黃正旺，竭盡超，梁忠耀

（上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司，廣西 柳州 545007）

引言

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車(chē)的心臟，為整車(chē)提供動(dòng)力的一個(gè)裝置。而常見(jiàn)的汽油機(jī)、柴油機(jī)都屬于往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)。而在活塞式內(nèi)燃機(jī)的制造過(guò)程中合理地、有效地檢測(cè)關(guān)鍵部件的密封性是發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)制造中的一項(xiàng)重要的工藝流程。合理的泄漏測(cè)試工藝可以有效減少生產(chǎn)過(guò)程中的浪費(fèi)、避免有泄漏的發(fā)動(dòng)機(jī)流入市場(chǎng)而影響企業(yè)形象。本文主要對(duì)泄漏測(cè)試技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)制造工藝?yán)锩娴膽?yīng)用和相關(guān)的失效研究做重點(diǎn)闡述。

1 泄漏測(cè)試原理

1.1 泄漏測(cè)試技術(shù)的概念

泄漏測(cè)試是產(chǎn)品質(zhì)量和工藝控制的一種手段。通過(guò)對(duì)被測(cè)零部件用空氣或其它氣體沖壓，用一種或幾種方式來(lái)判定零件是否存在泄漏。對(duì)零件進(jìn)行泄漏檢測(cè)的手段有很多，包括浸水法、異種氣體測(cè)試法、流量測(cè)試法、壓降測(cè)試法和壓差測(cè)試法等?，F(xiàn)代的氣檢泄漏測(cè)試由于采用了先進(jìn)的電子技術(shù)和高品質(zhì)的氣動(dòng)元件，以及潔凈、干燥的壓縮空氣，壓降泄漏測(cè)試法得到了廣泛的應(yīng)用。

1.2 氣檢泄漏測(cè)試技術(shù)原理

壓降泄漏測(cè)試法是對(duì)被測(cè)工件加入特定壓力的壓縮氣體后，對(duì)工件進(jìn)行密封，通過(guò)壓力傳感器在規(guī)定的測(cè)試時(shí)間內(nèi)測(cè)出工件是否因工件本身的泄漏導(dǎo)致內(nèi)部的壓力下降，進(jìn)而將壓力下降值換算得出泄漏率。而通過(guò)給測(cè)試系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)零泄漏參考件，將被測(cè)工件的壓力變化特征曲線(xiàn)與零泄漏參考件的壓力損失特征曲線(xiàn)進(jìn)行對(duì)比，可一定程度消除外界干擾造成的測(cè)量誤差，提高測(cè)量系統(tǒng)的精確度[1]（如圖1所示）。

1.3 泄漏率計(jì)算原理

測(cè)試一個(gè)密閉腔體的工件是否有泄漏有兩種方法，一個(gè)是目檢漏孔的大小，一個(gè)是檢測(cè)單位時(shí)間內(nèi)氣體的泄漏量。由于在發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)制造過(guò)程潛在的泄漏失效模式中，常見(jiàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)泄漏表象為滴油、滴水，其漏孔極其微小，漏孔的位置很多在不易觀察的工件角落，泄漏的路徑也各式各樣。因此通過(guò)目檢或者視覺(jué)類(lèi)的自動(dòng)檢測(cè)手段不能全面覆蓋發(fā)動(dòng)機(jī)的各種泄漏情況，所以在發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)中的檢測(cè)技術(shù)一般用泄漏率，泄漏率計(jì)算原理如下。

由理想氣體狀態(tài)方程[2]:

可知：

式中:R為摩爾氣體常數(shù)；M為氣體的摩爾質(zhì)量，也是常數(shù)；P為氣體壓強(qiáng)；T為氣體溫度；m為氣體質(zhì)量；V為氣體體積。

常見(jiàn)漏率單位有Pa·m/s、Pa·L/s、Pa·m3/s、Pa·L/s、atm·cc/s、bar·L/s和mol/s等。我國(guó)法定的漏率單位為Pa·m3/s，下面用到的都為bar·mL/min。

2 泄漏測(cè)試工藝

2.1 泄漏測(cè)試范圍對(duì)象

A公司主要生產(chǎn)的商用車(chē)和乘用車(chē)搭載的發(fā)動(dòng)機(jī)排量有1.2 L和1.5 L，而對(duì)這兩款發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)制造過(guò)程都有嚴(yán)密的泄漏測(cè)試控制，確保缺陷發(fā)動(dòng)機(jī)不會(huì)流入市場(chǎng)，也是行業(yè)與環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求。在該公司的發(fā)動(dòng)機(jī)制造工藝中，已經(jīng)將氣缸蓋、氣缸體、排氣歧管總成和發(fā)動(dòng)機(jī)總成等形成了完善的泄漏測(cè)試流程。涵蓋了廢氣排氣的腔體、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水腔體、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油流動(dòng)的腔體通道，嚴(yán)密的過(guò)程控制有效減少了制造過(guò)程中的浪費(fèi)。

2.2 泄漏測(cè)試過(guò)程

A公司的發(fā)動(dòng)機(jī)泄漏測(cè)試技術(shù)是基于USON泄漏測(cè)試儀開(kāi)發(fā)的。泄露測(cè)試過(guò)程主要分為以下幾個(gè)步驟。

預(yù)充氣階段：對(duì)需要測(cè)試的零件腔體進(jìn)行一個(gè)高壓充氣，氣壓一般高于充氣階段幾倍，但不高于該零件對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)工作壓力，在自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)中，高壓充氣可有效減少節(jié)拍。

充氣階段：向零件腔體充入規(guī)定壓力的氣體。

穩(wěn)定階段：將充氣裝置氣路與腔體隔離，靜置發(fā)動(dòng)機(jī)腔體一定時(shí)間，讓發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的氣體達(dá)到一個(gè)平衡的狀態(tài)，即腔體任意兩處氣體氣壓ΔP≈0，而這個(gè)靜置時(shí)間和腔體的大小、形狀、充氣的氣壓都有關(guān)系。經(jīng)研究，靜置時(shí)間越長(zhǎng)ΔP越趨于零值，因此不能為了減少節(jié)拍而隨意改變減少穩(wěn)定階段的時(shí)間。

測(cè)試階段：測(cè)量測(cè)試階段開(kāi)始那一刻的P1和測(cè)試階段結(jié)束的那一刻P2，得到ΔP=P1-P2，根據(jù)測(cè)試階段的壓力差計(jì)算得出腔體的泄漏率。

被檢測(cè)工件的泄漏率計(jì)算公式如下：

泄漏率的確定范圍，A公司的泄漏率的確定是由幾個(gè)月生產(chǎn)的無(wú)泄漏的發(fā)動(dòng)機(jī)或零部件測(cè)得出的泄漏率，通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，按±6σ計(jì)算得出的泄漏范圍。

排氣階段：設(shè)備松開(kāi)工件，將腔體的氣體排入大氣。

2.3 MSA研究

試漏測(cè)試設(shè)備由密封夾具系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)和USON試漏設(shè)備構(gòu)成。由于試漏測(cè)試設(shè)備比較復(fù)雜，要求精確度又很高，因此需要測(cè)試系統(tǒng)的過(guò)程能力進(jìn)行周期性評(píng)估，確保對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)（工件）的密封性進(jìn)行有效的判斷。

標(biāo)準(zhǔn)件的制作是從10臺(tái)以上的發(fā)動(dòng)機(jī)（工件）挑選出一個(gè)泄漏率最接近零值的發(fā)動(dòng)機(jī)（工件），并對(duì)其進(jìn)行“泡沫水法”測(cè)試密封性，確保無(wú)泄漏。

泄漏測(cè)試設(shè)備的能力驗(yàn)證需要在標(biāo)準(zhǔn)件的情況下對(duì)其進(jìn)行重復(fù)測(cè)試50次以上，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)件校準(zhǔn)值、質(zhì)量特性上下差，50次重復(fù)測(cè)試平均值μ，50次重復(fù)測(cè)試方差值σ，計(jì)算得出測(cè)量系統(tǒng)的過(guò)程能力Cpk。對(duì)不存在人為誤差的自動(dòng)泄漏測(cè)試設(shè)備還進(jìn)行以下驗(yàn)證，即對(duì)至少5n個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)（工件），在不同的時(shí)間進(jìn)行泄漏測(cè)試不少于5r次，且n*r大于等于50。計(jì)算得出測(cè)量系統(tǒng)的GR&R。M公司的泄漏測(cè)試設(shè)備Cpk≥2，GR&R≤10%，表明該測(cè)量系統(tǒng)重復(fù)性和再現(xiàn)性很好。通過(guò)該方法一般用于驗(yàn)證測(cè)量系統(tǒng)的重復(fù)性、再現(xiàn)性、準(zhǔn)確度、線(xiàn)性和短期穩(wěn)定性，可以調(diào)查測(cè)量系統(tǒng)本身的固有變差。

3 泄漏測(cè)試失效模式研究

常見(jiàn)的失效模式、原因及控制手段如表1所示。

表1 自動(dòng)泄漏測(cè)試失效模式研究

由表1可知，泄漏測(cè)試設(shè)備的失效和誤判都是由于測(cè)試程序、夾具、氣路、設(shè)備和環(huán)境等原因引起的。因此運(yùn)用氣檢泄漏測(cè)試技術(shù)需要很多工程技術(shù)手段、質(zhì)量工具找出最優(yōu)的工藝參數(shù)和最好的現(xiàn)場(chǎng)控制方法。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著現(xiàn)代氣檢泄漏技術(shù)的發(fā)展，所適用的工況環(huán)境也更加復(fù)雜多變，但同時(shí)也需要更多控制手段，例如季節(jié)變換的溫度補(bǔ)償、濕度補(bǔ)償?shù)?。隨著“中國(guó)制造2025”的大環(huán)境下，發(fā)動(dòng)機(jī)制造中的氣檢泄漏測(cè)試技術(shù)也會(huì)更加完善，更加精益化。