說明書[Z].成都:四川華川工業(yè)有限公司，2009.

[2] 岑軍健.非標準機械設(shè)計手冊[M].北京:國防工業(yè)出版社，2008.