摘要：介紹了生產(chǎn)過(guò)程中常用的幾種泄漏檢測(cè)方法，對(duì)影響泄漏測(cè)試的一些因素，諸如測(cè)試容積、溫度、測(cè)試壓力、穩(wěn)定時(shí)間及封堵形式等進(jìn)行了討論。
關(guān)鍵詞：泄漏；檢測(cè)；試漏機(jī)
1概述
傳統(tǒng)的泄漏檢測(cè)方法是將待測(cè)物品充入水或其它介質(zhì)，通過(guò)觀察，測(cè)量在特定時(shí)間內(nèi)充入介質(zhì)的減少量（如通過(guò)檢測(cè)液面的降低等）來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這是一種直接的測(cè)量方式?；谶@種方法又派生出另一種方法，即將待測(cè)物品充入一定壓力的氣體介質(zhì)（通常為壓縮空氣），而后置水中觀察，以被測(cè)物品周?chē)欠癞a(chǎn)生氣泡作為是否泄漏的標(biāo)準(zhǔn)。
隨著技術(shù)的進(jìn)步及檢測(cè)方法的改善，所謂“不漏”或“無(wú)泄漏”只是一個(gè)數(shù)量上的概念，這一觀念，已被人們所接受。判別一個(gè)測(cè)量物品漏或者不漏需要一個(gè)更為準(zhǔn)確的、數(shù)量上的標(biāo)準(zhǔn)，特別是對(duì)一些需測(cè)量微小泄漏的場(chǎng)合。
泄漏檢查儀的出現(xiàn)為以上問(wèn)題提供了一個(gè)較好的解決辦法，它使得泄漏檢測(cè)過(guò)程更加便捷，測(cè)量結(jié)果也更為可靠。在采用泄漏檢查儀的基礎(chǔ)上，再輔以上、下料機(jī)構(gòu)、自動(dòng)密封裝置及電氣控制、液壓、氣動(dòng)系統(tǒng)等等即可組成一個(gè)可用于加工生產(chǎn)線上的泄漏檢查設(shè)備——試漏機(jī)。試漏檢查儀的出現(xiàn)使得零部件的泄漏在線檢測(cè)成為可能，采用這種裝置可滿足批量生產(chǎn)中對(duì)零部件泄漏情況檢測(cè)的要求，大幅提高產(chǎn)品的品質(zhì)質(zhì)量。
由于這種測(cè)量方法有別于傳統(tǒng)的測(cè)量方式，因而在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中常會(huì)遇到一些需要澄清問(wèn)題，這些問(wèn)題的產(chǎn)生，在絕大多數(shù)的情況下，是測(cè)試系統(tǒng)在當(dāng)時(shí)的測(cè)量條件下?tīng)顟B(tài)的反映。因此，對(duì)這些問(wèn)題的正確理解及處理將有助于該種測(cè)量方法更好地應(yīng)用于生產(chǎn)線上。
2常用的泄漏檢測(cè)方法
泄漏檢測(cè)方法較多，其測(cè)量原理及方式也不盡相同。一般來(lái)講，在批量生產(chǎn)條件下，以下幾種測(cè)量方法是常用的。
2.1壓力法測(cè)量
壓力法測(cè)量系統(tǒng)如圖1所示，由氣源、空氣過(guò)濾器、壓力表、充氣閥、壓力傳感器等部分組成。
圖1壓力法測(cè)量原理
測(cè)量過(guò)程如下：
充氣：充氣閥開(kāi)啟，向待測(cè)件內(nèi)充入規(guī)定壓力的氣體；
穩(wěn)定：充氣閥關(guān)閉，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后使得充入氣體達(dá)到一個(gè)測(cè)量所必須的穩(wěn)定狀態(tài)。壓力傳感器將穩(wěn)定階段結(jié)束（測(cè)量階段開(kāi)始）前的壓力值設(shè)定為一個(gè)測(cè)量的零點(diǎn)；
測(cè)量：在規(guī)定的測(cè)量時(shí)間內(nèi)，檢測(cè)系統(tǒng)檢出壓力的變化值δp，與設(shè)定的壓力變化極限值進(jìn)行比較，從而做出合格或不合格的判定；
排氣：測(cè)量結(jié)束后將測(cè)試件內(nèi)部氣體排入大氣中。
典型的測(cè)量壓力-時(shí)間之間關(guān)系如圖2所示。
圖2測(cè)量壓力-時(shí)間曲線
2.2壓差法測(cè)量
壓差法測(cè)量原理見(jiàn)圖3。壓差法測(cè)量過(guò)程與壓力法相似，與壓力法不同之處在于壓差法采用一個(gè)參考件加入測(cè)量系統(tǒng)中，用壓差傳感器記錄測(cè)量階段測(cè)量件與參考件之間的壓力變化值δp。
圖3壓差法測(cè)量原理圖
壓差法與壓力法類似，都是通過(guò)測(cè)量壓力變化值間接地測(cè)量泄漏率值。
2.3層流管（laminar orifice）的流量式檢測(cè)法
采用層流管的檢測(cè)系統(tǒng)有如圖4所示部分組成。測(cè)試時(shí)首先向待測(cè)工件及參考件充入規(guī)定壓力pt的試驗(yàn)氣體，達(dá)到設(shè)定壓力pt后，充氣閥關(guān)閉，進(jìn)入穩(wěn)定階段，穩(wěn)定階段結(jié)束后，待測(cè)工件及參考件之間的平衡閥關(guān)閉，若測(cè)試件處存在泄漏則有壓縮空氣經(jīng)層流管至被測(cè)工件。這種測(cè)量方法屬于直接對(duì)泄漏流量進(jìn)行檢測(cè)。
圖4層流管檢測(cè)系統(tǒng)圖
3泄漏檢測(cè)方法的選擇
先對(duì)壓力法與壓差法進(jìn)行比較。一般而言，對(duì)一個(gè)壓力傳感器來(lái)講，其所能達(dá)到的分辨率為1/5000；對(duì)于一個(gè)5bar的傳感器而言即為10pa，而對(duì)于一個(gè)0.5bar的傳感器而言，即為1pa。由于壓差式測(cè)量的傳感器只需測(cè)量系統(tǒng)壓力相對(duì)于測(cè)量壓力的改變值，因而傳感器的量程可大大縮小。再者，由于壓差法是將系統(tǒng)測(cè)量壓力作為測(cè)試零點(diǎn)，只是記錄壓力與系統(tǒng)壓力的偏移值，因而諸如零點(diǎn)飄移，溫度飄移的影響只與壓差傳感器的測(cè)量范圍有關(guān)，而與測(cè)試時(shí)的測(cè)量壓力無(wú)關(guān)。舉例來(lái)說(shuō)：1/1000的飄移量對(duì)測(cè)試壓力1bar系統(tǒng)而言，其值為100pa；相反采用壓差法測(cè)量1/1000的飄移對(duì)于2000pa量程的傳感器而言，其值為2pa。
由此可見(jiàn)，如果從測(cè)量精度上講，壓差法測(cè)量精度要高于壓力法。但在實(shí)際生產(chǎn)條件中，一般而言，壓力法的測(cè)量精度已能滿足測(cè)量要求，且由于采用壓力法不需參考件，測(cè)量系統(tǒng)也就比較簡(jiǎn)單，相應(yīng)造價(jià)也就可以降低。至于對(duì)于大泄漏量的情況，則推薦使用流量法進(jìn)行測(cè)試。
4影響泄漏檢測(cè)精度的因素
4.1檢測(cè)容積的影響
對(duì)于一個(gè)特定的泄漏率值而言，若檢測(cè)容積增大，則相應(yīng)的壓力降低的速度就降低，因而測(cè)量時(shí)間需要相應(yīng)增加。在一些特定的條件下，若不設(shè)法減少測(cè)量容積，則可能無(wú)法達(dá)到測(cè)量需要的靈敏度。
4.2檢測(cè)壓力的影響
泄漏率對(duì)測(cè)試壓力的依賴性，對(duì)不同的測(cè)量條件是不同的。一般而言，對(duì)于多孔性（如鑄造氣泡，裂縫）較高時(shí)，試驗(yàn)壓力對(duì)泄漏率的影響較大，而對(duì)于多孔性較低時(shí)，影響較小。另外，隨測(cè)試壓力的增高，還會(huì)帶來(lái)諸如溫度影響，所需穩(wěn)定時(shí)間加長(zhǎng)等一系列問(wèn)題。因此，建議對(duì)特定的工件可采用在一定壓力范圍內(nèi)進(jìn)行泄漏檢測(cè)，然后，選擇一個(gè)滿足測(cè)試要求的較低的壓力確定為zui終的測(cè)試壓力。
4.3溫度的影響
對(duì)于一個(gè)處于密閉容器的氣體而言，當(dāng)溫度升高時(shí)，其內(nèi)部的壓力隨之升高。因而溫度的變化不可避免地成為影響壓力變化為測(cè)量對(duì)象的泄漏測(cè)試。一般估計(jì)這種影響的范圍大致在溫度每變化1℃引起的壓力變化為0.36%的測(cè)量壓力值。因而，隨測(cè)試壓力的提高，溫度的影響會(huì)變得明顯。
采用壓差法測(cè)量時(shí)，當(dāng)采用的參考件與測(cè)量工件具有相同的幾何形狀及內(nèi)腔容積時(shí)，由充氣本身引起溫度變化效應(yīng)可被測(cè)試系統(tǒng)自身消除。但當(dāng)被測(cè)件溫度與環(huán)境溫度不一致時(shí)，采用壓差法測(cè)量也無(wú)法消除這種溫度的影響。對(duì)一個(gè)在生產(chǎn)線上應(yīng)用的試漏機(jī)而言，其工序安排、在車(chē)間的安放位置等均是應(yīng)該在影響測(cè)量結(jié)果的考慮因素之內(nèi)。例如在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋生產(chǎn)線上，常常把試漏工序安排在工件加熱清洗之后，若清洗工序后沒(méi)有足夠的時(shí)間令工件冷卻至室溫，則不可避免地會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成影響。
溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響對(duì)不同的測(cè)量對(duì)象而言也是不同的。工件的幾何形狀、內(nèi)腔容積、表面積的大小、工件的材料等都會(huì)成為影響溫度效應(yīng)的因素。工件表面積大，內(nèi)腔容積小，材料的導(dǎo)熱性好，溫度的影響就較顯著。在通常的測(cè)量條件下，由于測(cè)試時(shí)間較短，溫度的影響不會(huì)十分顯著。但若溫度的影響不容忽略，則應(yīng)采取相應(yīng)措施，在其它的條件難以改變時(shí)，可考慮采用a）降低測(cè)試壓力或者采用真空法測(cè)試，以降低溫度的影響；b）采用帶溫度補(bǔ)償功能的儀器。即對(duì)高溫工件進(jìn)行大量檢測(cè)，記錄δp、δt值，作出δp－δt曲線，根據(jù)曲線作出δpleak（不合格限度）-δt曲線，再將數(shù)值輸入溫度補(bǔ)償程序。為使溫度補(bǔ)償準(zhǔn)確可靠，這些工作必須在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)條件下進(jìn)行。
4.4穩(wěn)定時(shí)間對(duì)測(cè)量的作用
當(dāng)充氣時(shí)，壓縮空氣由受壓狀態(tài)進(jìn)入一個(gè)密閉容器后，將引起一系列的熱力學(xué)—動(dòng)力學(xué)變化，即當(dāng)一定體積的壓縮空氣迅速移至一密閉容器后，其壓力會(huì)發(fā)生降低，若此時(shí)進(jìn)行測(cè)量，則這種壓力的變化會(huì)被視作一個(gè)由泄漏所引起的壓力變化，影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
這種“沖氣效應(yīng)”受充氣壓力、測(cè)試容積及測(cè)試件材料影響。當(dāng)充氣壓力或測(cè)試容積增加時(shí)，這種充氣引起的壓力降低會(huì)隨之變得明顯。
解決這個(gè)問(wèn)題的辦法之一是在充氣與測(cè)量之間增加一段穩(wěn)定時(shí)間來(lái)消除這種影響。穩(wěn)定時(shí)間需要多長(zhǎng)要根據(jù)具體測(cè)量對(duì)象來(lái)確定。例如，對(duì)一個(gè)內(nèi)腔容積為1000cc、充氣壓力為3bar的鑄鐵測(cè)試對(duì)象的測(cè)試表明，要*消除這種效應(yīng)，穩(wěn)定時(shí)間大約需要30s。
在生產(chǎn)線上應(yīng)用，穩(wěn)定時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)影響生產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍，這時(shí)，可行的措施就是采用壓差法測(cè)量。在壓差測(cè)量系統(tǒng)中，由于參考件的引入，這種效應(yīng)在測(cè)試件回路及參考件回路中同時(shí)產(chǎn)生，因而可以在很大程度上降低這種影響。參考件的選擇可以采用：
1）與測(cè)試件*相同的零件；
2）采用與測(cè)試件體積近似的工件，在測(cè)量過(guò)程中調(diào)整其容積大小，以達(dá)到一個(gè)滿意的平衡效果。
應(yīng)當(dāng)指出的是，參考件的引入還不能達(dá)到測(cè)量要求時(shí)，只能通過(guò)增加穩(wěn)定時(shí)間來(lái)達(dá)到目的。
4.5零件封堵方式對(duì)測(cè)量的影響
零件的封堵在測(cè)量過(guò)程中必須保證其位置不發(fā)生改變，通常的做法是在封堵位置的終端采用擋鐵以保證鋼件與鋼件的接觸。如圖5所示。圖和圖5b的情況都保證了封堵后其位置不發(fā)生改變，封堵裝置的運(yùn)用是正確的，但圖5c中封堵由于存在密封材料的彈性環(huán)節(jié)，因而這種形式是不合適的。舉例來(lái)講，對(duì)于一個(gè)測(cè)試容積為200cm3在1bar壓力下測(cè)試，其封堵的面積為20cm2，若在測(cè)量過(guò)程中封堵位置發(fā)生0.01cm（0．1mm）的變化，則相應(yīng)體積變化率為1/1000，相應(yīng)地引起壓力的變化為100pa，這個(gè)數(shù)值已接近測(cè)量的不合格極限值。當(dāng)然這是一個(gè)比較特殊的例子，一般情況下封堵面積與測(cè)試容積的比值都要小得多。但是，這確實(shí)是一個(gè)在封堵設(shè)計(jì)中不容忽視的問(wèn)題。另外，零件的封堵不應(yīng)置于溫度強(qiáng)烈變化的場(chǎng)合。對(duì)于人工封堵情況，操作者應(yīng)盡量減少與被測(cè)工件的接觸，在一些特殊情況需要佩帶隔熱手套后進(jìn)行操作。
圖5零件封堵方式
5泄漏率的確定
采用沉水觀察氣泡進(jìn)行泄漏檢查，無(wú)泄漏的標(biāo)準(zhǔn)（即合格品的標(biāo)準(zhǔn)）通常定為肉眼觀察不見(jiàn)氣泡。但根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一個(gè)沉水觀察無(wú)氣泡的工件，用試漏儀進(jìn)行氣試時(shí)是會(huì)檢出存在一定的泄漏率值的。那么對(duì)于采用試漏儀進(jìn)行氣試的用戶來(lái)講，一個(gè)普遍關(guān)心的問(wèn)題就是泄漏率值的確定，即不合格品的門(mén)檻值的問(wèn)題。問(wèn)題的實(shí)質(zhì)在于氣試時(shí)泄漏率值選擇多少才能保證被測(cè)零件在正常使用條件下不發(fā)生液體泄漏。在較小的泄漏率范圍，氣體的泄漏率與液體的泄漏率之間的關(guān)系是無(wú)法估算的，在較大的泄漏率范圍內(nèi)氣體與液體的泄漏率可近似地建立一種以粘度為系數(shù)的換算關(guān)系。
對(duì)一個(gè)特定零件來(lái)講，要確定其泄漏率值可以采取以下辦法。首先建立一個(gè)參考的泄漏率值，將測(cè)得的泄漏率值用在與之接近的工件上，進(jìn)行該工件在正常使用條件下的檢驗(yàn)，確定該泄漏率值是否合適，再進(jìn)行修正，這是一個(gè)逐步完善的過(guò)程。另一個(gè)比較常用的辦法就是參考類似產(chǎn)品的泄漏率值進(jìn)行確定，也就是通常的經(jīng)驗(yàn)法。
6結(jié)束語(yǔ)
隨著試漏技術(shù)的不斷發(fā)展，泄漏檢測(cè)己越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于各類生產(chǎn)線中，由于采用試漏儀的氣試方法具有檢測(cè)速度快，結(jié)果準(zhǔn)確可靠，不污染工件等優(yōu)點(diǎn)，因而使生產(chǎn)線中對(duì)產(chǎn)品的泄漏檢測(cè)成為可能。這在對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)及相應(yīng)環(huán)保要求愈來(lái)愈嚴(yán)格的今天顯得更加重要。