1　密封和泄漏的概念
　　密封是一個(gè)相對(duì)的概念，沒(méi)有絕對(duì)不泄漏的工件。對(duì)于不同的應(yīng)用有不同的密封程度要求，因此必須首先確定泄漏測(cè)試的方法、測(cè)試壓力及允許的泄漏率。泄漏測(cè)試的任務(wù)就是在生產(chǎn)過(guò)程中盡早對(duì)工件在后續(xù)工藝中能否保證不漏做出判斷，以避免對(duì)泄漏工件做進(jìn)一步的加工和裝配，這叫“廢品剔除”。
　　在自動(dòng)泄漏測(cè)試中，即使要求工件必須是液密的，也用空氣或其它專(zhuān)用測(cè)試氣體做為檢測(cè)介質(zhì)。因?yàn)闅怏w的粘度低于液體，故用氣體作為檢測(cè)介質(zhì)可獲得很高的測(cè)試精度，對(duì)于液體無(wú)法滲透的質(zhì)地疏松區(qū)域，氣體則可透過(guò)并被檢測(cè)到。
　　有空氣溢出是自動(dòng)泄漏測(cè)試的先決條件，任何方法甚至水下目測(cè)也無(wú)法檢測(cè)到零泄漏；同樣，沒(méi)有氣泡也是不可能的，只要觀測(cè)時(shí)間足夠即使最小的氣泡也會(huì)出現(xiàn)。
　　例如，在水下檢測(cè)時(shí)，空氣從工件中滲出，在水中形成一個(gè)1mm大小的氣泡升出水面，每30秒出現(xiàn)了一個(gè)，則泄漏率為0.001cm^３／min。假設(shè)試件是一個(gè)汽車(chē)輪胎(內(nèi)部容積約40升)，這樣大的泄漏率相當(dāng)于在10年里壓力下降了10^４Pa，那么它被認(rèn)為是密封的，還是漏的呢?如果每3秒出現(xiàn)一個(gè)這么大的氣泡，相當(dāng)于0.01cm^３／min泄漏率，在一年里壓力會(huì)下降10^４Pa，此時(shí)又應(yīng)被看作是漏還是不漏的呢?
　　冰箱壓縮機(jī)的允許泄漏率是16×10^５Pa壓力下每年漏掉1g氟里昂，這相當(dāng)于泄漏率是8.4×10^－7cc／min。
　　當(dāng)提出“漏與不漏”的問(wèn)題時(shí)，實(shí)際上是確定可允許的泄漏率，這樣當(dāng)工件的泄漏率＜V_perml時(shí)判為密封的，當(dāng)泄漏率＞V_perml時(shí)則是漏的。
　　水下目測(cè)是一種相當(dāng)精確的測(cè)試方法，可通過(guò)操作者仔細(xì)的觀察來(lái)實(shí)現(xiàn)。水下目測(cè)精確度高，價(jià)格便宜，另一個(gè)重要的優(yōu)勢(shì)在于檢測(cè)同時(shí)可確定泄漏部位。這種方法的缺點(diǎn)是，它取決操作者的水平(重復(fù)性低)，節(jié)拍時(shí)間長(zhǎng)，并會(huì)弄濕工件。這些也是使用自動(dòng)檢測(cè)儀的原因。
　　批量生產(chǎn)中，以空氣為介質(zhì)的泄漏檢測(cè)已被廣泛應(yīng)用。其原因是：
　　●　可靠性高
　　●　客觀、定量地質(zhì)量表述
　　●　測(cè)試時(shí)間短

　　●　投資少、使用費(fèi)用低
　　●　精度高
　　●　不損傷工件
　　●　容易納入生產(chǎn)線中
　　●　易于標(biāo)定
　　鑒于如下領(lǐng)域的要求，空氣自動(dòng)泄漏檢測(cè)將得到更為廣泛的應(yīng)用：
　　●　ISO9000要求
　　●　產(chǎn)品質(zhì)量要求
　　●　記錄、統(tǒng)計(jì)和分析的要求
　　●　環(huán)保要求
　　●　工廠設(shè)計(jì)
2　測(cè)試指標(biāo)
　　測(cè)試指標(biāo)包括兩個(gè)數(shù)據(jù)：測(cè)試壓力和允許泄漏率。
　　中心問(wèn)題是：多大的泄漏率能保證工件在工作條件下沒(méi)有液體泄漏。
　　允許泄漏率隨具體應(yīng)用而不同，它取決于很多因素。比如：工件的材料、結(jié)構(gòu)及上述的實(shí)際工作狀態(tài)下的后續(xù)工作重點(diǎn)。
　　在泄漏率較小(液體泄漏率幾乎為零)的情況下，空氣與液體的泄漏率之比無(wú)法計(jì)算出，對(duì)于較大的泄漏率，兩者的粘度比可近似為泄漏率之比。
　　同樣，工件壁厚、表面狀態(tài)及疏松結(jié)構(gòu)(鑄造沙眼、裂隙)也起到關(guān)鍵作用。
　　通常，允許泄漏率都要參考給定的測(cè)試壓力，而測(cè)試壓力模擬后續(xù)的工作狀態(tài)選擇，這就首先提出一個(gè)測(cè)試壓力等級(jí)的問(wèn)題，其次是測(cè)試的方向。
　　確定測(cè)試壓力時(shí)會(huì)遇到泄漏率與測(cè)試壓力的關(guān)系問(wèn)題。疏松度高，泄漏率與測(cè)試壓力成正比；疏松度低，泄漏率與測(cè)試壓力之比變小(見(jiàn)圖1)。

圖1　泄漏率與試驗(yàn)壓力關(guān)系

　　由于小泄漏在水下目測(cè)時(shí)不穩(wěn)定，隨時(shí)間而變化。因此，如果自動(dòng)氣試后要用水下目測(cè)進(jìn)一步確定時(shí)，就必須將這一問(wèn)題考慮進(jìn)去。在工業(yè)生產(chǎn)中確定允許泄漏率時(shí)，從經(jīng)濟(jì)角度考慮是關(guān)鍵，測(cè)試應(yīng)該是在必要條件下盡可能精確，而不是越精確越好。如果允許泄漏率定得比需要的低，廢品率會(huì)增大，生產(chǎn)成本就會(huì)提高。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
　　最終的允許泄漏率必須通過(guò)試驗(yàn)確定，在某些情況下，也可由經(jīng)驗(yàn)數(shù)值或推薦的數(shù)值來(lái)確定。
　　以空氣為介質(zhì)的泄漏測(cè)試中(測(cè)量壓力或流量)，泄漏率以標(biāo)準(zhǔn)cm^３／min給出，如果用特殊氣體(比如氦氣)，通常以10^２Pa 1／s表示。
　　1 Std cm^３／min＝60×10^２Pa　l／s
　　需要指出的是1 Std cm^３／min是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(0℃、1．013×10^５Pa)充滿1cm^３的氣量。1Std cm^３不是指三維測(cè)量，而是以三維尺寸表示的氣量。因此Std cm^３／min表示的是質(zhì)量流量而不是體積流量。對(duì)于泄漏檢測(cè)，嚴(yán)格來(lái)講，如果泄漏率以Std cm^３／min表示，則不論是用質(zhì)量流量法還是用壓力法測(cè)量，測(cè)量信號(hào)必須加以修正以消除大氣壓和環(huán)境溫度的影響。如果不這樣做，泄漏率應(yīng)以cm^３／min或ml/min表示。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)與測(cè)試狀態(tài)的平均差別在10%左右。

表1　汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)零件允許泄漏率值舉例

3　不同的空氣密封性即泄漏試驗(yàn)方法
　　以空氣為介質(zhì)的自動(dòng)氣密試驗(yàn)，工件合格與否取決于測(cè)試前后的壓力差下空氣的流失。但空氣的流失無(wú)法直接測(cè)量出，而只能通過(guò)壓力變化—工件與氣源分開(kāi)(壓力測(cè)量法)，或者流入工件的氣量—工件與氣源相連(流量測(cè)量法)表現(xiàn)出來(lái)，無(wú)論壓力法還是流量法都有不同的變形。
3.1　壓力測(cè)量
　　在工業(yè)泄漏測(cè)試中，壓力測(cè)量是最常見(jiàn)的方法，在測(cè)試腔較小的情況下，可檢測(cè)到0.1cc/min或更小的泄漏率。
　　相對(duì)壓力或絕對(duì)壓力測(cè)量法具有測(cè)試單元集成化、測(cè)量系統(tǒng)自身容積最小的特點(diǎn)，且可靠性高、測(cè)量范圍寬，測(cè)試信號(hào)分辨力取決于使用的測(cè)試壓力。
　　在測(cè)試壓力較高的情況下，差壓法測(cè)量的精度要高于絕對(duì)壓力法，因?yàn)槠浞直媪εc使用的測(cè)試壓力無(wú)關(guān)。
　　壓力降測(cè)量是向被測(cè)件充以正壓，模擬正常的工作狀態(tài)。
　　在不同的壓力測(cè)量法中，升壓法受溫度變化，密封裝置和工件容積不穩(wěn)定的影響小于降壓法，過(guò)壓法中壓力升高的測(cè)量可以沒(méi)有平衡階段，并且由于不受測(cè)試壓力制約，使用的測(cè)試壓力不受測(cè)量元件的測(cè)量范圍限制。
3.2　流量測(cè)量
　　流量測(cè)量的測(cè)量信號(hào)與測(cè)試容積無(wú)關(guān)，不同于壓力測(cè)量中測(cè)量信號(hào)隨著測(cè)試容積的增大而減小。這在標(biāo)定時(shí)是個(gè)優(yōu)點(diǎn)，測(cè)量信號(hào)直接對(duì)應(yīng)于通過(guò)泄漏標(biāo)定儀的氣體流量，標(biāo)定過(guò)程中不再需要知道確切的測(cè)試容積，也不用考慮確定泄漏率。
　　體積流量法，一般不用于泄漏檢測(cè)而是用于流量控制中，如在用同樣的測(cè)量元件(差壓傳感器)進(jìn)行降壓法泄漏測(cè)試前，對(duì)氣體系統(tǒng)中的自由通道進(jìn)行流量監(jiān)控。
　　在質(zhì)量流量法中，測(cè)試信號(hào)不僅與測(cè)試容積無(wú)關(guān)且與測(cè)試壓力也無(wú)關(guān)，而是直接對(duì)應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)泄漏率Std cm^３/min，不象壓力法測(cè)量中要計(jì)算允許泄漏率。
4　用壓力測(cè)量法進(jìn)行泄漏測(cè)試
　　一個(gè)完整的自動(dòng)泄漏測(cè)試包括四個(gè)階段：
　　●　充氣
　　●　平衡
　　●　測(cè)量
　　●　排氣
4.1　充氣階段
　　被測(cè)工件按一定壓力進(jìn)行充氣，充氣何時(shí)結(jié)束，可由時(shí)間或壓力控制。通過(guò)充氣階段的壓力上升曲線可粗略地對(duì)被測(cè)容積加以估算，或者檢查儀器中與工件相連的自檢閥是否處于“開(kāi)”位置。
4.2　平衡階段
　　在這一階段檢測(cè)系統(tǒng)必須穩(wěn)定下來(lái)，充氣階段的波動(dòng)必須停止，測(cè)試空氣的溫度變化也須消失，進(jìn)入工件的氣體在充氣閥處膨脹并冷卻，而原先工件中的空氣被壓縮并升溫，如圖2缸體-曲軸箱的水套在四個(gè)泄漏檢測(cè)階段的溫度曲線所示，后者在充氣階段占主導(dǎo)地位。

圖2　溫度與壓力變化曲線

　　檢測(cè)腔中的壓力與溫度相同也在變化。如果要使一個(gè)密封件試漏儀指示為零，則需等到恒溫狀態(tài)，然而要達(dá)到“完全平衡”所需的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)比正常批量生產(chǎn)允許的節(jié)拍長(zhǎng)。

　　有三種方法縮短平衡時(shí)間：
　　●　補(bǔ)償充氣
　　補(bǔ)償充氣指充氣階段以稍高于檢測(cè)壓力的氣壓充氣，到平衡階段降至檢測(cè)壓力，在這一膨脹過(guò)程中，被測(cè)腔內(nèi)的氣體冷卻，這樣即可對(duì)“不完全平衡”加以補(bǔ)償。對(duì)一個(gè)密封件來(lái)說(shuō)，通過(guò)改變充氣壓力，即使在短暫的平衡后也可能獲得零指示，并且還可縮短充氣時(shí)間。
　　●　參考容器＝被測(cè)容器
　　在差壓法泄漏檢測(cè)系統(tǒng)中，在參考側(cè)連接一個(gè)密封件，以便在充氣平衡階段壓力傳感器兩側(cè)具有相同的狀態(tài)，這樣可對(duì)消它們的影響。
　　●　提前測(cè)量時(shí)間
　　因?yàn)楂@得零指示并非泄漏測(cè)試的目的，所以最簡(jiǎn)單的是通過(guò)提前測(cè)量階段來(lái)縮短平衡時(shí)間。平衡時(shí)間可以減少到測(cè)量階段前的系統(tǒng)狀態(tài)不再現(xiàn)為止。這樣，對(duì)于一個(gè)密封件，其測(cè)量結(jié)果可能不為“0”而為“X”。所以廢品值也須據(jù)此加以修正。
　　實(shí)際工作中，上述三種方法經(jīng)常一起使用。
4.3　測(cè)量階段
　　被測(cè)腔中空氣的滲漏將產(chǎn)生一個(gè)壓力降，這就可通過(guò)差壓傳感器測(cè)出相對(duì)于參考容器的壓力差，也可通過(guò)壓力傳感器測(cè)出壓力變化，測(cè)量方法見(jiàn)圖3所示。

圖3　差壓測(cè)量方法(a)與相對(duì)壓力測(cè)量方法(b)

　　充氣、平衡時(shí)間可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定，但測(cè)量時(shí)間可用波義耳-瑪略特氣體方程計(jì)算出：
　　P^．V/T＝常數(shù)
　　這里，我們假設(shè)測(cè)量過(guò)程中溫度不變，則方程變?yōu)椋?BR>　　P^．V＝常數(shù)
　　轉(zhuǎn)化成降壓法泄漏檢測(cè)的形式，方程變?yōu)椋?BR>　　P_１^．V_ｔ＝P_２^．V_ｔ＋P_at^．V_Ｌ
式中　P_１——測(cè)量階段開(kāi)始時(shí)被測(cè)腔內(nèi)的壓力
　　　P_２——測(cè)量階段末被測(cè)腔內(nèi)的壓力
　　　V_ｔ——被測(cè)腔容積
　　　P_at——大氣壓
　　　V_L——泄漏的氣體體積(大氣壓下的體積)
測(cè)量階段的壓力變化　ΔP＝P_１－P_２
即，P_２＝P_１－ΔP，測(cè)量過(guò)程的方程變?yōu)椋?/P>

ΔP^．V_ｔ＝P_at^．V_Ｌ　　或者
ΔP＝P_at^．V_Ｌ／V_ｔ

　　值得注意的是公式中沒(méi)有測(cè)試壓力，測(cè)試壓力對(duì)被測(cè)腔中的壓力變化無(wú)影響，即在相同泄漏率條件下，無(wú)論測(cè)試壓力是0.1MPa還是1MPa工件中的壓力降是相同的。但是泄漏率隨著測(cè)試壓力升高而增大，測(cè)試壓力與泄漏率的關(guān)系見(jiàn)圖1。
　　對(duì)某一特定測(cè)試，測(cè)量時(shí)間可由下式計(jì)算出：
　　T_ｍ＝RP^．V_ｔ^．60／P_at^．V_Ｌ
式中　T_ｍ——測(cè)量時(shí)間，s
　　　RP——廢品點(diǎn)，mmH_２O
　　　P_at——大氣壓力，mmH_２O
　　　V_ｔ——被測(cè)容積，cm^３
　　　V_Ｌ——泄漏率，cm^３／min
5　對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響
　　前面已經(jīng)講過(guò)，用空氣進(jìn)行泄漏檢測(cè)無(wú)法直接測(cè)量出泄漏的氣體，而只能通過(guò)被測(cè)腔內(nèi)壓力的影響檢測(cè)出來(lái)。根據(jù)氣態(tài)方程，除了泄漏、溫度和體積的變化也會(huì)影響被測(cè)腔內(nèi)的壓力，所以要進(jìn)行高精度的泄漏測(cè)試，首先要保證測(cè)得的壓力變化僅僅是由于泄漏造成的。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
5.1　測(cè)量精度會(huì)因下列影響而降低
5.1.1　溫度影響
　　必須保證測(cè)量階段空氣溫度保持不變，或每次測(cè)量都精確地重復(fù)相同的溫度變化。為滿足這一要求，所有與測(cè)試有關(guān)的部件如被測(cè)工件、測(cè)試氣體、密封裝置等必須具有相同的溫度，或每次測(cè)量的溫差都相同。在正常生產(chǎn)狀態(tài)下，這只能近似實(shí)現(xiàn)。JW FROEHLICH的溫度補(bǔ)償法(專(zhuān)利號(hào)：DE-C-3106981)己被反復(fù)證明是有效的方法。是否需用這一方法取決于允許泄漏率對(duì)應(yīng)的測(cè)量信號(hào)變化與溫度影響造成的測(cè)量信號(hào)變化之比。
5.1.2　容積變化
　　在測(cè)量階段要保證沒(méi)有容積變化，如果由于測(cè)試壓力使得容積增大，相當(dāng)于模擬了泄漏。如果由于密封壓頭的接觸壓力使得容積減小，則會(huì)補(bǔ)償本來(lái)存在的泄漏，為避免密封件的“脹縮”，必須確定密封件尺寸和密封壓力，保證在密封狀態(tài)下，密封件與工件之間有擋鐵接觸。因?yàn)樵趬毫Ψy(cè)量中，容積大小與泄漏率大小直接相關(guān)，容積誤差必將造成測(cè)量誤差。
5.1.3　試漏儀的重復(fù)性
　　生產(chǎn)用的試漏儀質(zhì)量好壞，其絕對(duì)精度并不是第一位的，而是重復(fù)性。儀器的重復(fù)性由各種組成部件的誤差組成，如測(cè)量傳感器、電子測(cè)量單元、閥、管路、調(diào)壓器等，正確設(shè)定的試漏儀的典型重復(fù)性值是：
　　絕對(duì)壓力或相對(duì)壓力試漏儀　1～10Pa(取決于測(cè)試壓力)
　　差壓試漏儀　1Pa
5.1.4　標(biāo)定
　　泄漏檢測(cè)的精度還取決于標(biāo)定裝置的精度，多數(shù)情況下是用裝在儀器中的一個(gè)浮子流量計(jì)的可調(diào)閥進(jìn)行泄漏模擬，這種方法應(yīng)用方便，但流量計(jì)的精度僅為量程的3%。同樣浮子有時(shí)難以檢測(cè)，并且讀數(shù)精度低。
　　正確的標(biāo)定方法是將一樣件(密封件)放到夾具中，連續(xù)模擬允許泄漏，這可通過(guò)工件氣路分支上的閥實(shí)現(xiàn)，這個(gè)閥必須調(diào)到允許泄漏率。我們有標(biāo)定好的泄漏率一定的模擬裝置，還有精密可調(diào)截流閥，泄漏率可從0.1cm^３／min起設(shè)定，從閥漏出的空氣用一個(gè)標(biāo)定好的標(biāo)定儀測(cè)量，分辨率為0.01Std cm^３/min。
5.2　試漏儀無(wú)法判定工件的泄漏部位
5.2.1　密封不嚴(yán)
　　試漏儀無(wú)法判定泄漏來(lái)自工件的質(zhì)地疏松部位還是密封不好，如果連續(xù)出現(xiàn)不合格，則可能是密封問(wèn)題如橡膠老化，或測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)部有泄漏。
5.2.2　累積泄漏
　　自動(dòng)泄漏測(cè)試中，測(cè)量的是累積泄漏(集中測(cè)量)，這樣可能每個(gè)單獨(dú)的泄漏小于允許泄漏率，而累積泄漏大于允許值，此時(shí)工件錯(cuò)誤地被判為廢品。然而，在確定允許泄漏率時(shí)必須假設(shè)出現(xiàn)最嚴(yán)重的泄漏情況。
5.3　被測(cè)容器的表面情況
　　泄漏會(huì)由于表面潮濕而被掩飾，無(wú)法檢測(cè)到，然而會(huì)在以后的工作狀態(tài)下表現(xiàn)出來(lái)。對(duì)灰鑄鐵缸體的測(cè)試表明，在干燥狀態(tài)下泄漏率達(dá)80cm^３/min的工件，在潮濕狀態(tài)(切削液)下卻無(wú)法檢測(cè)到泄漏。即使施以高壓進(jìn)行檢測(cè)也不行。因此保證工件干燥在泄漏檢測(cè)中是很必要的。