張明遠(yuǎn)

摘 要：真空失敗是冷卻液加注工藝的常見失敗現(xiàn)象之一，引起真空失敗的原因較多，包括零件質(zhì)量、裝配質(zhì)量、裝配方法、天氣因素、設(shè)備故障、設(shè)備參數(shù)等多方面。針對(duì)某車型的批量真空失敗問題，從人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)等多方面進(jìn)行分析，根據(jù)飽和蒸汽壓與溫度的關(guān)系，找到了引起真空失敗的根本原因，為同類問題的分析解決提供參考。

關(guān)鍵詞：冷卻液 真空失敗 飽和蒸汽壓

1 引言

冷卻液是車輛冷卻系統(tǒng)及熱管理系統(tǒng)的重要組成部分。對(duì)于以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力源的車輛而言，冷卻液的主要功能是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行冷卻，使其在適宜的條件下工作。對(duì)于以動(dòng)力電池及電機(jī)為動(dòng)力源的新能源車輛而言，冷卻液的主要功能是在高溫情況下對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行冷卻和低溫情況下對(duì)其進(jìn)行加熱或保溫[1-2]。

真空壓力加注工藝是將冷卻液注入到合格的車輛冷卻系統(tǒng)或熱管理系統(tǒng)的過程。自某月中旬開始，某車型在冷卻液加注工藝的抽真空過程中出現(xiàn)批量真空失敗現(xiàn)象，嚴(yán)重影響一次合格率。

2 問題分析

2.1 分析路徑

與車輛的制動(dòng)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等相比，冷卻系統(tǒng)的容積相對(duì)更大，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。此外，與制動(dòng)液、空調(diào)等介質(zhì)的加注工藝相比，冷卻液加注工藝的參數(shù)相對(duì)寬泛。因此，冷卻液加注工藝過程中由真空問題導(dǎo)致的失敗率通常較低。

該車型冷卻液批量真空失敗現(xiàn)象為首次發(fā)生，無過往經(jīng)歷可供參考，需要從人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)等多方面綜合考慮研究。

2.1.1 人的方面

人員影響加注工藝真空過程的因素主要有兩方面，一是操作加注設(shè)備的人員是否按標(biāo)準(zhǔn)操作指導(dǎo)進(jìn)行設(shè)備操作；二是對(duì)車輛系統(tǒng)進(jìn)行裝配的前置工序裝配人員是否按標(biāo)準(zhǔn)操作指導(dǎo)進(jìn)行裝配。

2.1.2 機(jī)的方面

設(shè)備影響加注工藝抽真空的原因主要有兩個(gè)方面，一是設(shè)備硬件是否異常變動(dòng)；二是設(shè)備軟件是否正常運(yùn)行。

2.1.3 料的方面

冷卻系統(tǒng)由較多管路組成，需要檢查冷卻系統(tǒng)的散熱器、中冷器、水管等零件是否正常，是否有漏氣，近期是否有過變更。

2.1.4 法的方面

方法層面主要有兩個(gè)方向。一是指導(dǎo)工人進(jìn)行操作的標(biāo)準(zhǔn)操作指導(dǎo)是是否合理；二是加注工藝是否異常。

2.1.5 環(huán)的方面

溫度、濕度等對(duì)抽真空有較大影響，工藝環(huán)境的改變會(huì)導(dǎo)致抽真空速度的變化。需要檢查工藝環(huán)境是否異常改變。

2.1.6 測(cè)的方面

用于測(cè)量真空的設(shè)備是否工作正常；工藝參數(shù)是否合理。

3.2 分項(xiàng)分析

3.2.1 人的方面

對(duì)于高度自動(dòng)化的組合加注設(shè)備而言，操作人員對(duì)加注工藝抽真空影響的因素通常較小。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，操作加注設(shè)備的工人在進(jìn)行各車型操作時(shí)均按標(biāo)準(zhǔn)工藝流程執(zhí)行。此外，設(shè)備具有防止操作人員誤操作的功能，排除加注設(shè)備操作原因。

3.2.2 機(jī)的方面

通過設(shè)備管理系統(tǒng)檢查加注設(shè)備保養(yǎng)狀態(tài)，其維護(hù)保養(yǎng)均按規(guī)定周期執(zhí)行，且近期無大修、無關(guān)鍵部件更換、無軟件升級(jí)等操作。將設(shè)備可能影響真空性能的關(guān)鍵部件對(duì)調(diào)進(jìn)行交叉實(shí)驗(yàn)，故障依舊，排除設(shè)備故障導(dǎo)致失敗的可能。

3.2.3 料的方面

經(jīng)檢查車間內(nèi)冷卻系統(tǒng)零件，近期無變更記錄。經(jīng)過對(duì)失敗車輛進(jìn)行線下檢查，所有失敗車輛均未發(fā)現(xiàn)任何漏點(diǎn)，無漏氣現(xiàn)象發(fā)生，零件質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

3.2.4 法的方面

經(jīng)檢查總裝車間內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)操作指導(dǎo)均未發(fā)生變更。

3.2.5 環(huán)的方面

加注工藝對(duì)天氣敏感性較強(qiáng)，在夏季高溫高濕天氣情況下，真空失敗率上升為普遍現(xiàn)象。經(jīng)天氣對(duì)比，環(huán)境溫濕度與往年同期無明顯差異，但失敗率較往年同期大幅增加。

3.2.6 測(cè)的方面

冷卻液加注真空設(shè)定值為30mbar，工廠內(nèi)各車間對(duì)比及與海外工廠對(duì)比參數(shù)均相同。此外，對(duì)真空傳感器進(jìn)行檢驗(yàn)，其準(zhǔn)確率與穩(wěn)定性均在允許誤差范圍內(nèi)。

3.3 詳細(xì)分析

3.3.1 失敗階段分析

通過調(diào)取系統(tǒng)數(shù)據(jù)，失敗階段均為精真空階段，精真空之前的正壓建立、正壓穩(wěn)定、正壓泄漏、粗真空階段均可正常通過；且如果精真空能夠正常通過，則后續(xù)步驟也能正常完成。

3.3.2 閥序監(jiān)控

通過使用SPS-analyzer軟件對(duì)加注過程進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)所有失敗車輛均為某確定車型，其他車型均正常。失敗現(xiàn)象集中時(shí)間段發(fā)生，并集中消失。

3.3.3 多次真空實(shí)驗(yàn)

對(duì)抽真空失敗車輛多次抽真空，可達(dá)到設(shè)定值30mbar及以下；且抽真空次數(shù)越多，真空度越高，直至達(dá)到工藝需要的30mbar以內(nèi)。

3.3.4 車輛數(shù)據(jù)對(duì)比

對(duì)包括正常車輛及異常車輛在內(nèi)的所有車輛進(jìn)行全工藝過程監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)記錄，如圖4所示。通過監(jiān)控軟件發(fā)現(xiàn)，同樣從200mbar開始抽真空，對(duì)于正常車輛，真空度至29.95mbar僅用時(shí)4.6秒。對(duì)于異常車輛，即使將真空時(shí)間延長(zhǎng)至40秒，其真空度仍然在33.28mbar左右徘徊，無法達(dá)到30mbar的設(shè)定值以內(nèi)。

結(jié)合多次真空實(shí)驗(yàn)及車輛數(shù)據(jù)對(duì)比，此現(xiàn)象符合潮濕管路的抽真空特性，需對(duì)冷卻系統(tǒng)管路進(jìn)行檢查。

在總裝車間現(xiàn)場(chǎng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、散熱器及連接管路等系統(tǒng)進(jìn)行目視檢查，發(fā)現(xiàn)部分發(fā)動(dòng)機(jī)管路明顯潮濕。

3.4 原因

物質(zhì)的飽和蒸汽壓通常采用安托因（Anotine）方程計(jì)算[3]。水的飽和蒸汽壓的安托因方程為：

（10℃≤T≤168℃）

式中：Ps，水在T溫度時(shí)的飽和蒸汽壓，kPa；T，水的溫度，℃。根據(jù)安托因方程，繪制水的飽和蒸汽壓曲線。

根據(jù)該曲線，水的飽和蒸汽壓隨著溫度的上升而增大。該總裝車間所在地區(qū)夏季的室外溫度最高可達(dá)40℃，車間室溫要求保持在26℃，進(jìn)一步詳細(xì)計(jì)算可知：

T=26℃時(shí)，

Ps=33.37 mbar

T=25℃時(shí)，

Ps=31.43 mbar

T=24℃時(shí)，

Ps=29.59 mbar

在室溫26℃時(shí)，水的飽和蒸汽壓為33.37mbar，當(dāng)溫度降低到24℃時(shí)，水的飽和蒸汽壓降低到為29.59mbar。

對(duì)比水的飽和蒸汽壓與失敗真空值的關(guān)系，在室溫高于24℃的情況下，如果冷卻系統(tǒng)潮濕，則系統(tǒng)真空度無法低于設(shè)定值30mbar，由此推斷真空失敗由系統(tǒng)管路潮濕引起。

通過車輛生產(chǎn)跟蹤系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)來源進(jìn)行追蹤，發(fā)現(xiàn)未經(jīng)過發(fā)動(dòng)機(jī)熱試的車輛真空失敗比例為0.12%，經(jīng)過了發(fā)動(dòng)機(jī)熱試的車輛真空失敗比例高達(dá)11%。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工廠進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)所有經(jīng)過了熱試的發(fā)動(dòng)機(jī)均進(jìn)行了排水操作，但排水并不徹底。尤其對(duì)中冷器而言，為了使性能最大化，通常采用百葉窗式翅片[4]。由于其特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，熱試后的水分無法徹底排出。

4 解決方案

水的飽和蒸汽壓是影響加注工藝的重要因素。真空能否快速達(dá)到工藝要求，取決于真空泵能力、真空管路直徑、溫度、濕度等諸多因素。在設(shè)備工況未發(fā)生改變且裝配質(zhì)量合格的前提下，批量真空失敗問題通常由管路潮濕疊加環(huán)境溫度偏高引起。降低環(huán)境溫度的成本較高，通常須確保管路的干燥度，以保障加注工藝的一次合格率，減少返修及浪費(fèi)。

在此前提下，提出了如下改善措施：

（a）建議發(fā)動(dòng)機(jī)工廠在大批量熱試車輛時(shí)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行多輪抽真空排水操作。

（b）在總裝工廠進(jìn)行加注時(shí)，針對(duì)失敗車輛進(jìn)行二次加注。

（c）進(jìn)行熱試的發(fā)動(dòng)機(jī)，避免批量上線，采取零散上線的方式。

5 結(jié)語

真空失敗是整車加注工藝的常見失敗現(xiàn)象，引起真空失敗的原因較多，包括設(shè)備、零件、參數(shù)、溫度、濕度、裝配等等。不同的原因引起的真空失敗的現(xiàn)象較類似，但其中存在差異。如何根據(jù)這些差異分辨出導(dǎo)致失敗的根本原因，需要綜合考慮各種因素，并需要工程技術(shù)人員長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)積累及詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析。本文通過多種工具的結(jié)合使用，為分析加注工藝的真空失敗現(xiàn)象及其他現(xiàn)象提供參考。

參考文獻(xiàn)：

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