一种测量弹性金属密封环的壁厚的方法与流程

本发明属于测量技术领域，特别涉及一种测量弹性金属密封环的壁厚方法。

背景技术：

弹性金属密封应用在航空航天领域有着得天独厚的优势。航空发动机的密封环境兼具高温、高介质压力，同时还有交变载荷。传统密封件难以在如此严苛的条件下表现出良好的工作性能，并且会在不断承受法兰与密封环之间的交变载荷后难以补偿自身与法兰之间产生的间隙而造成泄漏。美国的洛克达因公司首先应用弹性金属密封解决了这一难题，该公司花费数年研制出了以弹性金属为主体材料的具有强回弹补偿能力、耐高温耐高压的弹性金属密封环。这种密封环质量较轻，不必施加很大的预紧力即可表现出优良的回弹补偿性能，并且在高温高压的工作条件下表现良好，成为航空航天工业中密封问题的解决方案之一。

弹性金属密封环按弹性截面形状分类可分为w及多弯w型、o型、v型、c型、ω型等多种。由于弹性金属密封环所用材料强度硬度较高，特别是w及多弯w型截面形状复杂，加工时易发生带材厚度不均、成型尺寸偏差大等问题，而这些问题最终将影响产品的密封性能。为了保证密封效率，需要对弹性金属密封环的壁厚进行厚度测量筛查，确保均匀性，因此发明一种用于测量弹性金属密封环的壁厚的方法，来方便测量弹性金属密封环的壁厚，确保良品率，提高密封效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于测量弹性金属密封环的壁厚的方法，旨在检测单行金属密封环的截面厚度，解决了由于截面厚度不均而造成的密封失效隐患等问题。

本发明提供一种用于测量弹性金属密封环的壁厚的方法，包括：

将磁性介质填充至所述弹性金属密封环的待测壁厚的薄壁部分的内腔；

将变磁阻式传感器的u形铁芯端面，紧贴至所述待测薄壁部分的外侧，使得所述铁芯、所述待测薄壁部分和所述磁性介质形成磁回路；

测量所述变磁阻式传感器u形铁芯线圈上的电感；

根据所述电感计算所述待测薄壁的厚度。

进一步地，所述弹性金属密封环包括w型密封环、多弯w型密封环、e型密封环、o型密封环、v型密封环、c型密封环、ω型密封环。

进一步地，所述磁性介质包括磁性液体或磁粉。

进一步地，所述变磁阻式传感器为变气隙式自感传感器。

进一步地，所述非导磁性材料包括不锈钢、高镍合金。

由于弹性金属密封环的成型工艺，通常采用微米级别厚度的镍基高温合金材料或不锈钢材料，因此，在旋压制作完成弹性金属密封环后，其成型产品的厚度，如果直接进行物理测量，是非常困难的，而且如果成批测量则耗时极大，难以对厚度均匀性的确定进行有效诊断。本发明采用间接测量的方式，利用变磁阻式传感器测量气隙的原理，将待测壁厚所在部分的内腔填充磁性介质，使这部分相当于变磁阻式传感器中的衔铁部分，将变磁阻式传感器的线圈u型铁芯的端面紧靠至所述待测厚度的壁面上，使得这部分相当于变磁阻式传感器中衔铁与u型铁芯之间的气隙，根据变磁阻式传感器原理，通过对u型铁芯上的电感进行测量，再进行转换得出所述待测厚度壁面的厚度，从而方便地对弹性金属密封环的壁面进行厚度测量，确保对厚度的均匀性进行高效诊断，提高了后续弹性金属密封环的使用时的密封效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中一种弹性金属密封环的截面示意图。

图2为本发明的采用变磁阻式传感器原理对w性弹性金属密封环进行壁厚测量的一个实施例的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所述，以w型弹性金属密封环为例，介绍一下弹性金属密封环的基本结构。该w型弹性金属密封环的环截面具有中心弯曲圆弧，二个弹性弯曲圆弧，其相互连接的平直连接部分以及左、右外凸圆弧形接触面。选用的原材料为镍基高温合金冷轧带材。图中fh为w形弹性密封环的自由高度，即未受力时的高度；r1和r2分别为波峰半径和波谷半径；r为接触面曲率半径；t为密封圈的壁厚；h为波高。这些主要几何参数和w形弹性密封环独特的多波形状结构决定了其相比于其他弹性金属密封圈而言更加优异的回弹性能。

下面如图2所示，为测量该w型密封环的壁厚，需要构建变磁阻式传感器环境：

将磁性介质1填充至所述弹性金属密封环的待测壁厚的薄壁部分2的内腔，这里磁性介质可选择磁性性能较好的磁性液体，也可以选择磁粉等，并且磁性介质的平面超过待测壁厚的薄壁部分。

将变磁阻式传感器的带有线圈4的u形铁芯3的端面，紧贴至所述待测薄壁部分2的外侧，使得所述铁芯3、所述待测薄壁部分2和所述磁性介质1形成磁回路5，此时，磁性介质相当于变磁阻式传感器的衔铁部。本发明的目的是测量薄壁部分2的壁厚，为了提高精确度，因此要求u型铁芯3的端面紧靠待测壁厚部分2的外端，此时在“衔铁”(磁性液体)和u型铁芯3之间的壁厚t，就相当于变磁阻式传感器中衔铁和铁芯之间的气隙。

由变磁阻式传感器的基本原理可知，匝数为w的线圈电感l为,

l＝w²/rm

其中，rm为磁路的总磁阻。

而根据

得到

通过等效变换，得到

其中，μr为铁芯和衔铁的相对磁导率；k＝μ0w²s，其为一常数。l1和l2为铁芯和衔铁的磁路长度(m)；s1和s2为铁芯和衔铁的截面积(m2)；μ1和μ2为铁芯和衔铁的磁导率(h/m)；s、lδ为气隙磁通截面积(m2)和气隙总长(m)；μ0为真空磁导率；μr为铁芯和磁铁的相对磁导率。

当u形铁芯、衔铁(磁性介质)的材料和结构与线圈匝数确定后，若保持s不变，则l即为lδ的单值函数，而lδ则等效为待测部分2的壁厚的二倍。通过测量所述变磁阻式传感器u形铁芯线圈上的电感值l，根据所述电感值来换算所述气隙的总宽度除以2，即得到所述壁厚的厚度。

本发明通过利用变磁阻式传感器的工作原理，将变气隙式自感传感器应用于弹性金属密封环的壁厚测量中，有效地提高了测量效率，方便地对弹性金属密封环的壁面进行厚度测量，确保对厚度的均匀性进行高效诊断，提高了后续使用弹性金属密封环的密封效率。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。