真空箱氦检漏及回收系统在汽车空调的应用

     随着国内汽车工业的蓬勃发展，国家和制冷行业对汽车空调两器-冷凝器、蒸发器的年泄漏量有严格要求。传统的水检方式精度低、误判率高，已经不能满足现代汽车空调检测标准的要求。而氦质谱检漏法具有检漏精度高、误判率低、清洁环保等优点，日益受到业内的广泛关注和认可，并有逐步取代水检的趋势。北京中科科仪是国内最早从事氦质谱仪研发与生产的厂家，为满足现代汽车空调两器的检测要求，自主研发生产了真空箱氦检漏及回收系统，并广泛的应用于国内诸多两器生产厂家。本文简要介绍了该系统的设计原理及其在汽车空调上的应用。

一、水检和氦检两种检漏方法的分析

      目前，水检和氦检两种检漏方法国内汽车空调两器检漏最主要的方法，下面将分析两种检漏方法的优缺点。

1.1 传统水泡法检测分析

      水泡检漏法，属于检测精度要求不高的粗检漏，就是将被检工件充入一定压力的干燥压缩空气或者是氮气，然后放入水中，观察是否有气泡从被检工件中跑出来，如果有，则说明漏，而且指出什么位置泄漏，一般只确定被检件是漏还是不漏，而不需定量。但并不是说气泡检漏就不能定量。在某些情况下，气泡检漏也可以定量。检出气泡的漏率与气泡直径、气泡形成速率、充气的种类有关。

      因此，对于空调两器检漏来说，采用水检方法，灵敏度较低。受人为因素影响，漏判误判率会明显增加。另外，工件水检后，外表面有水，需烘干处理，耗电多，耗费劳动力也多。但水检法也有优点，就是操作简单直观，而且能够查找漏点位置。

1.2 氦质谱检漏方法分析 

      氦质谱检漏是以氦作探索气体，对各种需密封的容器的漏隙进行快速定位和定量检测的理想方法。

氦质谱检漏法有优点在于：氦是惰性气体，对大气无污染，使用安全；氦原子质量小，黏度小，易渗透过可能存在的漏隙。氦气在大气中含量小（5ppm），不易受干扰。氦质谱检漏仪检测灵敏度高，速度快，适用范围广。 

      目前国内生产氦质谱检漏仪最小可检漏率可达到5.0×10-13 Pa·m3/s。目前，国内外比较流行的针对空调两器检漏方法，多采用真空箱法。

二、汽车空调两器检测要求 

2.1 空调两器实际工况  

1.空调两器工作介质：氟利昂或者碳氢化合物作为制冷剂工作于汽车空调内部，目前比较流行使用R134a作为汽车空调的制冷剂。 

2.压力范围：不同规格的空调两器最高工作范围在2.0~3.5MPa之间，正常工作压力在0.8~2.0MPa之间。注：特殊情况除外。  

3.气密性要求：对于两器产品，充注一定压力R134a制冷剂，泄露量小于2克/年。 

4. 耐压要求：对产品加压到实验压力，保压一段时间，降到常压，经检查无泄漏和异常变形。

2.2 空调两器氦检漏基本要求 

1.耐压测试要求：一般两器在执行氦检漏之前会充注一定压力（一般不超过3.5MPa）的高纯氮气或者干燥的压缩空气，对工件作耐压测试，如果不出现明显变形及大漏，再执行氦检测工艺。 

2.氦检测精度要求：由于不同生产企业对产品的检测要求不尽相同，但一般都会遵循行业标准，或比行业标准要求稍高。通常“两器”检测标准不会超过1克/年。 

3.检测节拍要求：据调查一般的两器生产厂家年产量都会在十万只以上，要实现所有产品全部使用氦检测，就要求氦检测节拍越快越好。中科科美生产的氦检系统，针对冷凝器检漏节拍在40秒/件，针对蒸发器检漏可达20秒每件； 

4.氦气回收要求：氦检漏系统使用氦气作为示踪气体，由于氦气比较贵重，如果直接排放，必然导致检测成本的大幅增加。因此，一般厂家都会要求氦气可回收，即循环利用。氦检系统，氦气回收率可达95%以上。

三、真空箱氦检漏及回收系统工作原理及构成

3.1 真空箱氦检漏及回收系统基本原理

      采用背压法对被检工件进行漏率检测，并对氦气进行回收利用。首先对被检工件放入真空箱内，充入一定压强的氮气，作耐压测试，通过保压判断压降确定是否有大漏；然后对被检工件抽空后充入一定压强的氦气，真空箱与检漏仪的检漏口相接，若被检工件有泄漏，则漏入真空箱的氦气可通过检漏仪测出。与被检工件相连的是充气回收装置，在检漏前后分别实现氦气的充注和回收。

      为满足工业现场快节奏检测节拍、充分利用资源、节约设备制造成本。系统采用双工位设计，系统原理简图如图一所示，两个工位共用一套粗抽机组、精抽机组、检漏仪、耐压测试单元、工件抽空单元、氦气充注及回收单元。两个工位可交替执行不同工艺流程，比如一个工位在检漏时，另一个工位可执行抽空、检漏等步序。根据此原理，我们设计双工位氦检漏系统如图二。

3.2双工位氦检漏系统构成

（1）粗抽机组：一般采用旋片泵或者滑阀泵作为粗抽真空使用，获得从一个大气压到千帕级真空，并为后续精抽真空作准备。

（2）精抽机组：一般采用罗茨泵作为精抽真空使用，获得检漏要求的真空，一般为5Pa左右。

（3）检漏仪：是检漏系统中的核心部件，检漏仪执行检漏工作时，给出工件泄露量大小，并判断工件是否合格，输出控制信号。

（4）耐压测试单元：通过向工件内充注高压气体，一方面测试工件的耐压性能。另一方面通过平衡、保压过程，有传感器感测压力差，并由控制系统经过计算分析判断是否有大漏。

（5）工件抽空单元：为保证氦气有循环过程中氦气的纯度，在向工件充注氦气之前，抽出工件内的空气。

（6）氦气充注及回收单元：充氦过程为：对被检工件抽空后，开V1，对工件充氦气到规定压力后关V1。检完漏后，V2开，工件内氦气自动流入回收罐。然后V2关，V3开，机械泵抽出工件内剩余氦气并送入回收罐。同时主压缩机将回收罐内的氦气压缩至储气罐。因为氦气在检测过程中会有损耗，所以当储气罐内压力低于规定值时，需开V6，补充氦气，以保持储气罐内的氦气有足够的压力和浓度。（刘经理，这个回收原理图好像你那有）

四、真空箱氦检漏及回收系统设计关键技术

（1）真空箱体设计：首先、要保证箱体在抽真空过程中受力发生非弹性形变，造成箱体开裂。第二、要保证良好的气密性，真空箱一般是焊接成型，根据真空系统要求，焊缝无气孔、接痕，表面光滑， 焊后焊缝表面磨光， 最后同箱体板一起抛光。这样处理的箱体内表面光洁，表面藏气较少。第三、真空箱门开合自如，开合过程中不剐伤箱体密封圈，为提高箱体密封圈的使用寿命，设计时尽量考虑使密封圈在垂直箱体法兰面方向上受力，尽量避免斜向受力。

（2）真空管路设计：真空管路设计首先要考虑管道流导要与真空泵的抽速相匹配，避免大马拉小车现象。

（3）检漏系统设计：首先、系统应具备检测大漏、中漏、微漏功能，系统一但出现大漏应立即中止检漏并给出报警，防止出现大漏后，继续执行氦检工艺， 造成系统累积大量氦气而无法清除，也即是出现“氦中毒”现象。其次、一但出现大漏，应有清氦措施，最大程度的清除氦本底。

（4）氦气充注及回收设计：首先、务必保证安全问题，因为涉及到高压气体，因此储气罐务必设置安全阀及压力适时检测装置，保证压力容器安全。第二、压力管道务必密封良好，防止充气及回收过程中空气混入到系统中，造成氦气纯度下降。第三、需要有氦气浓度检测装置，保证在氦气压力及纯度达不到要求时，补充新鲜的氦气。第四、具备虑油装置，防止氦气增压泵以及真空泵中的油蒸汽进入气罐，污染系统。

（5）抽空系统设计：抽空系统设计应本着适度、够用、满足需求原则。系统冗余过大，会导致制造成本偏高，也不离于节能环保。

五、真空箱氦检漏系统在两器检漏中的使用经验

5.1 实际产品漏率报警阈值的设定

      在对空调两器检测时，对产品报废点的设置非常关键，指标要求过高，将会带来大批量产品不合格，太低又保证不了产品质量。正确确定产品的报警点需要以下步骤： 

（1）将冷媒漏率换算成气体漏率

      在对空调两器进行泄露检测时，常使用气体取代制冷剂进行泄露检测。因此，需要将液体漏率与气体漏率之间作一个等效转换。

2.首先制冷剂液体漏率转变为气体漏率：

3.确定系统的分流因子

      在实际检漏时，由于有辅抽泵及其他因素的影响，并非所有的氦气都进入到氦检漏仪，因此，氦气存在一定的程度的分流。也就是说检漏仪指示漏率并非工件的实际漏率。要测定系统的分流因子，需要执行以下步骤。

将仪器调整至最佳工作状态，将一个已知漏率（Q1）的标准漏孔置于真空箱内，开启系统，观察检漏仪指示漏率（Q2），则系统的分流Q3= Q1/ Q2。

（4）确定系统的报警点

根据本节（2）所得等效氦气漏率和（3）所得系统分流因子，即可确定工件的报警点：

Q= QHe/Q3。

5.2 氦检漏系统校准

      氦检漏系统在使用一段时间后，检漏仪可能由于环境等其他因素的影响，系统检测漏率会出现漂移。因此，需要定期对系统校准。系统校准分为内部校准和外部校准。

（1）内部校准

      内部校准即是对检漏仪自身的校准，执行内部校准需要准备一个漏率已知的标准漏孔对检漏仪进行校准。由于每款检漏仪校准方法各不相同，限于篇幅，本文不作详述。值得一提的是，一些检漏仪会内置标准漏孔。内置标准漏孔在使用一段时间后，漏率会衰减。因此需要找专门计量单位对内置漏孔进行校准，通常漏孔每年校准一次。

（2）外部校准

      外部校准即是对整个检漏系统校准，系统使用一段时间后，系统的分流因子可能会发生改变，因此需要定期使用标准漏孔来校准系统，以确定分流比是否已经改变。如果改变需要适当调整系统的报警点。

5.3其它使用注意事项

（1）一些用户在使用氦检漏系统时希望每个箱体一次检测多个工件，以提高检测效率。这样做会有潜在的风险。一是可能存在累积效应，即多个工件累积漏率可能超过报警点，而实际单个工件在许可范围内合格。二是一旦不合格需要单个重检，耗费工时。每个箱体一次检测多个工件的基础在于工件的合格率在90%以上，而且工件品质较好。

（2）由于氦检漏系统属于一种精密检测仪器，对使用环境要求相对苛刻。一是要求工件清洁干燥。二是要求环境温度不能过高、湿度也不能过大。

（3）为保证系统使用寿命和稳定运行，系统需要定期维护。比如更换泵油、清洁管道、更换配件等。条件不具备时，须请厂家技术人员作定期保养。