新型非真空氦氣檢漏法應(yīng)用于汽車塑料零部件泄漏檢測
經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的新型非真空氦氣檢漏法
應(yīng)用于汽車塑料零部件泄漏檢測，確保其所創(chuàng)價(jià)值
質(zhì)量、安全和成本是汽車制造業(yè)中的三個(gè)核心元素，而這三個(gè)元素中任何一個(gè)的提升都不能以犧牲另外的元素作為代價(jià)，成本這個(gè)因素則始終影響著一切。因此，由輕巧但堅(jiān)固的材料制成的元件具有很大的吸引力，因?yàn)樗鼈円子诩庸で覂r(jià)格便宜: 例如容器、管道和塑料外殼。在質(zhì)量這個(gè)話題上制造商和供應(yīng)商有時(shí)候都面臨一個(gè)兩難的境地：一些傳統(tǒng)的工業(yè)檢漏方法，如水檢，壓縮空氣壓降(壓差)法或真空泄漏測試都難以符合現(xiàn)今標(biāo)準(zhǔn)且安全經(jīng)濟(jì)地對那些廉價(jià)的塑料元件進(jìn)行泄漏測試(見圖1)。而如今，一個(gè)適合自動化生產(chǎn)要求的常壓氦氣檢漏測試儀為業(yè)界提供了一個(gè)解決方案。該檢漏測試儀含核心石英膜傳感器，無需真空室，能準(zhǔn)確快速地提供測試結(jié)果。
2012年，汽車制造商們共向市場供給超過8千萬輛汽車，而潤滑油、冷卻液、剎車油或液壓油等儲液器、燃油管路、燃油過濾器、低壓燃油泵、電池、油箱和油箱蓋等元件的每一種生產(chǎn)數(shù)量甚至還更多。基于輕量化和多元化的形態(tài)以及優(yōu)化利用空間的需求，越來越多汽車零部件由塑料制成。然而這數(shù)以百萬計(jì)的每一個(gè)組件都必須被進(jìn)行泄漏檢測 ，并且檢漏的要求如今也越來越高(見圖2)。以前，司機(jī)在行車途中不時(shí)地向車箱內(nèi)補(bǔ)充液體被認(rèn)為是很正常的， 而如今這卻是絕對的禁忌并會被等同看作是產(chǎn)品質(zhì)量低劣，損害品牌形象。空氣冷卻器如今的典型泄漏檢測指標(biāo)為10-2 mbar l/s，油箱、油箱加油口、油箱蓋和管路等的典型泄漏檢測指標(biāo)則低至為10-4 mbar l/s。對于后者這些組件來說，當(dāng)泄漏率為10-2毫巴升/秒時(shí)其實(shí)就已經(jīng)不會滲透液體了。那么，為什么還要讓其典型泄漏檢測指標(biāo)更低呢?因?yàn)檫@些組件如今還必須要能幾乎完全抑制住更細(xì)小的水蒸汽等霧氣。除了質(zhì)量要求外，更加嚴(yán)格的排放法規(guī)也把行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提得更高了。因此，一方面檢漏必須更加準(zhǔn)確，另一方面則要在低成本產(chǎn)品的商業(yè)背景下追求盈利能力。
用傳統(tǒng)方法對新型材料零部件進(jìn)行檢漏 ?
一直以來，大多數(shù)容器都是在水槽中進(jìn)行水檢或用壓縮空氣壓力衰減法進(jìn)行氣密性檢測。雖然這兩種檢測方法成本都較低，但其在實(shí)際操作中只能檢測出最高為10-2 mbar l/s的泄漏。由于水的表面張力，小氣泡根本無法形成，所以在水中進(jìn)行氣泡檢測根本無法檢測出較小漏孔。而且由于檢測純粹通過人工眼力完成，檢測結(jié)果則全取決于進(jìn)行檢測的人的能力及其注意力。且被檢測的組件在浸水后會變的很濕，在將其近一步地進(jìn)行制造和組裝前還需快速將其烘干,如果組件中含電子或腐蝕性元件，則從一開始就不能選擇浸水測試方法。
采用壓縮空氣壓力衰減法(或壓差法檢測)時(shí)，檢測者將空氣以特定的壓力引入到檢測部件中，如果有泄漏情況，壓力則會降低，其差值可以被檢測出來。然而檢測部件本身的容積和溫度變化也會使組件內(nèi)部的壓力產(chǎn)生顯著變化，尤其是塑料部件。另外當(dāng)空氣被引入塑料部件時(shí)，由于塑料具有蠕變性能，檢測過后被檢測部件內(nèi)的壓力和容積會降低，所以在這種情況下，幾乎不可能實(shí)現(xiàn)可靠的測量，測試結(jié)果的重復(fù)性十分重要，而此方法卻很難保證測試結(jié)果的可再現(xiàn)性，并且該可再現(xiàn)性會隨泄漏率的降低或容積的增大而持續(xù)降低。因此，就該行業(yè)要求來說，該測試方法已不再足夠精準(zhǔn)了。
真空檢漏價(jià)格昂貴
我們還可以選擇其他檢測方法：如將氦氣作為檢測介質(zhì)氣體進(jìn)行質(zhì)譜檢測泄漏。雖然用很少的氦氣就能檢測出最小的泄漏率(10-11 mbar l/s)，但要用質(zhì)譜儀檢測到涌出的氦氣則必須在高度真空的條件下才能進(jìn)行。就這一點(diǎn)而言，這種方法成本太高，因?yàn)樯a(chǎn)和操作高度密封的真空箱和高性能的真空泵成本很高且十分繁瑣。而這種方法在需要快速檢測出極小的泄漏時(shí)卻很有效，檢測僅需幾秒就可完成且該系統(tǒng)非常先進(jìn)，即使在氦氣濃度持續(xù)增高的情況下，在完成幾輪檢測后依然可以保持理想的檢測狀態(tài)。但是，該系統(tǒng)并不是上述問題的最佳解決方案，因?yàn)橐环矫妫@項(xiàng)檢測敏感度過高，多達(dá)上千種因素都可引起其檢測結(jié)果的變化; 另一方面， 塑料容器在真空中可能坍塌或被拆分。容器內(nèi)部和真空測試室之間哪怕是最小的100毫巴的氣壓差值都足以讓容器變形。唯一的可能性是同時(shí)撤離被測試組件和真空測試室，然而，這又需要額外的真空技術(shù)來支持。考慮到采購和運(yùn)營成本的因素，這個(gè)方法就顯得不太實(shí)惠了。
檢漏測試中的新領(lǐng)域 - 非真空條件下的混合氦氣檢漏
采用壓縮空氣進(jìn)行檢測在很多方面已經(jīng)達(dá)到極限，而在真空環(huán)境下進(jìn)行檢測的成本又過于高昂，泄漏率在10-2 到 10-5 mbar l/s之間確實(shí)存在需要更高性能、全自動的檢測方法。如今在大氣壓下積累箱內(nèi)采用氦氣或氫氣進(jìn)行泄漏檢測(積累法)的方法已經(jīng)成為填充這一區(qū)域最經(jīng)濟(jì)的解決方案(見圖3)。氫氣與氦氣一樣也可用于泄漏檢測，作為一種檢測氣體，它的價(jià)格更為合理，但是采用氫氣進(jìn)行檢測，無法保持與使用氦氣相同的敏感度。由于在正常大氣壓力下這種檢測方法不能使用質(zhì)譜儀，所以安裝一個(gè)高敏傳感器是使用該方法的前提條件，這些傳感器采用Wise -Technology專利制造且僅被應(yīng)用于英福康檢測儀器系統(tǒng)中，該Wise-Technology傳感器能在大氣壓中測試到檢測室里增加的氦氣濃度。在檢測室內(nèi)通過將檢測氣體-氦氣充入檢測部件中，若存在泄漏，檢測氣體就會通過泄漏處跑到積累箱中，風(fēng)扇可以保證腔室中氦氣的平均分布，然后就可以進(jìn)行精確測量。在英福康 T-Guard 系統(tǒng)中，傳感器由真空玻璃管構(gòu)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，只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。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25 ppb(0.0025 ppm)的變化，這便能夠在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下可靠地檢測出10-6 mbar l/s以內(nèi)的泄漏率。在生產(chǎn)過程中， 對于一個(gè)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的外部密閉體積)，該方法可以在大約30秒之內(nèi)檢測出1*10-4 mbar l/s的泄漏率。對于容積為1升的檢測室，檢測出這樣的泄漏率僅需11秒。連同開機(jī)設(shè)定時(shí)間在內(nèi)，每個(gè)檢測部件的檢測時(shí)間僅需約16秒，每小時(shí)可檢測225個(gè)檢測部件。除了速度快之外，該檢測方法還有其他優(yōu)點(diǎn)，如它可以對塑料檢測部件無障礙地進(jìn)行檢測。氣體導(dǎo)入后，檢測部件容積變大，但這并不會影響該測量系統(tǒng)。為了檢查該系統(tǒng)是否能達(dá)到泄漏率檢測的重復(fù)性，可將檢測部件放置在檢測箱的不同位置，以便進(jìn)一步檢查檢測箱中的氦氣濃度是否保持一致。
泄漏測試不只是傳感器
作為泄漏檢測系統(tǒng)的組成部分，敏感度并非是對于測量系統(tǒng)的唯一要求。此外，還需要易于集成、個(gè)性化設(shè)置以及低維護(hù)運(yùn)行性能。另外為迎合工廠工程需求，檢測系統(tǒng)還必須設(shè)計(jì)的簡單緊湊，這樣該系統(tǒng)就可以與其他部件和電子元件很好地進(jìn)行連接，同時(shí)還可以在多種檢測模式中靈活運(yùn)用。
結(jié)論
對于泄漏率在10-2 到 10-5 mbar l/s之間的檢測,氦氣常壓積累法優(yōu)勢明顯：首先，無需對標(biāo)準(zhǔn)大氣進(jìn)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(zhì)譜儀。這極大地簡化了測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并能更好地控制或降低整個(gè)系統(tǒng)的采購和維護(hù)成本。另外，采用該種方法能檢測得出可靠且具有重復(fù)性的檢測結(jié)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復(fù)性，檢測部件無需在檢測前進(jìn)行長時(shí)間的冷卻或干燥。從經(jīng)濟(jì)上考慮，快速、全自動的檢測是生產(chǎn)線上最為關(guān)鍵的部分，所以這種無需真空條件的氦檢漏方法是汽車塑料零部件制造業(yè)的理想手段。這種由高敏氦氣傳感器和積累箱構(gòu)成的測試系統(tǒng)填補(bǔ)了該測試領(lǐng)域的空缺。借此可以滿足汽車制造行業(yè)對質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)成本的雙重高要求， 并確保其所創(chuàng)價(jià)值。
圖1：傳統(tǒng)的檢漏方法無法同時(shí)準(zhǔn)確而經(jīng)濟(jì)地檢測清洗液罐和其它許多廉價(jià)塑料零部件
圖 2：各汽車零部件及其典型泄漏率: 對其中許多的檢漏要求現(xiàn)在都已提高
圖 3： 在大氣壓下T-Guard就能通過簡單檢測箱工作，無需復(fù)雜的高真空箱及真空泵，測試不會被溫度或濕度所影響， 塑料和彩色金屬組件也可被測試比壓降測試系統(tǒng)和水檢測系統(tǒng)敏感100倍
關(guān)于英福康
英福康(INFICON)是世界領(lǐng)先的檢漏儀器儀表的開發(fā)商，制造商與供應(yīng)商。其檢漏儀被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)和質(zhì)量監(jiān)控中有較高難度的工業(yè)流程中。英福康的主要客戶有制冷和空調(diào)設(shè)備的制造商與服務(wù)商，汽車制造商和汽車零部件供應(yīng)商，半導(dǎo)體行業(yè)以及檢漏系統(tǒng)集成商。全球幾乎所有重要的汽車制造商及零部件供應(yīng)商都是英福康的客戶，其中包括安全氣囊、空調(diào)及元件、油箱、噴油器系統(tǒng)、各種流體容器生產(chǎn)商等。
作為英福康控股(總部位于瑞士)的一個(gè)分支，檢漏業(yè)務(wù)部門使用了英福康控股的其他下屬業(yè)務(wù)部門的產(chǎn)品，如質(zhì)譜儀和真空控制設(shè)備。在2006年，英福康 “智慧科技(Wise Technology)”專利的應(yīng)用，為示蹤氣體檢漏技術(shù)帶來了革命性的創(chuàng)新。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(shù)。
英福康在檢漏領(lǐng)域擁有50多年的經(jīng)驗(yàn)。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(qū)的生產(chǎn)據(jù)點(diǎn)，在重要工業(yè)國家的銷售辦事處，以及與銷售伙伴組成的廣泛銷售網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行產(chǎn)品的全球銷售管理和支持。在2011年，在全球范圍內(nèi)，英福康實(shí)現(xiàn)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(tuán)在中國的全資分公司，于2006年在中國上海投資設(shè)立了制造工廠，并在北京、上海、廣州、香港分別設(shè)有銷售辦事處。英福康在中國同步提供集團(tuán)所有系列的創(chuàng)新產(chǎn)品，并響應(yīng)中國客戶的生產(chǎn)要求，確保為綜合性的銷售、培訓(xùn)、應(yīng)用支持和維修服務(wù)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(shù)超出 100人。英福康在中國發(fā)展迅猛，并計(jì)劃伴隨中國市場的不斷發(fā)展進(jìn)一步擴(kuò)大。
了解更多關(guān)于英福康的信息，請瀏覽：http://www.inficonautomotive.com/zh/index.html
