逆变器壳体气密检测影响因子分析及测试研究

0引言

泄漏检测是衡量汽车零部件密封性能的关键保证手段,而差压式气密性检测方法是企业泄漏检测最常用的方法。其原理是对被测产品腔体和设备标准腔体充气,通过比较被测腔体气压波动,判定是否出现泄漏。该方法节拍快,经济性好,检测精度尚可。

目前业内对提高气密检测精度已经做了大量研究。宣立明等人[1]对不同产品在使用气密设备时设定不同测试参数,来提升测量精度。魏子云[2]研究了变速箱总成充气时间、检测时间对气密检测精度的影响。杨伟等人[3]针对军用电子设备特点,选用差分式气密检测替代淋雨及浸泡测试,并采用红外热成像技术分析产品的泄漏位置。刘柏林[4]探究了飞行器燃油系统气密测试温度、泄漏面积、测试压力及被测产品的腔体容积对气密检测结果的影响,并研制了燃油系统气密检测样机,提升了检测精确性。赵明冬等人[5]针对油冷器气密性检测速度及精度方面的不足,对油冷器油路采用负压,水路采用正压,通过正负压差检测法实现双路同时检测,提升了检测速度及精度。胡牡香等人[6]采用一种精度分配方法解决差压气密设备容器气密性误差分配问题,提升了检测精度。

但是,现有差压式气密设备的研究内容大多集中在研究设备内置参数设定来提升准确性,对实际量产过程中检测设备工装系统、气源系统及产品温度波动导致检测精度下降问题研究较少。因此,针对上述不足,本文进行了分析及测试研究,以期提升检测精确性。

1差压式气密设备检测原理

差压式气密检测使用无泄漏的标准品,同时给测试品和标准品加压,通过高感度的差压传感器测出待测产品与标准品内的压力之差,判断产品是否泄漏。泄漏检测示意图如图1(a)及图1(b)所示。

2差压式气密设备检测可靠性影响因子分析

2.1泄漏量计算

泄漏量的计算公式[2]如下:

式中:Q为泄漏量(mL/min);Ve为等效内容积(mL);ΔP为差压(pa);P0为标准大气压;Δt为检出时间(s)。

由式(1)可知,产品泄漏量跟等效内容积、测试压力及时间有关。

2.2等效内容积

差压式气密测试仪的内容积是指测试中(因待测产品或差压传感器的内压所引发的容积变化)产生了差压后的容积,在采用式(1)计算泄漏量时可作为泄漏系数。其可以根据下式求得:

式中:Ve为等效内容积(mL);VW为被测物和配管及工装的容积(mL);Vt为测试仪的内容积(mL),对于选定型号的测试仪其为定值;Vm为标准品与配管的总容积 (mL);Ks为压力引起的传感器容积变化率(mL/kpa),气密设备选定后,其为定值;KW为压力引起的被测物容积变化率(mL/kpa);P为测试压力(kpa)。

实际应用时,以科斯莫某型号为例进行计算,取VW和Vm相等,Ks值为0.01 mL/kpa;KW值为0 mL/kpa;代入式(2)可得:

由式(3)可知,等效内容积跟被测产品和配管及测试工装的附加容积有关,同时还跟测试时设定压力大小有关。

2.3 气态方程式

式(1)中的ΔP为差压,气体的压力、容积及温度可用气体状态方程表示:

PV=nRT (4)

式中:P为绝对压力;V为容积;n为气体摩尔数;R为气体常数;T为热力学温度。

设初始气体状态为(V1、P1、T1),气体结束状态为(V2、P2、T2),此时:

实际测试时,被测产品及测量工装容积测试前后设定V1=V2,此时有:

由式(6)可知,气密测试泄漏量还受气体温度的影响。

综上,气密测试泄漏结果跟被测产品和配管及测试工装的附加容积、测试设定压力以及测试时间、气体温度有关。

3气密检测可靠性影响因子测试研究

实际量产时上述影响因子,测试时间受限于产能节拍为定值,被测产品的结构及测试工装系统的容积通常也为定值,测试压力根据法规要求也为定值。因此,本节对温度波动对结果的影响进行探究。产品测试系统中,气密设备气源温度变化、被测产品以及测试工装、测试环境的温度波动,均会对测试腔体中的气体温度产生影响,进而影响测试精度。

以新能源汽车逆变器壳体为例,气密测试参数初始设定参考表1,设备界面如图2所示。其中将测试结果显示模式由泄漏量更改为漏压值,便于更直观地判定泄漏大小。试验前,先用标定过的泄漏值为25 pa的不泄漏件(<40 pa设定为不泄漏)对测试系统进行标定,保证初始时能够稳定识别不误判。

3.1 气源温度对测试结果的影响

整个车间的气源来自供气房,其通常离车间有一定距离;不同季节,室外环境温度不同,供气管路气体温度也存在波动。如图3所示,气源气管通过温箱,将其温度与测试设备工装温度差值作为变量进行测试。

由表2测试数据可知,气源气体温度与测试系统环境温度有温差时,气源气体温度低于环境温度,则测试结果呈增大趋势;反之,泄漏结果呈减小趋势。

试结果跟气源温度与测试系统环境温度差以及被测产品与测试系统温度差有关。

2)实际生产中,建议测试系统保持恒温在27℃左右,且保证气源温度与测试系统温度差最小,被测产品与测试工装系统温度差最小,从而提高气密测试结果的准确性和稳定性。

3.2产品与工装的温度差对结果的影响

实际产品生产有多道工序,在进入气密工序之前要经历机加、清洗等环节,流转到气密工序时,产品的温度不同季节会有差异,导致被测产品与恒温室工装有温差。

参照表1参数设置,气密气源温度设置为27℃ 。被测产品在恒温室内设定不同的温度,放置3 h左右,作为变量。产品和工装的温度测量方法如图4所示,产品温度与恒温室工装温度差按2℃的梯度分组,每组测5次记录均值。

由表3测试数据可知,被测产品温度高于测试系统封堵工装温度时,泄漏结果呈减小趋势;反之,结果呈增大趋势。

4 结论

为提升生产过程中差压式气密设备测试精度,本文对其测试原理及影响因子进行分析,并开展试验验证,结论如下:

1)由理论分析结合量产应用可知,气密泄漏测试结果跟气源温度与测试系统环境温度差以及被测产品与测试系统温度差有关。

2)实际生产中 ,建议测试系统保持恒温在27 ℃左右 ,且保证气源温度与测试系统温度差最小 ,被测产品与测试工装系统温度差最小 , 从而提高气密测试结果的准确性和稳定性。

[参考文献]

[1]宣立明,刘乾,徐彪,等.汽车车灯差压式气密检测的影响因素研究 [J].农业装备与车辆工程,2021,59 (9):144—147.

[2]魏子云.变速箱总成的密封性要求及检测方法[J].时代汽车,2020(4):71—72.

[3]杨伟,李胜红,陈锐,等.军用电子整机设备防水性能快速检测技术研究[J].电子质量,2023(11):50—55.

[4]刘柏林.燃油系统气密检测方法研究[D].武汉:华中科技大学,2017.

[5]赵明冬,潘星宇,周斌,等.油冷器气密性测试关键技术研究[J].时代汽车,2023(10):155—157.

[6] 胡牡香,曾灿灿,陈静.一种差压式气密性检测方案及其误差分析[J].机械工程师,2018(11):87—88.

《机电信息》2025年第16期第17篇