气密试漏机质量控制研究[1]

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1、发动机气密性试漏机质量控制研究芮健 王峰 段双陆 庄晔（一汽解放汽车有限公司无锡柴油机厂质保部，江苏 无锡 214026）摘要: 气密性检测设备已普遍应用于发动机制造行业，是保证零部件质量的重要手段。我国气密性检测技术起步较晚，没有对气密性试漏机建立校准规范，对泄漏量检测缺乏可溯源的国家标准。本文以我厂零部件生产线上使用的气密性试漏机为研究对象，通过气密性试漏机结构原理的分析，确定了气密性试漏机校准项目，选购了压力校验仪和流量计，形成了气密性试漏机校准规程。解决了气密性试漏机无校准规范的问题，确保泄漏量量值准确。并且明确日常点检办法。关键词: 柴油机;气密性试漏机;校准;规范Quality c

2、ontrol Study of Engine Leakage Testing Machine for Air TightnessRUI Jian,WANG Feng,DUAN Shuanglu,ZHUANG YeAbstract:Air tightness detection equipment has been widely used in engine manufacturing industry,and it is an important means to ensure the quality of parts and components.Air tightness detectio

3、n technology in our country was started relatively late.Calibration specifications for air tightness leakage test werent established,and national standards for leakage detection were short of.Structure and principle of leakage tightness machine were analyzed based on leakage testing machine for air

4、tightness on production line,and calibration items of leakage testing machine for air tightness were chosen,also pressure gauges and flow meters were chosen,so calibration procedures of air tightness leakage testing were shaped finally,which solve the problem that there was no calibration specificat

5、ion for air tightness testing.It is also used to ensure the accuracy for measurement of leakage.Also definite the daily tally.Key words:diesel engine;leakage testing machine for air tightness;calibration;Speciation.引 言柴油发动机通过在发动机内部燃烧柴油来获得动能。参与发动机工作过程的内部介质有高温高压气体、冷却水、润滑机油等，这些介质之间如果发生交叉泄漏（哪怕是微小的渗漏）都将严

6、重影响发动机的可靠性。零件的“不允许泄漏”总是相对的，无法获得绝对不漏的零件，由于发动机工作状态的特殊性，其泄漏率必须控制在一个合适的范围内。由于在零件制造过程中不可能模拟出发动机的实际工作状态，因此零件的实际泄漏率往往采用替代的检测方法，一般用气密性检测方法。1气密性检测设备已普遍应用于发动机制造行业，逐渐替代传统的沉水试验检漏，是保证零部件质量的重要手段。气密性检测设备作为生产和检测一体的检试设备，需要定期进行校准，但我国气密性检测技术起步较晚，没有对气密性试漏机建立校准规范，对泄漏量检测缺乏可溯源的国家标准。本厂生产大功率柴油发动机，在气缸体、气缸盖机加工生产线上配置了气密性试漏机，工艺

7、上是在规定条件下通过大量试验得出经验数据作为控制限，但气密性试漏机工作状态与温度、容腔体积、气压、时间等密切相关，任何一个因素波动都影响最终的检测数据，因此难以有恒定的泄漏量作为标准。本文以气缸体、气缸盖机加工生产线上的气密性试漏机作为研究对象，通过对气密性试漏机结构原理的分析，确定了气密性试漏机校准项目，形成了气密性试漏机校准规程。解决了气密性试漏机无校准规范的问题，确保泄漏量量值准确。1 结构原理分析气密性试漏机工作原理是检测密闭容腔内的压力变化量，再转换为每分钟气体泄漏量来判断密闭容腔是否有泄漏。实现方式可分为压力降法和差压法两种。工作过程分为预充气、充气、平衡、测量、排气五个阶段。1.

8、1压力降法零件的密闭容腔如果有泄漏，必然造成容腔内气体的流失，使容腔内原有的气压降低。压力降法就是通过测量零件密闭容腔在经过一定时间后内腔压力下降量来得出泄漏值。工作过程如图1：图1：压力降法预充气、充气阶段打开充气阀，关闭排气阀，气源启动对试件内腔以一定气压充气，压力传感器检测充气压力，设定持续时间。所有阀门关闭，进入平衡阶段，设定保压时间。进入测量阶段，压力传感器（MPS20）检测保压起止的压力值，由内部电路转化为泄漏量输出。完成测量打开排气阀，排空空气，检测过程完毕。1.2差压法在测试系统中并联一个与被测零件密闭容腔相同的参考件，充气到相同压力后断开气源，差压法就是通过测量被测零件相对于

9、参考件，在一定时间后两者密闭容腔内的压力差得出泄漏值。工作过程如图2。预充气、充气阶段打开连接工件和参考件的隔离阀，关闭排气阀，气源启动对工件和参考件以一定压力充气，压力传感器检测充气压力，持续设定时间。切断充气源，隔离阀保持打开，进入平衡阶段，保压设定时间。进入测量阶段，关闭连接工件、参考件隔离阀，差压传感器（MPS25）检测工件与参考件两独立密闭容腔的压力差变化，得出泄漏值。完成测量打开排气阀，排空空气，检测过程完毕。图2：差压法2 校准方案确定通过对气密性试漏机工作原理的分析，明确气密性试漏机校准的项目。首先泄漏量是通过测量压力差来获得，因而对泄漏仪的压力检测准确度应先予校准。其次，由于

10、最终直接显示和判断的是气体泄漏量cm3/min，除了压力数据准确性的影响外，气体流量还受被测零件容腔、周围环境温度、封堵密封性能等的影响，故需要对泄漏流量准确性进行校准。2.1压力检测准确性的校准方案根据泄漏检测仪压力通道的接口，设计合适的密封良好的转接头，接上具有高准确度的标准压力源，向检测仪输入标准压力，与检测仪显示的压力差值进行比对来评判检测仪压力检测的准确性。 2.2泄漏流量准确性的校准方案利用试漏机在充气阶段的气源，在泄漏仪内模拟一个恒定流速的泄漏量，用标准流量计测出模拟标准流量，与泄漏仪的测试结果相比对来评定泄漏量的准确性。标准泄漏流量串接于试漏机的检测密闭容腔内，且不能改变容腔体

11、积大小，标准流量叠加于零件泄漏量上。由于试漏机封堵口根据不同的零件结构来设计的，为使泄漏仪检测到的是标准泄漏流量，就需要有零泄漏的标准样件。但零泄漏的标准样件实际上是不存在的，因此标准泄漏量只能采用增量检测，即在原泄漏基础上添加一标准增量，看仪器是否产生同样增量。3 校准用测量设备的选择3.1测量设备计量要求分析 校准方案中主要涉及到的测量设备是压力标准器和标准流量计。根据工艺参数要求及气密性试漏机特性，利用测量误差等方法进行计量要求分析，确定测量设备的精度等级。压力降法的泄漏仪工作压力为500kPa,其示值最大允许误差不得超过工作压力的0.5%。差压法泄漏仪测量范围为（-1kPa+1kPa）

12、，其最大允许误差不得超过测量上限值（1kPa)的1%。工厂企业标准规定的工艺允许泄漏量不超过10 cm3/min，因此泄漏量的最大允许误差按工艺允许泄漏量（VL）给出，不超过VL的10%。根据被校准仪表的计量要求，推导校准所需标准器的精度等级。 3.2压力标准器的选择压力标准器须满足压力降法及压差法两种工作方式，并具有可扩展性，经过与多家供应商就设备的性能、价格、技术支持、溯源等方面的技术交流，最终确定采用DRUCK制造的DPI610P数字式压力校验仪，仪器测量范围为01MPa，分辨力0.1kPa，最大允许误差为0.05%FS，可满足压力降法泄漏仪工作压力的校准。配外接差压传感器后测量范围为（

13、1000Pa）,分辨力为0.1Pa，测量最大允许误差0.05%FS，满足差压法泄漏仪差压传感器的校准。 3.3标准流量计的选择本厂现生产使用的气密性试漏机基本都采用了佛罗里西的数字式泄漏检测仪，考虑到匹配性和工厂的工艺允许泄漏量（10 cm3/min），确定采用佛罗里西生产的LK20流量计，测量范围：（020） cm3/min，分辨力：0.01 cm3/min，最大示值相对允许误差 ：1%。 4 校准规程制定4.1对压力检测准确度的校准4.1.1 MPS20型是压力降法测漏仪 该仪器是测相对压力降的仪器，预充气、充气、平衡、测量阶段内检测压力均使用同一个表压传感器，故只需利用仪器程序运行中的暂

14、停功能在某个阶段暂停，输入标准压力（标准压力是由DPI610标准器输出的标准压力，按泄漏仪检测工件时工作压力500kPa给出。） 即可进行对比。预充气、充气阶段各阀门均打开以确保工件容腔内充足气，这两个阶段容腔是敞开的，无法施压。平衡阶段各阀门关闭，仪器气路与工件容腔形成一个密闭空间，这时通过面板模拟泄漏口即可接入压力源，但这需要在接入工件的条件下才能实施，且工件本身有泄漏，难以实现稳定的压力。经研究发现仪器有一个检查本身气路是否密封的自检功能程序，该程序运行时会关闭串在接工件气路内的自检阀，构成密闭空间，然后测量保压一定时间后的压力降来自检是否有泄漏。所以，可进入自检程序，在平衡保压阶段暂停

15、后经模拟口输入压力源，可实现校准。4.1.2 MPS25型是差压法测漏仪该仪器是测差压变化量的仪器，充气、平衡阶段用的是表压传感器，测量阶段用的是差压传感器测量工件相对于参考件的差压变量来计算出泄漏量。经研究，可利用差压传感器接大气，另一端形成密闭空间后接压力源，输入表压即可转换为差压读数。可制作堵头将接工件口封堵，模拟口接标准压力源，接参考件端口接入敞开栓与大气相通。只有在测量阶段差压传感器两端相互隔离，因此差压传感器在测量阶段暂停，通过调节压力源压力，可实现比对校准。4.1.3校准点选择。为了查看压力传感器整个量程内的性能，校准点在量程范围内均匀选取。由于差压传感器是微压精密仪器，因此为了

16、保护传感器，差压最高校准点应不高于最高量程的80%。4.2对泄漏量准确性的校准首先选择相对泄漏量小的工件作标准件。考虑到泄漏量受温度、容腔、压力等干扰，波动较大，在校准时采用多次测量平均值来削弱干扰。其次，通过对其重复性检测来衡量整个系统的可靠性，确定气密性试漏机入厂验收标准为50次重复系数不小于7。（重复系数为VL/S(VL工艺允许泄漏量，S为50次的标准差)，目前大功率柴油机行业和泄漏机厂家推荐值为7。）4.3校准不确定度分析及完善2任何测量均存在不确定度，不确定度是用来评价及修改测量过程的有效工具，根据测量设备特性评定标准，在评定测量设备符合性时应考虑测量不确定度的影响，因此必须预先掌握

17、校准过程所得结果的测量不确定度。我们选择一台气密性试漏机进行全面分析校准过程。包括标准器、被测对象、环境条件等因素的影响，通过试验和查询相关资料确定A、B类不确定度分量大小。通过评定与分析逐步修改重复次数、减小不确定度。经评定，校准的测量不确定度分别为:4.3.1泄漏仪压力示值误差测量不确定度评定数学模型式中：泄漏仪示值误差，单位kPa；泄漏仪的示值，单位kPa； 压力标定仪的示值，单位kPa。合成标准不确定度 其中扩展不确定度的评定U取，则扩展不确定度U=20.372=0.744kPa,输入标准压力为500kPa的相对扩展不确定度=U/500=0.15%。 4.3.2泄漏仪差压示值误差测量不

18、确定度评定数学模型式中：从小泄漏仪示值误差，Pa；泄漏仪的示值，Pa； 压力标定仪的示值，Pa。合成标准不确定度 其中扩展不确定度的评定U取，则扩展不确定度U=21.646=3.292 Pa3.3 Pa ,泄漏仪差压传感器的最大测量范围(1000Pa)的相对扩展不确定度=U/1000=0.33%。4.3.3泄漏仪泄漏量示值误差测量不确定度评定数学模型式中：泄漏仪泄漏量示值误差，cm3/min；未接入模拟泄漏前泄漏仪泄漏量示值，cm3/min；接入模拟泄漏后泄漏仪泄漏量示值，cm3/min；泄漏标定仪的示值，cm3/min。合成标准不确定度其中扩展不确定度的评定U取，则扩展不确定度U=20.21

19、74=0.4348 cm3/min0.44 cm3/min,工艺允许泄漏量10 cm3/min的相对扩展不确定度=U/10=4.4%。4.3.4 MCP值分别为：3.3；3；2.3。根据厂家推荐的泄漏仪最大允许误差计算测量能力指数MCP（MCP=/U，其中为被校仪器的最大允许误差，U为校准过程的扩展不确定度），评判校准能力是否满足校准要求（MCP2时，能力能够满足仪器校准的要求）。泄漏仪的压力降传感器示值引用误差不得超过工作压力(为500kPa)的0.5%,测量能力MCP=0.5%/0.15%=3.3。差压传感器示值引用误差不得超过量程(-1kPa+1kPa)的1%, 测量能力MCP=1%/0

20、.33%=3。泄漏量的示值误差不得超过允许泄漏量（工艺泄漏量极限，单位cm3/min）的10%，测量能力MCP=10%/4.4%=2.3。经评定，标准器的校准能力能够满足泄漏仪校准的要求。重复性试验耗时长，如做进厂验收的50次重复性显然不能适应生产节奏，我们通过试验只做10次重复性试验同样能反映出设备的重复性能，达到验收标准要求。4.4编制校准规程根据上述工作编制了气密性试漏机校准规范，规定了校准原则及方法。另外按照MPS20、MPS25的不同特点，分别编制操作指导书，以更好地指导今后的校准工作。5 验证按照校准规范，技术人员共校准6DL气缸体和气缸盖试漏机3台、6DM缸体试漏机1台。同时对其

21、中的泄漏量超差的试漏机调整了容积系数，使之能合格运行，确保了现场试漏机在示值准确度和重复性上满足工艺质量要求。6 日常点检上述的校准主要用于试漏机周期质量控制，为了进一步提高试漏机的可靠性，我们通过厂商定制10CC的漏口，每班进行一次样件的核查，首先用样件进行检查，再插入漏口，如果数据不在允许的范围内，则对整个系统进行排查修复。7 与同行的对比 在与同行的交流中，该项目的技术实施得到了普遍的认可，有的单位原先点检仅为采用样件进行比对，发现存在大的漂移，采用漏口后能够有效满足质量控制。参 考 文 献1田广奎，发动机气密性检测技术与温度补偿。北京：机械工业出版社，20122 JJF1059-1999,测量不确定度评定与表示S 。第 11 页 共 11 页