CN101344451A - 用于合金材质轮辋的气密性检测系统及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于合金材质轮辋的气密检测系统，包括增压和卸压机构、位于检测台上方的密封舱、下游式质量流测漏仪以及参照体积腔；检测台包括位于基座上的密封底板，密封舱包括位于密封底板上方的轮辋外侧腔密封罩和设置在轮辋外侧腔密封罩顶部的轮辋内侧腔上密封板，从而将被测轮辋分隔为相互独立密封的轮辋内侧腔和轮辋外侧腔，上述腔室均设置有可控阀门通道，供测试时与增压和卸压机构联通或切断；参照体积腔为一刚性密闭容器并通过下游式质量流测漏仪与轮辋外侧腔或轮辋内侧腔相连。本发明同时还公开了利用上述检测系统进行检测的方法，本发明可以有效，快速，可靠的检测到由轮辋铸造过程产生的局部缩松及微气孔所导致的微小泄漏。

Description

用于合金材质轮辋的气密性检测系统及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种对合金制轮辋气密性的检测系统，尤其涉及一种对铸造铝合金制轮辋气密性的检测系统。

背景技术

众所周知，轮辋是汽车、摩托车乃至飞机上最重要的零件之一，其对安全起着至关重要的作用，轮辋按照材质类别的不同有钢制轮辋和铝合金制轮辋之分。轮辋的气密性检测是对轮辋铸造过程进行监控的重要环节以及合金轮辋制造的主要生产工艺流程之一。为保证产品质量，通常要求气密性检测的抽样率为100％。虽然其检测条件，诸如：检测压力、加压方式、检测时间以及合格标准等根据气密检测方法的不同而异，但最终检测目的是保证轮胎整体(包括轮辋及轮胎)在标定容积和压力下，在6个月时间(180天)内最大允许压降不超过标定压力的10％。

常用的合金轮辋，其材质大多采用铝合金，铝合金轮辋的结构如图1所示，该轮辋70包括轮辋内侧71、轮辋外侧72，轮辋下端边缘74和轮辋上端边缘73。

铝合金轮辋气密泄漏形成机理主要是轮辋铸造过程中产生的局部缩松及微气孔，由此所导致的气密泄漏具有泄漏量微小，泄漏过程缓慢的特点。目前，国内外对铝合金轮辋气密性检测基本上是采用水箱气泡检测和氦气质谱漏气试验两种方法。

水箱气泡检测法：从轮辋内侧施压后，在检测压力远大于轮胎标定气压下(2倍左右)保压30秒；然后，通过目测观察水中轮辋外侧漏气时所产生的气泡以此来检测轮辋的漏气情况，该检测方法是目前国内绝大多数厂家选用的气密性检测方法，检测设备以国产为主。虽然，上述水箱气泡检测方法简单明了，检测成本低，但其存在的不足之处是：(1)检测的可靠性高度的依赖于操作人员的目测，其人为因素较强，尤其是在连续操作过程中易发生漏检；(2)检测的自动化程度低，检测速度慢；(3)轮辋内侧施压与实际工作状况不符；(4)高能耗，包括压缩气体的高耗量和水耗；(5)检测过程中对轮辋所施轴向压力过高，因而会影响产品的质量。

氦气质谱漏气试验：采用氦气混合气为检测媒介，通过对泄漏侧气体采样进行质谱分析，快速自动检测氦气的泄漏情况。考虑到生产的自动化程度，通常要在设备的工件进出口端分别设有输送料道系统，以使将合格品与非合格品自动分离，虽然，氦气质谱仪漏气试验可以进行超微量泄漏检测，其检测自动化程度高，检测速度快。但由于氦气质谱漏气试验设备以进口为主，而且，其不必要的超微量检测的高分辨率使得检测设备昂贵，系统复杂；氦气消耗造成检测成本昂贵；氦气混合配气及循环使用导致设备系统复杂和高能耗；其检测重复再现精度低。因此，无法在国内普及使用。目前，国内使用氦气质谱漏气试验技术进行轮辋气密性检测仅限于对少数的高档产品所采用。

发明内容

为了克服上述现有技术中对轮辋气密性检测所存在的缺陷，本发明提供一种用于合金材质轮辋的气密性检测系统及其检测方法，本发明检测系统的检测原理是基于下游式质量流泄漏检测原理，其检测原理如图2所示，将该检测原理用于轮辋制造业，可以简化检测系统，可以得到适中的检漏分辨率，降低检测成本；可以实现有效、快速、可靠地检测到由轮辋铸造过程产生的局部缩松及微气孔所导致的微小泄漏，检测重复再现精度高；低能耗，无水耗，以空气为检测媒介，无氦气消耗。

为了解决上述技术问题，本发明用于合金材质轮辋的气密性检测系统予以实现的技术方案是：该检测系统包括增压和卸压机构、检测台、位于检测台上方的密封舱、下游式质量流测漏仪以及参照体积腔；所述检测台包括位于基座上的密封底板，所述密封舱包括位于所述密封底板上方的轮辋外侧腔密封罩和设置在所述轮辋外侧腔密封罩顶部的轮辋内侧腔上密封板，所述轮辋外侧腔密封罩的内径大于被侧轮辋的外径；将被测轮辋放置在所述密封底板与所述密封舱之间，所述轮辋的下端边缘与密封底板形成第一密封，所述轮辋外侧腔密封罩的底部与所述密封底板形成第二密封；所述轮辋内侧腔上密封板与轮辋的上端边缘形成第三密封；从而将检测台上方的密封舱分隔成轮辋内侧腔和轮辋外侧腔，所述轮辋内侧腔由所述密封底板、轮辋内侧腔上密封板与被测轮辋的内侧之间形成的一密封空间构成；所述轮辋外侧腔由所述密封底板、轮辋外侧腔密封罩与被侧轮辋外侧之间形成的一密封空间构成；所述轮辋内侧腔和轮辋外侧腔均设置有可控阀门通道，供测试时与增压和卸压机构联通或切断；所述参照体积腔为一刚性密闭容器，且通过所述下游式质量流测漏仪与所述轮辋外侧腔或所述轮辋内侧腔相连，其连接处设置有可控阀门，所述参照体积腔的体积与测试时的有效测试体积相等或近似。

本发明用于合金材质轮辋的气密性检测系统中，所述基座上方中央处设置有凸台，所述凸台的外形与被测轮辋的轮辋内侧形状相近似，其轮廓小于所述轮辋内侧的轮廓，用于被测轮辋的初步定位和尽量减少上述轮辋内侧腔的有效测试体积。

利用上述检测系统进行轮辋气密性检测的方法包括以下步骤：

(1)打开由轮辋外侧腔密封罩和轮辋内侧腔上密封板构成的密封舱，将被测轮辋安装在密封底板上；

(2)关闭上述密封舱，从而在所述密封底板、轮辋内侧腔上密封板与被测轮辋内侧之间形成一密封的轮辋内侧腔，在所述密封底板、轮辋外侧腔密封罩与被侧轮辋外侧之间形成一密封的轮辋外侧腔；

(3)选择采用正压或负压检测方式；若选择正压检测方式，则确定轮辋内侧腔为测试腔，轮辋外侧腔为施压腔；若选择负压检测方式，则确定轮辋外侧腔为测试腔，轮辋内侧腔为施压腔；

(4)将测试腔与下游式质量流测漏仪连接，并通过下游式质量流测漏仪与参照体积腔连接，连接处设有阀门，所述参照体积腔的体积与测试腔的有效测试体积相等或近似；

(5)设定施压腔与测试腔的压差维持在1～5倍的轮胎标定压力，若采用正压检测方式，则给施压腔导入压缩空气，若采用负压检测方式，则将施压腔抽真空；

(6)打开参照体积腔与测试腔之间的旁通阀门，导通参照体积腔与测试腔，使两者之间建立等压、等温的平衡态；

(7)关闭参照体积腔与测试腔之间的旁通阀门，稳定当前状态5～60秒；

(8)开始检测，若下游式质量流测漏仪显示的质量流为0，则参照体积腔与测试腔之间的气压平衡，表明被测轮辋无泄漏；

当采用正压检测方式时，若下游式质量流测漏仪显示的质量流为正值，或

当采用负压检测方式时，若下游式质量流测漏仪显示的质量流为负值，

则表明被测轮辋存在泄漏，测漏仪显示值表明泄漏程度大小；

(9)至此，完成一个被测轮辋的气密性检测，卸压后，打开密封舱，取下检测后的轮辋；

(10)反复上述步骤，进行下一被测轮辋的气密性检测。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

本发明用于合金材质轮辋的气密性检测系统是将下游式质量流泄漏检测首次用于铝合金轮辋气密试验，通过采用在轮辋一侧施压，另一侧检漏的检测结构，可以有效，快速，可靠的检测到由轮辋铸造过程产生的局部缩松及微气孔所导致的微小泄漏。与目前轮辋制造业普遍采用的水箱气泡检测法和氦气质谱仪检测法比较，本发明的主要优点是：

(1)系统简单，检漏分辨率适中，检测成本低；

(2)检测自动化，高检测速度，水箱气泡检测法单件检测时间通常为70-75秒，而本发明检测方法单件检测时间只需20-25秒即可完成；

(3)检测重复再现精度高，通常氦气质谱检测方法重复再现精度为额定允许泄漏值的20％，本发明检测方法重复再现精度可达额定允许泄漏值的10-15％；

(4)低能耗，本发明检测方法所需能耗约为现有技术中采用的水箱气泡检测法所需能耗的三分之一；无水耗；

(5)本发明检测媒介为空气，无氦气消耗，而现有技术中氦气质谱仪检测每单件检测氦气消耗成本约为人民币0.80元。

附图说明

图1是铝合金轮辋的结构示意图；

图2是现有技术中下游式质量流泄漏检测方式的原理图；

图3至图6是本发明检测系统结构组装的分解图；

图7是本发明检测系统的结构剖视图；

图8-1是本发明检测系统采用正压检测轮辋的原理图；

图8-2是本发明检测系统采用负压检测轮辋的原理图；

图9是利用本发明检测系统进行轮辋检测的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。

附图中主要零部件和细节的说明：10基座，11密封底板，12轮辋内侧腔凸台，13轮辋内侧腔阀门通道，30轮辋内侧腔上密封板，40轮辋外侧腔密封罩，41轮辋外侧腔密封罩底部，42轮辋外侧腔阀门通道，50轮辋外侧腔，60轮辋内侧腔，70轮辋，71轮辋的内侧，72轮辋的外侧，73轮辋的上端边缘，74轮辋的下端边缘。

本发明检测系统的检测原理是基于下游式质量流泄漏检测原理，其检测原理如图2所示，假设被测工件为一封闭气密容器，在给定压力下检测其泄漏量。将被测工件置放在一密封的测试腔内，测试腔压力(一般设为大气压力)低于被测工件检测压力，并通过下游式质量检漏仪与一等压、等容、等温的参照体积腔相连。测试时，首先将压缩空气导入被测工件增压至给定压力，并通过与被测工件内腔相连的压力传感器维持被测工件内腔的给定压力。在无泄漏情况下，测试腔与参照体积腔维持平衡状态，无气体通过检漏仪。在有泄漏情况下，泄漏气体进入测试腔，导致测试腔与参照体积腔的平衡状态被破坏，二分之一泄漏气体通过检漏仪传感器进入参照体积腔，据此可直接检测泄漏量大小。

为了叙述方便，以正压检测方式为例，参照附图说明本发明检测系统的检测方案：

如图7和图8-1所示，本发明用于合金材质轮辋的气密性检测系统，包括由密封的轮辋外侧腔50构成的施压腔，由密封的轮辋内侧腔60构成的测试腔和与测试腔依次连接的下游式质量流测漏仪及参照体积腔。本发明的关键所在，是利用密封装置将轮辋分隔成两个相互独立的密封腔室形成上述施压腔和测试腔，其实现的技术方案是：该检测系统包括增压和卸压机构、位于检测台上方的密封舱、下游式质量流测漏仪以及参照体积腔；所述检测台包括位于基座10上的密封底板11，所述密封舱包括位于所述密封底板11上方的轮辋外侧腔密封罩40和设置在所述轮辋外侧腔密封罩40顶部的轮辋内侧腔上密封板30，所述轮辋外侧腔密封罩40的内径大于被侧轮辋70的外径；将被测轮辋70放置在所述密封底板11与所述密封舱之间，所述轮辋70的下端边缘74与密封底板11形成第一密封，所述轮辋外侧腔密封罩底部41与所述密封底板11形成第二密封；所述轮辋内侧腔上密封板30与轮辋的上端边缘73形成第三密封；从而将检测台上方的密封舱分隔成轮辋内侧腔60和轮辋外侧腔50，即：所述轮辋内侧腔60由所述密封底板11、轮辋内侧腔上密封板30与被测轮辋的内侧71之间形成的一密封空间构成；所述轮辋外侧腔50由所述密封底板11、轮辋外侧腔密封罩40与被侧轮辋的外侧72之间形成的一密封空间构成；所述轮辋内侧腔60和轮辋外侧腔50均设置有可控阀门通道42和13，供测试时与增压和卸压机构联通或切断；在采用正压检测时，轮毂外侧腔50就构成了如图8-1中所示的施压腔，轮毂内侧腔60就构成了如图8-1中所示的测试腔。参照体积腔为一刚性密闭容器，是通过所述下游式质量流测漏仪与所述轮辋内侧腔50构成的测试腔相连，所述参照体积腔与所述测试腔之间设置旁通阀门，所述参照体积腔的体积与测试时的测试腔内的有效测试体积相等或近似。如图8-1所示，本发明检测系统采用正压检测方式进行轮辋的气密性测试时，向施压腔导入压缩空气并将轮辋外侧腔50的压力维持在一给定测试压力(设定范围可为1～5倍的轮胎标定压力)，将测试腔，即轮辋内侧腔60与下游式质量流测漏仪连接，并通过下游式质量流测漏仪与参照体积腔连接，所述参照体积腔为一刚性密闭容器，其体积与轮辋内侧腔(测试腔)60的有效测试体积相等或近似，测试开始时，先将轮辋内侧腔60和参照体积腔与室压(大气压)导通，待轮辋内侧腔60和参照体积腔之间建立起等温、等压的平衡态后将旁通阀门关闭，在无泄漏情况下，轮辋内侧腔60和参照体积腔之间将继续保持上述平衡态，无气流通过质量流测漏仪；在有泄漏情况下，泄漏气体由轮辋外侧腔(施压腔)50进入轮辋内侧腔60，上述轮辋内侧腔60和参照体积腔之间的初始平衡态被破坏，并导致气流由轮辋内侧腔(测试腔)60通过质量流测漏仪进入参照体积腔，从而检测出泄漏程度大小。

为了尽量减少上述测试腔(轮辋内侧腔)的有效测试体积，以提高测试灵敏度及检测速度，在本发明的检测系统中，如图7中所示，最好在所述基座10上方中央处设置有轮辋内侧腔凸台12或类似的突起设计结构，所述凸台12的外形与被测轮辋的轮辋的内侧形状相近似，其轮廓应小于所述轮辋内侧的轮廓。另外，该基座上的突起结构还可以起到被测轮辋的初步定位的作用。

另外，本发明检测系统中的所述轮辋外侧腔密封罩40与其顶部的轮辋内侧腔上密封板30可以为一体结构；也可以是如图7所示的分体结构，即：所述的轮辋外侧腔密封罩40为筒状，在其上端口处设置有内沿，而且所述轮辋内侧腔上密封板30与内沿形成密封。

至于上述测试腔与下游式质量流测漏仪之间及下游式质量流测漏仪与参照体积腔之间的连接方式是本领域内技术人员所熟知的，在此不再赘述。上述轮辋内侧腔60，轮辋外侧腔50，参照体积腔及其测试迴路各连接之间均可设置有一个或多个可控阀门，供测试时与增压，卸压机构及所述测漏仪，传感器联通或切断并保证各密封腔室测试时的相互独立。

本发明中的下游式质量流测漏仪可以采用工业或实验室用各类精密质量流测漏仪或精密微量质量流检漏传感器，例如，由美国InterTech Development Company生产的M1075-44z系列下游式质量流测漏仪(Downstream Micro Mass Flow Leak TestingInstrument)。

下面仍然以正压检测方式说明利用上述检测系统对轮辋进行气密性检测的一个工作循环，即如图9所示包括：装工件——关闭密封舱——增压——旁通——稳定——测漏——卸压——开启密封舱——卸工件。

(1)装工件：打开由轮辋外侧腔密封罩40和轮辋内侧腔上密封板30构成的密封舱，将被测轮辋70安装在基座上，使轮辋下端边缘74与密封底板11定位接触，参阅图3和图4；

(2)关闭密封舱：盖上轮辋内侧腔上密封板30并施压，使轮辋的上端边缘73与轮辋内侧腔上密封板30之间形成密封，同时使轮辋的下端边缘74与密封底板11之间形成密封，套上轮辋外侧腔密封罩40并施压，使轮辋外侧腔密封罩底部41与密封底板11之间形成密封，参阅图5和图6；若轮辋内侧腔上密封板30与轮辋外侧腔密封罩40为一体结构，则直接盖上密封舱并施以密封压力即可；如图1和图7所示，从而在所述密封底板11、轮辋内侧腔上密封板30与被侧轮辋内侧71之间形成一密封的轮辋内侧腔60，在所述轮辋外侧腔密封罩40、密封底板11与被侧轮辋外侧72之间形成一密封的轮辋外侧腔50；

(3)增压：如图8-1所示，确定轮辋内侧腔为测试腔，轮辋外侧腔为施压腔；将测试腔与下游式质量流测漏仪连接，并通过下游式质量流测漏仪与参照体积腔连接，连接处设有阀门，所述参照体积腔的体积与测试腔的有效测试体积相等或近似。给施压腔导入压缩空气，设定施压腔与测试腔的压差维持在1～5倍的轮胎标定压力；

(4)旁通：打开参照体积腔与测试腔之间的旁通阀门，将轮辋内侧腔和参照体积腔与室压(大气压)导通，待轮辋内侧腔和参照体积腔之间建立起等温、等压的平衡态后将旁通阀门关闭；

(5)稳定：关闭参照体积腔与测试腔之间的旁通阀门，并稳定当前状态5～60秒；

(6)测漏：启动下游式质量流测漏仪测试程序，若测漏仪显示的质量流为0，则参照体积腔与测试腔之间的气压平衡，表明被测轮辋无泄漏；若下游式质量流测漏仪显示的质量流为正值，则表明被测轮辋存在泄漏，测漏仪显示值表明泄漏程度大小，图8-1中的箭头示出了气体的流动方向；

(7)卸压：测试完毕后将施压腔(轮辋外侧腔50)卸压，打开密封舱，取下检测后的轮辋，至此完成一个被测轮辋的气密性检测；

(8)反复上述步骤，完成下一被测轮辋的气密性检测。

图8-2示出了采用负压方式检测轮辋气密性的原理，其与正压方式的不同之处是：轮辋外侧腔为测试腔，轮辋内侧腔为真空腔，如图7所示，可以利用轮辋内侧腔阀门通道13来进行抽真空，测漏时，若下游式质量流测漏仪显示的质量流为负值，则表明被测轮辋存在泄漏，图8-2中的箭头示出了气体的流动方向。

尽管结合附图对本发明进行了上述描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式或机构设计细节，上述的具体实施方式或机构设计细节仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之列。

Claims (7)

1.一种用于合金材质轮辋的气密性检测系统包括增压和卸压机构、检测台、位于检测台上方的密封舱、下游式质量流测漏仪以及参照体积腔；其特征是，

所述检测台包括位于基座上的密封底板，所述密封舱包括位于所述密封底板上方的轮辋外侧腔密封罩和设置在所述轮辋外侧腔密封罩顶部的轮辋内侧腔上密封板，所述轮辋外侧腔密封罩的内径大于被侧轮辋的外径；

将被测轮辋放置在所述密封底板与所述密封舱之间，所述轮辋的下端边缘与密封底板形成第一密封，所述轮辋外侧腔密封罩的底部与所述密封底板形成第二密封；所述轮辋内侧腔上密封板与轮辋的上端边缘形成第三密封；从而将检测台上方的密封舱分隔成轮辋内侧腔和轮辋外侧腔，所述轮辋内侧腔由所述密封底板、轮辋内侧腔上密封板与被测轮辋的内侧之间形成的一密封空间构成；所述轮辋外侧腔由所述密封底板、轮辋外侧腔密封罩与被侧轮辋外侧之间形成的一密封空间构成；

所述轮辋内侧腔和轮辋外侧腔均设置有可控阀门通道，供测试时与增压和卸压机构联通或切断；

所述参照体积腔为一刚性密闭容器，且通过所述下游式质量流测漏仪与所述轮辋外侧腔或所述轮辋内侧腔相连，其连接处设置有可控阀门，所述参照体积腔的体积与测试时的有效测试体积相等或近似。

2.根据权利要求1所述的用于合金材质轮辋的气密性检测系统，其特征在于：所述基座上方中央处设置有凸台，所述凸台的外形与被测轮辋的轮辋内侧形状相近似，其轮廓小于所述轮辋内侧的轮廓，用于被测轮辋的初步定位和尽量减少上述轮辋内侧腔的有效测试体积。

3.根据权利要求1所述的用于合金材质轮辋的气密性检测系统，其特征在于：所述轮辋外侧腔密封罩与其顶部的轮辋内侧腔上密封板为一体结构。

4.根据权利要求1所述的用于合金材质轮辋的气密性检测系统，其特征在于：所述轮辋外侧腔密封罩与其顶部的轮辋内侧腔上密封板为分体结构；所述轮辋外侧腔密封罩为筒状，在其上端口处设置有内沿，而且所述轮辋内侧腔上密封板与内沿形成密封。

5.根据权利要求1所述的用于合金材质轮辋的气密性检测系统，其特征在于：所述下游式质量流测漏仪采用工业或实验室用精密质量流测漏仪或精密微量质量流检漏传感器。

6.根据权利要求1所述的用于合金材质轮辋的气密性检测系统，其特征在于：所述下游式质量流测漏仪采用由美国InterTech Development Company生产的M1075-44z系列下游式质量流测漏仪。

7.一种利用如权利要求1所述的用于合金材质轮辋的气密性检测系统的检测方法，其特征在于：该检测方法包括以下步骤：

(1)打开由轮辋外侧腔密封罩和轮辋内侧腔上密封板构成的密封舱，将被测轮辋安装在密封底板上；

(2)关闭上述密封舱，从而在所述密封底板、轮辋内侧腔上密封板与被测轮辋内侧之间形成一密封的轮辋内侧腔，在所述密封底板、轮辋外侧腔密封罩与被侧轮辋外侧之间形成一密封的轮辋外侧腔；

(3)选择采用正压或负压检测方式；若选择正压检测方式，则确定轮辋内侧腔为测试腔，轮辋外侧腔为施压腔；若选择负压检测方式，则确定轮辋外侧腔为测试腔，轮辋内侧腔为施压腔；

(4)将测试腔与下游式质量流测漏仪连接，并通过下游式质量流测漏仪与参照体积腔连接，连接处设有阀门，所述参照体积腔的体积与测试腔的有效测试体积相等或近似；

(5)设定施压腔与测试腔的压差维持在1～5倍的轮胎标定压力，若采用正压检测方式，则给施压腔导入压缩空气，若采用负压检测方式，则将施压腔抽真空；

(6)打开参照体积腔与测试腔之间的旁通阀门，导通参照体积腔与测试腔，使两者之间建立等压、等温的平衡态；

(7)关闭参照体积腔与测试腔之间的旁通阀门，稳定当前状态5～60秒；

(8)开始检测，若下游式质量流测漏仪显示的质量流为0，则参照体积腔与测试腔之间的气压平衡，表明被测轮辋无泄漏；

当采用正压检测方式时，若下游式质量流测漏仪显示的质量流为正值，或

当采用负压检测方式时，若下游式质量流测漏仪显示的质量流为负值，

则表明被测轮辋存在泄漏，测漏仪显示值表明泄漏程度大小；

(9)至此，完成一个被测轮辋的气密性检测，卸压后，打开密封舱，取下检测后的轮辋；

(10)反复上述步骤，进行下一被测轮辋的气密性检测。

Images