郭榮輝，張慶，夏常亮

（臺(tái)州濱海吉利發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司，浙江 臺(tái)州 318000）

引言

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車的三大核心部件之一，其穩(wěn)定的零件可靠性和超長的耐久性是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能和質(zhì)量考核的重要指標(biāo)。在發(fā)動(dòng)機(jī)各大系統(tǒng)中，泄漏（漏油、漏水、漏氣）一直是消費(fèi)者和制造商備受關(guān)注的問題。為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)零件的可靠性，在零部件的制造過程中，必須進(jìn)行油道和水道檢漏作業(yè)。以氣缸體試漏為例，選擇更加科學(xué)的試漏原理和高精密的試漏儀器，用來提升試漏準(zhǔn)確率十分必要，也就是說，硬件是試漏系統(tǒng)穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性的必要保障。本文重點(diǎn)介紹了以空氣為試漏測試介質(zhì)[1]的質(zhì)量流量法試漏原理和試漏機(jī)結(jié)構(gòu)，明確了試漏機(jī)調(diào)試關(guān)鍵點(diǎn)，進(jìn)而解決了缸體試漏工件誤判的問題。

1 測試件說明

缸體作為發(fā)動(dòng)機(jī)的主體部位，負(fù)責(zé)支承發(fā)動(dòng)機(jī)主要運(yùn)動(dòng)部件，比如曲軸和凸輪?；跐櫥男枰?，其油路復(fù)雜，相互貫通，支承這些運(yùn)動(dòng)部件的大孔內(nèi)，必有油道孔與主油道相通。油道試漏檢測過程中，首先需要對(duì)這些大孔內(nèi)壁上的油道孔進(jìn)行密封，其次高低壓主油道和水套試漏檢測時(shí)，必須對(duì)相關(guān)部位進(jìn)行有效密封。

2 試漏原理分析[2]

泄漏測試從原理上可分為壓力法和質(zhì)量流量法。質(zhì)量流量法具有兩大基本優(yōu)勢：

（1）充氣和測量時(shí)間短；

（2）直接測量流量，測量精度高，分辨率不受工件容積影響。

因此，在生產(chǎn)節(jié)拍較短的情況下，質(zhì)量流量法是進(jìn)行諸如發(fā)動(dòng)機(jī)總成等大容積工件泄漏測試更適合的選擇。

用壓力法進(jìn)行泄漏測試時(shí)，測量的基本量是壓力降，其泄漏率通過以下公式計(jì)算：

式中：

VL——允許泄漏率，單位cm3/min；

ΔP——壓力降廢品點(diǎn)，單位Pa；

VP——測試容積，單位cm3；

tM——測量時(shí)間，單位s。

質(zhì)量流量法是直接測量系統(tǒng)內(nèi)部由于泄漏造成的氣體流量。不需要進(jìn)行壓力-流量換算，因此分辨率不受試件容積大小的影響。其測量時(shí)間一般最長需要5 秒。

質(zhì)量流量法泄漏測試原理如下圖1 所示。

圖1 質(zhì)量流量法泄漏測試原理

特點(diǎn)：顯著縮短測試時(shí)間；直接測量標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的流量scc/min。

應(yīng)用范圍：大容積工件，要求較短的測試時(shí)間。整個(gè)測試過程分四個(gè)階段：

（1）儲(chǔ)氣缸充氣階段：這個(gè)階段打開Y1 閥，按調(diào)壓器設(shè)定的壓力向儲(chǔ)氣缸充氣。

（2）工件充氣階段：這時(shí)關(guān)閉調(diào)壓器，Y1 閥，打開Y2閥，將壓縮空氣從儲(chǔ)氣缸放到工件中，并達(dá)到壓力平衡。

（3）測量階段：關(guān)閉其他閥，只打開Y3 閥，如果工件有泄漏，儲(chǔ)氣缸中的壓縮空氣會(huì)經(jīng)過傳感器補(bǔ)充到工件中，最終流向環(huán)境。質(zhì)量流量傳感器就可以直接測出這個(gè)泄漏量。

（4）排氣階段：測量結(jié)束后，將工件中的氣體排出。

采用JWF 質(zhì)量流量系統(tǒng)，測試缸體泄漏情況，質(zhì)量流量法與壓差法優(yōu)勢分析，典型的例子是質(zhì)量流量法可縮短測試時(shí)間。

JWF 無阻尼質(zhì)量流量傳感器測試如圖2 所示。

圖2 JWF 無阻尼質(zhì)量流量傳感器測試原理

相比傳統(tǒng)壓力降測試原理的結(jié)構(gòu)如下圖3。

圖3 壓力降測試原理

對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)油道進(jìn)行測試（假設(shè)測試容積是25.0L），對(duì)比測試時(shí)間如下圖4。

圖4 測試時(shí)間圖

由此可見，測量時(shí)間的長短與測量與容積和泄漏率有關(guān)，測量時(shí)間可按照下面公式計(jì)算：

采用JWF 無阻尼質(zhì)量流量傳感器可實(shí)現(xiàn)時(shí)間點(diǎn)測量，如下圖5。

圖5 JWF 無阻尼質(zhì)量流量傳感器測量時(shí)間

最先進(jìn)的JWF-S400 系列無阻尼試漏儀如下圖6 所示。

圖6 JWF-S400 系列無阻尼試漏儀

3 影響缸體試漏的變差研究

想要準(zhǔn)確測量缸體油道及水套，首先確保測試過程處于穩(wěn)定狀態(tài)，下面從影響缸體試漏的Master 樣件驗(yàn)證、封堵及管路密封、溫度波動(dòng)及試漏過程穩(wěn)定性4 個(gè)主要方面一一分析（分析樹圖），提升缸體試漏判斷的準(zhǔn)確性，避免工件誤判。如圖7。

圖7 分析樹圖

3.1 Master 樣件驗(yàn)證

Master 樣件又稱作標(biāo)準(zhǔn)件，試漏設(shè)備每個(gè)測試程序須配備一個(gè)合格標(biāo)準(zhǔn)件和一個(gè)不合格標(biāo)準(zhǔn)件[3]。合格標(biāo)準(zhǔn)件制作時(shí)，在30～50 個(gè)工件中挑選泄漏率最小的作為合格標(biāo)準(zhǔn)件，某些合格標(biāo)準(zhǔn)件需經(jīng)過浸滲（如鋁的氣缸體）、涂膠等處理。不合格標(biāo)準(zhǔn)件制作時(shí)，推薦參考合格標(biāo)準(zhǔn)件制作方法；標(biāo)準(zhǔn)件制作建議選用標(biāo)準(zhǔn)漏口，如此工件泄漏穩(wěn)定且可調(diào)整。

每班生產(chǎn)前需要用合格標(biāo)準(zhǔn)件和不合格標(biāo)準(zhǔn)件檢查試漏系統(tǒng)，用以判斷試漏系統(tǒng)有無異常并記錄測試數(shù)據(jù)，最好的方法是將數(shù)據(jù)形成趨勢圖，可以直觀地反映出試漏機(jī)的波動(dòng)趨勢，供維修人員實(shí)施提前檢查、調(diào)整。

當(dāng)然，試漏儀需要定期標(biāo)定，不同試漏儀按各廠商技術(shù)文件要求標(biāo)定即可，標(biāo)準(zhǔn)周期不大于1 年；設(shè)備更換管路部件、封堵件結(jié)構(gòu)、尺寸變化后也需要標(biāo)準(zhǔn)；每次標(biāo)定后需對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件重新采樣、確定樣件范圍值。

3.2 封堵及管路密封

封堵作為工件的直接接觸者及密封載體，需要確保各密封區(qū)域的密封性。針對(duì)高精度試漏檢測，即使輕微的管路及密封泄漏均會(huì)導(dǎo)致試漏結(jié)果出現(xiàn)較大的偏差。因此，封堵及管路良好密封是準(zhǔn)確試漏工件的先決條件。

下面針對(duì)日常封堵及管路的泄漏查找進(jìn)行分析，如圖8。

圖8 泄漏點(diǎn)分析

由于試漏系統(tǒng)本身導(dǎo)致工件出現(xiàn)誤判時(shí)，要對(duì)試漏系統(tǒng)進(jìn)行分析，首先使用試漏儀自檢功能驗(yàn)證試漏儀是否出現(xiàn)了故障，若是則對(duì)試漏儀進(jìn)行維修（如更換電子閥、線路板等）。

若檢測試漏儀本身無故障，則需要對(duì)試漏機(jī)密封管路及封堵進(jìn)行查漏，一般的封堵破損故障不在這里贅述，下面針對(duì)一些常用到的解決方法進(jìn)行研究。

（1）可以使用強(qiáng)力型檢漏劑或肥皂水對(duì)管路及封堵位置驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)氣泡存在漏氣情況。

（2）針對(duì)高精度的測量，需要使用氫氣檢測儀類似的設(shè)備進(jìn)行檢測，通過向被測腔體注入一定壓力的氮?dú)浠旌蠚?，氫氣檢測儀通過檢測管路及封堵周圍氫氣的含量，可以準(zhǔn)確地判斷漏氣位置，并判斷漏氣量的大小。

氫氣檢測儀測試如下圖9 所示。

（3）針對(duì)頻繁泄漏的封堵位置，需要考慮兩個(gè)方面因素，一是封堵的密封會(huì)隨著時(shí)間的推移出現(xiàn)偏移或傾斜情況，可以使用印泥對(duì)密封情況驗(yàn)證，確保封堵與密封位置處于通心且垂直狀態(tài)，印泥驗(yàn)證情況如下圖10 所示。

圖10 印泥驗(yàn)證密封性

二是需要考慮封堵的受力是否出現(xiàn)下降情況，可更換新氣缸驗(yàn)證；若在調(diào)試初期可將面密封更改為線密封提升單位面積受力[4]。

三是考慮密封圈的材料及壽命，聚氨酯橡膠和丁腈橡膠具有良好的耐壓性能，密封次數(shù)較多，可以有效提高生產(chǎn)效率[5]。

3.3 溫度影響

測量期間溫度變化會(huì)導(dǎo)致被測腔體內(nèi)壓力變化及腔體內(nèi)空氣分子流動(dòng)的加劇，從而影響工件測試結(jié)果[6]。

典型的缸體溫度變化來源：

（1）工件清洗后未降溫直接試漏；

（2）試漏機(jī)在通風(fēng)設(shè)施下或門口附近；

（3）陽光直射工件或試漏設(shè)備。

工件是否熱隔離及設(shè)備是否開啟溫度補(bǔ)償，對(duì)試漏結(jié)果影響巨大，以水套為例，在熱隔離和溫度補(bǔ)償不同狀態(tài)下進(jìn)行測試，結(jié)果呈現(xiàn)很大的差異，如下圖11。

圖11 溫度補(bǔ)償測試對(duì)比

圖中綠色代表無熱隔離，無溫度補(bǔ)償；紅色代表有熱隔離，無溫度補(bǔ)償；黑色代表有熱隔離，有溫度補(bǔ)償。

不同試漏，溫度補(bǔ)償會(huì)采取不同的方式，下面重點(diǎn)對(duì)質(zhì)量流量法的溫度補(bǔ)償進(jìn)行研究。

想要獲得準(zhǔn)確的溫度補(bǔ)償數(shù)據(jù)，需要制作日常工件所能達(dá)到最高溫度的工件，在試漏機(jī)連續(xù)測試，直至工件溫度降低至室溫，采樣越多計(jì)算結(jié)果越準(zhǔn)確，統(tǒng)計(jì)各溫度下工件的泄漏率，同時(shí)結(jié)合日常工件的測試結(jié)果計(jì)算溫補(bǔ)數(shù)據(jù)，各試漏儀制作商均有不同計(jì)算方法。

工件溫度和環(huán)境溫度對(duì)測試結(jié)果的影響，遵循函數(shù)關(guān)系，一般是溫差越大測試結(jié)果偏差越大，環(huán)境溫度與工件溫度差的理論函數(shù)關(guān)系如圖12。

圖12 環(huán)境溫度與工件溫度差的理論函數(shù)關(guān)系

溫度補(bǔ)償也可以通過自己計(jì)算來確定補(bǔ)償量，首先進(jìn)行高溫工件的連續(xù)測試并統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，記錄工件溫度、環(huán)境溫度及各溫度下的泄漏率，測試數(shù)據(jù)如下圖13。

圖13 測試數(shù)據(jù)

利用MINITAB 將數(shù)據(jù)源進(jìn)行回歸分析，計(jì)算泄漏率與溫度差的回歸方程，如圖14。

圖14 回歸方程

通過泄漏率與溫度差的回歸方程：泄漏率=20.56+2.976×溫度差，可以設(shè)置試漏儀的溫補(bǔ)參數(shù)。

增加溫度補(bǔ)償只是人為調(diào)整試漏的準(zhǔn)確性，針對(duì)最典型的缸體經(jīng)清洗后高溫問題，可在工件進(jìn)入試漏工位前增加緩沖區(qū)，盡可能將工件溫度與環(huán)境溫度保持一致，如圖15。

圖15 緩沖區(qū)示意圖

3.4 試漏過程穩(wěn)定性

在質(zhì)量流量法的測量階段如果測試曲線呈現(xiàn)鋸齒狀波動(dòng)（如圖16），就需要查找氣壓或氣流波動(dòng)的來源。

圖16 鋸齒狀測試曲線

這種現(xiàn)象的主要是在測試階段氣源出現(xiàn)驟變或試漏儀抖動(dòng)導(dǎo)致，通過緊固測試管路、固定試漏儀及儲(chǔ)氣罐實(shí)現(xiàn)測試管路的穩(wěn)定。

測試階段的設(shè)定也會(huì)直接影響測試結(jié)果，如雙工位試漏機(jī)在測試階段如果另一工位突然釋放或增加壓力會(huì)影響測試的準(zhǔn)確性，如圖17。

圖17 雙工位測試設(shè)備

同一試漏儀測試兩個(gè)通道時(shí)，測試需要同步進(jìn)行并保持相同測試時(shí)長，避免一個(gè)通道的突然釋壓影響另一通道的測試，如圖18。

圖18 雙通道測試

穩(wěn)定的測試階段泄漏率曲線應(yīng)保持平滑過渡，如下圖19所示。

圖19 穩(wěn)定的測試曲線

4 結(jié)束語

綜上所述，為了能夠采用正確的方法進(jìn)行試漏誤判的解決，就必須熟悉試漏機(jī)工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及常見的試漏測試失真的原因，才能夠快速解決，節(jié)省時(shí)間，從而保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行。