在发动机的制造中,气密性测试对保证产品质量起着至关重要的作用, 为治理早期车辆 “漏气、漏水、漏油” 的三漏问题,特别是其发动机三漏的顽症,在发动机制造过程中,以往厂家采用“浸水检漏”对发动机的气缸体、气缸盖、排气管和进气管进行检漏,以发现不合格工件。这种方法无法准确得到被测工件的泄漏量,并且液体在泄漏孔内侧发生张力,增大了流量抵抗,这种方法往往会漏检,同时还存在需要干燥以及无法实现自动化等问题。
随着铸件质量、加工质量和装配质量的提升,以及20世纪80年代以来在线气密试漏技术的应用,发动机三漏问题终于得到了彻底的控制,发动机质量也有了可靠的保证。在气缸体、气缸盖等生产线上进行的在线气密试漏测试可以有效避免到总成装配后做试漏时才发现问题,从而可以减少不必要的损失。
在发动机缸体、缸盖生产线中,根据工艺的编排,一般均设置有中间气密试漏和最终气密试漏工序,部分试漏工序根据需要还配备了水试设备,主要用于检查确定气试不合格工件的漏点,当然,并不是所有漏点都可以通过水试找到。
气密性测试原理
空气有可压缩性,且粘度较低,这意味着空气通过漏点的速度比液体要快100~400倍。空气本质上没有表面张力,这个特点使它比液体更容易通过小的漏点。然而,空气可以通过的泄漏,对液体而言并不一定会泄漏。这就是为什么以空气作为介质进行试漏的时候要定义一个相当大允许空气泄漏量。
物理学研究得出了“理想气体”状态变化规律的“理想气体的状态方程”,即:PV/T=R
式中P为气体压力,V为气体的体积,T为气体的温度,R是气体普适常量,即对所有气体均普遍适用的常量(说明:空气接近于理想气体)。
这个方程表明,在温度恒定的情况下,经过一定的时间后(一般大于20s),它的内腔容积没有变化,而腔内压力如果下降了一个确定值△P,则可判定该工件“有泄漏”。这就是采用气体对工件进行密封性能测试的基本原理。利用此原理进行试漏测试的电子空气试漏仪已经成为迄今为止速度相当快、相当有效且相当实用的泄漏自动测试仪器。
当然,工件漏还是不漏,是一个相对的概念,每个工件都有一定的空气泄漏,一定的“不漏”是不存在的。当我们说工件无液体泄漏时,我们就可以据此定义一个空气泄漏率。我们以空气为介质测试大部分的零配件,以保证无液体泄漏,因此不能定义这些工件不漏空气或其他气体。
气密性测试的主要参数
要对工件的容积进行测试,试漏机制造厂家需结合用户生产线生产节拍的要求和工件的实际工况要求,合理确定以下参数:
1. 测试压力
测试压力一般与发动机在运转过程中各类介质的实际压力相当。
2. 测试节拍
工件的泄露量测试一般包括4个阶段,即充气、平衡、测试和排气。各阶段时间的设定首先保证被测物或夹具没有泄漏,其次要设定足够长的充气时间进行测试,之后慢慢缩短充气时间求得泄漏值稳定并接近于零时的相当短充气、平衡时间。
理论上测试时间越长,越有助于获得准确的测试精度,但这不适合于生产线的实际需要,试漏机的节拍应在保证测试精度的情况下,与生产线的整体节拍相匹配。此外,在夹具中采用减小容积的填充物有助于加快测试节拍。当工件的测试压力较高、工件测试容积较大、工件泄漏率较小、工件及夹具密封部有压力变形时,需要延长测试时间,以保证工件泄漏率的测试精度。
3. 泄漏率
发动机各零件及总成的泄漏率标准应满足发动机运转时实际工况的要求,并且与工件的材料、结构和试漏机的技术状态密切相关,泄漏率过高会造成发动机出现漏油、漏水和漏气的质量问题,过低会导致毛坯的料费率提高,增加发动机的制造成本。
此外,为保证测试精度,气密性测试对测试密封元件的材料选择与结构设计、密封设计、工件定位加紧装置和密封夹具等方面都有一定的要求,如:密封元件应没有弹性蠕变,耐油耐压;密封设计有助于减少不必要的密封性测试的稳定时间;密封夹具必须提供适当的压力来封堵被测工件,夹紧的力量应该是测试压力的3倍左右,同时,夹具支撑框架的强度要足以支撑此压力,而且各封堵汽缸应有可靠的导向,确保封堵位置准确。
在发动机的制造中,气密性测试对保证产品的质量起着至关重要的作用,是控制发动机质量的一个重要指标,因此,要求做到“100%测试,100%合格”。
在实际生产中,经气密试漏测试及相关分析发现,不合格产品出现泄漏的主要原因是毛坯铸造质量上存在缺点,如局部组织有疏松、砂眼、针孔、裂纹、裂隙、应力集中和弯折等,有时也会因加工工艺不合理、结构不合理、安装不合理等原因造成。就此,主机厂对铸件供应商提出了更高的要求,同时在加工工艺和安装等过程中采取了相应的措施,使产品不合格率不断下降,从而提高企业效益。