廢氣再循環(huán)冷卻器釬縫氣密性檢測試驗

□ 楊 松 □ 于愛兵 □ 孫 磊

1.寧波大學(xué) 機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院 浙江寧波 3152112.寧波普瑞均勝汽車電子有限公司 浙江寧波 315048

1 試驗背景

柴油機(jī)熱效率高,低速扭矩大,運(yùn)行穩(wěn)定,在汽車、農(nóng)業(yè)機(jī)械等諸多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用[1-2]。柴油機(jī)在運(yùn)行過程中會排放大量的氮氧化物,造成空氣污染,并損害人體健康。隨著國家排放法規(guī)的日益嚴(yán)苛,各種柴油機(jī)廢氣凈化技術(shù)不斷被研發(fā)使用。其中,冷卻廢氣再循環(huán)系統(tǒng)通過廢氣再循環(huán)冷卻器降低柴油機(jī)進(jìn)氣口引入廢氣的溫度,有效降低柴油機(jī)的燃燒溫度,可以抑制氮氧化物生成的高溫富氧條件,并減少氮氧化物的排放[3-5],是柴油機(jī)廢氣減排的重要技術(shù)[6]。

廢氣再循環(huán)冷卻器是冷卻廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的重要部件,實質(zhì)是一個熱交換系統(tǒng)[7-8],主體結(jié)構(gòu)由氣路和水路構(gòu)成。高溫廢氣進(jìn)入廢氣再循環(huán)冷卻器的氣路,通過內(nèi)部換熱管與水路中的發(fā)動機(jī)冷卻液完成熱交換,從而降低廢氣溫度。制造廢氣再循環(huán)冷卻器的零件多為不銹鋼沖壓件及管件,常通過壓入、鉚接等方法裝配。當(dāng)然,裝配完成的零件并不足以承受柴油機(jī)運(yùn)行時的振動,也無法保證氣密性。釬焊使用比母材熔化溫度更低的釬料,將釬料加熱至高于釬料液相線而低于母材固相線的溫度,利用熔化的釬料將母材連接在一起[9]。釬焊的焊接效率高,焊件變形小[10],特別適用于廢氣再循環(huán)冷卻器的制造,是廢氣再循環(huán)冷卻器制造行業(yè)普遍使用的焊接方法。需要注意的是,廢氣再循環(huán)冷卻器釬縫的各類焊接缺陷常會導(dǎo)致氣密性下降,造成內(nèi)部廢氣或者冷卻液泄漏,嚴(yán)重影響廢氣再循環(huán)冷卻器的使用。因此,一般會對釬焊后的廢氣再循環(huán)冷卻器做釬縫氣密性檢測,以確保使用性能。進(jìn)行廢氣再循環(huán)冷卻器釬縫氣密性檢測,需要保證釬縫氣密性檢測結(jié)果的重復(fù)性。筆者通過試驗設(shè)計方法,分析廢氣再循環(huán)冷卻器釬縫氣密性檢測工藝參數(shù)與釬縫氣密性檢測結(jié)果重復(fù)性之間的關(guān)系及其顯著程度,確定最佳的釬縫氣密性檢測工藝參數(shù),為實際生產(chǎn)中釬縫氣密性檢測工藝參數(shù)的設(shè)定提供理論指導(dǎo)。

2 試驗設(shè)備

選用常用類型柴油機(jī)的廢氣再循環(huán)冷卻器進(jìn)行試驗,如圖1所示。這一廢氣再循環(huán)冷卻器內(nèi)部采用螺旋式換熱管,兩端鑄件的三個法蘭為氣路的封堵面,中間的兩個水管為水路的封堵口。

試驗采用自行設(shè)計的廢氣再循環(huán)冷卻器專用釬縫氣密性檢測設(shè)備,如圖2所示。這一設(shè)備由可編程序控制器控制,采用壓降法進(jìn)行釬縫氣密性檢測,集成兩臺C28型直壓式氣密性測試儀,如圖3所示,分別用于水路與氣路的泄漏率檢測。設(shè)備內(nèi)部的氣密性檢測夾具能夠定位并夾緊廢氣再循環(huán)冷卻器,檢測前能夠按順序自動對水路與氣路的端口做封堵。試驗時,設(shè)定的釬縫氣密性檢測壓力為250 kPa±10 kPa。

3 試驗方法

壓降法釬縫氣密性檢測的核心工藝參數(shù)為充氣時間、穩(wěn)定時間、檢測時間。釬縫氣密性檢測結(jié)果的重復(fù)性是評價廢氣再循環(huán)冷卻器釬縫氣密性檢測能力的重要維度,不同的釬縫氣密性檢測工藝參數(shù)組合將直接影響釬縫氣密性檢測結(jié)果的重復(fù)性。試驗通過選取不同的釬縫氣密性檢測工藝參數(shù),確認(rèn)使釬縫氣密性檢測結(jié)果重復(fù)性最佳的釬縫氣密性檢測工藝參數(shù)組合,并研究釬縫氣密性檢測工藝參數(shù)與釬縫氣密性檢測結(jié)果重復(fù)性之間的關(guān)系。試驗設(shè)計方法非常適用于本次試驗,為了減少試驗次數(shù),提高試驗效率,并且使試驗點均勻分散,選用正交設(shè)計方法。不同釬縫氣密性檢測工藝參數(shù)組合對應(yīng)的釬縫氣密性檢測結(jié)果重復(fù)性采用JJF 1033—2016《計量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》中的方法進(jìn)行計算評價,計算標(biāo)準(zhǔn)差[11]。

4 試驗結(jié)果

試驗確定充氣時間、穩(wěn)定時間、檢測時間三個核心工藝參數(shù)作為試驗因素,各自擬定三個水平,試驗因素及水平見表1。綜合考慮試驗條件及試驗次數(shù),選用正交表L9(34),具體氣路、水路試驗方案及結(jié)果分別見表2、表3,氣路、水路試驗評價分別見表4、表5。

表1 試驗因素及水平

表2 氣路試驗方案及結(jié)果

表3 水路試驗方案及結(jié)果

表4 氣路試驗評價

表5 水路試驗評價

每組釬縫氣密性檢測工藝參數(shù)對應(yīng)進(jìn)行15次釬縫氣密性檢測,重復(fù)性值實際為15次釬縫氣密性檢測結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差,重復(fù)性值越小,代表釬縫氣密性檢測結(jié)果的重復(fù)性越好。每次釬縫氣密性檢測結(jié)束后,停止檢測5 min,避免由于連續(xù)釬縫氣密性檢測而導(dǎo)致廢氣再循環(huán)冷卻器內(nèi)部腔體溫度持續(xù)升高,使測得的泄漏率不斷增大,影響試驗精度。極差越大,說明試驗因素對釬縫氣密性檢測結(jié)果重復(fù)性的影響程度越大。氣路、水路試驗時試驗因素試驗水平變化趨勢分別如圖4、圖5所示。

對比九組氣路試驗,重復(fù)性值最小的是第8組,為0.129,其次為第9組,重復(fù)性值為0.175,與第8組接近。對比檢測總時間,第8組更短,因此氣路試驗九組釬縫氣密性檢測工藝參數(shù)中,第8組最好,對應(yīng)充氣時間8 s、穩(wěn)定時間3 s、檢測時間2 s。對不同試驗水平的重復(fù)性值做深入分析,充氣時間8 s時的重復(fù)性值和最小,為0.563;穩(wěn)定時間3 s時的重復(fù)性值和最小,為1.671,并且與穩(wěn)定時間5 s時的重復(fù)性值和2.030相比較接近;檢測時間4 s時的重復(fù)性值和最小,為2.301,并且與檢測時間6 s時的重復(fù)性值和2.355很接近。若僅按照重復(fù)性值和最小選取釬縫氣密性檢測最佳工藝參數(shù)組合,則可以得到四組釬縫氣密性檢測工藝參數(shù)組合:① 充氣時間8 s、穩(wěn)定時間3 s、檢測時間4 s;② 充氣時間8 s、穩(wěn)定時間3 s、檢測時間6 s;③ 充氣時間8 s、穩(wěn)定時間5 s、檢測時間4 s;④ 充氣時間8 s、穩(wěn)定時間5 s、檢測時間6 s。若同時考慮檢測總時間最短,則釬縫氣密性檢測最佳工藝參數(shù)組合為充氣時間8 s、穩(wěn)定時間3 s、檢測時間4 s,當(dāng)然,這不在氣路試驗的九組釬縫氣密性檢測工藝參數(shù)組合中。比較極差,充氣時間的極差最大,為5.735;其次為穩(wěn)定時間,極差為3.344;檢測時間的極差最小,為1.759。由此可知,氣路釬縫氣密性檢測時,充氣時間對釬縫氣密性檢測結(jié)果重復(fù)性的影響最大,穩(wěn)定時間次之,檢測時間的影響最小。

對比九組水路試驗,重復(fù)性值最小的是第9組,為0.081,其次為第8組,重復(fù)性值為0.105,與第9組接近。對比檢測總時間,第8組更短,因此水路試驗九組釬縫氣密性檢測工藝參數(shù)中,第8組最好,對應(yīng)充氣時間8 s、穩(wěn)定時間3 s、檢測時間2 s。對不同試驗水平的重復(fù)性值進(jìn)行進(jìn)一步分析,充氣時間8 s時的重復(fù)性值和最小,為0.302;穩(wěn)定時間5 s時的重復(fù)性值和最小,為0.525;檢測時間6 s時的重復(fù)性值和最小,為0.673。考慮重復(fù)性值和最小,可以得到釬縫氣密性檢測最佳工藝參數(shù)組合為充氣時間8 s、穩(wěn)定時間5 s、檢測時間6 s,同樣這不在水路試驗的九組釬縫氣密性檢測工藝參數(shù)組合中。比較極差,充氣時間的極差最大,為1.139;其次為穩(wěn)定時間,極差為0.561;檢測時間的極差最小,為0.208。由此可知,水路釬縫氣密性檢測時,充氣時間對釬縫氣密性檢測結(jié)果重復(fù)性的影響最大,穩(wěn)定時間次之,檢測時間的影響最小,影響規(guī)律與氣路釬縫氣密性檢測一致。

另外,對比表2、表3可以發(fā)現(xiàn),隨著檢測總時間的延長,釬縫氣密性檢測結(jié)果的重復(fù)性趨勢向好。

5 結(jié)束語

筆者通過正交試驗方法,確定了廢氣再循環(huán)冷卻器釬縫氣密性檢測的最佳工藝參數(shù),以及各釬縫氣密性檢測工藝參數(shù)、檢測總時間與釬縫氣密性檢測結(jié)果重復(fù)性之間的關(guān)系。

對于氣路釬縫氣密性檢測,最佳工藝參數(shù)組合為充氣時間8 s、穩(wěn)定時間3 s、檢測時間4 s,對于水路釬縫氣密性檢測,最佳工藝參數(shù)組合為充氣時間8 s、穩(wěn)定時間5 s、檢測時間6 s。進(jìn)行廢氣再循環(huán)冷卻器釬縫氣密性檢測時,充氣時間顯著影響釬縫氣密性檢測結(jié)果重復(fù)性,其次為穩(wěn)定時間,影響最小的檢測時間。在檢測總時間受限時,建議盡量延長充氣時間,適當(dāng)縮減穩(wěn)定時間,盡量縮短檢測時間,以此來平衡釬縫氣密性檢測結(jié)果重復(fù)性與檢測總時間。

總體而言,檢測總時間延長有利于提高釬縫氣密性檢測結(jié)果的重復(fù)性。對于檢測總時間沒有嚴(yán)格要求的場合,可以簡單通過延長充氣時間、穩(wěn)定時間、檢測時間來使檢測總時間延長,進(jìn)而提高釬縫氣密性檢測結(jié)果的重復(fù)性。