（北京奔馳汽車有限公司發(fā)動(dòng)機(jī)工廠 北京 100191）

引言

發(fā)動(dòng)機(jī)試漏檢測技術(shù)是指在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過程中通過壓縮空氣等介質(zhì)對(duì)整機(jī)密封性檢測的一項(xiàng)技術(shù)[1]。在發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)過程中，試漏檢測可以快速判定整機(jī)和零部件的密封質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和攔截不合格品，避免其流入后續(xù)裝配環(huán)節(jié)，增加返修成本并造成客戶抱怨。發(fā)動(dòng)機(jī)試漏檢測工位通常設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)主要部件裝配完成并加注機(jī)油之前，可以檢測發(fā)動(dòng)機(jī)油腔、水腔、互漏和曲軸油封的氣密性，涉及的零部件包括缸體、缸蓋、曲軸及油底殼等。試漏技術(shù)的應(yīng)用有效地提高了發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量并降低了發(fā)動(dòng)機(jī)返修成本，目前該技術(shù)已經(jīng)成為發(fā)動(dòng)機(jī)裝配生產(chǎn)必不可缺的一個(gè)環(huán)節(jié)。

本文通過對(duì)試漏檢測原理進(jìn)行分析，對(duì)比了不同試漏原理的主要特點(diǎn)，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)對(duì)影響試漏結(jié)果的常見影響因素進(jìn)行了分析，為行業(yè)其它廠家解決試漏問題提供了一種可借鑒的分析思路。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)試漏檢測原理

1.1 試漏檢測原理分類

汽車行業(yè)常用試漏檢測設(shè)備是以空氣為介質(zhì)的泄漏測試，按照其檢測原理可以分為壓降法[2]和流量法。壓降法在實(shí)際應(yīng)用過程中又分為絕對(duì)壓降法和相對(duì)壓差法，而流量法又分為質(zhì)量流量法和體積流量法。試漏原理分類如圖1 所示。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)試漏原理分類框圖

1.1.1 絕對(duì)壓降法

絕對(duì)壓降法是通過壓力傳感器直接測量被測工件內(nèi)氣壓的變化，測量過程中被測工件如果有泄漏，必然導(dǎo)致壓力降低，通過連接在被測容積內(nèi)的壓力傳感器可以讀取壓力降低數(shù)值，從而根據(jù)壓力降低情況與氣體狀態(tài)方程推導(dǎo)出實(shí)際容積的泄漏量。絕對(duì)壓降法泄漏量計(jì)算公式如下：

式中：Vl為泄漏率（cm3/min）；ΔP 為泄漏導(dǎo)致的壓力降（Pa）；Vp為測試容積（cm3）；tm為測試時(shí)間（s）。

絕對(duì)壓降法特點(diǎn)是測量儀器結(jié)構(gòu)緊湊，測量范圍寬。缺點(diǎn)是檢測精度取決于絕對(duì)壓力傳感器精度，同時(shí)工件容積較大時(shí)檢測時(shí)間較長且測量誤差增大。

1.1.2 相對(duì)壓差法

相對(duì)壓差法不是對(duì)被測工件壓力進(jìn)行直接測量，而是在測試系統(tǒng)中并聯(lián)一個(gè)與測試工件容積相同的參考工件，充氣到相同的測試壓力后斷開氣源，通過測量被測工件與參考工件之間的壓力差來推導(dǎo)實(shí)際泄漏量。相對(duì)壓差法泄漏量計(jì)算公式如下：

式中：Vl為泄漏率（cm3/min）；ΔP 為泄漏導(dǎo)致的壓力降（Pa）；VT為測試工件容積（cm3）；tm為測試時(shí)間（s）；VT為測試工件容積（cm3）；為壓差傳感器系數(shù)；VR為標(biāo)準(zhǔn)容器容積（cm3）；Pt為測試壓力。

相對(duì)壓差法由于只需要檢測工件與參考件之間的壓力差，因此系統(tǒng)分辨率與檢測壓力無關(guān)，具有檢測速度快，準(zhǔn)確度高的特點(diǎn)。但是起測量量程有限。絕對(duì)壓降法和相對(duì)壓差法工作原理對(duì)比如圖2 所示。

圖2 絕對(duì)壓降法和相對(duì)壓差法原理對(duì)比

1.1.3 質(zhì)量流量法

質(zhì)量流量法是對(duì)被測工件內(nèi)部泄露氣體量直接測量的一種方法，該方法利用流量傳感器直接對(duì)泄漏量進(jìn)行測量，不需要進(jìn)行壓力與流量的換算。質(zhì)量流量法的測試分辨率不受被測容積大小影響，測量速度較快。質(zhì)量流量法測量過程中通過氣體流量計(jì)向被測工件內(nèi)持續(xù)補(bǔ)充測試介質(zhì)，從而得到單位時(shí)間內(nèi)補(bǔ)充的氣體量，即直接反映工件的實(shí)際泄漏率。質(zhì)量流量法測試原理流程如圖3 所示。

圖3 質(zhì)量流量法測試原理流程

1.1.4 體積流量法

體積流量法原理是采用壓差傳感器作為測量原件，通過計(jì)算節(jié)流元件產(chǎn)生的壓力差值來計(jì)算體積流量。該方法常用于流量監(jiān)控，在發(fā)動(dòng)機(jī)試漏檢測過程中應(yīng)用較少，在此不做詳細(xì)介紹。

1.2 試漏檢測方法對(duì)比

根據(jù)壓降法與流量法檢測原理可以對(duì)其檢測特點(diǎn)匯總?cè)绫? 所示。

表1 壓降法與流量法檢測特點(diǎn)對(duì)比

由于發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)制造過程中試漏設(shè)備通常布置在裝配線內(nèi)[3]，因此對(duì)試漏測試節(jié)拍要求較高，需要盡可能地縮短試漏時(shí)間，從而能夠匹配其它工位的生產(chǎn)速度，不會(huì)造成生產(chǎn)瓶頸。如圖4 所示為某型號(hào)質(zhì)量流量測試與壓差法測試節(jié)拍比較。從圖中可知質(zhì)量流量法相比壓差法能夠有更短的測試節(jié)拍，在實(shí)際生產(chǎn)過程中應(yīng)用較多。本文后續(xù)試漏影響因素分析將主要圍繞采用質(zhì)量流量法原理的試漏設(shè)備進(jìn)行分析。

圖4 質(zhì)量流量法與壓差法測試節(jié)拍比較

2 發(fā)動(dòng)機(jī)試漏影響因素分析

發(fā)動(dòng)機(jī)試漏是一個(gè)綜合的檢測過程，影響試漏結(jié)果的因素通常分為兩個(gè)大類：一類是由于試漏設(shè)備本身問題導(dǎo)致的泄漏；另一類是發(fā)動(dòng)機(jī)零部件質(zhì)量缺陷、零件以及密封膠受溫濕度影響導(dǎo)致的泄漏。

2.1 試漏設(shè)備泄漏

發(fā)動(dòng)機(jī)試漏設(shè)備是一套復(fù)雜的測試系統(tǒng)，包括試漏測試儀、空氣管路、封堵裝置以及夾具工裝等部分組成。試漏設(shè)備泄漏通常由于密封圈磨損，密封圈有異物，封堵工裝變形，管路或接頭泄漏等。日常使用試漏設(shè)備開始對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品檢測前都會(huì)對(duì)設(shè)備進(jìn)行驗(yàn)證，只有驗(yàn)證合格的試漏設(shè)備才可以真實(shí)反映發(fā)動(dòng)機(jī)的密封狀態(tài)。通常會(huì)在生產(chǎn)開班前使用樣機(jī)先對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)，如果樣機(jī)檢驗(yàn)不合格由設(shè)備維護(hù)人員通過試漏液進(jìn)行漏點(diǎn)查找。除了每日的開班檢測以外，試漏設(shè)備必須定期進(jìn)行測量系統(tǒng)MSA 分析，通過對(duì)同一發(fā)動(dòng)機(jī)的多次測量和多組發(fā)動(dòng)機(jī)的測量比較，分析試漏設(shè)備的工程能力指數(shù)是否大于1.33，設(shè)備重復(fù)性和再現(xiàn)性誤差是否小于20%。只有滿足上述條件的試漏設(shè)備才能夠用于日常檢測。

2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)泄漏

2.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)零部件溫濕度影響

溫度對(duì)試漏結(jié)果的影響：發(fā)動(dòng)機(jī)零部件如果在清洗機(jī)清洗后直接裝配并進(jìn)行試漏測試，以及焊接等加熱工藝也會(huì)導(dǎo)致零件溫度升高，使得測試值高于實(shí)際值。零件溫度過高會(huì)將合格零件判定為不合格零件；溫度過低則會(huì)導(dǎo)致不合格零件誤判為合格零件。因此通常需要保證零件溫度在正常溫度范圍內(nèi)進(jìn)行測試，或在試漏設(shè)備中增加溫度補(bǔ)償方法加以修正。如圖5 所示為試漏結(jié)果與測試溫度的關(guān)系圖。

圖5 試漏結(jié)果與測試溫度的關(guān)系

濕度對(duì)試漏結(jié)果的影響：如果發(fā)動(dòng)機(jī)零件在熱環(huán)境中表面產(chǎn)生冷凝水或者工件清洗后未完全干燥都會(huì)導(dǎo)致濕度過大影響試漏結(jié)果。其原理是在一定溫度下，空氣中的飽和水汽壓是定值。當(dāng)空氣通過空壓機(jī)壓縮時(shí)壓力增加，其水汽壓相應(yīng)增加并達(dá)到飽和水汽壓，多余的水汽會(huì)冷凝為水排出。當(dāng)測試空氣從氣源經(jīng)調(diào)壓器減壓充入工件后，其水汽壓減小并低于飽和水汽壓。因此工件中的殘余水會(huì)蒸發(fā)為水汽，使測試空氣整體壓力上升。最終導(dǎo)致泄漏率結(jié)果偏小甚至為負(fù)值。

2.2.2 零部件質(zhì)量缺陷

發(fā)動(dòng)機(jī)零部件質(zhì)量缺陷會(huì)直接影響試漏結(jié)果，該結(jié)果也真實(shí)反映了發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)密封性能，是判定是否為合格品的關(guān)鍵指標(biāo)。基于生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)通常導(dǎo)致試漏不合格的質(zhì)量缺陷主要包括零件內(nèi)部裂紋、沙眼、尺寸加工偏差以及密封圈破損等。發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋等通常都是鑄造零件，鑄造過程中會(huì)產(chǎn)生縮孔、沙眼及裂紋等缺陷。如圖6 所示為某型號(hào)缸體縮孔導(dǎo)致試漏結(jié)果不合格，測試員通過檢測液確定試漏位置。

圖6 缸體裂紋導(dǎo)致試漏結(jié)果不合格

除了鑄造件缺陷導(dǎo)致試漏不合格以外，發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過程中使用的一些注塑零件也會(huì)由于注塑缺陷導(dǎo)致零件密封不嚴(yán)。常見的缺陷形式是注塑過程中產(chǎn)生高點(diǎn)導(dǎo)致與后續(xù)安裝的密封圈無法形成有效密封。如圖7 所示為某型號(hào)油氣分離器由于注塑高點(diǎn)導(dǎo)致零件密封圈密封失效。

圖7 油氣分離器注塑高點(diǎn)導(dǎo)致密封失效

2.2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)密封膠影響

密封膠是現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)新型密封材料，它的出現(xiàn)和發(fā)展，為提高密封技術(shù)，解決發(fā)動(dòng)機(jī)的泄漏問題提供了良好的條件。發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過程中使用了大量的密封膠進(jìn)行密封，例如結(jié)合面密封，旋轉(zhuǎn)部位密封和螺紋配合部位密封等。密封膠的固化程度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)密封性能起決定性作用，因此在發(fā)動(dòng)機(jī)試漏前需要保證密封膠達(dá)到固化要求。通常密封膠需要在特定的溫度和濕度才能達(dá)到最佳的固化效果，同時(shí)合理的用膠量即膠寬也會(huì)對(duì)密封膠的固化產(chǎn)生影響。以樂泰5970 型號(hào)密封膠在25 ℃恒溫條件下進(jìn)行濕度和膠寬的試驗(yàn)，分別選取膠寬從2.5 mm到7.5 mm 和濕度從8%到40%的各25 組數(shù)據(jù)及對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)試漏值進(jìn)行相關(guān)性驗(yàn)證，結(jié)果分別如圖8 所示。

圖8 發(fā)動(dòng)機(jī)試漏值與膠寬和密封膠濕度的關(guān)系

數(shù)據(jù)結(jié)果顯示發(fā)動(dòng)機(jī)試漏值與膠寬和濕度都呈負(fù)相關(guān)，密封膠越寬試漏值越小，濕度越大試漏值也越小。進(jìn)而可以利用Minitab 工具建立發(fā)動(dòng)機(jī)試漏值與膠寬和濕度的回歸模型，并得到該型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)試漏值與膠寬和濕度的回歸方程與等值曲線圖（如圖9所示）。根據(jù)該方程可以指導(dǎo)生產(chǎn)現(xiàn)場根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置合理的膠寬和濕度，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)試漏值的控制。

圖9 試漏值與膠寬和濕度的回歸方程與等值曲線圖

3 結(jié)束語

發(fā)動(dòng)機(jī)試漏技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)密封性的準(zhǔn)確檢測，從而有效保證產(chǎn)品質(zhì)量，避免出現(xiàn)漏水和漏油的問題。本文在對(duì)試漏原理分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了影響試漏結(jié)果的主要原因，希望能夠?yàn)橥薪鉀Q試漏問題提供借鑒。