鋁合金車輪氣密性蠕性漏孔檢測探究

何更雷

摘要：從空調(diào)制冷技術(shù)到汽車制造，從半導(dǎo)體制造到太陽能技術(shù)，氣密性檢測技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。汽車車輪作為其安全性能的主要部件，經(jīng)歷了從內(nèi)胎充氣到真空胎的轉(zhuǎn)變，雖然在一定程度上節(jié)約了內(nèi)胎成本及安裝時間，但也帶來了汽車行駛的過程中漏氣現(xiàn)象頻發(fā)，在車輪實際使用的過程中，失效影響因素眾多，比如：氣門嘴漏氣、輪胎氣密性能等。氦氣檢漏技術(shù)的應(yīng)用不僅可以有效提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)安全性，而且還可有效降低產(chǎn)品維護以及故障排除所需的時間和資本。本文主要對蠕性漏孔檢測進行研究，簡述鋁合金車輪漏孔的類型、水清洗后殘漏水分、設(shè)備壓力、溫濕度等方面影響，通過對影響因素分析，尋找解決輪轂漏氣的辦法。

關(guān)鍵詞：鋁合金車輪;蠕性漏孔;漏孔類型;影響因素;改善措施

中圖分類號：V448.25+1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）08-0154-02

0? 引言

汽車在行駛過程中漏氣現(xiàn)象頻發(fā)，作為車輪總成部件的輪胎、氣門嘴、鋁合金車輪等都有可能造成漏氣現(xiàn)象。鋁合金車輪產(chǎn)生的漏氣的原因主要是在鑄造過程中產(chǎn)生的氣孔導(dǎo)致的，這些氣孔因熔融鋁液凝固時的氣體滯留而形成。雖然大多數(shù)氣孔體積非常小，不會導(dǎo)致工件出現(xiàn)漏氣，但不同類型的氣孔，泄漏也有著不同的表現(xiàn)。泄漏處的幾何尺寸、結(jié)構(gòu)、壓力、濕度、溫度以及流量都是影響泄漏表現(xiàn)的因素，眾多干擾因素給檢漏工作帶來了很大的挑戰(zhàn)。

1? 鋁合金車輪蠕性漏孔類型

鋁合金車輪漏氣是由于輪輞存在漏孔導(dǎo)致，它可以是單個孔、也可以是一個可滲透的孔，還可能是多孔性區(qū)域或一個難于檢測的微小漏孔，我們將這種微小漏孔稱之為蠕性漏孔。漏孔類型的不同，影響著泄漏的表現(xiàn)（如圖1）;輪輞壁中的漏孔可能呈針孔狀，進而可能充當(dāng)貫穿輪輞的細管道，這樣的泄漏因兩端存在穿透性，基本上是可預(yù)測的。但漏孔也可能表現(xiàn)為多孔性，這種情形通常涉及大量且微小的漏孔，而這些泄漏點又共同構(gòu)起更大的泄漏，對于針型漏孔和多孔性漏孔是比較容易檢出的，但蠕性漏孔和滲漏存在未檢出的可能。

蠕性漏孔成因復(fù)雜，形態(tài)多樣，在檢測過程中氦氣很難立即被捕捉到，檢測氣體充注后，氣體緩慢地移動通過狹窄的通道或毛細管系統(tǒng)，從而要在短的時間段內(nèi)檢測這樣的漏孔是極為困難。

滲漏是金屬鑄件中最難以檢測的泄漏類型，這種滲漏可能因連通到更大的隱藏空腔，在檢測過程中，這種空腔會充當(dāng)儲氣腔，這種結(jié)構(gòu)可能導(dǎo)致檢測氣體充入后在質(zhì)譜儀捕捉氦氣過程之間存在相當(dāng)長的延遲（如圖2）。

2? 鋁合金車輪蠕性漏孔影響漏氣的原因

2.1 工件被清洗后殘留水的影響

工件在氦氣檢測前被清洗后烘干不徹底，尤其是在冬季現(xiàn)場溫度較低，當(dāng)輪輞壁存在非常微小或者狹長的毛細管缺陷時，由于水的表面張力的原因，這些微小漏孔或者毛細管則將被水堵塞或充滿，而堵在漏孔中的水，會非常不易從小孔中驅(qū)逐，從而大大影響檢漏結(jié)果。

2.2 工件抽空不充分對檢漏的影響

為了準(zhǔn)確檢測漏率，在充氦前將工件外腔充分抽空是完全必要的，特別是對幾何形狀長和狹窄的漏孔尤為重要。如果外腔抽空不充分，漏孔中的空氣將被驅(qū)逐至幾何空間的終端，而氦氣進入到這個部位會存在延遲，因而潛在的漏孔將僅釋放空氣，檢漏儀則不能檢測到這些漏孔，所以確定合適的保壓時間及檢漏時間是極為重要的。（圖3）

2.3 工件密封作用力對檢漏的影響

工件在檢測過程中因需要上下壓盤進行壓緊密封，如輪輞壁存在裂紋等酥松缺陷，在夾緊密封作用力下，缺陷部位存在輕微形變，漏點可能被壓實，檢測過程中檢不出漏氣，所以設(shè)置合適的密封作用力是很有必要的，密封力過大時，存在漏氣工件檢測不出的風(fēng)險，密封力過小時，檢測中因密封不良造成過多的誤判（合格判為不合格）。

2.4 溫度和壓力對檢漏的影響

眾所周知，溫度和壓力的變化對漏率有很大的影響。環(huán)境溫度不同，氣體分子的熱運動的平均速度也就不同，通過漏孔的氣體流量就不同，換句話說也就是漏率不同。而對于氦檢采用的真空模式檢漏來說，因被檢車輪內(nèi)外被抽成真空，內(nèi)部的氣體分子相對較少，PV值受環(huán)境溫度的影響也較小，可以不考慮。

當(dāng)漏孔的幾何尺寸一定時，漏孔的漏率與漏孔兩端的壓差的大小對氣體的流動起關(guān)鍵的作用，即漏孔的兩端的壓力很大，但是如果其壓力相同，即壓差為零，漏孔中也不會有氣體流動，只有當(dāng)漏孔兩端存在壓差時，才會出現(xiàn)氣體從高壓端向低壓端流動的現(xiàn)象，而且壓差越大，其流量也越大。在真空領(lǐng)域中，常把氣體在漏孔中流動狀態(tài)界定為四種情況：分子流狀態(tài)、粘滯流狀態(tài)、湍流狀態(tài)、聲速流狀態(tài)，一般認為在分子流狀態(tài)下，漏孔的漏率與漏孔兩端的壓差成正比;在粘滯流狀態(tài)下，漏孔的漏率與漏孔兩端的平方差成正比。這種氣流狀態(tài)的劃分又取決于漏孔的直徑和氣體分子的平均自由路徑，而分子的平均路徑又是氣體溫度、氣體粘度、氣體壓強的函數(shù)。

漏孔還可能完全封閉在材料內(nèi)，沒有連通表面的開口，但也可能連通了一側(cè)表面或兩側(cè)表面，這些形式都可能成為輪輞的泄漏路徑， “潛在的泄漏狀態(tài)”在以后的車輛行駛過程中可能會發(fā)生貫穿性的裂紋，從而發(fā)生漏氣。

總而言之，氣體泄漏的過程是一個較為復(fù)雜的問題，漏孔的漏率不僅與氣體的種類、氣體的溫度以及容器或系統(tǒng)內(nèi)外的氣體壓差有關(guān)，也與漏孔自身的形狀、尺寸有關(guān)。

3? 針對漏氣現(xiàn)象驗證及改善

通過上述影響漏氣因素進行驗證可知，在某種特性情況下都存在失效現(xiàn)象，但最重要的兩個因素為：工件清洗烘干不充分和密封壓緊力大小對車輪輪輞缺陷影響最大，直接導(dǎo)致判定結(jié)果出現(xiàn)差異。

3.1 工件清洗烘干驗證

通過在同一質(zhì)譜儀、相同檢測條件下將清洗烘干充分及不充分的兩個工件進行氦檢，殘留的水或水蒸氣會堵塞漏孔導(dǎo)致氦檢識別不出漏氣，而將工件烘干后卻發(fā)現(xiàn)有漏氣現(xiàn)象，針對微漏的工件，漏率在10-8Pam3/s數(shù)量級被水影響較大，可能直接導(dǎo)致不漏氣，漏率在10-7Pam3/s數(shù)量級影響較小，可導(dǎo)致漏率變小，但仍能檢測出漏氣。

3.2 氦檢密封壓力大小驗證

根據(jù)氦檢設(shè)定壓力范圍及標(biāo)準(zhǔn)要求，通過使用不同的檢漏模式和設(shè)定不同的密封壓力得知，單獨使用低壓檢漏模式完全可以規(guī)避大漏孔風(fēng)險，同時還可以提高輪輞存在微小裂紋泄漏檢測率，但對于蠕性漏孔也存在未檢出的風(fēng)險，得出的漏率比正常充氦壓力的檢測值就會偏低;而單獨使用高壓撿漏模式雖然可提高微型漏孔檢出率，但高壓模式需要更大的密封力，可能導(dǎo)致輪輞的缺陷被壓實，而不能檢出，同時高壓模式充氣量大、回收時間長，對生產(chǎn)節(jié)拍就會有影響。實際中一些漏孔只有達到一定的壓差才出現(xiàn)泄漏，如果未在使用過程中的最大壓力下檢測，那么這種漏孔就不宜被檢出，所以充氣壓力一定不能低于實際使用工況所承受的壓力，還可適當(dāng)提高充氣壓力來抵消密封夾緊的壓力，降低輪輞的受力，提高檢測率。

3.3 針對風(fēng)險改善措施

針對以上影響因素，為了降低此類工件流入客戶的隱患，提高漏氣檢出率，規(guī)避質(zhì)量風(fēng)險，改善措施主要從以下幾點考慮：

①首先要提高輪輞的內(nèi)在質(zhì)量，杜絕此類工件流轉(zhuǎn)至氦檢工序;

②提高清洗后工件的溫度，增加或延長干燥過程，杜絕輪輞殘留水或水蒸氣，防止漏孔被堵塞;

③檢測過程中提高內(nèi)腔及外腔的真空度，杜絕輪輞內(nèi)部毛細管中殘留空氣較多;

④采用低壓、高壓相互配合模式，在低壓時降低輪輞的受力，使蠕性漏孔充分暴露，在高壓時，利用壓力迫使蠕性漏孔貫通，達到檢出目的;

⑤加嚴設(shè)備判定的漏率標(biāo)準(zhǔn)也能提高此類工件的檢出率。

4? 結(jié)語

鋁合金車輪因重量輕、導(dǎo)熱性好、外觀美觀等特點，備受人們青睞，但出于對汽車行駛安全性要求，對鋁合金車輪的各項安全性能檢測也已日趨完善，各大汽車廠商對鋁合金車輪的氣密性檢測要求也越來越嚴格，要求每只車輪在出廠前都必須做氣密性檢測，因此對車輪氣密性檢測的準(zhǔn)確性、可靠性要求也更科學(xué)、合理、嚴格;通過分析影響氣密性的因素得知，漏氣現(xiàn)象不是單一存在的，不能只靠一種方式控制所有缺陷的檢測，在檢測過程中，必須綜合考慮，通過對壓力調(diào)整、清洗烘干等因素調(diào)整，找到適合檢測條件，從而達到控制漏氣現(xiàn)象的發(fā)生，保障駕駛?cè)藛T安全及車輛的財產(chǎn)安全，為國家的節(jié)能減排做出應(yīng)有的貢獻。

參考文獻：

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