車(chē)用鋁合金零部件氣密性檢測(cè)方法及泄漏率計(jì)算

軍用鋁合金零部件氣密性檢測(cè)方法及泄漏率計(jì)算呂金旗;杜一武【摘要】Thispaperintroducesthecommon-usedtypesofaluminumalloypartsinvehicleandtheirairtightnessdetectingmethods,andhighlightstheairtightnessdetectingmethodswhicharesuitableforthealuminumalloywheelandvalvecoverrespectively,includingairtightnessdetectingmethodswithwater,heliummassspectrometerandpressure.Throughtheleakageratecalculationitbrieflydescribesthedetectingprinciplesofthesethreemethods.%介紹了機(jī)動(dòng)車(chē)常用鋁合金零部件的種類(lèi)以及氣密性檢測(cè)方法。著重介紹了分別適用于鋁合金輪轂和氣門(mén)室蓋的氣密性檢測(cè)方法，包括水氣密檢測(cè)法、氦質(zhì)譜檢測(cè)法和加壓檢測(cè)法。通過(guò)泄漏率的計(jì)算簡(jiǎn)要說(shuō)明了上述三種方法的檢測(cè)原理。【期刊名稱(chēng)】《上海計(jì)量測(cè)試》【年(卷)，期】2016(043)003【總頁(yè)數(shù)】3頁(yè)(P34-36)【關(guān)鍵詞】車(chē)輛;鋁合金;零部件;氣密性;檢測(cè)【作者】呂金旗;杜一武【作者單位】中信戴卡股份有限公司;中信戴卡股份有限公司【正文語(yǔ)種】中文在現(xiàn)代機(jī)動(dòng)車(chē)工業(yè)中，隨著車(chē)輛輕量化設(shè)計(jì)的推廣，鋁合金零部件因其質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、機(jī)械性能好而被各大機(jī)動(dòng)車(chē)主機(jī)廠廣泛采用。車(chē)用鋁合金零部件主要有鋁合金輪轂、鋁合金氣門(mén)室蓋、鋁合金殼體及鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)等部件。鋁合金零部件制造多采用鑄造方法，因生產(chǎn)工藝的制約，薄壁鋁合金零部件會(huì)存在鑄造件常見(jiàn)的缺陷，如氣孔、砂眼、縮松、縮孔、裂紋等［1］，因此，一部分鋁合金零部件需要進(jìn)行氣密性檢測(cè)，如輪轂、發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、氣門(mén)室蓋等。本文主要介紹鋁合金輪轂及鋁合金氣門(mén)室蓋的檢測(cè)方法及檢測(cè)原理。零部件氣密性檢測(cè)的方法很多，根據(jù)檢測(cè)原理、檢測(cè)條件和適應(yīng)范圍，通常按氣密性檢測(cè)時(shí)零部件內(nèi)部所處的狀態(tài)將氣密性檢測(cè)方法分為加壓檢測(cè)和真空檢測(cè)兩大類(lèi)［2］。工業(yè)上，通常用泄漏率的大小表征零部件的氣密性優(yōu)劣。1.1加壓氣密性檢測(cè)方法將被檢零部件內(nèi)部充入比外部壓力更高的示蹤氣體，在被檢零部件外面用合適的方法判斷有無(wú)示蹤氣體泄漏，以及泄漏部位和泄漏量的多少，從而判斷被檢零部件氣密性是否良好。車(chē)用零部件里的鋁合金輪轂及氣門(mén)室蓋可以采用加壓氣密性檢測(cè)方法進(jìn)行氣密性檢測(cè)。水氣密檢測(cè)和超聲波檢測(cè)均屬于加壓氣密性檢測(cè)。1.2真空檢測(cè)方法將被檢零部件內(nèi)部抽成真空，形成負(fù)壓，將示漏氣體充入零部件的外部，一旦被檢零部件存在漏點(diǎn)，示蹤氣體會(huì)在壓力作用下進(jìn)入零件的內(nèi)部，利用某種方法將示蹤氣體檢測(cè)出來(lái)，從而可以判斷零件的氣密性是否合格。例如，用于鋁合金輪轂氣密性檢測(cè)的氦氣真空檢測(cè)方法就屬于此類(lèi)。1.3氣密性檢測(cè)方法的選擇零部件氣密性檢測(cè)方法的選擇，主要與零部件的結(jié)構(gòu)、耐壓大小、安全性能以及檢測(cè)速度等指標(biāo)有關(guān)。例如，鋁合金輪轂的氣密性涉及車(chē)輛行駛的安全性，所以其氣密性要求比較嚴(yán)格，通常采用真空檢測(cè)方法判斷其氣密性的優(yōu)劣。而氣門(mén)室蓋其氣密性不涉及車(chē)輛安全性，通常其氣密性要求不是很?chē)?yán)格，常用加壓檢測(cè)的方法檢測(cè)其氣密性。根據(jù)不同檢測(cè)方法可以近似得出其最小可檢泄漏率范圍，如圖1所示。各大機(jī)動(dòng)車(chē)主機(jī)廠為了機(jī)動(dòng)車(chē)行駛的安全性，對(duì)鋁合金零部件的安全性能檢測(cè)要求日漸完善。例如，鋁合金輪轂的氣密性直接關(guān)系到車(chē)輛的安全行駛。如果機(jī)動(dòng)車(chē)在高速路上行駛，一旦由于輪轂氣密性不良造成爆胎，會(huì)引發(fā)交通事故，所以各大機(jī)動(dòng)車(chē)主機(jī)廠將鋁合金輪轂氣密性檢測(cè)列為必檢項(xiàng)目，要求每件輪轂在出廠前都要進(jìn)行氣密性檢測(cè)。目前，針對(duì)鋁合金輪轂氣密性檢測(cè)主要有水氣密檢測(cè)和氦氣密檢測(cè)兩種方法［3］。2.1水氣密檢測(cè)水氣密檢測(cè)即氣泡檢漏法，適用于允許承受正壓的容器、管道、密封裝置等的氣密性檢驗(yàn)。其特點(diǎn)是簡(jiǎn)單、方便、直觀、經(jīng)濟(jì)［4］。被檢輪轂充入一定壓力的示蹤氣體后放入液體中，氣體通過(guò)漏孔進(jìn)入周?chē)囊后w形成氣泡，氣泡形成的地方就是漏孔存在的位置。根據(jù)氣泡形成的速率、氣泡的大小以及所用氣體和液體的物理性質(zhì)可以大致估算出漏孔的泄漏率。2.2水氣密檢測(cè)的泄漏率假定氣泡為球狀，若某一漏孔處氣泡形成的頻率為n，測(cè)得氣泡在液面上的直徑為Db，此時(shí)，氣泡內(nèi)壓力pb為大氣壓pa和液體表面張力。引起的壓力4o/Db之和，即對(duì)應(yīng)于檢測(cè)溫度T和氣泡內(nèi)壓力pb的體積泄漏率L為式中：n 氣泡形成的頻率，1/s;Vb 氣泡體積，m3;Db——液面上氣泡的直徑，m折算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積泄漏率Ls為式中：pb 氣泡內(nèi)壓力，Pa;pa 大氣壓，Pa;T——檢測(cè)溫度，°C;Ts——標(biāo)準(zhǔn)溫度,C;ps 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，Pa;。 液體表面張力，N/m實(shí)際檢漏時(shí)，通常用空氣作為示漏氣體，用水作為顯示液體。此時(shí)，該檢測(cè)方法的可檢測(cè)泄漏率通常在10-5~10-2Pa?m3/s范圍之間。2.3氦質(zhì)譜檢測(cè)法采用氦質(zhì)譜儀檢測(cè)，其核心部件是質(zhì)譜室。使不同質(zhì)量的混合氣體變成離子并在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，不同比荷的離子在電場(chǎng)作用下的運(yùn)動(dòng)軌跡不同，而相同比荷的離子會(huì)在電場(chǎng)作用下匯聚在一起，形成離子流。如果在電場(chǎng)不變的情況下，以氦氣作為示蹤氣體，在適當(dāng)位置可以設(shè)置接收器收集這些離子流，使不同質(zhì)量的氣體在氦質(zhì)譜儀的質(zhì)譜室內(nèi)按比荷分離，得到氦氣氣體的質(zhì)譜圖，從而安全、定量、快速地獲得泄漏率。該檢測(cè)方法的特點(diǎn)是靈敏度高，性能穩(wěn)定。特別是用氦作示蹤氣體的氦質(zhì)譜檢漏儀是真空檢漏中靈敏度最高、用得最普遍的一種檢漏儀器。2.4氦氣密檢測(cè)的泄漏率對(duì)于氦質(zhì)譜儀來(lái)說(shuō)，其輸出示值的變化就是漏孔的泄漏率，通常與質(zhì)譜儀的靈敏度有關(guān)，因此，氦質(zhì)譜儀的最小可檢泄漏率與質(zhì)譜儀靈敏度及最小可檢信號(hào)有關(guān)，其關(guān)系為由式（4）可知，氦質(zhì)譜儀自身的靈敏度對(duì)氣密檢測(cè)的結(jié)果有直接關(guān)系。當(dāng)儀器處于最佳工作條件下，充以0.1MPa的純氦作示蹤氣體，其檢測(cè)靈敏度約為10-10Pa-m3/so發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣門(mén)與氣門(mén)室蓋閥座配合緊密，進(jìn)、排氣門(mén)與缸蓋閥座錐面的配合質(zhì)量直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率、油耗等重要性能，因此需要對(duì)氣門(mén)室蓋的氣密性進(jìn)行檢測(cè)。通常采用加壓檢測(cè)方法。3.1加壓檢測(cè)方法加壓法檢測(cè)原理比較簡(jiǎn)單，將氣門(mén)室蓋內(nèi)充入一定壓力的壓縮空氣（一般情況下其壓力大于大氣壓力），然后關(guān)閉充氣閥門(mén)，使氣門(mén)室蓋內(nèi)腔與氣源完全隔離。通過(guò)高準(zhǔn)確度壓力傳感器獲取氣門(mén)室蓋內(nèi)部的壓力變化。當(dāng)壓力發(fā)生微小變化時(shí)，傳感器會(huì)實(shí)時(shí)檢測(cè)，經(jīng)過(guò)計(jì)算得出氣門(mén)室蓋的氣密性是否良好［5］。3.2加壓氣密性檢測(cè)方法的泄漏率假設(shè)氣門(mén)室蓋內(nèi)腔容積是V，在t時(shí)間內(nèi)氣門(mén)室蓋內(nèi)腔內(nèi)的壓力變化Ap,則氣門(mén)室蓋內(nèi)的總泄漏率Q為式中：Q 總泄漏率；Ap 壓差；△ 系統(tǒng)誤差；V 容積；t 測(cè)試時(shí)間由式（5）可以得出，這種氣密性檢測(cè)方法的檢測(cè)靈敏度與氣門(mén)室蓋內(nèi)腔容積V、測(cè)試時(shí)間t以及壓力傳感器的最小可檢壓力有關(guān)。為了減小氣門(mén)室蓋內(nèi)腔容積V對(duì)泄漏率的影響，實(shí)際檢測(cè)時(shí)通常采用增加專(zhuān)用夾具的方法，使其內(nèi)腔容積盡可能變小，氣門(mén)室蓋夾具如圖2所示。當(dāng)氣門(mén)室蓋放置于檢測(cè)夾具上后，氣門(mén)室蓋內(nèi)腔容積變小，由于溫度變化引入的測(cè)量誤差基本可以忽略不計(jì)。為了滿足生產(chǎn)需要，測(cè)試會(huì)在幾秒內(nèi)完成，因此，因溫度變化引入的測(cè)量誤差也可以忽略不計(jì)。通過(guò)計(jì)算分析，采用加壓氣密性檢測(cè)方法，對(duì)其測(cè)量結(jié)果影響最大的就是壓力變化量Ap的檢測(cè)。實(shí)際生產(chǎn)中，采用德國(guó)Innomatec公司的LTC-602型精密氣密測(cè)量設(shè)備對(duì)壓差A(yù)p進(jìn)行檢測(cè)。通常情況下，LTC-602型氣密測(cè)量設(shè)備可測(cè)最小壓強(qiáng)為0.1Pa，其檢測(cè)靈敏度在允許范圍內(nèi)。隨著鋁合金零部件被機(jī)動(dòng)車(chē)主機(jī)廠廣泛使用，針對(duì)鋁合金零部件性能的檢測(cè)方法也正逐步形成。文中主要介紹了車(chē)用鋁合金零部件氣密性檢測(cè)方法，針對(duì)鋁合金輪轂和氣門(mén)室蓋介紹了具體檢測(cè)方法，同時(shí)通過(guò)泄漏率計(jì)算的方法介紹了相應(yīng)的檢測(cè)原理?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】[1]董選普.鑄造工藝學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.[2]肖祥正.泄漏檢測(cè)方法與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工