1　密封和泄漏的概念
　　密封是一個相對的概念，沒有絕對不泄漏的工件。對于不同的應用有不同的密封程度要求，因此必須首先確定泄漏測試的方法、測試壓力及允許的泄漏率。泄漏測試的任務就是在生產過程中盡早對工件在后續(xù)工藝中能否保證不漏做出判斷，以避免對泄漏工件做進一步的加工和裝配，這叫“廢品剔除”。
　　在自動泄漏測試中，即使要求工件必須是液密的，也用空氣或其它專用測試氣體做為檢測介質。因為氣體的粘度低于液體，故用氣體作為檢測介質可獲得很高的測試精度，對于液體無法滲透的質地疏松區(qū)域，氣體則可透過并被檢測到。
　　有空氣溢出是自動泄漏測試的先決條件，任何方法甚至水下目測也無法檢測到零泄漏；同樣，沒有氣泡也是不可能的，只要觀測時間足夠即使最小的氣泡也會出現(xiàn)。
　　例如，在水下檢測時，空氣從工件中滲出，在水中形成一個1mm大小的氣泡升出水面，每30秒出現(xiàn)了一個，則泄漏率為0.001cm^３／min。假設試件是一個汽車輪胎(內部容積約40升)，這樣大的泄漏率相當于在10年里壓力下降了10^４Pa，那么它被認為是密封的，還是漏的呢?如果每3秒出現(xiàn)一個這么大的氣泡，相當于0.01cm^３／min泄漏率，在一年里壓力會下降10^４Pa，此時又應被看作是漏還是不漏的呢?
　　冰箱壓縮機的允許泄漏率是16×10^５Pa壓力下每年漏掉1g氟里昂，這相當于泄漏率是8.4×10^－7cc／min。
　　當提出“漏與不漏”的問題時，實際上是確定可允許的泄漏率，這樣當工件的泄漏率＜V_perml時判為密封的，當泄漏率＞V_perml時則是漏的。
　　水下目測是一種相當精確的測試方法，可通過操作者仔細的觀察來實現(xiàn)。水下目測精確度高，價格便宜，另一個重要的優(yōu)勢在于檢測同時可確定泄漏部位。這種方法的缺點是，它取決操作者的水平(重復性低)，節(jié)拍時間長，并會弄濕工件。這些也是使用自動檢測儀的原因。
　　批量生產中，以空氣為介質的泄漏檢測已被廣泛應用。其原因是：
　　●　可靠性高
　　●　客觀、定量地質量表述
　　●　測試時間短

　　●　投資少、使用費用低
　　●　精度高
　　●　不損傷工件
　　●　容易納入生產線中
　　●　易于標定
　　鑒于如下領域的要求，空氣自動泄漏檢測將得到更為廣泛的應用：
　　●　ISO9000要求
　　●　產品質量要求
　　●　記錄、統(tǒng)計和分析的要求
　　●　環(huán)保要求
　　●　工廠設計
2　測試指標
　　測試指標包括兩個數(shù)據(jù)：測試壓力和允許泄漏率。
　　中心問題是：多大的泄漏率能保證工件在工作條件下沒有液體泄漏。
　　允許泄漏率隨具體應用而不同，它取決于很多因素。比如：工件的材料、結構及上述的實際工作狀態(tài)下的后續(xù)工作重點。
　　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法計算出，對于較大的泄漏率，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)及疏松結構(鑄造沙眼、裂隙)也起到關鍵作用。
　　通常，允許泄漏率都要參考給定的測試壓力，而測試壓力模擬后續(xù)的工作狀態(tài)選擇，這就首先提出一個測試壓力等級的問題，其次是測試的方向。
　　確定測試壓力時會遇到泄漏率與測試壓力的關系問題。疏松度高，泄漏率與測試壓力成正比；疏松度低，泄漏率與測試壓力之比變小(見圖1)。

圖1　泄漏率與試驗壓力關系

　　由于小泄漏在水下目測時不穩(wěn)定，隨時間而變化。因此，如果自動氣試后要用水下目測進一步確定時，就必須將這一問題考慮進去。在工業(yè)生產中確定允許泄漏率時，從經濟角度考慮是關鍵，測試應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，廢品率會增大，生產成本就會提高。#p#分頁標題#e#
　　最終的允許泄漏率必須通過試驗確定，在某些情況下，也可由經驗數(shù)值或推薦的數(shù)值來確定。
　　以空氣為介質的泄漏測試中(測量壓力或流量)，泄漏率以標準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是標準狀態(tài)下(0℃、1．013×10^５Pa)充滿1cm^３的氣量。1Std cm^３不是指三維測量，而是以三維尺寸表示的氣量。因此Std cm^３／min表示的是質量流量而不是體積流量。對于泄漏檢測，嚴格來講，如果泄漏率以Std cm^３／min表示，則不論是用質量流量法還是用壓力法測量，測量信號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，泄漏率應以cm^３／min或ml/min表示。標準狀態(tài)與測試狀態(tài)的平均差別在10%左右。

表1　汽車發(fā)動機零件允許泄漏率值舉例

3　不同的空氣密封性即泄漏試驗方法
　　以空氣為介質的自動氣密試驗，工件合格與否取決于測試前后的壓力差下空氣的流失。但空氣的流失無法直接測量出，而只能通過壓力變化—工件與氣源分開(壓力測量法)，或者流入工件的氣量—工件與氣源相連(流量測量法)表現(xiàn)出來，無論壓力法還是流量法都有不同的變形。
3.1　壓力測量
　　在工業(yè)泄漏測試中，壓力測量是最常見的方法，在測試腔較小的情況下，可檢測到0.1cc/min或更小的泄漏率。
　　相對壓力或絕對壓力測量法具有測試單元集成化、測量系統(tǒng)自身容積最小的特點，且可靠性高、測量范圍寬，測試信號分辨力取決于使用的測試壓力。
　　在測試壓力較高的情況下，差壓法測量的精度要高于絕對壓力法，因為其分辨力與使用的測試壓力無關。
　　壓力降測量是向被測件充以正壓，模擬正常的工作狀態(tài)。
　　在不同的壓力測量法中，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，過壓法中壓力升高的測量可以沒有平衡階段，并且由于不受測試壓力制約，使用的測試壓力不受測量元件的測量范圍限制。
3.2　流量測量
　　流量測量的測量信號與測試容積無關，不同于壓力測量中測量信號隨著測試容積的增大而減小。這在標定時是個優(yōu)點，測量信號直接對應于通過泄漏標定儀的氣體流量，標定過程中不再需要知道確切的測試容積，也不用考慮確定泄漏率。
　　體積流量法，一般不用于泄漏檢測而是用于流量控制中，如在用同樣的測量元件(差壓傳感器)進行降壓法泄漏測試前，對氣體系統(tǒng)中的自由通道進行流量監(jiān)控。
　　在質量流量法中，測試信號不僅與測試容積無關且與測試壓力也無關，而是直接對應于標準泄漏率Std cm^３/min，不象壓力法測量中要計算允許泄漏率。
4　用壓力測量法進行泄漏測試
　　一個完整的自動泄漏測試包括四個階段：
　　●　充氣
　　●　平衡
　　●　測量
　　●　排氣
4.1　充氣階段
　　被測工件按一定壓力進行充氣，充氣何時結束，可由時間或壓力控制。通過充氣階段的壓力上升曲線可粗略地對被測容積加以估算，或者檢查儀器中與工件相連的自檢閥是否處于“開”位置。
4.2　平衡階段
　　在這一階段檢測系統(tǒng)必須穩(wěn)定下來，充氣階段的波動必須停止，測試空氣的溫度變化也須消失，進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泄漏檢測階段的溫度曲線所示，后者在充氣階段占主導地位。

圖2　溫度與壓力變化曲線

　　檢測腔中的壓力與溫度相同也在變化。如果要使一個密封件試漏儀指示為零，則需等到恒溫狀態(tài)，然而要達到“完全平衡”所需的時間遠遠比正常批量生產允許的節(jié)拍長。

　　有三種方法縮短平衡時間：
　　●　補償充氣
　　補償充氣指充氣階段以稍高于檢測壓力的氣壓充氣，到平衡階段降至檢測壓力，在這一膨脹過程中，被測腔內的氣體冷卻，這樣即可對“不完全平衡”加以補償。對一個密封件來說，通過改變充氣壓力，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間。
　　●　參考容器＝被測容器
　　在差壓法泄漏檢測系統(tǒng)中，在參考側連接一個密封件，以便在充氣平衡階段壓力傳感器兩側具有相同的狀態(tài)，這樣可對消它們的影響。
　　●　提前測量時間
　　因為獲得零指示并非泄漏測試的目的，所以最簡單的是通過提前測量階段來縮短平衡時間。平衡時間可以減少到測量階段前的系統(tǒng)狀態(tài)不再現(xiàn)為止。這樣，對于一個密封件，其測量結果可能不為“0”而為“X”。所以廢品值也須據(jù)此加以修正。
　　實際工作中，上述三種方法經常一起使用。
4.3　測量階段
　　被測腔中空氣的滲漏將產生一個壓力降，這就可通過差壓傳感器測出相對于參考容器的壓力差，也可通過壓力傳感器測出壓力變化，測量方法見圖3所示。

圖3　差壓測量方法(a)與相對壓力測量方法(b)

　　充氣、平衡時間可根據(jù)經驗設定，但測量時間可用波義耳-瑪略特氣體方程計算出：
　　P^．V/T＝常數(shù)
　　這里，我們假設測量過程中溫度不變，則方程變?yōu)椋?BR>　　P^．V＝常數(shù)
　　轉化成降壓法泄漏檢測的形式，方程變?yōu)椋?BR>　　P_１^．V_ｔ＝P_２^．V_ｔ＋P_at^．V_Ｌ
式中　P_１——測量階段開始時被測腔內的壓力
　　　P_２——測量階段末被測腔內的壓力
　　　V_ｔ——被測腔容積
　　　P_at——大氣壓
　　　V_L——泄漏的氣體體積(大氣壓下的體積)
測量階段的壓力變化　ΔP＝P_１－P_２
即，P_２＝P_１－ΔP，測量過程的方程變?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有測試壓力，測試壓力對被測腔中的壓力變化無影響，即在相同泄漏率條件下，無論測試壓力是0.1MPa還是1MPa工件中的壓力降是相同的。但是泄漏率隨著測試壓力升高而增大，測試壓力與泄漏率的關系見圖1。
　　對某一特定測試，測量時間可由下式計算出：
　　T_ｍ＝RP^．V_ｔ^．60／P_at^．V_Ｌ
式中　T_ｍ——測量時間，s
　　　RP——廢品點，mmH_２O
　　　P_at——大氣壓力，mmH_２O
　　　V_ｔ——被測容積，cm^３
　　　V_Ｌ——泄漏率，cm^３／min
5　對測量結果的影響
　　前面已經講過，用空氣進行泄漏檢測無法直接測量出泄漏的氣體，而只能通過被測腔內壓力的影響檢測出來。根據(jù)氣態(tài)方程，除了泄漏、溫度和體積的變化也會影響被測腔內的壓力，所以要進行高精度的泄漏測試，首先要保證測得的壓力變化僅僅是由于泄漏造成的。#p#分頁標題#e#
5.1　測量精度會因下列影響而降低
5.1.1　溫度影響
　　必須保證測量階段空氣溫度保持不變，或每次測量都精確地重復相同的溫度變化。為滿足這一要求，所有與測試有關的部件如被測工件、測試氣體、密封裝置等必須具有相同的溫度，或每次測量的溫差都相同。在正常生產狀態(tài)下，這只能近似實現(xiàn)。JW FROEHLICH的溫度補償法(專利號：DE-C-3106981)己被反復證明是有效的方法。是否需用這一方法取決于允許泄漏率對應的測量信號變化與溫度影響造成的測量信號變化之比。
5.1.2　容積變化
　　在測量階段要保證沒有容積變化，如果由于測試壓力使得容積增大，相當于模擬了泄漏。如果由于密封壓頭的接觸壓力使得容積減小，則會補償本來存在的泄漏，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。因為在壓力法測量中，容積大小與泄漏率大小直接相關，容積誤差必將造成測量誤差。
5.1.3　試漏儀的重復性
　　生產用的試漏儀質量好壞，其絕對精度并不是第一位的，而是重復性。儀器的重復性由各種組成部件的誤差組成，如測量傳感器、電子測量單元、閥、管路、調壓器等，正確設定的試漏儀的典型重復性值是：
　　絕對壓力或相對壓力試漏儀　1～10Pa(取決于測試壓力)
　　差壓試漏儀　1Pa
5.1.4　標定
　　泄漏檢測的精度還取決于標定裝置的精度，多數(shù)情況下是用裝在儀器中的一個浮子流量計的可調閥進行泄漏模擬，這種方法應用方便，但流量計的精度僅為量程的3%。同樣浮子有時難以檢測，并且讀數(shù)精度低。
　　正確的標定方法是將一樣件(密封件)放到夾具中，連續(xù)模擬允許泄漏，這可通過工件氣路分支上的閥實現(xiàn)，這個閥必須調到允許泄漏率。我們有標定好的泄漏率一定的模擬裝置，還有精密可調截流閥，泄漏率可從0.1cm^３／min起設定，從閥漏出的空氣用一個標定好的標定儀測量，分辨率為0.01Std cm^３/min。
5.2　試漏儀無法判定工件的泄漏部位
5.2.1　密封不嚴
　　試漏儀無法判定泄漏來自工件的質地疏松部位還是密封不好，如果連續(xù)出現(xiàn)不合格，則可能是密封問題如橡膠老化，或測試系統(tǒng)內部有泄漏。
5.2.2　累積泄漏
　　自動泄漏測試中，測量的是累積泄漏(集中測量)，這樣可能每個單獨的泄漏小于允許泄漏率，而累積泄漏大于允許值，此時工件錯誤地被判為廢品。然而，在確定允許泄漏率時必須假設出現(xiàn)最嚴重的泄漏情況。
5.3　被測容器的表面情況
　　泄漏會由于表面潮濕而被掩飾，無法檢測到，然而會在以后的工作狀態(tài)下表現(xiàn)出來。對灰鑄鐵缸體的測試表明，在干燥狀態(tài)下泄漏率達80cm^３/min的工件，在潮濕狀態(tài)(切削液)下卻無法檢測到泄漏。即使施以高壓進行檢測也不行。因此保證工件干燥在泄漏檢測中是很必要的。