汽車零部件氣密性檢測技術國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀綜述

鄒偉琦 覃京翎 王莉莉 鄭志明 曾慶文

（1.柳州城市職業(yè)學院，廣西 柳州 545036；2.柳州五菱汽車工業(yè)有限公司，廣西 柳州 545007）

汽車制造業(yè)作為國民經(jīng)濟的重要組成部分， 已進入新的發(fā)展階段， 這也使汽車零部件生產(chǎn)要求越來越嚴格。 其中汽車零部件的密封性是衡量質(zhì)量的硬性標準， 因為汽車零部件如果密封性不夠， 內(nèi)部油水滲透到其他零部件中， 導致整個汽車工作系統(tǒng)崩潰， 危害使用者人身安全。 所以， 在生產(chǎn)中對汽車零部件進行氣密性檢測是必不可少的。 隨著氣密性檢測技術的應用和發(fā)展， 國內(nèi)外陸續(xù)出現(xiàn)了氣密性檢測設備的研發(fā)、生產(chǎn)廠商。

1 傳統(tǒng)的氣密性檢測方法概述

傳統(tǒng)的檢測泄漏方法多采用氣泡法和涂抹法，這兩種方法都是濕式檢測法。 氣泡法就是在密閉的工件腔體內(nèi)通入一定壓力的氣體， 將工件沉放入水中，或者其它液體中， 觀察是否有氣泡溢出， 有就意味有空氣泄漏出來， 就視為不密封， 無氣泡產(chǎn)生就是沒有空氣泄漏出來， 則是密封的。 涂抹法是在工件表面涂肥皂水， 觀察是否有氣泡產(chǎn)生， 如果產(chǎn)生了氣泡則是有空氣從腔里泄漏出來， 就是不密封了。 上述兩種檢測方法雖然比較簡單， 但是檢測效率與精度極低， 同時存在檢測周期長， 不能實現(xiàn)自動化， 且污染工件等缺點，再者，泄漏微小的空氣無法人眼觀看得出來，很多產(chǎn)品內(nèi)部并不能充氣， 不能充氣的類型也無法檢測密封。 因此，這兩種檢測方法存在很大的局限性，無法滿足高精度、高效率的生產(chǎn)需求。

由于傳統(tǒng)檢測手段的諸多不足， 人們開始利用氣體及其化學特性來檢測是否泄漏及泄漏量。 例如將工件密閉腔體內(nèi)通入一定化學氣體， 然后在工件外部用相應的氣體探測器探測氣體是否有泄漏 （如鹵素檢測法、 氫氦檢測法）。 這些檢測法雖然在精度上有所改進，但大多局限于定性檢測，檢測效率偏低，測試儀器成本過高，通用性不強。

2 差壓法氣密性檢測技術原理及國內(nèi)外技術現(xiàn)狀

為了提高汽車零部件（如發(fā)動機、水箱、油箱等）的檢測精度和效率， 實現(xiàn)檢測自動化， 目前國內(nèi)外比較流行的氣密性檢測方法是差壓法[3]。

2.1 差壓法原理

圖1 差壓法原理

差壓法原理如圖一所示。 在密閉的工件腔體內(nèi)通入一定壓力的氣體， 同時在一個標準罐體內(nèi)通入同樣壓力的氣體， 靜止一段時間， 觀察標準罐體內(nèi)的壓力與工件內(nèi)的壓力差[3]。被測容器如果有泄漏，必然造成容器內(nèi)氣體質(zhì)量的流失及壓力的下降， 使容器內(nèi)原有的氣壓減低， 通過測量容器內(nèi)氣體壓力差可以推導出實際容器泄漏的氣體量，以達到氣密性測試的目的。

泄漏流量與差壓的關系可以用下式表示：

上式中，PT 為測試壓力，P0 為外界壓力 （大氣壓），VW 為 被 測 容 器 容 積，VS 為 基 準 容 器 容 積，V 為由于差壓的產(chǎn)生造成的差壓傳感器內(nèi)容積的變化，△VL 為排到大氣中的泄漏量，△P 為差壓，QL 為氣體泄漏流量，t 為產(chǎn)生差壓△P 相對應的測試時間。 其中PT、P0 均為絕對壓力[3]。

差壓法檢測雖不能準確判斷泄漏部位， 但檢測時間短，測試快，且穩(wěn)定可靠，被測工件可以保持干燥狀態(tài)，并可以量化測定泄漏量，方便實行自動化。

2.2 氣密性檢測技術國內(nèi)外現(xiàn)狀

基于壓差法基本原理， 國內(nèi)外眾多廠家都開發(fā)出了氣密性檢測儀，技術不斷改良，產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代。

2.2.1 氣密性檢測技術國內(nèi)現(xiàn)狀

在國內(nèi)，氣密性檢測技術起步相對較晚，長期沿用傳統(tǒng)的濕式檢測法， 直到20 世紀90 年代才開始涉足干式檢測法的研究。 隨著汽車制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，一些科研機構(gòu)和廠家投入大量人力、 物力對氣密性檢測儀進行開發(fā)研制。 目前， 國內(nèi)各廠商推出的氣密性檢測儀在使用體驗上雖各有特色， 但在測試效率和測試精度上基本處于同一水平。 試以在業(yè)內(nèi)比較活躍的兩家公司為例作一簡述。

成立于2008 年的深圳海瑞思自動化科技有限公司生產(chǎn)的氣密性檢測儀主要應用于油嘴、密封墊、活塞、消聲器、 減震器、 傳感器等汽車零配件產(chǎn)品的泄漏檢測。 該公司新推出的智能密封性測試儀是一種新型的高精度無損檢測設備， 它主要運用壓縮空氣為介質(zhì)，向待測產(chǎn)品的內(nèi)腔或者外表施加一定的壓力， 然后運用高靈敏度的傳感器檢測壓力的變化， 從而確定待測試產(chǎn)品的密封性。

與國內(nèi)眾多汽車制造廠商合作的重慶新現(xiàn)科技有限公司， 其生產(chǎn)的氣密性檢測儀采用國外最新微電腦芯片、 高精度傳感器及零泄漏電磁閥， 以保證檢測結(jié)果準確性及儀器經(jīng)久耐用。 且采用微電腦自動控制檢測過程和采集數(shù)據(jù)， 用最新算法及專門的軟件對數(shù)據(jù)進行分析處理， 最大程度地補償了檢測過程中的溫度（包括環(huán)境溫度）等影響，克服了外界干擾，實現(xiàn)了直接壓力差測漏， 檢測結(jié)果直觀， 具有很高的性能價格比。 該公司的高壓（3MPa)氣密性檢測儀最近已升級成功，升級后的儀器單邊耐壓達5MPa，重復測試差壓小于10Pa。

目前，國內(nèi)的氣密性檢測儀研究機構(gòu)或生產(chǎn)廠商，其研發(fā)方向均以滿足各自合作企業(yè)的要求為準， 加之具體檢測對象的不同， 導致在測量標準的定制上尚未形成全國統(tǒng)一的體系。 雖然國內(nèi)研發(fā)的氣密性檢測儀發(fā)展迅速， 但在檢測精度和測試效率上均與國外先進的同類產(chǎn)品存在一定差距。

2.2.2 氣密性檢測技術國外現(xiàn)狀

國外著名的氣密性檢測儀廠商有美國的USON 公司和日本的COSMOS 公司。

成立于1963 年的USON 公司， 幾十年來其技術和產(chǎn)品一直處于密封檢測和無損檢測行業(yè)的前列， 是汽車和通用工程行業(yè)自動檢漏設備的領導者。 其新型Vector 系列提供了多種檢測模式， 同時考慮到了測漏性能、 泄漏量， 并針對實際應用中不同被測物的容積和泄漏量大小提供相應的產(chǎn)品。

日本的COSMO LS-1842 氣密性檢測儀， 具備標準品自動取樣修正和標準品誤差修正功能， 并可以修正周圍溫差導致的測試誤差，且具有較高的性價比。

在此， 從以上兩個國外公司分別選取一款產(chǎn)品與國內(nèi)的海瑞思主推的HL 系列產(chǎn)品進行 “國內(nèi)外氣密性檢測儀產(chǎn)品主要性能參數(shù)比較”，見表1。

表1 國內(nèi)外氣密性檢測儀產(chǎn)品主要性能參數(shù)比較

3 差壓法氣密性檢測技術存在的不足及改進

基于差壓測量的氣密性檢測技術雖然和傳統(tǒng)的檢測方法相比， 提高了檢測效率和自動化程度， 但也存在不足之處。 比如，當被測工件的內(nèi)容積較大時，氣體溫度變化不能穩(wěn)定下來， 會導致檢測精度下降。 為了提高泄漏檢測效率， 國內(nèi)外一些研究機構(gòu)分別提出了一些理論和方法， 如溫度補償方法、 加裝填充物減少被測工件內(nèi)容積等方法。 這些檢測效率改進措施在實際應用中得到了驗證和發(fā)展。 如北京拓奇星自動化有限公司為某變速箱生產(chǎn)廠家提供的氣密性檢測機，通過采用上述效率改善措施后，檢測效率提高了50%。

差壓法氣密性檢測技術雖然能夠檢測工件泄漏與否，但不能確定泄漏的具體位置。 為此，可采用紅外攝像儀結(jié)合圖像處理技術進行泄漏位置的檢測， 通過對采集到的紅外圖像進行分析處理， 能夠高效而準確地確定泄漏孔的位置[5]。另外，根據(jù)泄漏點周圍會產(chǎn)生超聲波，可以借助超聲波探測儀來探測泄漏點。

4 氣密性檢測技術國內(nèi)外理論研究方向概述

目前， 在提高差壓氣密性檢測方法的檢測效率和檢測精度方面， 國內(nèi)外都有研究機構(gòu)和相關學者從不同角度提出了設想并進行了相關研究。 如：Anthony Jenkins 等人提出了根據(jù)多次測量結(jié)果確定比例因子，再由比例因子修正的方法[6]；Harus 等人研究了溫度對壓差檢漏的影響， 提出溫度恢復時間對壓差檢漏偏差影響的理論模型[7]；中國科學技術大學趙勇提出基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的溫度預測模型， 將預測的溫度應用到泄漏率合格判斷中，以提高氣密性檢測的精度[8]。上述方法雖有一定的思考方向指導意義，但處理過程十分復雜，難以在實際應用中操作，目前僅停留在理論研究上。 另有參考文獻從工程應用角度提出“基準曲線法”，但該方法依賴于特定的場合，一旦外界環(huán)境改變，就無法適應?？傊?，氣密性檢測儀還有很多技術難關等待攻克。

5 結(jié)語

汽車零部件的密封性檢測無論是對生產(chǎn)商， 還是消費者都極其重要， 一個小零件的密封性不合格，就會導致整個汽車工作系統(tǒng)崩潰， 甚至導致事故。 為減少密封性能不合格的部件流向市場， 必須有質(zhì)量可靠技術過硬的氣密性檢測儀把關。 隨著計算機、 自動化技術、傳感技術、人工智能的飛速發(fā)展，氣密性檢測技術的發(fā)展將會日新月異。 高精度、高效率、網(wǎng)絡化、智能化將是氣密性檢測技術發(fā)展的重要趨勢。 在測量標準的制定上也將逐漸形成統(tǒng)一的國內(nèi)標準體系和國際標準體系。