氦气密试验机在铝合金轮毂气密性检测中的应用

王柱兴;吕金旗

【摘 要】介绍了铝合金轮毂常用的两种检漏方法及氦气密检漏的工作原理,最后介绍了铝合金轮毂氦气密试验机的校准方法. 【期刊名称】《工程与试验》 【年(卷),期】2011(051)003 【总页数】3页(P41-42,71)

【关键词】铝合金轮毂;氦气密试验机;校准 【作 者】王柱兴;吕金旗

【作者单位】中信戴卡轮毂制造股份有限公司试验中心,河北秦皇岛066000;中信戴卡轮毂制造股份有限公司试验中心,河北秦皇岛066000 【正文语种】中 文

【中图分类】U463.343;TG146.2+1 1 引 言

铝合金轮毂与传统的钢轮毂相比，具有质量轻、高导热性、更好的行驶稳定性的特点，而且坚固耐用，比钢轮毂寿命更长。因此，各大汽车制造商已经采用铝合金轮毂替换传统的钢轮毂。

铝合金轮毂在汽车工业中被普遍应用，各大汽车制造商出于汽车行驶的安全性的考虑，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。

2 铝合金轮毂常用的检漏方法

目前，针对铝合金轮毂气密性检测主要有两种方法。

第一种方法是传统的水气密检测，即气泡检漏法，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，由于铝合金轮毂被封闭过程中，有一部分气体被压缩，导致轮毂内腔的压力升高，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。

由于水气密检测原理简单，操作方便，在早期的轮毂气密性检测中被广泛采用。其缺点是在密闭过程中，压缩气体压力不能过高，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10-5～10-2Pa⋅m3/s范围之间[1]。所以，这种气密性检测方法已经不能满足现代汽车工业的要求。

第二种方法，氦质谱检漏法。这种检漏方法是采用氦质谱仪检测，以氦气作为示踪气体，使不同质量的气体在质谱仪的质谱室内按质荷比分离，并且得到示踪气体的质谱图，从而安全、定量、快速地获得轮毂泄漏率。

这种方法采用全微机控制，辅以精密的氦质谱仪作为检漏元件，并且以数据形式给出轮毂的泄漏率。但是需要专门设计检漏设备，同时还要采用稀有气体氦气作为示踪气体，故而其单机造价及运行维护成本均很高。所以，只有在形成一定规模的大型轮毂生产企业才采用这种高昂的检测设备。 3 铝合金轮毂氦气密试验机的组成及工作原理

一套完整的铝合金轮毂氦气密试验机主要由真空检漏系统、抽真空系统、轮毂密闭机构、充氦回收系统、电气、液压控制系统以及辊道输送、机械搬运系统组成，其主要工作示意图如图1所示。

图1 铝合金轮毂氦气密试验机检漏工作示意图 铝合金轮毂氦气密试验机的检测工作原理:

(1)当铝合金轮毂通过输送辊道及机械手搬运至轮毂密闭机构的底部密封托盘放稳后，顶部密封罩在液压作用力下将轮毂密封在由底部托盘及顶部密封罩组成的密闭机构中。在轮毂一个检漏周期中，密闭机构一直受液压力作用并且保持密闭状态，直至检漏检测完毕。

(2)在轮毂处于密闭环境下，抽真空系统开始工作，经由1台前级罗氏泵，对轮毂内腔抽真空，使轮毂内腔压力低于3kPa(绝对压力)，然后经由另外一台次级罗氏泵对轮毂内腔继续抽真空至低于20Pa，此时轮毂内腔抽真空结束。

(3)当检漏系统检测到轮毂内腔压力低于20Pa时，充氦回收系统开始工作。首先，对轮毂外腔进行充氦，充气压力一般维持在0.1MPa-0.3MPa，然后保持6s，这就是充氦环节。

(4)当充氦保持6s后，检漏系统开始检漏。一般情况下，极少量氦气分子会由密闭机构进入到轮毂内腔中，检漏系统会将真空状态下的轮毂内腔中的气体抽入氦气密试验机的质谱仪(LDS2010)中，进行质谱分析，检测出氦气分子浓度，并且将氦气分子浓度转换成电信号输送至氦质谱仪的表头，最终得出轮毂的泄漏率示值。 (5)得出轮毂泄漏率后，氦气回收系统要对密闭系统中的充氦气体进行回收。由于氦气储量极其稀少，因此，对稀缺资源的珍惜利用就显得更加重要。在增加氦气回收利用系统后，使得氦气检漏的检测成本显著下降。

(6)回收充氦气体后，去除轮毂密闭机构上的液压力，即可以对密闭机构进行空气回填。在回填空气压力作用下，密封罩与底部密封托盘脱离。至此，一个轮毂氦气检漏周期结束。对于检测合格的轮毂，检漏系统会通过工控机分析，输送至成品辊道，使得轮毂进入下一工序;对于检测不合格的轮毂，检漏系统会将其输送至废品辊道，进行报废处理。

4 铝合金轮毂氦气密试验机的校准

考虑国家对铝合金轮毂氦气密试验机暂时还没有做出具体的检定、校准规范，目前针对氦气密试验机的校准最常用的方法是采用一已知漏率的标准漏孔作为标准物质，将该标准漏孔安装于铝合金轮毂的气门孔上，利用氦质谱检漏仪对标准漏孔产生的指示值I与标准漏孔的漏率进行比较，就可以得出铝合金轮毂氦气密试验机的准确度。但是，这种校准方法只适用于日常的校准。

参照国内外各种氦气密检测设备的校准方法，对铝合金轮毂氦气密试验机还要做周期性的、全方面的校准，主要包括氦气示漏气体浓度的校准、铝合金轮毂氦气密试验机灵敏度的校准、有效最小可检漏率的校准、反应时间及清除时间的校准。 (1)氦气浓度的校准。由于氦气在空气中及真空系统残余气体中的含量极少，因此，极小量的氦气漏率就可以被氦质谱仪检测出来。另外，氦气作为稀有气体价格比较昂贵，所以在实际铝合金轮毂的氦气密检测中，只使用氦气浓度为10%左右的气体作为示踪气体。这样，既可以保证氦气的可检性，又可以降低运行成本。通常，铝合金轮毂氦气密试验机都配有氦气浓度检测仪，用于对示踪气体的检测。氦气浓度检测仪的校准方法是用标准浓度的氦气与检漏系统内的氦气做参考比较。 (2)氦气密试验机灵敏度的校准。氦气密试验机的灵敏度校准方法是:将已知漏率为W的标准漏孔安装于铝合金轮毂上进行检漏，由氦质谱仪输出漏率示值为I，得出氦质谱检漏仪的灵敏度

式中，W—标准漏孔的漏率，单位为Pa⋅m3/s;I—氦质谱仪输出漏率示值，单位为Pa⋅m3/s。

(3)铝合金轮毂氦气密试验机有效最小检漏率的校准。在铝合金轮毂氦气密试验机检测过程中，将一已知漏率为W的标准漏孔安装于轮毂气门孔上。首先，把标准漏孔用密封罩封闭，测出氦气密试验机的本底指示值I0，同时可读出试验机的最小可检测信号In;然后取下标准漏孔的密封罩，再次进行检漏测试，得出氦气密试

验机的稳定指示漏率 I，从而可以得出试验机的有效最小可检漏率:

式中，Wemin—铝合金轮毂氦气密试验机有效最小检漏率，单位为

Pa⋅m3/s;W—标准漏孔的漏率，单位为 Pa⋅m3/s;In—最小可检信号，单位为mbar⋅L/s;I—氦气密试验机的稳定指示漏率，单位同In;I0—氦气密试验机的本底指示值，单位同In。

(4)氦气密试验机的反应时间及清除时间的校准。在检漏时，当氦气充满轮毂的外腔时，由于铝合金轮毂有一定壁厚，氦气通过铝合金轮毂的漏孔，需要一定时间，所以氦质谱仪中氦气压不会急剧变化，而需要一个测量过程。一般认为，氦气密试验机的反应时间，是指氦气进入漏孔时，使氦质谱仪的输出值达到漏率最大值63%时所经历的时间。反应时间决定了检漏速度。

氦气密试验机的清除时间是指当试验机停止充氦后输出示值降低到最大漏率的37%所需要的时间，数值上和反应时间相等，所以清除时间同样影响检漏速度。 反应时间的校准同样要借助于标准漏孔，基本方法是:将已知漏率的标准漏孔安装于铝合金轮毂上，在未通氦气前提下读出氦气密试验机的本底示值I0，然后进行充氦读出最大漏率示值Imax，得出氦气密试验机的最大变化值=Imax-I0，最后再次进行检漏，从充氦时开始计时，当氦气密试验机输出示值达到0.63(Imax-I0)+I0时所耗时间，就时氦气密试验机的反应时间。用同样方法可以校准氦气密试验机的清除时间。通常要求反应时间小于3s。 5 结 论

铝合金轮毂氦气密试验机以氦质谱仪为检漏核心元件，以氦气作为示踪气体，适用于铝合金轮毂流水线化在线检漏，其检漏性能大大地优于传统的水气密检测方法，满足了汽车工业对铝合金轮毂气密安全性要求。 参考文献

【相关文献】

[1] 肖祥正.泄漏检测方法与应用[M].北京:机械工业出版社，2009:142-143.