泄漏测试技术

1、泄,漏,测,试,技,术,讲,座,德,国,佛,罗,里,西,有,限,公,司,Copyright, 2001 ?,JWFroehlich Maschinenfabrik GmbH,内容,?,?,?,?,?,?,?,第,1,章,:,第,2,章,:,第,3,章,:,第,4,章,:,第,5,章,:,第,6,章,:,第,7,章,:,泄漏测试基础,以干燥空气为介质的泄漏测试原理,典型影响因素,设备制造准则,检查与维护,测试能力考核,JWFroehlich,试漏仪简介,2,学习目的,:,?,?,?,?,?,理解泄漏测试的基本概念和意义,了解测量原理并对测量结果进行正确判别和分类,了解哪些因素会对测量结果产生不良

2、影响，以及如何避免,.,正确检查设备,认识如何维护、保养试漏仪,/,机,3,第,1,章,:,泄漏测试基础,4,概,念,?,密封性,:,?,介质,:,?,测试参数,:,允许泄漏率,工作介质，测试介质,测试压力，测量时间，测试容积,5,密封性,密封性用于描述适当的密封程度,:,?,如下图所示，,必须保证被测腔的四壁足以将其中的介质,与另一种介质或外界分隔开,.,被测腔,壁,工作介质,1,如：,水,工作介质,2,如：油,可能存,在的泄,漏点,6,典型工件的密封性测试举例,:,内燃机曲轴箱,从密封性的角度来看，通常有三处应进行测试,:,1.),水腔,:,冷却水在其中循环,2.),压力油道,:,其中有比

3、如供给曲轴的润滑油,.,3.),无压油腔,:,接收回流到油底壳的润滑油,.,例如,:,压力油道,应与下列领域分隔开,:,?,?,?,外部环境,:,密封性要求高,冷却水循环,:,密封性要求高,无压油腔,:,密封性要求较低,7,其它不同的密封性测试应用举例,:,?,葡萄酒瓶,:,要求其中的葡萄酒及其它物质几乎经年不漏,.,密封性要求高,?,汽车轮胎,:,要求半年内几乎不漏,密封性要求高,?,内燃机阀座,:,由于此处阀和阀座之间是金属密封,因此对密封性的要求较低,.,8,允,许,泄,漏,率,?,是密封性要求的公差和中心值，在此基础上进行检测,.,?,定义,:,单位时间内介质损失的多少,在此范围内可使

4、被测件的功能在其额,定使用寿命内得到保障,.,由于原始工作介质的损失,比如水腔中水的损失,多数情况下无,法直接测得,因此多数将其对应的公差值直接作为测试介质公差值,.,9,介,质,?,充入测量腔内的物质,?,分为,:,工作介质,:,实际工作过程中被测腔内充入的介质，,比如：水腔中的水，油腔中的油，等等,.,测试介质,:,在密封性测试过程中采用的介质，,比如：压缩空气，氦气等,.,10,测试参数,-,测试时间,?,可供利用的测试时间长度,:,对测试结果的可信度有很大影响,?,测试时间长,?,充入被测腔内的空气稳定的更好,?,重复精度高,测试结果更好,.,?,更好地消除工件内部结构特点产生的影响,

5、(,比如结构复杂，不易操作的被测腔,),测试结果的分散,测试时间长,测试时间短,泄漏率,?,允许泄漏率,11,测试参数,-,测试压力,?,?,?,测试压力是指测量阶段工件内的压力值,.,该压力值应尽可能参照实际工作压力,该压力值的设定应视工件的工艺参数而定,而不能随意选择,.,腔内的压缩空气以相应的力向工件施压，从而决定,了某一特定孔径下的泄漏气流的大小,被测腔,泄漏气流,12,测试参数,-,测试容积,?,测试容积是整个测试系统各部分容积的总和,.,它包括,:,被测工件的内部容积,封堵元件内连接管路的容积,从试漏仪到封堵夹具之间的管路容积,试漏仪内部容积,测试容积不只是被测工件的容积,如果被测

6、工件的容积很小（如：对,杯堵或球堵的泄漏测试）,所有上述容积都会直接影响测试结果,.,此,时测试容积大部分为被测部位以外的容积，因此清楚地认识这一点对,泄漏测试很重要,.,?,13,密封性测试的方法,?,直接法,:,举例,:,发动机热试,充入液体介质目测,?,间接法,:,举例,:,水下目测气泡,用压缩空气进行自动测试,14,直接法,:,优缺点,例如,:,内燃机热测试,+,+,-,-,-,目测介质损失,(,?工人查找水迹,“),接近实际工作状态,(,温度，机械负载,),直接观测介质损失,.,主观判断密封与否,许多情况下无法观察到,(,比如：水腔和油腔之间的内漏,),只能在生产线的最后阶段进行测试

7、,.,如果工件不密封，必须经过很多步骤进行维修,.,15,间,接,法,优,缺,点,工作介质的损失通过参考介质体现,.,例如,:,通过压缩空气进行泄漏测试,对被测腔以一定压力充气，然后检测空气损失,.,+,可执行性好,+,更易辨别不密封性,因为空气黏度小于大多数工作介质,.,+,不损伤污染工件,:,工件保持干燥,.,+,客观评判,:,始终按同一公差标准进行检测,.,+,可在生产过程中任何时间进行检测,(,废件不会被继续加工,),+,测试过程易于实现自动化,+,可检测到被测腔任何部位存在的泄漏,-,测试工况与实际工况不同,(,温度，机械负载,),-,干扰,:,温度和压力波动将直接影响测试,.,16

8、,第,2,章,:,以干燥空气为介质的泄漏测试原理,有下列不同型号的试漏仪,?,MPS20/40/200/400:,相对压力法试漏仪,?,MPS25/45/250/450:,差压法试漏仪,?,MFL40/400:,质量流量法试漏仪，用于小到中漏,?,MFL60/460:,质量流量法试漏仪，用于大漏,?,MPS40:,用于通道畅通性检查,17,MPS20/40/200/400,相对压力法试漏仪,压缩气源,调压器,充气阀,Y1,压力传感器,待测腔,泄漏,泄漏导致的压力降,充气,压力,特点,:,结构简单，自身容积最小,测量范围大,经济实用,缺点：,分辨率随测试压力的升高和测试,容积的增大而降低,应用范

9、围,:,在满足节拍要求，能够获得足够,大压力降的情况下，可应用于所,有领域,.,应用举例,:,测量,压力,预充气,充气,稳定,测量,缸体,/,缸盖,:,水腔,油道,医疗器械,:,导液管,离心分离器,等等,.,18,MPS25/45/250/450,差压法试漏仪,差压变送器,调压器,隔离阀,LY1,和,HY1,DP,压力传感器,被测腔,泄漏,泄漏导致的压力降,充气,压力,压缩气源,特点,:,?,?,?,高测试压力,(,可达,80 bar),高分辨率，且不取决于测试压力,(,可在高压下检测微小泄漏,),对于状态不稳定的工件，可采用标准,件参考,量程较小，不适用于泄漏较大的工件,缺点：,?,应用范围

10、,:,?,?,预充气,充气,平衡,测量,高测试压力，高分辨率要求,较大容积工件,离合器壳体,压缩机零件,19,测量,压力,应用举例,:,?,MFL40/400,质量流量法,压缩气源,调压器,充气阀,Y1,VEX,压力传感器,旁路阀,Y2,特点,:,显著缩短测试时间,直接测量标准状态下的流量,scc/min,流量,应用范围,:,大容积工件,要求较短的测试时,间,.,传感器阀,Y3,待测腔,泄漏,应用举例,:,质量流量,充气,压力,测量,压力,发动机整机,变速器壳体,储气缸,工件,充气,充气,测量,排气,20,MFL40/400,内漏测试的测试顺序,=,测试油腔和水腔之间的泄漏,FS,FS,油腔,

11、油腔,VEX,水腔,(,无压,),油腔,水腔,VEX,充气,工件充气,测量,排气,VEX,充气,内漏测量,工件充气,测量,排气,21,MFL60/460,质量流量法试漏仪,压缩气源,调压器,旁路阀,Y2,流量,传感器阀,Y3,压力传感器,被测腔,泄漏,特点,:,?,测试时间短,?,直接测量标准状态下的流量,scc/min,?,量程大,应用范围,:,?,大泄漏工件,(,测量范围可达,200 l/min).,应用举例,:,?,缸盖,:,气门,?,节流阀,质量流量,测量,压力,充气,测量,22,MPS40,压力法通道测试,压缩气源,调压器,特点,:,节流阀,压力传感器,测试通道孔径或是否存在和畅通,

12、应用范围,:,所有含铸造或钻的通道的工件,.,应用举例,:,自动变速器通道孔,发动机润滑孔,阀通路,通道孔,连接阀,Y1,孔太小,孔太大,测量,压力,测量,排气,23,空气泄漏测试的局限性,:,分辨率,与任何其它方法一样，空气泄漏测试的分辨率也有其极限,.,针对不同的允许,泄漏率应采用不同的测试方法,.,方法,水下目测,压力降法,流量法,人工气体探测,自动真空测试气体,范围（单位：,ccm/min,）,10,-3,bis 100,10,-1,bis 100,0,5 bis 200 000,10,-3,bis 10,-4,10,-5,bis 10,-7,0,01 ccm/min,左右的泄漏率相当

13、于每,3,秒出现一个直径,1 mm,的气泡,24,空气泄漏测试的局限性,:,气体密封性,大多数情况下，需要对液体介质（水、油等）进行泄漏测试，但有,时也需要进行气体的密封性测试,.,比如,:,轮毂,煤气喷灯,烟筒,原则上对这些工件不能用空气进行泄漏测试,. (,粘滞度差别太小,),如果立法者或使用者允许一定的泄漏公差,也可用空气进行泄漏测试,比如,:,对于煤气喷灯，如果允许泄漏率为,0,08 -,0,12 ccm/min,，则可,用空气进行泄漏测试,.,25,不同试件的泄漏测试要求,举例,a.),发动机制造,:,各部位泄漏测试,测试压力,bar,允许泄漏率,Norm cm,3,/min,缸体,

14、/,缸盖,灰铸铁,:,铸铝,:,进气管,水泵,燃油系统,水套,1.0 -,1.5,10 -,12,压力油道,2.0 -,3.0,5 -,6,水套,1.0 -,1.5,4 -,5,压力油道,2.0 -,3.0,3 -,4,吸气室,1.0 -,1.5,30 -,50,水套,1.0 -,1.5,4 -,5,1.0 -,1.5,6 -,10,4.0 -,5.0,0.5 -,2,26,b.),发动机制造,:,短发和长发泄漏测试,测试压力,冷却水系,:,润滑油系,:,燃油系,允许泄漏率,bar Norm cm,3,/min,0.5 -,1.5,4 -,50,0.1 -,0.3,20 -,200,2.0 -

15、,5.0,0.5 -,100,27,c.),变速器,:,测试压力,壳体外部,:,壳体内部,:,总成,:,bar,0.5 -,1.0,0.5 -,1.0,0.1 -,0.3,允许泄漏率,Norm cm,3,/min,3 -,50,50 -,150,5 -,25,28,第,3,章,:,典型影响因素,?,温度,容积稳定性,湿度,?,?,?,?,夹具密封不严,被测腔,/,件的可操作性差,29,影响因素,:,温度,测量期间温度变化导致被测腔内压力变化,?,温度变化可对测量结果产生不同的影响,.,通常，温度变化会加剧泄漏。,也就是说，测量值高于实际值。,原因在于,通过被测腔的表面会很快将工件热量传递给测试

16、空气。,?,工件温度,测试空气温度,测量阶段,30,影响因素,:,温度,原因,:,?,?,被测件在进行泄漏检测前清洗过,被测件由于被加工而升温,. (,比如：焊接,),?,被测件由于运行而升温,. (,如：发动机运转,),31,温度补偿,:,?,压力降式泄漏检测仪,:,根据温度差,（工件温度,环境温度）移动阈值来实现补偿,AP2,（压力降废品点,2,）设为正值,不对,AP2,进行单独评估,压力降,无温度影响时，,合格,-,不合格件间,隔,阈值曲线,:,平行于合格曲线,测得的压力降接,近曲线,(,合格曲线,),温度差,32,温度补偿,:,质量流量式泄漏检测仪,:,通过扣除受温度影响的流量值来补偿

17、，显示器上只显示补偿后的流量值,.,泄漏率,实测流量值接近,曲线,(,合格曲线,),流量零点,应从当前实测流,量值扣除的值,温度差,(DT),实测温度,差,33,举例,:,缸盖水套泄漏测试,夹具未进行热隔离（绿色）或未完全热隔离（红色和黑色）的测试结果分布,25,23,21,19,17,15,13,u11,fk,k,u8,i8,i11,i11,11,9,7,5,3,1,1,3,5,7,9,11,13,15,5,4,3,2,1,0,1,2,3,4,5,6,7,dt,8,i11,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,?,dtk,?,dt

18、8,?,dt,k,i8,i11,k11,34,影响因素,:,容积稳定性,测量期间容积的变化导致被测腔内压力的变化,其影响的方式和程度无法预测,.,取决于在有关测试阶段，其被测容积是否增大或缩小,.,35,影响因素,:,容积稳定性,原因,:,?,?,机床震动使得封堵板的位置改变,封堵力不稳定,?,?,封堵橡胶较软且无限位机构，在测量阶段被挤入被测腔。,被测件容积不稳定,(,如：燃料箱,),36,影响因素,:,湿度,影响,:,通常会补偿泄漏,.,也就是说，泄漏率变小甚至成为负值。,这一点很关键，因为它会将一个不合格件判为合格件,.,因此我们要求被,测工件保持干燥,.,37,影响因素,:,湿度,原因

19、,:,?,?,?,工件在清洗机出口未完全吹干,.,被测腔内残余加工液,很冷的工件进入较热的环境,(,冷凝水,),工件在生产过程中被注入液体,.,(,例如,:,从冷测试台下来的维修后的发动机，其油腔内仍有润滑油,.,?,38,影响因素,:,测量气路不密封,测量气路包括,:,试漏仪内部的测量气路,从试漏仪到封堵夹具的气路,封堵夹具本身,结果,:,出现太多的不合格件，而且这些不合格件无法通过比如水下目测得到,确认,.,39,影响因素,:,测量气路不密封,可能的原因举例,:,?,封堵橡胶老化,?,封堵夹具未正确封堵,(,机械移位,),?,?,?,封堵受到污染,管路或接头不密封,试漏仪内部有泄漏,40,

20、影响因素,:,测量气路不密封,确定气路的密封与否，可通过启动仪器自检很快加以判断,.,通过自检可将泄漏限定在某一范围，然后再对这一段气路作细致的检,查,.,41,影响因素,:,工件被测腔可操作性差,影响,:,压缩空气在被测腔内的稳定过程因工件的状况不同而不同,这可能导致,测量结果与实际值的显著偏差,.,这种情况的典型例子是发动机整机泄漏测试,:,其油腔内存在多处不易操作,.,比如,:,在工作冲程，通常只能通过活塞环对汽缸充气,.,42,影响因素,:,工件被测腔可操作性差,原因,:,?,?,工件内腔存在一些部位，无法直接与测试空气接口相连,.,工件的进气管路设计不合理,.,进气孔在封堵时被堵死,

21、.,?,到被测腔某部分的进气路有开,/,关功能,:,发动机整机的机油滤清器部,分只能通过止回阀充气,.,43,影响因素,:,工件被测腔可操作性差,措施,:,?,如果这一不足存在于工件内部且不能通过附加的充气口改善，则从,测试技术的角度看是无法提高的。在工艺上应将测量值的摆动考虑为,过程不确定度,.,?,如果从外部可加充气口，但还没有或没有正确连接，那么应由机床,制造商采取响应措施,.,44,第,4,章,:,设备制造准则,?,?,?,?,密封性,机械去耦,容积稳定性,隔离温度影响,?,?,进气可操作性,其它,45,密封性,1.,封堵单元必须能提供足够的密封度,.,并保证长期的密封稳定性,.,封堵

22、压力要足够高,.,不密封性公差取决于要求的允许泄漏率,.,因为在夹具中有许多封堵单元，,对于每个封堵单元来说，允许的不密封公差就更小,.,总体来说，所有封堵,单元的不密封度不应超过允许泄漏率的,1%.,注意封堵部位是否完全盖住,.,2.,3.,46,机械去耦,多个测试腔之间的耦合,:,如果有,2,个被测腔通过同一个封堵板封堵,由于测试时间不同会产生不利,影响,.,原因,:,一个测试完成后,该被测腔将被排气,.,相应的封堵力就会落在封堵头上，这可能会造成另一个被测,腔容积的变化,.,措施,:,封堵力要足够大，封堵板应该尽量以机械方式,与工件接触,.,举例,:,缸盖水套和无压油腔泄漏测试,.,水套

23、进行得较快，并会在油腔测试完成前排气,.,封堵力落在封堵橡胶上后，会减小油腔的容积,.,47,机械去耦,机床震动,:,通过床身传递的机械震动使封堵头的位置改变，造成被测腔容积和压力,的变化,.,原因,:,措施,:,封堵头较软且无限位，因此其形状以脉动方式改变,.,封堵头尽量以机械方式与工件接触,.,这对于大封堵板来说较,难实现，因此对每个封堵位置都采用单独的封堵头更好,举例,:,夹持器行进,气,/,油缸前进,/,后退,48,容积稳定性,测试期间测试容积存在可测得的变化,:,原因,:,工件受到封堵头的压力，产生容积变化，或者封堵橡胶变形挤入,测试回路,.,措施,:,封堵力适当,.,封堵橡胶体积不

24、应太大,橡胶硬度不应太低,举例,:,燃油系统及其零部件需要用较高的封堵力,.,封堵后橡胶会继续向被测腔内膨胀,.,49,隔离温度影响,封堵夹具的构造与温度影响的大小有关,:,原因,:,封堵板及工件支座与工件接触,.,如果工件和夹具之间存在温差,就,会间接被测腔内的测试空气产生影响，从而影响测试结果,.,措施,:,对工件和夹具的所有部件进行热隔离，避免直接接触,.,举例,:,热的工件进入冷的夹具，或者相反,.,50,进气的通畅性,影响泄漏测试平衡阶段的稳定效果,:,原因,:,如果测试空气进入被测腔的某一部分太慢,会导致一个模拟泄漏的,效果，从而无法保证测试的重复精度,.,措施,:,采用多个管径足

25、够的充气口,.,同时注意测试容积的大小,.,举例,:,发动机总成应当通过油尺入口充气,.,51,其它,气动控制的膨胀单元,:,膨胀橡胶不密封导致测试回路内压力升高,因为控制气体会进入被测腔,.,注意,:,补偿泄漏,固定封堵板,:,如果测试回路中有螺钉,应该采用空心的螺钉,.,否则可能会存在通过螺纹到螺,钉后面盲孔的渗漏,.,用户应该指明这一点,.,水下目测或维修工位,:,必须注意与线上的夹具封堵状态一致,:,封堵状态不同可能会产生较大的问题,.,52,第,9,章：各种泄漏测试方法的参数设置,?,?,压力降法,质量流量法,53,各种泄漏测试方法的参数设置,:,压力降法,压力降法泄漏测试,前提,:

26、,选择内部编程状态并调出参数设置菜单,选择测试程序号，并对该程序设定初始参数,确定被测腔的密封性，检查允许公差,将预定的总的测试时间分配到各测试阶段,用密封的标准样件测试,模拟允许泄漏率进行测试,1,54,1,设定其它测试参数,检查上述设置的重复性,完成参数设置,55,各种泄漏测试方法的参数设置,: MFL40,MFL40,Lecktest,前提,:,选择内部编程状态并调出参数设置菜单,选择测试程序号，并对该程序设定初始参数,确定被测腔的密封性，检查允许公差,确定,VEX,的充气压力,将预定的总的测试时间分配到各测试阶段,1,56,1,用密封的标准样件测试,模拟允许泄漏率进行测试,确定流量修正

27、值和测试容积系数,检查上述设置的重复性,设定其它测试参数,完成参数设置,57,第,5,章,:,检查和维护,?,?,?,用标准样件测量,用,LK20,泄漏标定仪模拟泄漏,泄漏定位,58,用,标,准,件,测,量,?,意义和目的,:,检查泄漏测试设备所有部件功能,.,?,泄漏测试设备是一个复杂系统,.,它由许多部件组成,每个部件都可,能出现问题,.,?,被测腔,:,工件，其密封性未知,.,?,密封橡胶,:,必须对其定期检查，因为橡胶会磨损和老化,.,?,进气管路,:,从试漏仪到封堵夹具的管路可能损坏,.,?,试漏仪内部气动系统,:,可能出现故障,.,59,用,标,准,件,测,量,?,借助标准件和仪器

28、自检可将大部分设备不密封问题,限制在封堵夹具和进气管路范围内,.,?,什么是标准件,?,?,与原始工件吻合且其泄漏率小于限值的,.,?,如何产生标准件,?,?,选择一个尽可能密封的工件,也许要被浸渍,.,它应该,通过喷涂颜料或做标记与其它生产的工件区别开,.,?,需要多少个标准件,?,?,存在多少不同的测试程序，就需要多少个标准件,比如有,5,个不同型号的工件，就应该有,5,个不同的标,准件,.,60,用,标,准,件,测,量,?,?,?,?,?,?,?,?,多长时间应该用标准件检查一次,?,理想情况下应该每班一次,如何进行标准件测量,?,标准件通过机床控制系统上料,.,这样确保进入正确的,工位,.,可通过机床