鋁合金車輪氣密性蠕性漏孔檢測探究

何更雷

摘要：從空調制冷技術到汽車制造，從半導體制造到太陽能技術，氣密性檢測技術得到了廣泛的應用。汽車車輪作為其安全性能的主要部件，經歷了從內胎充氣到真空胎的轉變，雖然在一定程度上節(jié)約了內胎成本及安裝時間，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。氦氣檢漏技術的應用不僅可以有效提高產品質量、生產安全性，而且還可有效降低產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。鋁合金車輪產生的漏氣的原因主要是在鑄造過程中產生的氣孔導致的，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、結構、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，這種空腔會充當儲氣腔，這種結構可能導致檢測氣體充入后在質譜儀捕捉氦氣過程之間存在相當長的延遲（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逐，從而大大影響檢漏結果。

2.2 工件抽空不充分對檢漏的影響

為了準確檢測漏率，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，因被檢車輪內外被抽成真空，內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，沒有連通表面的開口，但也可能連通了一側表面或兩側表面，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)內外的氣體壓差有關，也與漏孔自身的形狀、尺寸有關。

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，直接導致判定結果出現(xiàn)差異。

3.1 工件清洗烘干驗證

通過在同一質譜儀、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，可能直接導致不漏氣，漏率在10-7Pam3/s數(shù)量級影響較小，可導致漏率變小，但仍能檢測出漏氣。

3.2 氦檢密封壓力大小驗證

根據氦檢設定壓力范圍及標準要求，通過使用不同的檢漏模式和設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)避質量風險，改善措施主要從以下幾點考慮：

①首先要提高輪輞的內在質量，杜絕此類工件流轉至氦檢工序;

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檢測過程中提高內腔及外腔的真空度，杜絕輪輞內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加嚴設備判定的漏率標準也能提高此類工件的檢出率。

4? 結語

鋁合金車輪因重量輕、導熱性好、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確性、可靠性要求也更科學、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，通過對壓力調整、清洗烘干等因素調整，找到適合檢測條件，從而達到控制漏氣現(xiàn)象的發(fā)生，保障駕駛人員安全及車輛的財產安全，為國家的節(jié)能減排做出應有的貢獻。

參考文獻：

[1]蔣玲，鋁金旗.鋁合金氣密性標準輪的檢測裝置及其檢測方法[J].科技經濟導刊，2016，20.

[2]趙玉濤.輕合金車輪制造技術[M].機械工業(yè)出版社，2017，11.

[3]段素娟，徐連弟.鋁合金車輪氦氣氣密性檢測的開發(fā)與應用[J].中國機械，2015（3）：166-167.