汽車零部件氣密性檢測技術(shù)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(xué)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(jì)的重要組成部分， 已進(jìn)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(yán)格。 其中汽車零部件的密封性是衡量質(zhì)量的硬性標(biāo)準(zhǔn)， 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(dǎo)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(jìn)行氣密性檢測是必不可少的。 隨著氣密性檢測技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展， 國內(nèi)外陸續(xù)出現(xiàn)了氣密性檢測設(shè)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(shí)現(xiàn)自動化， 且污染工件等缺點(diǎn)，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(xué)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(xué)氣體， 然后在工件外部用相應(yīng)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(jìn)，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(qiáng)。

2 差壓法氣密性檢測技術(shù)原理及國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀

為了提高汽車零部件（如發(fā)動機(jī)、水箱、油箱等）的檢測精度和效率， 實(shí)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(biāo)準(zhǔn)罐體內(nèi)通入同樣壓力的氣體， 靜止一段時間， 觀察標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)出實(shí)際容器泄漏的氣體量，以達(dá)到氣密性測試的目的。

泄漏流量與差壓的關(guān)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(zhǔn) 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(yīng)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(zhǔn)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(shí)行自動化。

2.2 氣密性檢測技術(shù)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(shù)不斷改良，產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代。

2.2.1 氣密性檢測技術(shù)國內(nèi)現(xiàn)狀

在國內(nèi)，氣密性檢測技術(shù)起步相對較晚，長期沿用傳統(tǒng)的濕式檢測法， 直到20 世紀(jì)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(jī)構(gòu)和廠家投入大量人力、 物力對氣密性檢測儀進(jìn)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(yīng)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(shè)備， 它主要運(yùn)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(yùn)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(zhǔn)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(jìn)行分析處理， 最大程度地補(bǔ)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(shí)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(dá)5MPa，重復(fù)測試差壓小于10Pa。

目前，國內(nèi)的氣密性檢測儀研究機(jī)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(zhǔn)， 加之具體檢測對象的不同， 導(dǎo)致在測量標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)的同類產(chǎn)品存在一定差距。

2.2.2 氣密性檢測技術(shù)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(shù)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(shè)備的領(lǐng)導(dǎo)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(shí)際應(yīng)用中不同被測物的容積和泄漏量大小提供相應(yīng)的產(chǎn)品。

日本的COSMO LS-1842 氣密性檢測儀， 具備標(biāo)準(zhǔn)品自動取樣修正和標(biāo)準(zhǔn)品誤差修正功能， 并可以修正周圍溫差導(dǎo)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(jìn)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(shù)存在的不足及改進(jìn)

基于差壓測量的氣密性檢測技術(shù)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(dāng)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(dǎo)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(jī)構(gòu)分別提出了一些理論和方法， 如溫度補(bǔ)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(jìn)措施在實(shí)際應(yīng)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(jī)，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(shù)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(shù)進(jìn)行泄漏位置的檢測， 通過對采集到的紅外圖像進(jìn)行分析處理， 能夠高效而準(zhǔn)確地確定泄漏孔的位置[5]。另外，根據(jù)泄漏點(diǎn)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(diǎn)。

4 氣密性檢測技術(shù)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(jī)構(gòu)和相關(guān)學(xué)者從不同角度提出了設(shè)想并進(jìn)行了相關(guān)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(fù)時間對壓差檢漏偏差影響的理論模型[7]；中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)趙勇提出基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的溫度預(yù)測模型， 將預(yù)測的溫度應(yīng)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(dǎo)意義，但處理過程十分復(fù)雜，難以在實(shí)際應(yīng)用中操作，目前僅停留在理論研究上。 另有參考文獻(xiàn)從工程應(yīng)用角度提出“基準(zhǔn)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(yīng)。總之，氣密性檢測儀還有很多技術(shù)難關(guān)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(fèi)者都極其重要， 一個小零件的密封性不合格，就會導(dǎo)致整個汽車工作系統(tǒng)崩潰， 甚至導(dǎo)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(shù)過硬的氣密性檢測儀把關(guān)。 隨著計算機(jī)、 自動化技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能的飛速發(fā)展，氣密性檢測技術(shù)的發(fā)展將會日新月異。 高精度、高效率、網(wǎng)絡(luò)化、智能化將是氣密性檢測技術(shù)發(fā)展的重要趨勢。 在測量標(biāo)準(zhǔn)的制定上也將逐漸形成統(tǒng)一的國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)體系和國際標(biāo)準(zhǔn)體系。