鋼桶在線氣密試漏技術的應用

[美]湯姆·丁  編譯/楊文亮

在鋼桶的制造中，氣密性測試對保證產品質量起著至關重要的作用，我們采用在線氣密試漏技術，通過多年的測試應用，在試漏參數的設定、試漏設備的使用等方面積累了寶貴的經驗。

為治理的泄漏問題，特別是鋼桶的滲漏頑癥，在鋼桶制造過程中，以往廠家采用“浸水檢漏”對鋼桶的進行檢漏，以發現不合格產品。這種方法無法準確得到被測鋼桶的泄漏量，并且液體在泄漏孔內側發生張力，增大了流量抵抗，這種方法往往會漏檢，同時還存在需要干燥以及無法實現自動化等問題。

隨著鋼桶質量、加工質量和裝配質量的提升，以及20世紀80年代以來在線氣密試漏技術的應用，鋼桶滲漏問題終于得到了徹底的控制，鋼桶質量也有了可靠的保證。在鋼桶生產線上進行的在線氣密試漏測試可以有效避免到出廠時才發現問題，從而可以減少不必要的損失。

在我公司的鋼桶生產線中，根據工藝的編排，我們均設置有中間氣密試漏（桶身焊縫試漏、桶蓋封閉器試漏等）和最終氣密試漏（成品卷邊試漏）工序，部分試漏工序根據需要還配備了水試設備，主要用于檢查確定氣試不合格鋼桶的漏點，當然，并不是所有漏點都可以通過水試找到。這里主要結合我公司在線氣密試漏技術在桶身、桶項生產線的應用做重點介紹。

一、氣密性測試原理

空氣有可壓縮性，且粘度較低，這意味著空氣通過漏點的速度比液體要快100～400倍。空氣本質上沒有表面張力，這個特點使它比液體更容易通過小的漏點。然而，空氣可以通過的泄漏，對液體而言并不一定會泄漏。這就是為什么以空氣作為介質進行試漏的時候要定義一個最大允許空氣泄漏量。

物理學研究得出了“理想氣體”狀態變化規律的“理想氣體的狀態方程”，即：

PV/T=nR

式中P為氣體壓力，V為氣體的體積，T為氣體的溫度，R是氣體普適常量，即對所有氣體均普遍適用的常量（說明：空氣接近于理想氣體）。

這個方程表明，在溫度恒定的情況下，經過一定的時間后（一般大于20s），它的鋼桶容積沒有變化，而桶內壓力如果下降了一個確定值△P，則可判定該鋼桶“有泄漏”。這就是采用氣體對鋼桶進行密封性能測試的基本原理。利用此原理進行試漏測試的電子空氣試漏儀已經成為迄今為止速度最快、最有效且最實用的泄漏自動測試儀器。

當然，鋼桶漏還是不漏，是一個相對的概念，每個鋼桶都有一定的空氣泄漏，絕對的“不漏”是不存在的。當我們說鋼桶無液體泄漏時，我們就可以據此定義一個空氣泄漏率。我們以空氣為介質測試大部分的鋼桶，以保證無液體泄漏，因此不能定義這些工件不漏空氣或其他氣體。

二、氣密性測試的主要參數

要對鋼桶的容積進行測試，試漏機制造廠家需結合用戶生產線生產節拍的要求和鋼桶的實際工況要求，合理確定以下參數：

1.測試壓力

測試壓力一般與鋼桶在運轉過程中各類介質的實際壓力相當。我們一般按照標準要求壓力測試。

2.測試節拍

鋼桶的泄露量測試一般包括4個階段，即充氣、平衡、測試和排氣。各階段時間的設定首先保證被測物或夾具沒有泄漏，其次要設定足夠長的充氣時間進行測試，之后慢慢縮短充氣時間求得泄漏值穩定并接近于零時的最短充氣、平衡時間。

理論上測試時間越長，越有助于獲得準確的測試精度，但這不適合于生產線的實際需要，試漏機的節拍應在保證測試精度的情況下，與生產線的整體節拍相匹配。此外，在夾具中采用減小容積的填充物有助于加快測試節拍。當鋼桶的測試壓力較高、鋼桶測試容積較大、鋼桶泄漏率較小、鋼桶及夾具密封部有壓力變形時，需要延長測試時間，以保證鋼桶泄漏率的測試精度。

3.泄漏率

桶身、桶蓋及成品桶的泄漏率標準應滿足鋼桶運轉時實際工況的要求，并且與鋼桶的材料、結構（開口桶或閉口桶等）和試漏機的技術狀態密切相關，泄漏率過高會造成鋼桶出現漏油、漏水和漏氣的質量問題，過低可能會導致增加發鋼桶的制造成本，因為我們知道，質量是有成本的，一味提高質量，成本也會增加。

我們可以從試漏機制造廠家和試漏儀的供應商處獲得某一鋼桶的泄漏率標準，也可以參照同類產品的泄漏率。表示為鋼桶各部件及成品的泄漏率測試通常采用的參數。

此外，為保證測試精度，氣密性測試對測試密封元件的材料選擇與結構設計、密封設計、鋼桶定位加緊裝置和密封夾具等方面都有一定的要求，如：密封元件應沒有彈性蠕變，耐油耐壓；密封設計有助于減少不必要的密封性測試的穩定時間；密封夾具必須提供適當的壓力來封堵被測鋼桶，夾緊的力量應該是測試壓力的3倍左右，同時，夾具支撐框架的強度要足以支撐此壓力，而且鋼桶應有可靠的導向，確保封堵位置準確。

三、氣密性測試應注意的問題

1.試漏儀的定期標定

試漏儀應定期用專用儀器進行標定，一般半年標定一次，以確保試漏儀的測試精度。

2.試漏機的重復測試精度

衡量試漏機的測試穩定性的一個很重要的指標，就是重復測試精度（Cgk）。測試精度除了受試漏儀的精度影響外，還與氣體管路、密封夾具和密封元件密切相關。只有重復精度才能綜合反映試漏機的測試穩定性。重復性測試一般需要對同一個鋼桶連續測50次，要求Cgk≥2，并且要求兩次測試之間需要間隔10min，以充分排出鋼桶和密封夾具里的殘余空氣，并將鋼桶的溫度降下來，減少對測試精度的影響。否則，測試出來的泄露率會越來越小。

3.標準鋼桶

應用鋼桶制作一個實際泄露率在公差帶上限和下限之間的標準鋼桶，其主要作用是：用于驗證試漏機的重復測試精度；每班用標準鋼桶對試漏機進行測試并進行記錄，以掌握試漏機的工作狀態；在進行試漏機維修或調整時，用于驗證試漏機的試漏效果。

當試漏機的測試情況與平時相比出現異常時，應用標準鋼桶進行測試，以了解試漏機當前的工作狀態。為更進一步掌握試漏機的狀態，建議再制作一個超出泄露標準的標準負載（必須能夠測出泄露率），用不同顏色進行區分。

4.壓縮空氣的質量

壓縮空氣必須清潔干燥，若試漏儀內有水、油混入時，會引起差壓傳感器發生故障。為了徹底防止水、油的混入，要求安裝油霧分離器和空氣干燥器作為前置過濾器。特別是負壓運行方式中，絕對不允許雜質進入試漏儀內部。

壓縮空氣的穩定性也會影響測試精度，應將流量大的、調整過的且比測試壓力高的壓縮空氣（至少比測試壓力要高105Pa以上）供給調壓閥，這樣可提高測試的穩定性。

5.鋼桶的清潔度

對于需要進行泄露測試的鋼桶，應先進行清洗和干燥，以免因異物影響測試精度，或造成密封元件的磨損。對曾經發生過液體泄漏的泄漏孔進行氣體測試時，泄漏量會變小或消失，難以如實計測，因此，在泄漏量的比較試驗中，一定要先進行氣體的泄漏測試。

6.鋼桶和環境溫度

根據玻-馬定律（PV=nRT），在體積不變的情況下，溫度變化會引起壓力變化，最終影響到測試精度。為保證泄漏率的測試精度，應使鋼桶和環境的溫度相一致。

在桶身和桶蓋生產線上，鋼桶件進行試漏之前一般要經過加熱清洗，為保證桶件和環境的溫度相一致，需要在清洗機出口設置降溫裝置。為保證測試精度，還可以應用溫度補償裝置。

7.測試用氣管及附件要求

必須使用壓力膨脹少的硬質尼龍管和外套嵌入式接頭，以減少對測試精度的影響。鋼桶和標準件要采用同樣的配管，以保證變化量相同。為了在短時間的測試中不產生移動，應盡量固定配管。

配管不可用銅管、鋼管，因為這些材料很容易受到環境溫度的影響從而產生測試誤差；也不可采用快插式接頭，因其內部O形圈的變形會影響到測試精度。

8.試漏機的點檢和維護保養

為保證密封性測試的精度，除上文所述外，做好平時試漏機的點檢和維護保養工作，確保試漏機處于良好的技術狀態同樣重要。

四、結語

在鋼桶的制造中，氣密性測試對保證產品的質量起著至關重要的作用，是控制發動機質量的一個重要指標，因此，我公司要求做到“100%測試，100%合格”。

在我們的實際生產中，經氣密試漏測試及相關分析發現，不合格產品出現泄漏的原因有材料質量上存在缺陷，如鋼板局部組織有疏松、砂眼、針孔、裂紋、裂隙、應力集中和彎折等。也會因加工工藝不合理、結構不合理、裝配不合理等原因造成。就此，我們對鋼板供應商提出了更高的要求，同時在加工工藝和裝配等過程中采取了相應的措施，使產品不合格率不斷下降，從而提高企業效益。