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      氦質譜檢漏儀

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      真空箱氦檢漏及回收系統在汽車空調的應用

      真空箱氦檢漏及回收系統在汽車空調的應用

              隨著國內汽車工業的蓬勃發展,國家和制冷行業對汽車空調兩器-冷凝器、蒸發器的年泄漏量有嚴格要求。傳統的水檢方式精度低、誤判率高,已經不能滿足現代汽車空調檢測標準的要求。而氦質譜檢漏法具有檢漏精度高、誤判率低、清潔環保等優點,日益受到業內的廣泛關注和認可,并有逐步取代水檢的趨勢。北京中科科儀是國內Z早從事氦質譜儀研發與生產的廠家,為滿足現代汽車空調兩器的檢測要求,自主研發生產了真空箱氦檢漏及回收系統,并廣泛的應用于國內諸多兩器生產廠家。本文簡要介紹了該系統的設計原理及其在汽車空調上的應用。

      一、水檢和氦檢兩種檢漏方法的分析

            目前,水檢和氦檢兩種檢漏方法國內汽車空調兩器檢漏Z主要的方法,下面將分析兩種檢漏方法的優缺點。

      1.1 傳統水泡法檢測分析

            水泡檢漏法,屬于檢測精度要求不高的粗檢漏,就是將被檢工件充入一定壓力的干燥壓縮空氣或者是氮氣,然后放入水中,觀察是否有氣泡從被檢工件中跑出來,如果有,則說明漏,而且指出什么位置泄漏,一般只確定被檢件是漏還是不漏,而不需定量。但并不是說氣泡檢漏就不能定量。在某些情況下,氣泡檢漏也可以定量。檢出氣泡的漏率與氣泡直徑、氣泡形成速率、充氣的種類有關。

            因此,對于空調兩器檢漏來說,采用水檢方法,靈敏度較低。受人為因素影響,漏判誤判率會明顯增加。另外,工件水檢后,外表面有水,需烘干處理,耗電多,耗費勞動力也多。但水檢法也有優點,就是操作簡單直觀,而且能夠查找漏點位置。

      1.2 氦質譜檢漏方法分析 

            氦質譜檢漏是以氦作探索氣體,對各種需密封的容器的漏隙進行快速定位和定量檢測的理想方法。

      氦質譜檢漏法有優點在于:氦是惰性氣體,對大氣無污染,使用安全;氦原子質量小,黏度小,易滲透過可能存在的漏隙。氦氣在大氣中含量?。?ppm),不易受干擾。氦質譜檢漏儀檢測靈敏度高,速度快,適用范圍廣。 

            目前國內生產氦質譜檢漏儀Z小可檢漏率可達到5.0×10-13 Pa·m3/s。目前,國內外比較流行的針對空調兩器檢漏方法,多采用真空箱法。

      二、汽車空調兩器檢測要求 

      2.1 空調兩器實際工況  

      1.空調兩器工作介質:氟利昂或者碳氫化合物作為制冷劑工作于汽車空調內部,目前比較流行使用R134a作為汽車空調的制冷劑。 

      2.壓力范圍:不同規格的空調兩器Z高工作范圍在2.0~3.5MPa之間,正常工作壓力在0.8~2.0MPa之間。注:特殊情況除外。  

      3.氣密性要求:對于兩器產品,充注一定壓力R134a制冷劑,泄露量小于2克/年。 

      4. 耐壓要求:對產品加壓到實驗壓力,保壓一段時間,降到常壓,經檢查無泄漏和異常變形。

      2.2 空調兩器氦檢漏基本要求 

      1.耐壓測試要求:一般兩器在執行氦檢漏之前會充注一定壓力(一般不超過3.5MPa)的高純氮氣或者干燥的壓縮空氣,對工件作耐壓測試,如果不出現明顯變形及大漏,再執行氦檢測工藝。 

      2.氦檢測精度要求:由于不同生產企業對產品的檢測要求不盡相同,但一般都會遵循行業標準,或比行業標準要求稍高。通?!皟善鳌睓z測標準不會超過1克/年。 

      3.檢測節拍要求:據調查一般的兩器生產廠家年產量都會在十萬只以上,要實現所有產品全部使用氦檢測,就要求氦檢測節拍越快越好。中科科美生產的氦檢系統,針對冷凝器檢漏節拍在40秒/件,針對蒸發器檢漏可達20秒每件; 

      4.氦氣回收要求:氦檢漏系統使用氦氣作為示蹤氣體,由于氦氣比較貴重,如果直接排放,必然導致檢測成本的大幅增加。因此,一般廠家都會要求氦氣可回收,即循環利用。氦檢系統,氦氣回收率可達95%以上。

      三、真空箱氦檢漏及回收系統工作原理及構成

      3.1 真空箱氦檢漏及回收系統基本原理

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            采用背壓法對被檢工件進行漏率檢測,并對氦氣進行回收利用。首先對被檢工件放入真空箱內,充入一定壓強的氮氣,作耐壓測試,通過保壓判斷壓降確定是否有大漏;然后對被檢工件抽空后充入一定壓強的氦氣,真空箱與檢漏儀的檢漏口相接,若被檢工件有泄漏,則漏入真空箱的氦氣可通過檢漏儀測出。與被檢工件相連的是充氣回收裝置,在檢漏前后分別實現氦氣的充注和回收。

            為滿足工業現場快節奏檢測節拍、充分利用資源、節約設備制造成本。系統采用雙工位設計,系統原理簡圖如圖一所示,兩個工位共用一套粗抽機組、精抽機組、檢漏儀、耐壓測試單元、工件抽空單元、氦氣充注及回收單元。兩個工位可交替執行不同工藝流程,比如一個工位在檢漏時,另一個工位可執行抽空、檢漏等步序。根據此原理,我們設計雙工位氦檢漏系統如圖二。

      3.2雙工位氦檢漏系統構成

      (1)粗抽機組:一般采用旋片泵或者滑閥泵作為粗抽真空使用,獲得從一個大氣壓到千帕級真空,并為后續精抽真空作準備。

      (2)精抽機組:一般采用羅茨泵作為精抽真空使用,獲得檢漏要求的真空,一般為5Pa左右。

      (3)檢漏儀:是檢漏系統中的核心部件,檢漏儀執行檢漏工作時,給出工件泄露量大小,并判斷工件是否合格,輸出控制信號。

      (4)耐壓測試單元:通過向工件內充注高壓氣體,一方面測試工件的耐壓性能。另一方面通過平衡、保壓過程,有傳感器感測壓力差,并由控制系統經過計算分析判斷是否有大漏。

      (5)工件抽空單元:為保證氦氣有循環過程中氦氣的純度,在向工件充注氦氣之前,抽出工件內的空氣。

      (6)氦氣充注及回收單元:充氦過程為:對被檢工件抽空后,開V1,對工件充氦氣到規定壓力后關V1。檢完漏后,V2開,工件內氦氣自動流入回收罐。然后V2關,V3開,機械泵抽出工件內剩余氦氣并送入回收罐。同時主壓縮機將回收罐內的氦氣壓縮至儲氣罐。因為氦氣在檢測過程中會有損耗,所以當儲氣罐內壓力低于規定值時,需開V6,補充氦氣,以保持儲氣罐內的氦氣有足夠的壓力和濃度。(劉經理,這個回收原理圖好像你那有)

      四、真空箱氦檢漏及回收系統設計關鍵技術

      (1)真空箱體設計:首先、要保證箱體在抽真空過程中受力發生非彈性形變,造成箱體開裂。第二、要保證良好的氣密性,真空箱一般是焊接成型,根據真空系統要求,焊縫無氣孔、接痕,表面光滑, 焊后焊縫表面磨光, Z后同箱體板一起拋光。這樣處理的箱體內表面光潔,表面藏氣較少。第三、真空箱門開合自如,開合過程中不剮傷箱體密封圈,為提高箱體密封圈的使用壽命,設計時盡量考慮使密封圈在垂直箱體法蘭面方向上受力,盡量避免斜向受力。

      (2)真空管路設計:真空管路設計首先要考慮管道流導要與真空泵的抽速相匹配,避免大馬拉小車現象。

      (3)檢漏系統設計:首先、系統應具備檢測大漏、中漏、微漏功能,系統一但出現大漏應立即中止檢漏并給出報警,防止出現大漏后,繼續執行氦檢工藝, 造成系統累積大量氦氣而無法清除,也即是出現“氦中毒”現象。其次、一但出現大漏,應有清氦措施,Z大程度的清除氦本底。

      (4)氦氣充注及回收設計:首先、務必保證安全問題,因為涉及到高壓氣體,因此儲氣罐務必設置安全閥及壓力適時檢測裝置,保證壓力容器安全。第二、壓力管道務必密封良好,防止充氣及回收過程中空氣混入到系統中,造成氦氣純度下降。第三、需要有氦氣濃度檢測裝置,保證在氦氣壓力及純度達不到要求時,補充新鮮的氦氣。第四、具備慮油裝置,防止氦氣增壓泵以及真空泵中的油蒸汽進入氣罐,污染系統。

      (5)抽空系統設計:抽空系統設計應本著適度、夠用、滿足需求原則。系統冗余過大,會導致制造成本偏高,也不離于節能環保。

      五、真空箱氦檢漏系統在兩器檢漏中的使用經驗

      5.1 實際產品漏率報警閾值的設定

            在對空調兩器檢測時,對產品報廢點的設置非常關鍵,指標要求過高,將會帶來大批量產品不合格,太低又保證不了產品質量。正確確定產品的報警點需要以下步驟: 

      (1)將冷媒漏率換算成氣體漏率

            在對空調兩器進行泄露檢測時,常使用氣體取代制冷劑進行泄露檢測。因此,需要將液體漏率與氣體漏率之間作一個等效轉換。

      2.首先制冷劑液體漏率轉變為氣體漏率:

      3.確定系統的分流因子

            在實際檢漏時,由于有輔抽泵及其他因素的影響,并非所有的氦氣都進入到氦檢漏儀,因此,氦氣存在一定的程度的分流。也就是說檢漏儀指示漏率并非工件的實際漏率。要測定系統的分流因子,需要執行以下步驟。

      將儀器調整至Z佳工作狀態,將一個已知漏率(Q1)的標準漏孔置于真空箱內,開啟系統,觀察檢漏儀指示漏率(Q2),則系統的分流Q3= Q1/ Q2。

      (4)確定系統的報警點

      根據本節(2)所得等效氦氣漏率和(3)所得系統分流因子,即可確定工件的報警點:

      Q= QHe/Q3。

      5.2 氦檢漏系統校準

            氦檢漏系統在使用一段時間后,檢漏儀可能由于環境等其他因素的影響,系統檢測漏率會出現漂移。因此,需要定期對系統校準。系統校準分為內部校準和外部校準。

      (1)內部校準

            內部校準即是對檢漏儀自身的校準,執行內部校準需要準備一個漏率已知的標準漏孔對檢漏儀進行校準。由于每款檢漏儀校準方法各不相同,限于篇幅,本文不作詳述。值得一提的是,一些檢漏儀會內置標準漏孔。內置標準漏孔在使用一段時間后,漏率會衰減。因此需要找專門計量單位對內置漏孔進行校準,通常漏孔每年校準一次。

      (2)外部校準

            外部校準即是對整個檢漏系統校準,系統使用一段時間后,系統的分流因子可能會發生改變,因此需要定期使用標準漏孔來校準系統,以確定分流比是否已經改變。如果改變需要適當調整系統的報警點。

      5.3其它使用注意事項

      (1)一些用戶在使用氦檢漏系統時希望每個箱體一次檢測多個工件,以提高檢測效率。這樣做會有潛在的風險。一是可能存在累積效應,即多個工件累積漏率可能超過報警點,而實際單個工件在許可范圍內合格。二是一旦不合格需要單個重檢,耗費工時。每個箱體一次檢測多個工件的基礎在于工件的合格率在90%以上,而且工件品質較好。

      (2)由于氦檢漏系統屬于一種精密檢測儀器,對使用環境要求相對苛刻。一是要求工件清潔干燥。二是要求環境溫度不能過高、濕度也不能過大。

      (3)為保證系統使用壽命和穩定運行,系統需要定期維護。比如更換泵油、清潔管道、更換配件等。條件不具備時,須請廠家技術人員作定期保養。
















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