泄漏检测技术在发动机生产中的应用

作者:上汽通用五菱汽车股份有限公司 曹倩伟 文章来源:AI《汽车制造业》 点击数:2555 发布时间:2019-07-15
上汽通用五菱汽车股份有限公司 曹倩伟
泄漏检测技术在发动机生产中的应用

泄漏检测技术有时也称为试漏技术或密封性检测技术,现在已广泛应用于汽车制造业、食品加工和医疗等行业。试漏检测技术及应用已日趋成熟,现在衍生出了很多种检测方法。本文主要介绍了几个重要的检测方法,以及在发动机生产领域的应用。

泄漏测试介绍

1.泄漏测试的必要性

泄漏测试是生产和工艺控制中不可或缺的重要环节,对许多产品零部件而言,很小的泄漏会引起严重的后果。在产品生产过程中,通过对被测零部件用空气或者其他气体冲压,用一种或几种方式来判断零件是否存在泄漏。进行泄漏测试主要有两个重要原因:在质量方面,可以提前排查出产品的质量问题,防止出现故障,减少生产差错导致的高成本和客户不满;安全方面,保证产品满足关于泄漏的工艺要求,如燃油系统和制动系统。

2.泄漏测试的介质选择

在发动机工厂,所有的泄漏测试工艺都是采用干燥空气为介质。虽然发动机在使用时基本都是依靠液体来运行,但是相对于液体,把空气作为介质具有很多优点:首先,空气有可压缩性,且黏度相对较低。这意味着空气通过漏点的速度比液体要快100~400倍;其次,空气本质上没有表面张力,这个特点使它比液体更容易通过小的漏点;最后,以空气为介质进行试漏的最大优点就是速度快。

3.泄漏测试的方法

常用的泄漏测试方法主要有:

(1)直压测漏法

直压测漏法是最常用的检漏方法。在检测过程的充气和稳定阶段,压力传感器会监控空气压力的变化。在测漏阶段,检测仪会调用存储的无泄漏零件(主控零件)的压力损失特征曲线,与被测产品零件的特征曲线进行比较。其原理如图1所示。

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(2)压差下降法

由于此测漏方法需使用压差传感器,因此需要一个参考压力腔。主控零件与参考腔之间的压力变化特征曲线存储在检测仪中,然后与被测的生产零件的特征曲线进行比较,其原理如图2所示。

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(3)质量流量检测法

这种检测法用加热的电子元件测量经过该元件处的气流所造成的热量损失,该气流是由于被测零件存在泄漏,在压力稳定后继续流向被测零件的空气。其原理如图3所示。

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(4)层流管式流量法

充满管道的气体流经管道内的节流件时,将在节流件处形成局部收缩,因而流速增加,静压力减小,于是在节流件前后便产生了压差。流体流量越大,产生的压差就越大,可依据压差来衡量流量的大小。其原理如图4所示。

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(5)压力/真空腔检测法

这种检测方法需要使用气密性空腔,在检测过程中将被测零件封在其中。安装压力传感器,测量腔内的压力,然后对零件或空腔充压,系统测量腔内压力是否变化。检测用的气源始终是已知的固定量气体,其原理如图5所示。这项技术特别适用于密封的、无法直接冲压或排气的零件。

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泄漏测试在生产线的应用

发动机产品在使用中对水套、油道、曲轴室以及进气歧管、缸体缸盖等许多装配工艺都有不同程度的密封要求。故在机加工区域就有对缸体水套、缸盖水套和油道等的泄漏测试,来排查加工面的缺陷以及毛坯铸造的缺陷等问题。在装配区域有对进气歧管、整机水套等进行的泄漏测试,来排除装配过程中的缺陷或者零部件的缺陷导致的泄漏问题。

由于每种泄漏测试的方法都有各自的优缺点,因此选择测试方法需要考虑的因素有:被测零件(零件的容积与材质);工艺要求(泄漏测试的目的);技术要求(压力、泄漏率和节拍);环境影响(温度、湿度和气源)。

压降测试相比于其他测试方法,具有能自动运行、不需要操作工主观判断、速度快、重复性高和允许通过对泄漏值编程来判定合格与不合格的优点,同时此泄漏测试也有无法确定漏点的缺点。

综合考虑到现场产品的特点、使用成本和生产节拍等各种情况,目前本公司在机加工区域对缸体水套、缸盖水套、油道和曲轴室等的测试,以及在装配区域对发动机的水套、油道和进气歧管等的检查均采用压降的方式进行泄漏测试。

1.压降法测试步骤

压降法测试主要分为充气、隔离、稳压、测试和排气5个步骤:①充气步骤:两个电磁阀同时打开,气源经过调压阀、两个电磁阀和压力传感器,往被测腔体里充气,同时压力传感器检测充气的压力值;②隔离步骤:隔离阀先关闭,排气阀再关闭,使气源不能继续往腔体里充气,发动机这时处于密封状态(如果先关闭排气阀再关闭隔离阀,这样会使腔体里的一些气体往外排放,影响测试结果);③稳压步骤:两个电磁阀都已关闭,压力传感器一直检测腔体里的气压大小(使测试发动机里的气压稳定下来,这样测出来的值才会更准确);④测试步骤:压力传感器测试压力大小,经过软件计算出腔体的泄漏率;⑤排气步骤:隔离阀打开,排气阀关闭,腔体里的气体经隔离阀从排气阀排出。

2.泄漏测试技术指标

由于分子是不断运动的,所有的泄漏与不泄漏都只是相对的,如同导体与绝缘体一样。所以在判定一个腔体泄漏前,通常指的是在某种特定的条件下能够不泄漏。

首先,上文提过的,泄漏测试一般选用干燥的空气作为介质进行测试。所有密封的腔体都有一定数量的空气泄漏点,当需要判定一个零件能否达到所需的液体无泄漏时,我们就可以据此定义一个相对的空气泄漏率。然而,因为以空气为介质测试大部分的产品来保证无液体泄漏,因此不能定义这些零件不漏空气或其他气体。泄漏值通常表示为在一定的测试压力下单位时间内泄漏了多少气体,通常单位为mL/min。

设定一个产品工艺的泄漏率,首先需要确定实际的测试压力,一般情况都小于1.378 MPa。测试压力通常选择零部件实际工作状态下的压力来进行测试。

其次,假设我们要达到液体的不泄漏,需要先确定液体的种类。在此举两个例子:汽油和发动机冷却液。针对汽油的空气泄漏率通常为1~5 mL/min,这个最大允许空气泄漏率足以防止汽油泄漏。最大泄漏率15 mL/min足以防止自来水的泄漏。由于黏度和表面张力的增加导致泄漏率增加,所以对发动机冷却液来讲,更大的泄漏率是允许的,通常是30~50 mL/min。不同的液体同样对应着不同的泄漏要求。

此外,零件的壁厚、材质等也会对泄漏率的设定产生影响。

泄漏测试厂家根据行业经验,给某个整车厂建议的发动机生产过程中部分工艺的技术指标参考值如表所示。

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3.泄漏测试在发动机工厂应用的常见问题

随着泄漏测试技术的应用与发展,在发动机生产中的使用也日趋成熟。由于本身测试非常容易受到外界因素的影响,导致现在发动机生产线依旧是稳定性较差的瓶颈工位。其中对泄漏测试稳定性影响较大,导致误判的因素主要有两个方面:一方面是OEM对设备的设计,其中包括密封件的设计与夹具的设计;另一方面是产品本身的一些因素。

(1)密封件设计方面

发动机生产线上做泄漏测试的设备,通常都是将产品装夹起来后,进行充气测试。设备的OEM厂商对夹具以及密封件的设计是否合理,将会直接影响到后期在生产线上的稳定性。

密封件在生产过程中需要反复与工件接触、压缩变形。故密封件材质的选择、形状的设计是否合理和受力是否均匀都将直接影响密封件的寿命长短。由于产品的差异性,导致密封件寿命也有很大的差异性,很容易受到现场使用环境的影响,无法进行有效的量化管理。同时密封件损坏的判断,非常依赖处理人员的现场经验,无法形成标准化。故在泄漏检测的过程中,经常有密封件损坏导致的误判断。

目前比较有效的解决措施就是按现场实际的使用情况,制定一个大致的密封件更换周期表来提前更换。

(2)夹具设计方面

在设备上除了密封件以外,夹具的设计也对泄漏测试有很大影响。

夹紧的力量应该是测试压力的3倍左右,同时夹紧以及密封的定位应该稳定可靠。夹具一般采用液压缸或者气缸来作为执行元件。液压方面,液压站增加蓄能器气动方面,气源增加储气罐,气缸上采用单向节流阀等设计都能保障夹具夹紧力的稳定。

夹具的定位方面,通过在行程较长的运动部件上增加导向杆、每个密封单元都由一个执行元件单独带动等设计来保证定位的精准可靠。
OEM前期对设备夹具的设计是否成熟、考虑是否完善,将直接导致后期检测设备的稳定性、准确性。

(3)产品来料

泄漏测试产品本身的因素在实际生产中也会对测试结果起到很大的影响。

首先产品与周围环境的温差,根据不同的测试要求,产品与周围环境的温差不能过大。以缸体缸盖水道测试为例,温差在±3℃以内才不会影响测试结果的准确性。

其次产品本身的清洁程度,产品外表面是否含有杂质、油污会直接影响密封件的密封效果,导致泄漏测试结果的误判断。

目前在发动机工厂,针对这两个影响因素,会在泄漏测试的前道工序增加对产品进行清洗与温度控制的措施,来减少对泄漏测试的影响。
  

结语

泄漏测试技术虽然现在是发动机工厂的瓶颈工位,但随着汽车行业的发展,暴露的问题越多,形成的经验教训就越多,相信人们对泄漏测试技术的应用将会更加成熟。