氦气气密在铝轮毂中的应用2.doc

氦气气密在铝轮毂中的应用尹洪武山东滨州盟威戴卡轮毂股份有限公司【摘要】随着现代汽车的发展，铝合金轮毂由于其重量轻、散热好、外观美观等诸多优点逐渐代替钢轮毂。铝合金轮毂一般采取低压铸造技术，在铸造过程中可能会出现砂眼。但是用肉眼很难看出。如果不做气密性检测，那么如果有砂眼的话，装上轮胎后就很容易漏气，如果汽车是在高速行驶，就有安全隐患。所以对铝合金轮毂气密性的检测要求非常严格,要求每件轮毂在出厂前都要进行气密性检测。目前大多数国内轮毂厂家采用的是水密检测轮毂漏气。近几年氦气气密逐渐成为检测铝合金轮毂漏气的主要方法。本文主要论述了我公司在气密性检测方面中的氦气气密性试验机使用的情况及故障排除分析。【关键词】氦气气密机；氦气；校准；铝合金轮毂；漏气；真空泵；压缩机；回收一、概述铝合金轮毂专用全自动氦气气密性试验机是用于检测铝合金轮毂是否漏气的全自动检测设备。该设备的主要原理为：在进料口轨道上，当检测到有轮毂时，机械夹爪自动对轮毂进行中心定位，使轮毂处于中心位置后，由机械手自动把轮毂取到抽真空位置的位置上，当真空检测装置检测到有轮毂时，就会自动进行合拢形成真空室，然后由密封罩内的上下密封垫将轮毂压紧后自动对轮毂的外部及内部抽为真空，当抽真空值达到设备设定的真空度要求值时，在轮毂外部自动输入定量的氦气混合气，使轮毂内外部达到设定的压力值。如果轮毂有漏点，氦气就会在轮毂有缺陷的点漏出，然后泄露的气体就会被抽到氦气质谱捡漏分析仪中。氦气质谱捡漏分析仪模块探头上有氦气体分子检测传感器，该传感器是有某种特殊的半导体材料制成，用于检测气体的分子含量。当气体中不同含量的氦气分子接触到传感器时，传感器就会产生不同的相应的微小电压变化，此电压变化信号经过放大A/D转换后，形成相应的数据。通过检测混合气体中氦气微量元素的含量，氦气质谱捡漏分析仪内置程序就会根据检测到的气体含量数据进行分析，自动分析出被检测的铝合金轮毂内部的泄漏率及泄露值得多少，然后进行测量值与设定值比较，从而判定被检测的铝合金轮毂是否合格。机械手自动进行分拣，把判定合格或不合格的轮毂放到不同的周转出口。主要构成有：氦气渗漏检测分析仪系统、真空泵装置、测试密封装置、测试气体回收装置、精度校准、传送到测试场所的辅助装置、上、下载工件系统、分类系统、气动系统和电气控制装置及程序控制中心。二、详细介绍（一）针对铝合金轮毂气密性检测目前主要有两种检漏方法：1、第一种方法是利用水做检测介质。其检测原理是通过外力将铝合金轮毂内侧、外侧用密封盘封闭,然后将轮毂及密封盘浸入水中,然后通过向铝合金轮毂内部冲入5.5bar压力的空气，由于铝合金轮毂是被封闭的,空气在轮毂内部会形成压力,导致轮毂内腔的压力升高,压力在轮毂内腔中保持最少30秒，如果轮毂轮辋有漏孔,压缩气体会从漏孔处泄露出来,在水中形成气泡，即气泡检漏法。国内大部分铝合金轮毂厂采用这种检测方法。其缺点是在密闭过程中,压缩气体压力如果过高或者气体在瞬间释放就会形成爆炸,容易对设备及人员造成伤害;其次是泄漏率不能以数据形式给出,只能根据气泡大小、形式以及气泡的形成速率粗略判定,如出现气泡小、形成速度均匀、气泡持续时间长的现象,意味着漏率在10-510mbar.l/s。在正常检测时，检测人员必须目不转睛的盯着在水中旋转的轮毂，如果时间过长检测人员的眼睛就会疲劳，有微小的气泡冒出时有可能看不清楚，从而导致漏气的铝合金轮毂出厂，给客户造成安全隐患。2、第二种方法就是我公司采用的以氦气做检测介质，全自动氦气气密性试验机。其优点：（1）、检测精度高：由于氦气的本底噪音低，分子量及粘滞系数小，易通过漏孔并易扩散；并且氦气是惰性气体，不腐蚀设备。采用的氦气质谱检漏仪检测泄漏值能达到510mbar.l/s 。并且能够把检测合格及不合格的铝合金轮毂自动区分到不同的的地方，减少了轮毂的质量风险和由于微小漏气造成的安全隐患。（2）、由于氦气气密检测设备是全自动设备，因此不需要人工搬运铝合金轮毂，工厂实现了自动化，减少了人工成本。（3）、生产效率大幅度提高：每班次检测铝合金轮毂1300只，每年检测1300（只）3（班次）365（天）=1423500只铝合金轮毂。使用水做介质的水气密机每班次检测铝合金轮毂300只，每年检测300（只）3（班次）365（天）=328500只铝合金轮毂。生产效率每年增长1423500只-328500只=1095000只。（二）全自动氦气气密性试验机结构图：压缩机增压缸混合气罐回收袋密封罩气缸质谱仪前级泵质谱仪上密封垫回收真空泵密封罩MS抽密封垫真空泵被检测铝轮毂机器平台下密封垫 罗茨泵的前级泵SV300测试气体调节阀质谱仪检测阀废气排放管路回收管路单向阀抽内腔真空阀回收利用循环管路图抽真空管路回收管路通质谱仪管路罗茨泵的前级泵D8B罗茨真空泵（三）全自动氦气气密性试验机的检测步骤如下：1、被检测的铝合金轮毂有自动运行轨道运送到定位处。2、有中心定位装置把铝合金轮毂进行中心定位。3、被中心定位的轮毂由升降旋转机械手自动抓到待检测的平台的橡胶密封垫上进行待检。4、检测平台检测到有工件时，密封罩就会自动合拢；密封罩降到最底时，密封罩上面的增压缸就会得到信号，密封罩内部有一个带角度的橡胶垫就会在增压缸的作用下进行下降对轮毂上部及下部进行密封。增压缸的压力必须达到280-300kg才能保证密封垫能够有效密封。5、在真空泵的抽力作用下，连接真空泵的单向阀就会得到信号自动打开实施抽内外腔真空。轮毂内外部抽真空值达到1.210mbar，然后关闭单向阀。6、当真空度达到设备设定值时，在规定时间内设备就会自动通过压力阀向轮毂外腔输入测试气体，在测试气体中氦气占测试气体的10-12%，测试压力在2500-3000mbar。7、测试气体在密封的真空室内保压6秒左右，连接质谱捡漏分析仪的单向阀就会打开，如果铝合金轮毂有漏孔，氦气分子就会通过轮毂上的漏孔经单向阀进入质谱捡漏分析仪中进行分析，单向阀打开一定时间后就会进行关闭，防止空气进入质谱捡漏分析仪，对质谱捡漏分析仪造成损坏。8、根据质谱捡漏分析仪分析的数值与设备设定值进行比较，设备根据比较数值自动判断轮毂是否符合要求。系统会自动把合格的与不合格的轮毂放在不同的周转料道中。9、在测试完成后，回收泵把多余的测试气体通过密封管路进行回收利用。（四）氦气渗漏检测分析仪系统渗漏检测分析仪又叫氦气质谱捡漏分析仪，其主要目的是把通过铝合金轮毂漏孔进入质谱捡漏分析仪的氦气分子在质谱室内进行分析。进入质谱室内的气体分子被离子源电离。这些带正电离子被加速以环形路径进入磁场，环形路径半径大小取决于离子质量与电荷之比。只有氦离子能穿过离子过滤器到达离子收集极，在这里把离子流进行发达作为电流测量。把测量的电流数值通过数据分析后传给设备的控制系统进行计算分析。主要有质谱室（有离子源、分析器、收集及放大器，电离真空计组成）、涡轮分子泵、控制气流的电磁阀、前级压力真空泵组成。51MS723 461质谱室，氦气检测器；2涡轮分子泵；3控制气流的电磁阀；4前级压力真空泵；5气体吸入口；6前级压力真空泵抽气口；7气体进入质谱检漏仪前单向阀氦气进入质谱捡漏分析仪以前，其前端单向阀是关闭的。由前级真空泵辅助涡轮分子泵把质谱室抽为真空，质谱捡漏分析仪前端单向阀就会打开，氦气体就会被吸入，各个控制气流的电磁阀就会相应的开启或关闭。于是氦气就会逆着涡轮分子泵抽空方向渗透入质谱室，对气体进行分析。把分析数值通过数据线传给设备，设备就会根据所传的数据与设定值进行比较，从而判断轮毂是否漏气。注意事项：在关闭设备急停前，必须先关掉质谱捡漏分析仪；在开启设备前，必须开启质谱捡漏分析仪。（五）真空泵组装置真空泵组有罗茨真空泵、单级油封式旋片真空泵和双级油封旋片真空泵组成。其中罗茨泵是对轮毂内外部抽真空的主要泵体。罗茨泵是一种旋转式变容真空泵。它是由罗茨鼓风机演变而来的。根据罗茨真空泵工作范围的不同，又分为直排大气的低真空罗茨泵；中真空罗茨泵（又称机械增压泵）和高真空多级罗茨泵。我公司氦气气密试验机的罗茨泵采用的是德国莱宝公司生产的WAU1001型高真空多级罗茨泵。 罗茨真空泵的最大特点是在较低入口压力时具有较高的抽气速率。由于罗茨泵是一种无内压缩的真空泵，通常压缩比很低，故不能单独使用。高、中多级罗茨真空泵必须有一台前级真空泵串联，待被抽系统中的压力被前级真空泵抽到罗茨真空泵允许入口压力时，罗茨真空泵才能开始工作。罗茨泵的极限真空除取决于泵本身结构和制造精度外，还取决于前级泵的极限真空。我公司氦气气密试验机的罗茨泵的前级真空泵采用的是德国莱宝公司生产的SV300型单级油封式旋片真空泵，SV300作为罗茨泵的前级泵，协同罗茨泵对密封中的铝轮毂进行抽真空，会达到非常好的抽真空效果。同时为了增快轮毂真空腔的抽真空速度，特别对罗茨泵增加了德国莱宝公司生产的D8B型双级油封旋片真空泵，D8B泵主要是对罗茨泵齿轮箱进行抽真空，目的是使罗茨泵已最快的速度把轮毂真空室真空抽到设定值，提高效率。（六）密封装置主要有增压缸、密封罩、上密封垫、下密封垫及O型密封圈组成。当检测台信号灯检测到有轮毂时，密封罩就会与检测台合拢，密封罩合拢后，上密封垫就在增压缸的作用下下降，密封垫就会把轮毂压紧。密封罩与轮毂外轮辋之间的空间叫外腔，轮毂内轮辋部分叫内腔。然后由真空泵组对密封的轮毂内外腔进行抽真空，形成真空室。真空室达到相对真空后，往真空室内输入检测气体。（七）测试气体回收装置检测气体回收装置主要有：回收真空泵、回收管路、回收袋、混合气罐、压缩机组成。当每一个检测循环结束后，真空泵就会通过管路把剩余的氦气混合气抽到回收袋中，压缩机根据回收袋中的压力把回收袋中的气体压缩到混合气罐，在混合气罐中氦气浓度传感器会分析氦气的浓度，根据分析的氦气浓度就会自动补充纯氦气或者空气。混合气罐中的混合气就会在压力的作用下进入相应的密封管路，进入测试过程，进行循环使用。（八）设备校准1、采用专业的标准漏孔为基准。标准漏孔：采用毛细管渗漏的方式，在空气中T=20状况下泄漏率为510mbar.l/s（20%）。在氦气中 He=100%浓度下，在DIN标准下的泄露率110mbar.l/s（20%）当氦气浓度在10%-12%情况下的泄漏率为110mbar.l/s。该标准漏孔经在德国实验室鉴定为标准漏孔。2、检测标准采用铝合金轮毂气密性检测PV3516：200-05版本标准，即整个轮毂（轮毂+轮胎）允许的压力差在25L容积和0.2MPa压力下，6个月时间（180天）内允许降压为0.02MPa；未喷漆轮毂（我公司在铝合金轮毂喷漆前进行气密性试验）的渗漏率：在空气T=20状态下，对应一个轮胎内压为0.3MPa和一个轮毂内压为0.1MPa，一个最大允许渗漏率为3.210Pam/s或者3.210mbar.l/s。转换成设备检测时的检测标准的换算公式：根据换算公式和PV3516：200-05版本标准的技术要求，可推算出检测标准渗漏值是 6.410 mbar.l/s。我公司采用的检测标准是3.210 mbar.l/s。大大严于PV3516：200-05版本标准的技术要求。每个班次必须用标准漏孔对设备进行校准，并把测试数值记录在案。校准的目的是为了证明氦气气密试验机的检测准确性，保证其检测的铝合金轮毂不出现漏气隐患。三、经常出现的故障分析故障类型原因分析相关问题解决方法检测数值偏大，设备判废率高。设备抽真空值达不到设定值造成轮毂内外腔存有气体抽真空阀关不严或打不开造成漏气清理或更换抽真空阀；检查气路及电器模块真空泵抽速慢更换真空泵油；清理抽真空泵口的过滤网；维修抽。质谱仪摆动数值大质谱仪内部抽真空不好；质谱仪的前级泵抽速变慢释放质谱仪前级泵的水蒸汽；更换抽真空泵内油，维修真空泵通往质谱仪的单向阀关不严造成漏气清理或更换抽真空阀：检查气路及电器模块密封罩密封不严上密封垫的密封圈磨损，造成漏气更换密封罩内上密封垫的密封圈增压缸压力值低于280kg增压缸内加油；更换增压缸内密封上下密封垫密封不严下密封垫表面脏，尤其是压痕内有铝屑、油污；上下密封垫破损用酒精清理压痕内油污；更换密封垫被检测的铝轮毂表面有水分、灰尘、铝屑及油污前序设备清洗不干净；铝轮毂进进行检测前没有烘干或吹干净维修清洗设备；对铝轮毂进行检测前的处理设备外围氦气浓度高，氦气机的废气排在室内；没有对氦气机的室内进行排气处理把排气口接到室外；在室内安装排气扇回收系统有问题压缩机不工作；抽真空阀关不严造成漏气；回收管路漏气维修压缩机及调整回收袋信号；清理或更换回收阀；更换回收管路检测气体压力过高检测气体压力高于4mbr；检测气体低于2mbr调整检测气体压力值；检测压缩机的工作状态轮毂进行检测时密封罩底部出现大量漏气，且出现报警密封罩下降时不垂直，使密封罩不能充分的进行闭合待检轮毂不在下平台的中心位置，导致上密封垫压紧时出现偏移。根据待检测轮毂的放置位置调整三个旋转机械手的中心位置和中心定位装置的夹爪及导轨密封罩内的上密封垫与增压缸之间的连接轴断裂，导致上密封垫掉下来，在压紧轮毂时压偏上密封垫长时间对轮毂压偏，导致连接轴除于倾斜运动状态，从而导致连接轴断裂。当密封罩在上下运动时听到有“吱吱”的声音时一般是上密封垫处于倾斜运动状态更换上密封垫连接轴；更换上密封垫的全部密封；调整旋转机械手的中心位置，让待检的轮毂处于中心位置，防止上密封垫压偏。氦气浓度不在正常范围内氦气瓶内氦气压力低氦气瓶内没有氦气；气体压力调节阀关闭或损坏。更换氦气；调节或更换气体压力调节阀氦气浓度传感器损坏；压缩机不能把回收袋中的气体进行压缩回收。氦气浓度传感器不灵敏