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英福康:應用於汽車工業的高敏非真空檢漏法

日期:2021-01-17 12:42
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摘要:

受益於先進的氦氣檢漏法,成本效益與高檢出率得以二者兼備

  業界對汽車製造的質量要求越來越高,但汽車製造業的盈利壓力卻一如既往並沒有降低。對密封性的要求及其檢測方法的發展狀況同樣如此。傳統的檢測方法不再可靠,而像真空氦氣檢漏儀這樣的儀器卻價格昂貴,並且過於敏感,上千種因素都能引起其變化。如今,一款常壓氦檢漏設備添補了空白。

  壓力和氣泡檢測不夠**

  一直以來,大多數汽車與摩托車容納液體的容器都需要在水槽中水檢或者采用壓力衰減法進**密性檢測。雖然這兩種方法的檢測成本較低,但其隻能檢測*高為10-2 至 10-3 mbar l/s的泄露。另外,由於水的表麵張力,小氣泡根本無法形成,所以,在水中進**泡檢測根本無法檢測出較小漏孔。與此同時,空調零部件或帶閥門的燃油箱的檢測漏率範圍為10-5 mbar l/s,但噴射閥的檢測範圍還是保持在10-4 mbar l/s。所以,傳統的泄漏檢測法在汽車業根本不適用。此外,由於有些檢測部件是潮濕的,該方法不能對所有零部件進行檢測,而且作為一項純粹的需要眼力的工作,檢測結果完全取決於進行檢測的人的能力及其注意力。

  采用壓力衰減法時(或壓降法檢測),將空氣以特定的壓力引入到檢測部件中。如果有泄露情況,壓力則會降低,其差值可以被檢測出來。理論上非常簡單,但在實際操作中,必須應對各種變量的幹擾。因為壓力變化並不一定是泄露造成的。一方麵,檢測部件本身的彈性變化也會對壓力產生影響,當空氣快速地進入檢測部件時,檢測部件會膨脹,然後再逐漸緊縮檢測。因為所測差值取決於壓力和體積,所以在檢測過程中需要等待,直至檢測部件恢複其原始體積(穩定期)。原始體積與空氣進入時的壓力越大,檢測部件達到穩定期所需的時間則越長。在生產情況下,檢測部件體積上限約為5升。

  如果穩定期所需時間太長,該種檢測法也稱不上低成本了。另外,當空氣進入塑料檢測部件時,還需要考慮蠕變性能(檢測部件的塑料部分會因載重而變形)。檢測過後,取決於塑料的分子結構,檢測部件的體積會有不同程度的增大,壓力也會隨之衰減。這種情況下,幾乎不可能對低泄漏率進行可靠測量。此外,隨著溫度的不同,壓力也會發生很大的變化。當檢測壓力為5巴,檢測體積為1升,檢測時間為30秒時,溫度每下降0.1°C就會產生6*10-2 mbar l/s的虛擬泄漏率。然而,如果溫度上升0.1°C,即使泄漏率為6*10-2 mbar l/s,在檢測部件上也不會有所體現,這是因為,檢測盡管隨著溫度的變化壓力增加了,但這些增加的壓力卻被泄露而導致的壓力衰減同時抵消了。製造汽車所需的很多零部件大多都直接來源於生產線,由於生產過程,這些零部件的溫度一般不會低。

  如果在檢測過程中冷卻這些零部件,會使檢測結果不真實,從而不利於對泄漏率進行有效控製。芭乐最新app官网下载當然可以在檢測部件達到適當穩定期之後再行檢測,從而抵消這種不利影響,但浪費掉的大量時間也是影響成本的因素。或者,草莓芭乐视频可以設立一個冷卻區,但這意味著投資的大幅度增加。周圍環境的溫度也是一個主要問題,甚至日照變化都可能引起溫度的波動,從而導致檢測結果的改變。一般來說,高溫是*值得警惕的問題。*後,空氣濕度也會使檢測結果發生變化,因為空氣中水蒸氣的蒸汽壓會影響測量,產生差值檢測。以上這些都是亞洲區域低成本生產設備的主要特點,所以在亞洲建立檢測區極為複雜且富於挑戰,並且這樣做還會抹殺草莓视频芭乐视频在成本上的優勢。這種情況下,很難保證出現同一測量結果,而且,隨著泄漏率變小或容積變大,各項測量數據相同的幾率會持續下降。所以,就汽車行業批量生產的諸多要求來說,壓降法已經無法保證其測量數據的準確性,或者可以說,該方法在某些地區已失去效用。

  真空檢漏價格昂貴

  草莓芭乐视频還可以選擇其他檢測方法:如將氦氣作為檢測氣體采用質譜儀檢測泄漏情況。雖然用*少的氦氣就能檢測出**的泄漏率(10-11 mbar l/s),但這必須在高度真空的條件下才能進行。就這一點而言,這種方法成本太高。真空箱必須高度密封,而且還要配備各種高性能泵才能產生真空效果,這樣一來,生產和操作成本都太高。這種方法非常有效,極小的泄漏也能被檢測出來,並且檢測僅需幾秒就可完成,該係統非常先進,在完成幾輪檢測後依然可以保持*佳檢測狀態,即使在氦氣濃度持續增高的情況下,也依然如此。

  但是,該係統並不是上述問題的*佳解決方案,因為這項檢測敏感度極高,多達上千種因素都可引起其檢測結果的變化,而且其購置和操作成本太高,大大抵消了其優勢。另外,為檢測部件而將檢測室抽成真空意味著其壓差通常會高達1巴。由於設計零部件時通常不會考慮到會出現如此大的壓力,許多塑料部件可能會被損壞。在這種情況下,同時對檢測室和檢測部件進行真空處理,與之前低壓下用氦氣填充檢測部件花費相當。另外,對於大體積檢測部件如汽車水箱和其他零部件而言,真空室的大小也需相應變化。因此,一方麵檢測室真空處理的泵送時間以及整個檢測時間都會延長;另一方麵,安裝工程較大,致使投資成本上漲。在汽車行業向低成本、高效率轉型的今天,無論是時間的延長還是成本的增加,都已經不再適用。

  在非真空條件下進行替代檢漏/混合氦氣檢漏

  在汽車工業中,采用空氣進行檢測在很多方麵已經達到極限,但在真空環境下進行檢測成本又過於高昂。泄漏率在10-2 到 10-5 mbar l/s之間,確實存在一個區域可以采用高性能、全自動的檢測方法。如今,在大氣壓下,在積累箱內采用氦氣或氫氣進行泄漏檢測(積累法),已經成為填充這一區域*經濟的解決方案(見圖1)。氫氣,更準確地說是一種含氫量為5%的合成氣體,它與氦氣一樣也可用於泄漏檢測。作為一種檢測氣體,它的價格更為合理(在美國,它隻是氦氣價格的1/3,在中國,這個數字是1/10)。但是采用這種氣體進行檢測,無法保持相同的敏感度,且對於較小泄漏率如10-3 mbar l/s而言,在檢測部件淨容積為10升的情況下,檢測時間約為5分鍾(氦氣檢漏為11秒)。

  就檢測情況來說,氫檢漏法更接近於壓降法,但其在彈性和溫度方麵卻沒有壓降法的那些弱點。氦氣也適用於泄漏率為10-4 至 10-5 mbar l/s的泄漏檢測。因為檢測在正常壓力下,這種檢測方法不能使用質譜儀,所以需要一個敏感度高的傳感器來測量不斷增加的氦濃度。這些傳感器采用Wise Technology磚利,且僅應用於英福康係統。在檢測室內通過檢測氣體的連接氦氣被導入到檢測部件中檢測,如果存在泄漏,檢測氣體就會通過泄露處跑到積累箱中。

  風扇可以保證腔室中氦氣的平均分布。如此一來,就可以在不知道泄漏位置的情況下進行**測量。傳感器可檢測出大氣中檢測氣體的含量。在英福康 T-Guard 係統中,傳感器由真空玻璃管構成,該玻璃管上部帶有能滲透氦的石英膜,這層石英膜像一塊海綿,隻有分子水平的氦氣才能從中穿過。玻璃管中氦氣濃度的變化可以通過輔助的壓力測量裝置中的電流變化測量出來。(見圖2)

  采用這種方法,傳感器解決方案可以確切地分辨出濃度到底是增加了25 ppb還是增加了0.025 ppm,檢測能夠可靠地檢測出10-6 mbar l/s以內的泄漏率。在生產過程中, 對於一個5升的自由容積檢測室(自由容積是指檢測室容積減去檢測部件容積),該方法可以在大約30秒之內檢測出1*10-4 mbar l/s的泄漏率。對於容積為1升的檢測室,檢測出這樣的泄漏率僅需11秒。連同開機設定時間在內,每個檢測部件的檢測時間僅需約16秒,每小時可檢測225個檢測部件。(見圖3)

  該檢測方法還有其他特殊應用,如檢測排氣再循環係統內部和外部的氣密性,能檢測的泄漏率為2 sccm,約合3.3 * 10-2 mbar l/s。在一個體積為40升、以混合氣體(含10%氦氣)作為檢測氣體的檢測箱中,檢測時間為11秒,每個檢測部件全部循環時間為45秒。除了速度快之外,該檢測方法還有其他優點,如它可以對塑料檢測部件進行檢測。氣體導入後,檢測部件容積變大,但並不會影響該測量係統。此外,溫度、濕度和彈性也都不能造成任何影響。為了檢查該係統是否能達到泄漏率檢測限檢測部件,可將檢測部件放置在檢測箱的不同位置,以便進一步檢查檢測箱中的氦氣濃度是否保持一致。

  傳感器和係統

  作為泄漏檢測係統的組成部分,敏感度並非是對於測量係統的**要求。此外,還需要易於集成、個性化設置以及低維護運行性能。另外,為迎合工廠工程需求,檢檢測係統還必須設計簡單緊湊,這樣該係統就可以與液壓件和電子元件很好地進行連接,同時還可以在多種檢測模式中靈活運用。(見圖4)

  該積累法優勢明顯。首先無需對標準大氣進行真空處理,這樣就可以避免使用渦輪分子泵、氣密性要求極高的真空箱,以及高敏質譜儀。這**地簡化了測量係統的設計,並能更好地控製或降低整個係統的采購和維護成本。另外,采用該種方法能檢測得出可靠且具有重複性的檢測結果,即使采用家用塑料盒也能成功完成。此外,即使檢測部件體積非常大、高溫度或潮濕,這種混合氦氣檢漏的測量值依然具有高度的重複性,檢測部件無需在檢測前進行長時間的冷卻或幹燥。從經濟上考慮,快速、全自動的檢測是生產線上*為關鍵的部分,所以這種無需真空條件的氦檢漏方法是汽車零部件製造業的理想手段,能滿足汽車製造業對於質量和成本的雙重需求。


  圖1:在常壓下,氦氣檢漏可以填充10-2 到 10-5 mbar l/s之間的區域。(理想狀態:10-6mbar l/s)  


  圖2:傳感器中心是真空玻璃管,該玻璃管上部帶有能滲透氦的石英膜。  


  圖3:常壓下氦檢漏過程中檢測部件泄漏率與淨容積之間的關係。  


  圖4:在大氣壓下T-Guard就能通過簡單檢測箱工作,無需複雜的高真空箱及真空泵。  


  圖5:以積累箱進行混合氦氣檢漏,該方法已用於檢測汽車行業的扭矩轉換器。  


圖6:檢測箱需與檢測部件盡量靠近,有限的自由容積使檢測時間更短且更富有成效。

  關於英福康

  英福康(INFICON)是世界**的檢漏儀器儀表的開發商,製造商與供應商。其檢漏儀被廣泛應用於生產和質量監控中有較高難度的工業流程中。英福康的主要客戶有製冷和空調設備的製造商與服務商,汽車製造商和汽車零部件供應商,半導體行業以及檢漏係統集成商。全球幾乎所有重要的汽車製造商及零部件供應商是英福康的客戶,其中包括**氣囊、空調及元件、油箱、噴油器係統、各種流體容器生產商等。

  作為英福康控股(總部位於瑞士)的一個分支,檢漏業務部門使用了英福康控股的其他下屬業務部門的產品,如質譜儀和真空控製設備。在2006年,英福康 “智慧科技(Wise Technology)”磚利的應用,為示蹤氣體檢漏技術帶來了**性的**。在2011年,英福康收購了Pfeiffer Vacuum(前身為Sensistor的下屬部門)公司的氫泄漏檢測技術。

  英福康在檢漏領域擁有50多年的經驗。它通過在科隆(德國),查斯(列支敦士登),林雪平(瑞典),雪城(美國)和上海(中國)地區的生產據點,在重要工業國家的銷售辦事處,以及與銷售夥伴組成的廣泛銷售網絡來進行產品的全球銷售管理和支持。在2011年,在全球範圍內,英福康實現了3.15億美元的收益,擁有員工約950名。INFICON在 SIX 瑞士交易所上市,代號為IFCN。

  英福康在中國

  英福康(中國)是英福康集團在中國的全資分公司,於2006年在中國上海投資設立了製造工廠,並在北京、上海、廣州、香港分別設有銷售辦事處。英福康在中國同步提供集團所有係列的**產品,並響應中國客戶的生產要求,確保為綜合性的銷售、培訓、應用支持和維修服務提供本地化的支持。截至2012年年中,英福康在中國的員工人數超出 100人。英福康在中國發展迅猛,並計劃伴隨中國市場的不斷發展進一步擴大。