अनुकूलित सील प्रक्रिया और ग्लास-टू-मेटल सील संरचनाओं की वास्तविक समय निगरानी
Summary
सील प्रक्रिया का अनुकूलन और धातु से ग्लास सील (एमटीजीएस) संरचना की वास्तविक समय की निगरानी को प्राप्त करने के लिए प्रमुख प्रक्रियाओं को विस्तार से वर्णित किया गया है। एम्बेडेड फाइबर Bragg ग्रेटिंग (FBG) सेंसर एक साथ पर्यावरण दबाव की निगरानी के साथ MTGS में तापमान और उच्च स्तर के अवशिष्ट तनाव की ऑनलाइन निगरानी को प्राप्त करने के लिए डिज़ाइन किया गया है.
Abstract
अवशिष्ट तनाव एक ग्लास-टू-मेटल सील संरचना की जड़ी-ठिठकता और मजबूती को बनाए रखने के लिए एक आवश्यक कारक है। इस रिपोर्ट का उद्देश्य इन्सुलेशन और सील सामग्री की हर्मेटीसिटी को नष्ट किए बिना कांच से धातु सील संरचना में अवशिष्ट तनाव की विशेषता और मापने के लिए एक उपन्यास प्रोटोकॉल प्रदर्शित करना है। इस शोध में, एक femto-लेजर खुदा फाइबर Bragg grating सेंसर प्रयोग किया जाता है. ग्लास-टू-मेटल सील संरचना को मापा जाता है, जिसमें धातु के खोल, सील ग्लास और कोवर कंडक्टर होते हैं। माप सार्थक बनाने के लिए, धातु से ग्लास सील (MTGS) संरचना के विशिष्ट गर्मी उपचार सबसे अच्छा hermeticity के साथ मॉडल प्राप्त करने के लिए पता लगाया है. फिर, FBG सेंसर सील कांच के रास्ते में एम्बेडेड है और तापमान आरटी करने के लिए ठंडा के रूप में कांच के साथ अच्छी तरह से जुड़े हो जाता है। एफबीजी की ब्रैग तरंगदैर्ध्य कांच को सील करने में उत्पन्न अवशिष्ट तनाव के साथ बदलाव करता है। अवशिष्ट तनाव की गणना करने के लिए, Bragg तरंगदैर्ध्य पारी और तनाव के बीच संबंध लागू किया जाता है, और परिमित तत्व विधि भी परिणाम विश्वसनीय बनाने के लिए प्रयोग किया जाता है. सील कांच में अवशिष्ट तनाव के ऑनलाइन निगरानी प्रयोगों कठोर वातावरण में इस प्रोटोकॉल के कार्यों को व्यापक करने के लिए इस तरह के उच्च तापमान और उच्च दबाव के रूप में विभिन्न भार, पर किया जाता है।
Introduction
धातु से ग्लास सील एक परिष्कृत तकनीक है कि अंतःविषय ज्ञान को जोड़ती है (यानी, यांत्रिकी, सामग्री, और इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग) और व्यापक रूप से एयरोस्पेस1में लागू किया जाता है , परमाणु ऊर्जा2, और जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों 3. यह इस तरह के उच्च तापमान और कार्बनिक सामग्री सील संरचनाओं के साथ तुलना में दबाव धीरज के रूप में अद्वितीय लाभ है। थर्मल विस्तार (सीटीई) के गुणांक के अंतर के अनुसार, MTGS दो प्रकार में विभाजित किया जा सकता है: मिलान सील और बेमेल सील4. मिलान मुहर के लिए के रूप में, धातु के सीटीई(धातु) और सील ग्लास (जेडग्लास) लगभग एक ही हैं सील सामग्री में थर्मल तनाव को कम करने के लिए. हालांकि, कठोर वातावरण (यानी, उच्च तापमान और उच्च दबाव) में सील संरचना की अच्छी hermeticity और यांत्रिक मजबूती रखने के लिए, बेमेल मुहर मिलान सील की तुलना में बेहतर प्रदर्शन प्रदर्शित करता है। धातु और जेडकांचके बीच अंतर के कारण, अवशिष्ट प्रतिबल एमटीजीएस संरचना की अनीलन प्रक्रिया के बाद सील कांच में उत्पन्न होता है। अवशिष्ट तनाव बहुत बड़ा है (यहां तक कि सीमा मान से अधिक), सील ग्लास छोटे दोष, जैसे दरारें प्रदर्शित करता है। यदि अवशिष्ट तनाव बहुत छोटा है, सील कांच अपनी जड़ी-ठिठकता खो देता है। एक परिणाम के रूप में, अवशिष्ट तनाव का मूल्य एक महत्वपूर्ण माप है.
एमटीजीएस संरचनाओं में अवशिष्ट तनाव के विश्लेषण ने दुनिया भर के कई समूहों के अनुसंधान हितों को जगाया है। अक्षीय और रेडियल प्रतिबल का संख्यात्मक मॉडल पतले खोल सिद्धांत5के आधार पर बनाया गया था। परिमित तत्व विधि को अनीलन प्रक्रिया के बाद एमटीजीएस संरचना के वैश्विक दबाव वितरण को प्राप्त करने के लिए लागू किया गया था, जो प्रयोगात्मक परिणामों6,7 केअनुरूप था। हालांकि, छोटे आकार और विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप को शामिल सीमाओं के कारण, कई उन्नत सेंसर इन परिस्थितियों के लिए उपयुक्त नहीं हैं. MTG की सीलिंग सामग्री में अवशिष्ट तनाव को मापने के लिए इंडेंटेशन दरार लंबाई विधि की सूचना दी गई थी; हालांकि, इस विधि विनाशकारी था और कांच में तनाव में परिवर्तन की वास्तविक समय ऑनलाइन निगरानी प्राप्त नहीं कर सका.
फाइबर ब्रैग ग्रेटिंग (FBG) सेंसर आकार में छोटे होते हैं ($10 डिग्री मी) और विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप और कठोर वातावरण8के लिए प्रतिरोधी . इसके अलावा, फाइबर के घटकों सील कांच के उनलोगों के समान हैं (SiO 2), तो FBG सेंसर hermeticity और सील सामग्री के इन्सुलेशन पर कोई प्रभाव नहीं है. FBG सेंसर समग्र संरचनाओं में अवशिष्ट तनाव माप करने के लिए लागू किया गया है9,10,11, और परिणाम से पता चला कि यह अच्छा मापने सटीक और संकेत प्रतिक्रिया प्रदर्शित किया. एक ऑप्टिकल फाइबर12,13 पर फाइबर ब्रैग ग्रेटिंग सरणियों द्वारा एक साथ तापमान और तनाव माप प्राप्त किया जा सकता है .
एक FBG सेंसर पर आधारित एक उपन्यास प्रोटोकॉल इस अध्ययन में प्रदर्शन किया है. एमटीजीएस संरचना की अच्छी जड़ी-हंगामा सुनिश्चित करने के लिए अधिकतम गर्मी के तापमान को समायोजित करके विशेष एमटीजीएस संरचना के लिए उपयुक्त तैयारी का पता लगाया गया है। FBG सेंसर गर्मी उपचार के बाद एक साथ FBG और कांच फ्यूज करने के लिए सील ग्लास के तैयार पथ में एम्बेडेड है. फिर, अवशिष्ट तनाव FBG के Bragg तरंगदैर्ध्य पारी द्वारा प्राप्त किया जा सकता है. FBG सेंसर के साथ MTGS संरचना उच्च तापमान और उच्च दबाव वातावरण के तहत रखा गया है लोड बदलने के तहत अवशिष्ट तनाव की ऑनलाइन निगरानी को प्राप्त करने के लिए. इस अध्ययन में, एक FBG सेंसर के साथ एक MTS संरचना का उत्पादन करने के लिए विस्तृत कदम रेखांकित कर रहे हैं. परिणाम इस उपन्यास प्रोटोकॉल की व्यवहार्यता दिखाने के लिए और एक MTGS संरचना की विफलता निदान के लिए नींव की स्थापना.
Protocol
Representative Results
Discussion
उच्च तापमान और उच्च दबाव पर एमटीजीएस संरचना की सीलिंग सामग्री के तनाव को मापने के लिए महत्वपूर्ण कदम 1) FBG सेंसर के साथ MTGS मॉडल के निर्माण में शामिल हैं, जिनमें से ग्रेटिंग क्षेत्र सील ग्लास के बीच में स्थ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम को चीन की राष्ट्रीय एस एंड टी प्रमुख परियोजना ($X069) द्वारा समर्थित किया गया है।
Materials
| ABAQUS | Dassault SIMULA | ABAQUS6.14-5 | The software to carry out numerical simulation. |
| Fiber Bragg grating sensors | Femto Fiber Tec | FFT.FBG.S.00.02 Single | apodized FBG |
| Fusion splicer | Furukawa Information Technologies and Telecommunications | S123M12 | FITEL's line of fusion splicers provides an excellent solution for both field and factory splicing applications。 |
| Glass powder | Shenzhen Sialom Advanced Materials Co.,Ltd | LC-1 | A kind of low melting-point glass powder (380℃). |
| Graphite mold | Machining workshop of Tsinghua University | Graphite | The mold to locate each part of the metal-to-glass structure. |
| Heating furnace | Tianjin Zhonghuan Electric Furnace Technology Co., Ltd | SK-G08123-L | vertical tubular furnace |
| Kovar conductor | Shenzhen Thaistone Technology Co., Ltd | 4J29 | A common material used for the electrical penetration in the metal-to-glass seal structure |
| Optical interrogator | Wuhan Gaussian Optics CO.,LTD | OPM-T400 | FBG spectrum analysis modules |
| Pro/Engineer | Parametric Technology Corporation | PROE5.0 | The software to establish the 3D geometry. |
| Steel shell | Beijing Xiongchuan Technology Co., Ltd | 316 stainless steel | A kind of austenitic stainless steel |
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