火工品氦质检漏充氦机的研制

吕升林，杨晓川，李 斌，李晓琴

（1.空军驻川西地区军事代表室，四川 成都，610041；2.国营第204厂，四川 成都，610106）

为满足不同贮存条件、使用环境的要求，火工品必须具有比较高的密封性能。因此，在研制和生产过程中，应按照 GJB 344A-2005钝感起爆器设计规范标准要求对火工品或其零部件进行泄漏试验，评价其密封性能。对于需要进行氦质检漏的火工品，则按照GJB 5309.3 火工品试验方法第3部分 泄漏试验 氦气法的相关规定，先对待检火工品在一定条件下进行充氦，然后使用氦质谱检漏仪检测产品的密封性能。国军标GJB 5309.3提出了充氦所需的仪器、设备和装置，但是该标准提供的仪器、设备是分散的，使用时操作繁琐，使用效率低，更重要的是缺乏安全防护手段。因此，本文研究了具有安全防爆、一体化的火工品氦质检漏充氦机，该设备操作简单、方便，适应产品范围宽，能很好地满足火工品氦质检漏的充氦需要[1]。

1 测试原理

火工品氦质检漏充氦机的工作原理为：设备设计一个可以开启的密闭空间作为工作室，抽真空和充氦的两个气路均连接到工作室，气路上均有受相关压力参数控制开闭的阀门，抽真空的时间、充氦的时间及充氦的氦气压力可依据待测产品的内部空间容积按规定确定，并可在设备上进行设定。使用时，首先接通电源、压缩空气和氦气，此时设备的工作室会自动打开，真空泵也启动，使真空预储罐内的真空度在5s内达到一个比较高的状态。这时将装有待测产品的盛具放入工作室指定位置，关闭防护门后，在真空预储罐内的真空度、氦气预储罐内的氦气压力满足条件的前提下，开启设备，设备的工作室闭合且高度密封，这时连接工作室与真空预储罐的气路中的阀门开启，两者间的气体瞬间达到平衡，起到对工作室抽真空的作用；当抽真空达到一定的时间，连接工作室与真空预储罐的气路中的阀门关闭，此前处于关闭状态的连接氦气预储罐与真空室的气路中的阀门开启。氦气的压力一般在0.3MPa左右，在压力差的作用下，氦气充入工作室，并在规定的氦气压力下保持规定时间，由于待检产品放置在设备的工作室内，随着工作室内的气体变化，即完成了对产品的抽真空、充氦过程。完成上述过程后，设备的工作室自动开启，这时可以取出盛装产品的容器，取出产品，按标准规定进行后续的氦质检漏。

2 系统结构

火工品氦质检漏充氦机的外观见图1，该设备主要由真空系统、氦气充气系统、工作室系统、计时调节器、防爆箱、机架及防护装置、控制系统等几部分组成。

图1 氦质检漏充氦机外观Fig.1 Appearance figure of helium-filling device for helium leak detection

真空系统由真空泵、真空预储罐、真空阀、压力传感器和真空管路等组成。真空泵负责对真空预储罐抽真空，真空预储罐内设有压力传感器，传感器检测真空预储罐真空度是否达到抽真空所需的设定值，当真空度高于设定值上限，真空泵会自动停止工作，未达到或低于设定值下限时真空泵启动工作。

氦气充气系统由减压阀、氦气预储罐、阀、压力传感器和氦气管路等组成，具有对工作室填充氦气的功能。使用时设备需外接储有足量氦气的氦气瓶，开启氦气，氦气经过气瓶上的减压阀和设备上的减压阀，进入氦气预储罐。在开启气瓶时根据测试要求将氦气压力调到指定压力值，氦气预储罐中的压力传感器检测罐内的压力值，只有当压力达到所设定值时系统才能正常运行，工作过程中如果氦气压力低于设定值系统会自动停止工作。

工作室系统由支撑架、主气缸、工作室、待测件盛具等组成。工作室由可以移动的工作室罩和固定的工作室底座组成，工作室罩在气缸带动下可以上下移动从而实现开启和闭合工作室的功能，工作室罩与工作室底座间设有承受双向压力的密封圈，待测件盛具与工作室底座可以同心定位。

根据技术标准，不同的产品内部容积不同，抽真空和充氦的保压时间是不同的，为保证不同产品的抽真空充氦需要，设备设置有计时调节器来调节抽真空和充氦的保压时间。

为保证火工品产品抽真空充氦的安全性，设备采用了防爆技术和必要的防护装置。其防爆等级：ExdCT3Ⅱ；防护等级IP54。其中，设备的启动使用了双动按钮，避免误操作造成工作室闭合伤人。

设备采用了PLC控制，大大提高了设备操作的自动化程度，使设备操作简便；同时，设备尽可能地选用了商品化的器件，提升设计、制造水平，缩短制造周期，保证设备运行可靠[2]。设备控制系统工作流程见图2，设备气动原理图见图3。

主要技术性能：气源工作压力为 0.55～0.65 MPa；电源为 AC 380V、50Hz；氦气充气压力大于0.3MPa；待测件单件最大外形尺寸为 Ф 110mm×70mm；抽真空的压力不大于3.3×103Pa（25mmHg）；抽真空保压时间范围为 0～0.5h；充氦保压时间范围为0.33～3h；防爆等级为ExdⅡ CT3，防护等级IP54；外形尺寸为900mm× 1 000mm×1 600mm。

图2 工作流程图Fig.2 Work flowchart

图3 气动原理图Fig.3 Pneumatic principle diagram

3 设备操作方法简介

该设备的操作按以下步骤进行：

（1） 检查和确认设备的电源、气源和氦气的连接正常；

（2） 打开压缩气气源，调节减压阀使其压力值在0.55～0.65MPa范围内；

（3） 打开电源，设备电源指示灯亮，稍后设备真空泵开始工作，真空压力表显示出真空罐的真空压力；

（4）正确开启氦气源，调节氦气瓶上减压阀使氦气压力值略高于0.3MPa，然后调节设备上减压阀，使设备氦气压力表显示为0.3MPa(该值可根据产品要求确定)；

（5）根据待充氦产品的内部空间，按照 GJB 5309.3火工品试验方法 泄漏试验 氦气法的规定或产品的其它要求，确定抽真空时间和充氦保压时间，并在记时器上进行设定；

（6） 将待充氦产品放入待检件盛具内，然后通过防爆小门将盛具放入设备工作室内，对位正确，关闭好防爆小门；

（7）双手按动启动开关，左右各一个（绿色按钮开关）；之后系统自动工作，按照设定时间对产品进行抽真空、充氦；

（8）设备自动运行完毕，真空室自动开启，此时打开防爆小门，取出盛具，再取出产品，此时的产品已经抽真空充氦，可按照GJB5309.3的规定进行检漏；

（9） 使用完设备后关闭气源、电源、氦气瓶阀门。

4 结语

该设备根据火工品氦质检漏的需要，将分散的设备、仪器和装置的功能，通过集成的一体化设备来实现，提高了设备的自动化程度，并且增加了设备使用的安全性，实现了测试设备的升级换代。近一年的实际使用表明，该设备能够很好地满足火工品氦质检漏的充氦要求，并可以在类似产品的氦质检漏中推广使用。

[1] 杨晓川，毛小勇.火工品氦质检漏充氦机使用说明书[Z].成都:四川华川工业有限公司，2009.

[2] 岑军健.非标准机械设计手册[M].北京:国防工业出版社，2008.