带过滤功能的特种阀门阀盖装置及其制作方法

技术领域

本申请属于航空航天超低温高压阀门技术领域，具体涉及一种带过滤功能的特种阀门阀盖装置及其制作方法。

背景技术

随着商业航天产业的快速发展，更多阀门被应用在航空航天高尖端飞行器的管道系统中，阀门起到着控制开关、姿态调整等重要作用，它对航天飞行器的正常工作、准确飞行起到了决定性作用。在航天产品管阀系统中，阀门通常实际工作环境十分恶劣，常常是超低温、高压力的工作条件，而且对多余物防控要求极高，不仅需满足功能性技术要求，而且还要满足安全性指标，对航天阀门技术要求极高，而阀盖是航天阀门的核心部件，主要用于连接或是支撑执行机构的作用，所以阀盖是航天阀门设计、生产的关键。

阀盖一般而言有两个功能，一是给阀杆定位，保证阀杆正常传动开关；二是密封作用，阀盖具有一定的强度，它与阀体组成密封而又承压的腔体，防止内部的流体流出，再无其它功能，而航天阀门对多余物防控要求极高，防止多余物流入阀内需在阀前设置多余物防控装置，且还需承受介质快速流入时的正向高压冲击力和介质紧急流出时的背向拉力，否则，管道系统内杂质和流通介质多余物会闯入阀门，轻则造成阀门轻微泄露，造成危害介质外泄风险，重则直接造成阀门卡滞或损坏、阀门无法正常启闭工作，使系统不能按正常程序执行，致使发射任务失败。为此，为了满足条件要求，在航天器飞行试验时，一般在管道系统内安装过滤器，而为满足流道和接口要求，外置过滤器体积和重量会较大，增加了飞行系统负担，而且因为阀盖介质流入的前端位置存在部分管道，所以无法完全杜绝阀前多余物存在风险，在航天器飞行试验前需反复检查多余物，这也直接增加了多余物清理检查的人工成本。

为此，研制出一款满足性能要求、集成多余物防护、配置在阀门内部使用的阀门阀盖过滤装置意义重大。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种带过滤功能的特种阀门阀盖装置及其制作方法，将过滤层通过电阻焊焊接方法集成在阀盖内，实现了一般阀盖无过滤装置或无法承受正反高强度冲击的弊端，不仅有效防控了阀盖前端的多余物流入阀内风险，提高了阀门使用的安全性和稳定性，也为航天阀门多余物防控设计及生产实现提供了切实有效的方法。

为实现上述目的，本申请提供以下技术方案：

一种带过滤功能的特种阀门阀盖装置，包括阀盖、过滤装置、固定装置，所述过滤装置通过所述固定装置安装于所述阀盖的入口端。

优选地，所述过滤装置包括过滤层和压环，所述压环为两个，所述过滤层通过电阻焊焊接方法焊接在两个所述压环之间。

优选地，所述过滤层包括一层细滤网和两层粗滤网，一层细滤网设置在两层粗滤网中间。

优选地，所述粗滤网网孔大小为细滤网网孔大小的8-15倍。

优选地，所述固定装置为轴用卡圈，所述轴用卡圈安装在阀盖的卡槽上以固定所述过滤装置。

优选地，所述细滤网和粗滤网为高强度耐低温不锈钢材料。

本申请还提供了一种带过滤功能的特种阀门阀盖装置的制作方法，包括以下步骤：

S1.用粉碎机将制作粉末的原材料粉碎，再用网孔大小比细滤网网孔大小更小的筛网筛选出成型粉末；

S2.使用激光切割将整张滤网切割成成型滤网；

S3.将成型粉末均匀填充至成型滤网内；

S4.使用电阻焊将多张成型滤网焊接在一起，形成过滤层；

S5.将过滤层用两个压环上下压紧，并使用电阻焊焊接；

S6.将焊接形成的过滤装置用轴用挡圈固定安装到阀盖的入口端，形成阀盖滤网装置。

优选地，所述步骤S2中切割滤网时，将滤网固定在专用工装上进行切割，以保证滤网不翘边或走位。

优选地，使用电阻焊焊接时，电阻焊的焊接电极与压环端面的形状和尺寸相同，以保证焊接时被焊件的加热和变形量一致。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案的有益效果是：

1.本装置的过滤层由三层滤网组成，两层粗滤网把一层细滤网夹持在中间，粗滤网起到骨架支撑作用，保证细滤网在受到巨大冲击力时不发生变形、破损或脱落等现象；通过电阻焊焊接方法将滤网和上下压环固定在一起，解决了多层滤网镂空结构焊接性差的共性问题，使本过滤装置能满足介质快速流入时的正向高压冲击力，也满足介质紧急排泄时的背向拉力，实现了一般阀盖无过滤装置或无法承受正反高强度冲击的弊端，为航天阀门阀盖的设计、制造提供了思路；

2.本装置的过滤装置通过卡环固定在阀盖上，安装或拆卸时只需取下卡环就可以实现过滤装置的更换工作，操作简单、方便后期的维护作业；

3.本装置可直接配套在航天阀门中使用，因自带过滤功能而无需再外置过滤器，在管阀系统集成使用时更加便利；因无需为阀前外置过滤器而额外增设副管，减少了外来物产生多余物的风险，减少了对外来物多余物清理的工作量，提高了系统安全性；也因无需安装外置过滤器和配套副管零件，这将大大减轻了管阀系统体积和重量，为管阀系统节省了物理空间，为航天器飞行试验时减轻了承载负担；

4.本装置在航天阀门阀盖上集成了过滤装置，有效防控了阀门前端多余物流入阀内的风险，提高了阀门使用寿命和稳定性；该装置结构设计巧妙、制作方法简单，且过滤装置体积可控制在几个毫米范围之内，可直接将过滤装置集成在阀盖上无需额外增大阀门外轮廓体积的优点，这为航天器有限空间增添了更多可能。

附图说明

图1是本发明一实施例中提供的一种阀盖滤网制作方法流程图；

图2是本发明一实施例中提供的一种阀盖结构示意图；

图3是本发明一实施例中提供的一种阀盖结构剖视图；

图4是本发明一实施例中提供的过滤装置局部剖视图；

图5是本发明一实施例中提供的滤网结构示意图；

图6是本发明一实施例中提供的轴用卡圈结构示意图；

图7是本发明一实施例中提供的专用工装结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-阀盖、11-阀盖入口、12-流道、13-内腔、2-卡槽、3-压环、4-过滤层、41-细滤网、42-粗滤网、5-轴用卡圈、6-专用工装、61-托举件、62-固定件、63-滤网。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；另外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图2-图7所示，本发明提供的一种带过滤功能的特种阀门阀盖装置，包括阀盖、过滤装置、固定装置，阀盖分为阀盖入口、流道、内腔三部分，过滤装置通过固定装置安装于阀盖的入口端，即阀盖流道的前端，以使流体经过阀盖时依次通过阀盖入口、过滤装置、流道、内腔，过滤装置可起到防止多余物流入阀盖内腔，破坏内腔密封面和导向面的作用。其中，过滤装置由过滤层和压环组成，过滤层为使用电阻焊焊接在一起的三层滤网，三层滤网的中间层为细滤网，上下层为粗滤网，粗滤网网孔大小为细滤网网孔大小的8-15倍，本实施例中，选取细滤网的网孔为0.04mm，粗滤网的网孔为0.4mm，细滤网和粗滤网为高强度耐低温的不锈钢材料，本实施例中选用022Cr17Ni12Mo2牌号的不锈钢。压环为两个，通过电阻焊分别焊接在过滤层的两侧面。轴用卡圈安装在阀盖上与之相配合的卡槽以固定上述过滤装置。

如图1所示，本申请还提供了一种带过滤功能的特种阀门阀盖装置的制作方法，包括以下步骤：

S1.用粉碎机将制作粉末的原材料粉碎，再用网孔大小比细滤网网孔大小更小的筛网筛选出成型粉末，原材料与滤网材质一致，均为高强度耐低温的不锈钢；

S2.使用光纤激光切割将整张滤网切割成成型滤网，因滤网较薄且细，通过人工使用剪刀切割，切割的滤网尺寸有偏差，且滤网极易变形，原本想和压环尺寸一样进行贴合的圆形滤网容易变成了椭圆形，造成滤网不能贴实而产生虚焊。

使用激光切割的具体步骤为：

(1)设计滤网切割尺寸及切割图形。在Auto CAD中将滤网外轮廓尺寸绘制好，滤网外轮廓尺寸与压环外轮廓形状、尺寸相同，以保证两工件的加热和变形量一致，本案例中滤网外轮廓切割形状为O型；

(2)将设计图形导入光纤激光切割机操控软件，本实施例中采用华工激光HG-V20激光切割机，其自带有操控软件。打开光纤激光切割机操控软件，将设计的切割轮廓图按1:1的尺寸导入光纤激光机操控软件中；在操控软件中，可根据所需滤网数量及滤网原材料尺寸阵列切割图形(阵列图形不超出滤网边界)，即在一个操作界面上可对一张滤网进行多次切割，以提高切割效率；

(3)设置切割参数。

光纤激光切割热量Q

式中，Q

在光纤激光切割机操控软件上可以设置切割功率、时间及循环次数，三者在操控软件设定的范围内可以互相匹配；在本实施例中，切割单个滤网的功率为30W，切割时间为3s，循环次数为1次即可完成作业；

(4)使用专用工装放置待切割滤网。专用工装包括托举件和固定件，专用工装的尺寸可根据滤网尺寸进行设计，把滤网展平从四周抬起一定高度，平放到托举件上，然后用螺栓将固定件与托举件固定(也可以使用带磁性的固定件吸住托举件)，以固定待切割滤网四周，再将专用工装用螺栓固定在光纤激光切割机平台上；因为滤网不容易铺平，容易翘边或走位，否则，切割出来的滤网与所需形状有偏差，不是所需的O型形状，导致在焊接时滤网无法与压环完全贴合，易产生虚焊而影响焊接强度，故不能满足技术要求，所以使用专用工装能避免此问题的发生；

(5)滤网激光切割。在光纤激光切割机的操控软件上点击切割命令，进行滤网切割工作。

S3.将成型粉末均匀填充至成型滤网内；

S4.使用电阻焊焊接成型滤网，形成过滤层；

S5.将过滤层用上下压环压紧，并使用电阻焊焊接；电阻焊焊接用的上、下两个电极为定制电极，与压环形状、大小一致；焊接时，将待焊件放置于2个特定电极中间，施加一定的压力将焊接件压实，使待焊件稳固的夹持在上、下电极中间，再根据待焊件厚度，设定相应的焊接电流和焊接时间，使焊接位置充分焊透，保证焊接质量牢固可靠。

其中，焊接产生热量可通过以下公式计算得出：

Q

式中Q

电阻焊焊接流程如下：

(1)焊接电极的设计：焊接电极与工件端面外轮廓形状和尺寸相同，以保证工件的加热和变形量一致。

(2)焊前清理：待焊面应平整光洁，焊前应把待焊面清洗，除去油、氧化物和其它夹杂物，否则，会影响焊接件的表面质量、熔核的尺寸与形状及焊接强度的稳定性。如过深的氧化物和污渍，会产生较高的电阻系数使电流不能进行导通，致使产品焊不透；如果产品表面因为微小的杂物而不平整，会使零件只能在粗糙表面的局部成为接触点，影响焊点电流的均匀，电流通路的缩小会增加接触的地方电阻，引起产品局部焊接击穿，形成较大火花和飞溅。本实施例中待焊件先放在氢氟酸(HF比重1.1)清洗20-30分钟，再用无水乙醇清洗，再用去等离子水清洗，再用0.3～0.5MPa压缩空气(或氮气)吹干，最后用真空烘干机在60～80℃温度真空烘干2h；对最后一次清洗废液用粒度检测仪检验，要求无30μm以上的颗粒。

(3)焊接电流：设置合适的焊接电流。在焊接时设置适宜焊接参数，焊接电流过强，加热不易均匀或加热区窄、变形困难，容易产生未焊透缺陷；焊接电流过弱，则会使接合面严重氧化，接头区晶粒粗大，影响焊接接头的力学性能，所以选择合适焊接参数很关键，在本实施例中焊接电流为20A，焊接时间为10s。

其中，电流通过上述公式(2)计算得到最小值，再在焊机上选择相应电流值；

材料熔融时所需的热量热量Q

Q

式中：Q

(4)焊接时间：设置合适焊接时间t。焊接电流和焊接时间决定工件析热的两个重要参数，二者在一定范围内可以互相匹配。焊接电阻与焊接材料有关，在确认焊接材料时即可确认焊接电阻，当焊接电流和焊接材料确定后，通过上述公式(2)可确认焊接时间，一般地，用大电流焊接，则焊接短时间短；用小电流焊接，则焊接时间长，在本实施例中焊接时间为10s。

(5)焊接位移：在焊机中设置焊接位移。在实际焊接过程中，焊件发生热变形，在焊接压力的挤压作用下焊件会缩短，即焊接电极发生的偏移位移，本实施例中设置焊接位移为0.1mm；

其中，位移可依据以下经验公式设定：

ΔL＝(0.05～0.1)h (4)

式中，h为焊件厚度(mm)，ΔL为发生位移量(mm)。

(6)焊接压力：压力与电阻公式如下，

式中：k为劲度系数，ΔL为发生位移量，ρ为导体电阻率(Ω·m)，R为导体电阻(Ω)；

电阻计算公式为：R＝ρ×L/S(6)

其中，ρ为导体电阻率(Ω·m)，L为导体长度(m)，S为导体横截面积(㎡)；

上式

式中，Q

通过上述公式(5)计算焊接压力。焊接压力垂直于待焊面的方向，合适的焊接压力使焊接面紧密贴合接触，充分利用焊接件间电阻集中析热，否则会影响接触面的析热强度；从上述公式(6)得出，电阻与焊接面积成反比关系，若焊接压力过低，焊接件未贴实，则焊接接触面积变小，会造成焊接电阻突增，局部位置迅速产生强热，易造成焊接不均；若焊接压力过低，也会增加接合面氧化，易在接口附近造成疏松，影响焊接质量。所以，使用合适的焊接压力，有利于焊接件实现优质结合。本实施例中焊接压力为5N。

(7)焊后清理：焊接完成零件进行打磨去毛刺、酸洗，清理多余物。

(8)焊接质量检测：本实施例选用射线检测，因为射线检测能够较准确地判断缺陷的性质、数量、尺寸和位置，特别适合本案中电阻焊接接头内缺陷的检测。

常用焊接检测方法有磁粉检测、渗透检测、涡流检测等，但使用这些方法存在局限性，比如，使用磁粉检测时，要求检测材料具有铁磁性，若采用此方法对奥氏体不锈钢检测就不能满足要求，而且只能对检测物体表面、近表面进行检测，对于材料内部缺陷无法精准判断；又如，渗透检测是在毛细作用下，经过一定时间，渗透剂可以渗入表面开口缺陷中，测出缺陷的形貌及分布状态，对材料内部缺陷无法判定；又如，涡流检测是利用电磁感应原理，材料本身必须具有导电性，且只能检测导电材料表面及近表面的缺陷，对材料内部缺陷无法判定，故此处选用射线检测的方法对焊接质量进行检测。

(9)焊接强度检测：焊接质量检测合格后，将焊件装入设计的专用工装内进行强度和相应寿命试验，确保焊接强度绝对满足要求，符合航天产品品质要求。

S6.将焊接形成的过滤装置用轴用挡圈固定安装到阀盖一侧，形成阀盖滤网装置。

总而言之，本装置结构简单、设计巧妙，通过灵活的固定方式直接将把过滤层集成在阀盖内，方便后期维护作业，且本申请提出的一种带过滤功能的特种阀门阀盖装置的制作方法中，使用激光切割，避免了人工用剪刀切割滤网产生的尺寸偏差，且滤网较薄较细极易变形，原本想和压环尺寸一样进行贴合的圆形滤网若通过切割极易变形成椭圆形，造成滤网无法贴实而在后续焊接过程中产生虚焊。通过电阻焊的焊接方式取代氩弧焊、激光焊等焊接方式，可保证焊接质量牢固可靠，从而使过滤装置能够更好地承受介质快速流入阀门时的正向高压冲击力以及紧急排泄时的反向高强度冲击。使本装置既有过滤作用，又可以承受正反高强度冲击，重量轻、体积小，没有额外增大阀门外轮廓体积，为管阀系统节省了宝贵的物理空间。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。