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泄漏檢測是汽車工業(yè)生產(chǎn)中許多零部件質(zhì)量保證的關(guān)鍵技術(shù)，為了適應(yīng)大型自動化生產(chǎn)背景下的高精度快速檢測，設(shè)計(jì)研發(fā)了一套常壓快速檢漏系統(tǒng)。該系統(tǒng)運(yùn)用T-Guard 氦濃度傳感器的累積法檢漏原理，配合抽真空系統(tǒng)、充氦系統(tǒng)、凈化氣體系統(tǒng)和電器控制系統(tǒng)等部分來實(shí)現(xiàn)高精度常壓快速檢漏。系統(tǒng)運(yùn)行顯示可以檢測到泄漏率為10 ～10-5Pa·m3 /s之間的漏點(diǎn)，檢漏節(jié)拍小于1 min，在滿足常壓下檢漏的同時(shí)，達(dá)到了檢漏時(shí)間短、靈敏度高、效率能與生產(chǎn)線速度同步等要求，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品高精度的快速在線檢測。
泄漏檢測是汽車工業(yè)生產(chǎn)中許多零部件質(zhì)量保證的關(guān)鍵技術(shù)。檢漏占用了生產(chǎn)與維修的很大一部分時(shí)間，而且成本投入也很大。中國現(xiàn)有的檢漏技術(shù)發(fā)展很不成熟，技術(shù)空白很多，不僅相關(guān)研究資料匱乏，而且受重視程度也不夠，造成了中國檢漏技術(shù)層次低并且發(fā)展緩慢局面。目前的檢漏方法大多是基于氣體或液體在容器兩端的壓強(qiáng)差造成的氣體或液體穿過漏孔時(shí)出現(xiàn)的不同現(xiàn)象而發(fā)展成各種不同原理的檢漏方法，比如肥皂水檢漏法( 水泡法)、充壓檢漏法、真空檢漏法、鹵素檢漏法、熒光示蹤法、激光系統(tǒng)檢測法和氦質(zhì)譜儀法等，上述檢測方法或者檢測精度不夠或者檢測成本很高或者檢測速度慢，都存在一定程度的缺陷。
研發(fā)一種常壓快速汽車檢漏系統(tǒng)使其不但可用于單件檢測，也可裝入大型自動化生產(chǎn)線進(jìn)行大批量檢測具有重要的意義。在滿足常壓下檢漏的同時(shí)滿足檢漏時(shí)間短、靈敏度高、檢漏效率能跟上生產(chǎn)線速度等要求；實(shí)現(xiàn)在汽車不解體的情況下查明泄漏或隱患部位，確保車輛的工作能力和技術(shù)狀況。
1、汽車零部件常壓快速檢漏方案
1.1、檢漏要求
(1)漏率指標(biāo)
在汽車工業(yè)中，采用空氣壓差法進(jìn)行檢漏應(yīng)用非常普遍，雖然成本低，但靈敏度也比較低，達(dá)不到汽車工業(yè)對漏率的要求。真空環(huán)境下的氦質(zhì)譜檢漏法，雖然靈敏度高，但檢測成本又過于高昂。因此迫切需要找到一種高性能、全自動的檢測方法，可以檢測出泄漏率在10-2 ～10-5 Pa·m3/s 之間的漏點(diǎn)。
(2)檢漏時(shí)間
不但可用于單件檢測，也可裝入大型自動化生產(chǎn)線進(jìn)行大批量檢測；檢測節(jié)拍小于1 min，滿足工業(yè)應(yīng)用的要求，實(shí)現(xiàn)對汽車零部件( 如油泵密封法蘭蓋)單機(jī)年檢測50 萬件。
(3)有效最小可檢漏率
根據(jù)汽車零部件生產(chǎn)中對于零件漏率指標(biāo)的要求，確立檢漏方法和檢漏系統(tǒng)的有效最小可檢漏率。一般有效最小可檢漏率應(yīng)為產(chǎn)品漏率指標(biāo)的10%。
1.2、常壓快速檢漏系統(tǒng)總體方案
(1)檢測系統(tǒng)的建立
設(shè)計(jì)在正常一個(gè)大氣壓下采用氦氣作為示蹤氣體利用積累氣進(jìn)行泄漏檢測的系統(tǒng)，系統(tǒng)由氦氣傳感器、抽空系統(tǒng)、充氦系統(tǒng)、凈化氣體系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和液壓氣動系統(tǒng)組成。檢測模式有累積模式、濃度檢測模式和離子電流模式，可以根據(jù)用戶要求隨時(shí)調(diào)整，控制系統(tǒng)采用PLC + 觸摸屏，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊簡單、易于維護(hù)。
(2)檢測原理
通常氦質(zhì)譜檢漏儀需要在真空環(huán)境下工作，靈敏度很高，但要想在短時(shí)間內(nèi)完成對零部件的檢測需要配備強(qiáng)大的真空系統(tǒng)，因此造價(jià)昂貴，使得對檢漏靈敏度要求不是很高的汽車零部件生產(chǎn)廠家難以負(fù)擔(dān)。氦質(zhì)譜檢漏還有一種吸槍法由于檢測時(shí)間長亦很難應(yīng)用到這樣的行業(yè)領(lǐng)域。我們設(shè)計(jì)的檢漏系統(tǒng)中氦氣傳感器采用美國Inficon 公司最新開發(fā)的一種T-Guard 氦傳感器，該傳感器可在一個(gè)大氣壓的常壓下工作，不使用質(zhì)譜儀，而是采用一個(gè)高靈敏度的氦氣傳感器測量氦氣的濃度。
T-Guard 傳感器的工作原理如下：傳感器前面有一個(gè)石英加熱柵，大氣中的氮?dú)夂脱鯕獾却蠓肿硬荒芡ㄟ^加熱柵器壁，只有直徑很小的氦氣分子才能穿過加熱柵器壁進(jìn)入傳感器，氣體分子進(jìn)入傳感器內(nèi)被電離，通過檢測離子流的變化值從而可以測量出進(jìn)入傳感器的氦氣濃度的變化。
使用T-Guard氦濃度傳感器可采用累積法和連續(xù)法在常壓下利用氦氣示蹤進(jìn)行檢漏，考慮到工業(yè)生產(chǎn)對檢測靈敏度和生產(chǎn)節(jié)拍的要求，我們采用累積法對汽車零部件進(jìn)行檢漏。密封的被檢測工件放在一個(gè)常壓的累積檢測室內(nèi)，然后將密封的工件內(nèi)部充入氦氣，如果存在泄漏，氦氣就會通過泄露點(diǎn)跑到積累箱中，從而被T-Guard 氦氣濃度傳感器檢測到，工作原理示意圖如圖1 所示。認(rèn)為采用累計(jì)法檢漏檢測的漏率可以用下列公式計(jì)算
汽車零部件常壓快速檢漏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
式中：L 為漏率，Pa·m3/s；ΔC 為累積時(shí)間段內(nèi)氦濃度的變化值；V 為累積箱的凈體積，立方米m3；p 為大氣壓強(qiáng)，Pa；Δt 為累積時(shí)間，s。
汽車零部件常壓快速檢漏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
(3)測試步驟
①裝工件
將工件接入工件接口處，按下開始按鈕。
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系統(tǒng)自動打開閥門對工件抽真空，到指定真空度(一般1000 Pa 左右) 后，系統(tǒng)自動打開氦充氣閥向工件內(nèi)充入規(guī)定壓力的氦氣或混合氣體。到指定壓力后，系統(tǒng)給出提示；若操作超時(shí)，系統(tǒng)給出報(bào)警。
?、蹤z漏
儀器進(jìn)入檢漏程序，首先對工件進(jìn)行粗檢，如果測漏值大于設(shè)定的閾值，確定為大漏，系統(tǒng)將報(bào)警，停止檢漏。系統(tǒng)將進(jìn)入大漏檢漏預(yù)訂程序，對氦傳感器清除氦本底。如果無大漏，系統(tǒng)通過累計(jì)法檢漏，進(jìn)行細(xì)檢，顯示當(dāng)前工件漏率，若不合格則系統(tǒng)會自動報(bào)警，反之系統(tǒng)給出提示。
④氦氣回收和檢測室凈化
工件檢漏完成后，人工按下確認(rèn)按鈕，系統(tǒng)自動打開測試室門，用機(jī)械泵抽出工件內(nèi)剩余氦，測試室充入新鮮空氣，對測試室進(jìn)行凈化。如果被檢工件內(nèi)容積較大，為降低成本，氦氣將被氦氣回收系統(tǒng)回收。
1.3、影響檢測系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素
(1)檢測室氦濃度一致性的問題
為了在不知道泄漏位置的情況下進(jìn)行精確測量，必須采取措施確保檢測室內(nèi)的氦氣濃度保持一致。避免由于泄露的位置不同，探頭檢測的氦濃度不同，造成每次檢測的結(jié)果不一樣。對此的解決方案是設(shè)計(jì)混合裝置，對檢測室內(nèi)的氣體進(jìn)行充分混合，保證腔室中氦氣的平均分布。
(2)檢測室氦殘留的問題
對于有漏點(diǎn)的零部件，通過氦檢漏檢測后，氦氣在儀器里面會有存留，儀器對氦氣的清除需要一定的時(shí)間。由于汽車零部件的檢漏需要滿足檢測節(jié)拍在1 min 之內(nèi)，所以要求氦傳感器的清除時(shí)間要迅速，特別是有大漏的工件，檢測室有大量高濃度的氦氣，因此，為了避免這種氦殘留對下一次檢測結(jié)果的影響，我們設(shè)計(jì)了換氣系統(tǒng)，通過充入氦濃度很低的新鮮空氣或純氮?dú)鈱z測室進(jìn)行氣體置換。
2、檢漏實(shí)例
氦濃度傳感器檢測的是累積箱空氣中氦的濃度變化值，檢測過程分為三個(gè)階段。首先根據(jù)一個(gè)固定時(shí)間段內(nèi)濃度的變化判斷漏點(diǎn)的大小，如果變化值太大或太小，都超出檢測范圍，給出大漏或不漏的判定。
如圖2 所示，檢測室的本底氦氣濃度為1 ×10-9，如果在小于3 s 的時(shí)間內(nèi)檢測到的氦濃度超過2000 × 10-9，則認(rèn)為是大漏，如果在30 s 內(nèi)檢測到的氦濃度小于20 × 10-9，則認(rèn)為是不漏，都認(rèn)為是超出檢測范圍，只有在檢測時(shí)間內(nèi)，按照式
對于汽車零部件的檢漏有一個(gè)非常關(guān)鍵的難點(diǎn)就是工裝夾具的設(shè)計(jì)，根據(jù)累積法檢漏的工作原理，要求被檢工件在一個(gè)密閉的容器里，這個(gè)容器既要可以抽真空，又要有一定的耐正壓能力，至少要達(dá)到0.3 MPa 以上，同時(shí)由于檢查節(jié)拍小于1 min，所以還要求快速裝卸工件。一般被檢的汽車零部件通常的形狀都比較復(fù)雜，如汽車的熱交換器有著非常復(fù)雜的管路。
一些看上去簡單的零部件在夾具的設(shè)計(jì)上其實(shí)也很難。圖3 是上海地區(qū)某汽車油泵密封法蘭，該法蘭是塑料件，需要檢測金屬引入電極和塑料之間密封處的泄露，要求檢測的漏率在10-4 Pa·m3/s 量級，采用通常的壓差法理想狀態(tài)下也只能檢測到10-2 Pa·m3/s 量級。T-guard 氦濃度傳感器的最小可檢濃度為25 × 10-9，如果生產(chǎn)中采用5L的容積，累積時(shí)間30 s，則理論上最小可見漏率為10-7 Pa·m3/s (10-6 mbar·l /s)。
表1 是采用我們的系統(tǒng)，檢測一個(gè)已知泄漏法蘭25 次的結(jié)果，系統(tǒng)檢測的均值為1.7 × 10-4 Pa·m3/s。對于該泄漏點(diǎn)采用美國英富康的P3000 吸槍式氦檢儀進(jìn)行了比對校準(zhǔn)，漏率為1.4 × 10-4 Pa·m3/s(5 次均值)，低于我們的測量均值，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.chvacuum.com/)認(rèn)為原因可能在于采用吸槍法時(shí)有部分氦氣并沒有被吸入而擴(kuò)散到空氣中，因此數(shù)值偏小，另外氦檢漏儀器本身的測量精度也可能會造成這樣的誤差。采用以上25 次的測量數(shù)據(jù)分析計(jì)算，得到Cg值為3.31，滿足德國大眾汽車公司1993 年制定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)—當(dāng)測試次數(shù)為25 時(shí)，Cg≥2.2 的規(guī)定。
3、結(jié)論
基于氦示蹤氣體檢漏技術(shù)的常壓快速汽車檢漏系統(tǒng)的研發(fā)，使其不但可用于單件檢測，也可裝入大型自動化生產(chǎn)線進(jìn)行批量檢測；開發(fā)的檢漏平臺具有不需要昂貴的真空泵和真空箱體，可在常壓下最快30 s 內(nèi)檢測出汽車零部件是否泄漏，保守估計(jì)本系統(tǒng)生產(chǎn)線上使用時(shí)最小可檢漏率可達(dá)10-5 Pa·m3/s 量級，滿足了在非真空常壓下對汽車的零部件進(jìn)行檢漏，確保檢漏時(shí)間短、靈敏度高、檢漏效率能跟上生產(chǎn)線生產(chǎn)速度等要求。
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