泄漏检测技术在生产应用中问题的探讨

1概述

传统的泄漏检测方法是将待测物品充入水或其它介质，通过观察，测量在特定时间内充入介质的减少量(如通过检测液面的降低等)来实现的，这是一种直接的测量方式。基于这种方法又派生出另一种方法，即将待测物品充入一定压力的气体介质(通常为压缩空气)，而后置水中观察，以被测物品周围是否产生气泡作为是否泄漏的标准。

随着技术的进步及检测方法的改善，所谓“绝对不漏”或“无泄漏”只是一个数量上的概念，这一观念，已被人们所接受。判别一个测量物品漏或者不漏需要一个更为准确的、数量上的标准，特别是对一些需测量微小泄漏的场合。

泄漏检查仪的出现为以上问题提供了一个较好的解决办法，它使得泄漏检测过程更加便捷，测量结果也更为可靠。在采用泄漏检查仪的基础上，再辅以上、下料机构、自动密封装置及电气控制、液压、气动系统等等即可组成一个可用于加工生产线上的泄漏检查设备——试漏机。试漏检查仪的出现使得零部件的泄漏在线检测成为可能，采用这种装置可满足批量生产中对零部件泄漏情况检测的要求，大幅提高产品的品质质量。

由于这种测量方法有别于传统的测量方式，因而在实际生产应用中常会遇到一些需要澄清问题，这些问题的产生，在绝大多数的情况下，是测试系统在当时的测量条件下状态的反映。因此，对这些问题的正确理解及处理将有助于该种测量方法更好地应用于生产线上。

2常用的泄漏检测方法

泄漏检测方法较多，其测量原理及方式也不尽相同。一般来讲，在批量生产条件下，以下几种测量方法是常用的。

2.1绝对压力法测量

绝对压力法测量系统如图1所示，由气源、空气过滤器、压力表、充气阀、压力传感器等部分组成。

图1绝对压力法测量原理

测量过程如下：

充气：充气阀开启，向待测件内充入规定压力的气体；
稳定：充气阀关闭，经过一定时间后使得充入气体达到一个测量所必须的稳定状态。压力传感器将稳定阶段结束(测量阶段开始)前的压力值设定为一个测量的零点；
测量：在规定的测量时间内，检测系统检出压力的变化值ΔP，与设定的压力变化极限值进行比较，从而做出合格或不合格的判定；
排气：测量结束后将测试件内部气体排入大气中。
典型的测量压力-时间之间关系如图2所示。

图2测量压力-时间曲线

2.2压差法测量

压差法测量原理见图3。压差法测量过程与绝对压力法相似，与绝对压力法不同之处在于压差法采用一个参考件加入测量系统中，用压差传感器记录测量阶段测量件与参考件之间的压力变化值ΔP。

图3压差法测量原理图

压差法与绝对压力法类似，都是通过测量压力变化值间接地测量泄漏率值。

2.3层流管（Laminar orifice)的流量式检测法

采用层流管的检测系统有如图4所示部分组成。测试时首先向待测工件及参考件充入规定压力Pt的试验气体，达到设定压力Pt后，充气阀关闭，进入稳定阶段，稳定阶段结束后，待测工件及参考件之间的平衡阀关闭，若测试件处存在泄漏则有压缩空气经层流管至被测工件。这种测量方法属于直接对泄漏流量进行检测。

图4层流管检测系统图

3泄漏检测方法的选择

先对绝对压力法与压差法进行比较。一般而言，对一个压力传感器来讲，其所能达到的分辨率为1/5000；对于一个5bar的传感器而言即为10Pa，而对于一个0.5bar的传感器而言，即为1Pa。由于压差式测量的传感器只需测量系统压力相对于测量压力的改变值，因而传感器的量程可大大缩小。再者，由于压差法是将系统测量压力作为测试零点，只是记录压力与系统压力的偏移值，因而诸如零点飘移，温度飘移的影响只与压差传感器的测量范围有关，而与测试时的测量压力无关。举例来说：1/1000的飘移量对测试压力1bar系统而言，其值为100Pa；相反采用压差法测量1/1000的飘移对于2000Pa量程的传感器而言，其值为2Pa。

由此可见，如果从测量精度上讲，压差法测量精度要高于绝对压力法。但在实际生产条件中，一般而言，绝对压力法的测量精度已能满足测量要求，且由于采用绝对压力法不需参考件，测量系统也就比较简单，相应造价也就可以降低。至于对于大泄漏量的情况，则推荐使用流量法进行测试。 [page]

4影响泄漏检测精度的因素

4.1检测容积的影响

对于一个特定的泄漏率值而言，若检测容积增大，则相应的压力降低的速度就降低，因而测量时间需要相应增加。在一些特定的条件下，若不设法减少测量容积，则可能无法达到测量需要的灵敏度。

4.2检测压力的影响

泄漏率对测试压力的依赖性，对不同的测量条件是不同的。一般而言，对于多孔性(如铸造气泡，裂缝)较高时，试验压力对泄漏率的影响较大，而对于多孔性较低时，影响较小。另外，随测试压力的增高，还会带来诸如温度影响，所需稳定时间加长等一系列问题。因此，建议对特定的工件可采用在一定压力范围内进行泄漏检测，然后，选择一个满足测试要求的较低的压力确定为最终的测试压力。

4.3温度的影响

对于一个处于密闭容器的气体而言，当温度升高时，其内部的压力随之升高。因而温度的变化不可避免地成为影响压力变化为测量对象的泄漏测试。一般估计这种影响的范围大致在温度每变化1℃引起的压力变化为0.36%的测量压力值。因而，随测试压力的提高，温度的影响会变得明显。

采用压差法测量时，当采用的参考件与测量工件具有相同的几何形状及内腔容积时，由充气本身引起温度变化效应可被测试系统自身消除。但当被测件温度与环境温度不一致时，采用压差法测量也无法消除这种温度的影响。对一个在生产线上应用的试漏机而言，其工序安排、在车间的安放位置等均是应该在影响测量结果的考虑因素之内。例如在发动机缸体、缸盖生产线上，常常把试漏工序安排在工件加热清洗之后，若清洗工序后没有足够的时间令工件冷却至室温，则不可避免地会对测量结果造成影响。

温度对测量结果的影响对不同的测量对象而言也是不同的。工件的几何形状、内腔容积、表面积的大小、工件的材料等都会成为影响温度效应的因素。工件表面积大，内腔容积小，材料的导热性好，温度的影响就较显著。在通常的测量条件下，由于测试时间较短，温度的影响不会十分显著。但若温度的影响不容忽略，则应采取相应措施，在其它的条件难以改变时，可考虑采用a)降低测试压力或者采用真空法测试，以降低温度的影响；b)采用带温度补偿功能的仪器。即对高温工件进行大量检测，记录ΔP、Δt值，作出ΔP－Δt曲线，根据曲线作出ΔPLeak(不合格限度)-Δt曲线，再将数值输入温度补偿程序。为使温度补偿准确可靠，这些工作必须在现场生产条件下进行。

4.4稳定时间对测量的作用

当充气时，压缩空气由受压状态进入一个密闭容器后，将引起一系列的热力学—动力学变化，即当一定体积的压缩空气迅速移至一密闭容器后，其压力会发生降低，若此时进行测量，则这种压力的变化会被视作一个由泄漏所引起的压力变化，影响测量结果的准确性。

这种“冲气效应”受充气压力、测试容积及测试件材料影响。当充气压力或测试容积增加时，这种充气引起的压力降低会随之变得明显。

解决这个问题的办法之一是在充气与测量之间增加一段稳定时间来消除这种影响。稳定时间需要多长要根据具体测量对象来确定。例如，对一个内腔容积为1000cc、充气压力为3bar的铸铁测试对象的测试表明，要完全消除这种效应，稳定时间大约需要30s。

在生产线上应用，稳定时间过长会影响生产线生产节拍，这时，可行的措施就是采用压差法测量。在压差测量系统中，由于参考件的引入，这种效应在测试件回路及参考件回路中同时产生，因而可以在很大程度上降低这种影响。参考件的选择可以采用：

1)与测试件完全相同的零件；
2)采用与测试件体积近似的工件，在测量过程中调整其容积大小，以达到一个满意的平衡效果。

应当指出的是，参考件的引入还不能达到测量要求时，只能通过增加稳定时间来达到目的。

4.5零件封堵方式对测量的影响

零件的封堵在测量过程中必须保证其位置不发生改变，通常的做法是在封堵位置的终端采用挡铁以保证钢件与钢件的接触。如图5所示。图5a和图5b的情况都保证了封堵后其位置不发生改变，封堵装置的运用是正确的，但图5c中封堵由于存在密封材料的弹性环节，因而这种形式是不合适的。举例来讲，对于一个测试容积为200cm3在1bar压力下测试，其封堵的面积为20cm2，若在测量过程中封堵位置发生0.01cm（0．1mm）的变化，则相应体积变化率为1/1000，相应地引起压力的变化为100Pa，这个数值已接近测量的不合格极限值。当然这是一个比较特殊的例子，一般情况下封堵面积与测试容积的比值都要小得多。但是，这确实是一个在封堵设计中不容忽视的问题。另外，零件的封堵不应置于温度强烈变化的场合。对于人工封堵情况，操作者应尽量减少与被测工件的接触，在一些特殊情况需要佩带隔热手套后进行操作。

图5零件封堵方式

5泄漏率的确定

采用沉水观察气泡进行泄漏检查，无泄漏的标准(即合格品的标准)通常定为肉眼观察不见气泡。但根据经验，一个沉水观察无气泡的工件，用试漏仪进行气试时是会检出存在一定的泄漏率值的。那么对于采用试漏仪进行气试的用户来讲，一个普遍关心的问题就是泄漏率值的确定，即不合格品的门槛值的问题。问题的实质在于气试时泄漏率值选择多少才能保证被测零件在正常使用条件下不发生液体泄漏。在较小的泄漏率范围，气体的泄漏率与液体的泄漏率之间的关系是无法估算的，在较大的泄漏率范围内气体与液体的泄漏率可近似地建立一种以粘度为系数的换算关系。

对一个特定零件来讲，要确定其泄漏率值可以采取以下办法。首先建立一个参考的泄漏率值，将测得的泄漏率值用在与之接近的工件上，进行该工件在正常使用条件下的检验，确定该泄漏率值是否合适，再进行修正，这是一个逐步完善的过程。另一个比较常用的办法就是参考类似产品的泄漏率值进行确定，也就是通常的经验法。

6结束语

随着试漏技术的不断发展，泄漏检测己越来越广泛地应用于各类生产线中，由于采用试漏仪的气试方法具有检测速度快，结果准确可靠，不污染工件等优点，因而使生产线中对产品的100%泄漏检测成为可能。这在对产品品质及相应环保要求愈来愈严格的今天显得更加重要。(end)