高温气体弹簧的气体封装技术
黄筠娣1 孙丽媛2 刘兆妮1
（1. 唐山学院 机电系，唐山 063000；2. 河北理工学院 机械系，唐山 063000）
摘要：本文给出了气体弹簧气体封装的新工艺，与老工艺相比提高了气体弹簧的充气精度，其中的气道外口焊接技术对其它相关焊接生产也有参考价值。
关键词：气体弹簧 气体封装
中文分类号： 文献识别码：
作者简介：黄筠娣（1957-），女，河北抚宁人，实验师，研究方向：机械制造
一、前言
滑动水口机构是钢水包的开关，气体弹簧位于框架内，一端通过滑条、拖板作用于下滑板，另一端作用于框架，框架通过铰链与钢包壳相连，（图中未画出）气体弹簧的作用是使上下滑板紧密贴合，不使钢水在上下滑板间通过，而上下滑板前后错动时，流钢口开通或关闭，而达到截断和开通钢水的目的。
由于气体弹簧长期在约300~400˚C 以下高温下使用，机构中放置气体弹簧的位置狭小，故气体弹簧的尺寸较小，外径Φ40mm ，内径Φ34mm ，又要求每个气体弹簧有较高的弹力（高温：2800牛），因此要求气体弹簧的气室压强P 内较大，高温无载时P 内为3.5Mpa ，在400C 有载时P 内可以达到8~ 9Mpa，长期的高温高压条件，很容易造成气体的泄漏，而使P 内下降，当降低到一定值P 。后予以淘汰。如果气体封装不准，即出厂时P 内不准，即压强不准，如接近P 。，由于泄漏，会使气室压强P 内很快降至P 。这就人为的缩短了气
体弹簧的使用寿命。
由于每个弹簧的压强不均，使每组气体弹簧的弹力不均，气体弹簧的弹力小时，造成滑动水口上下滑板的压力不足还是钢水泄漏的因素。弹力大时，给滑板的错动造成更大阻力，又造成滑板打不开。这些都是对滑动水口机构的正常操作不利的。为此我们对气体弹簧的气体封装工艺进行了改进，提高了充气精度，并对相关工艺进行了优化。
二、原充气方法
预先给橡胶柱一个压力使其将气道堵住，而后靠气源的压力克服橡胶柱的弹力将气体充入弹簧，当表压达到一定值后，停止充气，充气即告完成。此方法的缺点是表压并不与弹簧内压相等，二者之差为橡胶柱弹力产生的压差△P ，由于橡胶柱材质不均匀，使用同尺寸的橡胶柱弹力并不同。由于制造原因，放置橡胶柱的形腔的高度误差等都导致气体顶开橡胶柱的压力不同。即对每个气体弹簧的△P 不同，例如：P 内=P表-△P ，如设定P 内为3.5MPa ，△P 设定0.1 MPa，则表压为3.6 MPa，如△P 高于设定值0.1 MPa，P 内则小于设定值，造成气体弹簧弹力不足，则气体弹簧将提前报废。
三、新充气方法
为此对充气工艺进行了改进，新工艺如图3示意，如图在气道内预先放置一个封头，在正对气道的上方有一个液压驱动的撞针，当打开气源时气体通过封头与气道的间隙进入弹簧气室，显然表压所指即为气室压强，即P 表
=P内气体达规定压强后，用撞针撞击封头使其产生塑性变形堵死气道，达到封气目的。不难看出此时充气的精度取决于压力表的精度。
四、气道外口封堵的改进
气道外口用电焊封堵，外壳材料为1Cr18Ni9Ti ，焊条型号为 A102，直径为Φ2.5mm 。老工艺为手工电弧焊。由于焊条与工件易粘结，只能事先多次引弧，造成焊条浪费，又由于气道外口小，直径Φ2.4mm ，焊条不易对准，造成气孔和夹渣，必须返修，如果是老工艺充气，此时可能造成弹簧整个报废。因为橡胶柱受热可能炭化、不能再用。为此对外口的封堵进行了工艺改造，如图：4示意，焊条夹在卡头上，卡头随电机旋转，弹簧与焊机地线相连，焊机火线与电机上端轴头通过电刷相连。操作时使焊条下降，通过定时装置控制焊接时间以控制焊点的大小。焊条转速是通过调速电机调整的，一般为400转/分左右，引弧时，焊条与焊件的旋转接触相当与手工电弧焊时焊条与焊件的擦划，由于焊条的强制旋转，焊条与焊件无法粘连。生产实践证实了这一点。焊条旋转使熔滴搅动熔池，大大改善了熔池的冶金条件，有利于熔渣上浮，也有利于有害气体的排除。熔滴造成的熔池搅动，使熔池成分均匀。熔池的搅动又改善了焊点的外观质量，降低了焊点的凸起高度，焊点的外观为非常漂亮的同心圆环。
五、总结
1. 新工艺的实用性：
通过2年多的生产，证明改进的气体封装工艺非常实用，原封装工艺 充气一次成功率只为80%，新工艺的充气一次成功率为95%，老的外口焊封工艺每只焊条平均封8~9个口且效率低，要求专业焊工操作。新工艺每只焊条封16~18个口，且不要求专业焊工操作。
2. 新工艺使产品质量提高：
新工艺所封堵的气道外口，外观质量达到了英国进口气体弹簧的外观质量。 由于新工艺使气体弹簧的内压均匀，因此更新了气体弹簧的企业标准。气体弹簧的使用寿命提高了6%。
气体弹簧的气道外口的焊封方法对其它焊接生产也有参考价值。 参考文献
1 张英会等编：弹簧手册。北京：机械工业出版社，2002。
2 吕长星：中国专利 气体弹簧，专利号：ZL 95 2 25938.9
高温气体弹簧的气体封装技术
黄筠娣1 孙丽媛2 刘兆妮1
（1. 唐山学院 机电系，唐山 063000；2. 河北理工学院 机械系，唐山 063000）
摘要：本文给出了气体弹簧气体封装的新工艺，与老工艺相比提高了气体弹簧的充气精度，其中的气道外口焊接技术对其它相关焊接生产也有参考价值。
关键词：气体弹簧 气体封装
中文分类号： 文献识别码：
作者简介：黄筠娣（1957-），女，河北抚宁人，实验师，研究方向：机械制造
一、前言
滑动水口机构是钢水包的开关，气体弹簧位于框架内，一端通过滑条、拖板作用于下滑板，另一端作用于框架，框架通过铰链与钢包壳相连，（图中未画出）气体弹簧的作用是使上下滑板紧密贴合，不使钢水在上下滑板间通过，而上下滑板前后错动时，流钢口开通或关闭，而达到截断和开通钢水的目的。
由于气体弹簧长期在约300~400˚C 以下高温下使用，机构中放置气体弹簧的位置狭小，故气体弹簧的尺寸较小，外径Φ40mm ，内径Φ34mm ，又要求每个气体弹簧有较高的弹力（高温：2800牛），因此要求气体弹簧的气室压强P 内较大，高温无载时P 内为3.5Mpa ，在400C 有载时P 内可以达到8~ 9Mpa，长期的高温高压条件，很容易造成气体的泄漏，而使P 内下降，当降低到一定值P 。后予以淘汰。如果气体封装不准，即出厂时P 内不准，即压强不准，如接近P 。，由于泄漏，会使气室压强P 内很快降至P 。这就人为的缩短了气
体弹簧的使用寿命。
由于每个弹簧的压强不均，使每组气体弹簧的弹力不均，气体弹簧的弹力小时，造成滑动水口上下滑板的压力不足还是钢水泄漏的因素。弹力大时，给滑板的错动造成更大阻力，又造成滑板打不开。这些都是对滑动水口机构的正常操作不利的。为此我们对气体弹簧的气体封装工艺进行了改进，提高了充气精度，并对相关工艺进行了优化。
二、原充气方法
预先给橡胶柱一个压力使其将气道堵住，而后靠气源的压力克服橡胶柱的弹力将气体充入弹簧，当表压达到一定值后，停止充气，充气即告完成。此方法的缺点是表压并不与弹簧内压相等，二者之差为橡胶柱弹力产生的压差△P ，由于橡胶柱材质不均匀，使用同尺寸的橡胶柱弹力并不同。由于制造原因，放置橡胶柱的形腔的高度误差等都导致气体顶开橡胶柱的压力不同。即对每个气体弹簧的△P 不同，例如：P 内=P表-△P ，如设定P 内为3.5MPa ，△P 设定0.1 MPa，则表压为3.6 MPa，如△P 高于设定值0.1 MPa，P 内则小于设定值，造成气体弹簧弹力不足，则气体弹簧将提前报废。
三、新充气方法
为此对充气工艺进行了改进，新工艺如图3示意，如图在气道内预先放置一个封头，在正对气道的上方有一个液压驱动的撞针，当打开气源时气体通过封头与气道的间隙进入弹簧气室，显然表压所指即为气室压强，即P 表
=P内气体达规定压强后，用撞针撞击封头使其产生塑性变形堵死气道，达到封气目的。不难看出此时充气的精度取决于压力表的精度。
四、气道外口封堵的改进
气道外口用电焊封堵，外壳材料为1Cr18Ni9Ti ，焊条型号为 A102，直径为Φ2.5mm 。老工艺为手工电弧焊。由于焊条与工件易粘结，只能事先多次引弧，造成焊条浪费，又由于气道外口小，直径Φ2.4mm ，焊条不易对准，造成气孔和夹渣，必须返修，如果是老工艺充气，此时可能造成弹簧整个报废。因为橡胶柱受热可能炭化、不能再用。为此对外口的封堵进行了工艺改造，如图：4示意，焊条夹在卡头上，卡头随电机旋转，弹簧与焊机地线相连，焊机火线与电机上端轴头通过电刷相连。操作时使焊条下降，通过定时装置控制焊接时间以控制焊点的大小。焊条转速是通过调速电机调整的，一般为400转/分左右，引弧时，焊条与焊件的旋转接触相当与手工电弧焊时焊条与焊件的擦划，由于焊条的强制旋转，焊条与焊件无法粘连。生产实践证实了这一点。焊条旋转使熔滴搅动熔池，大大改善了熔池的冶金条件，有利于熔渣上浮，也有利于有害气体的排除。熔滴造成的熔池搅动，使熔池成分均匀。熔池的搅动又改善了焊点的外观质量，降低了焊点的凸起高度，焊点的外观为非常漂亮的同心圆环。
五、总结
1. 新工艺的实用性：
通过2年多的生产，证明改进的气体封装工艺非常实用，原封装工艺 充气一次成功率只为80%，新工艺的充气一次成功率为95%，老的外口焊封工艺每只焊条平均封8~9个口且效率低，要求专业焊工操作。新工艺每只焊条封16~18个口，且不要求专业焊工操作。
2. 新工艺使产品质量提高：
新工艺所封堵的气道外口，外观质量达到了英国进口气体弹簧的外观质量。 由于新工艺使气体弹簧的内压均匀，因此更新了气体弹簧的企业标准。气体弹簧的使用寿命提高了6%。
气体弹簧的气道外口的焊封方法对其它焊接生产也有参考价值。 参考文献
1 张英会等编：弹簧手册。北京：机械工业出版社，2002。
2 吕长星：中国专利 气体弹簧，专利号：ZL 95 2 25938.9