中空零件漏气识别工艺与类似工艺应用的装置的制作方法

本发明涉及工艺中空零件漏气的识别，其密封性是经过检测的。

更加确切而言，本发明涉及使用示踪气体来识别类似的漏气。

本发明主要应用于工业用途零件的生产领域，比如汽车工业，以便识别其运行需要完全密封的各种零件的漏气。

背景技术：

在使用示踪气体来识别漏气的技术当中，某些技术是用这种气体对需要检测的零件内部加压，将其置于一个房间内，以便识别从零件向房间泄露的微量的气体数量。其他技术，相反，将需要检测的零件置于富含示踪气体的环境中，寻找待检测零件内部是否存在这种气体。

还有已知的技术，特别是针对微量泄露，将待检测一个零件内部置于非常高的真空下，然后识别可能进入零件的示踪气体的分子。

以及，美国专利us-a-5,661,229，描述了一种检测方法，在氦气检测空间内，通过一层石英玻璃，设计成只允许这种气体通过。

专利申请wo-1-2017012904描述了一种密封产品密封性的检测工艺方法，也使用氦气作为示踪气体，根据这种方法，利用质谱仪来测量氦气的浓度。

这些技术的一个确定是，需要首先建立一个高真空度，这就增加了这些技术应用的成本。实际上类似高真空度需要使用价格昂贵的材料和大量的维护工作。光谱仪的使用也增加了成本。

其他的技术，不需要利用高真空度的，是对待检测示踪气体的零件加压，利用嗅探器型探测器寻找泄漏。此外，类似方法还可以定位泄露的部位。相反，采用这些技术，不能对零件整体进行检测，由于嗅探器不能足够接近泄漏处，不能检测到泄漏。有时候，泄露点根本无法进入。

其他的技术，也不需要采用高真空度的，是将待检测零件密封，将其置于一个箱体中，对房间加压并使箱体处于大气压下，然后等待足够长的时间，然后使用对这种敏感的探测器检测可能存在的示踪气体。

类似技术，所谓的积累型，其缺点是应用需要较长时间，这不太符合待检测零件生产节奏的要求。

此外，积累以后的示踪气体较低，市场上现有检测器无法识别。

因此，需要对以前检测泄露的工艺方法进行替代，以便降低成本，同时缩短检测时间并可以识别微量的泄露。

技术实现要素：

本发明目的是推荐一种泄露识别工艺，至少克服了上述工艺的某些缺点。

特别是，本发明的一个目的是描述不需要高真空度的工艺方法。

本发明的另一个目的是推荐需要较短时间识别示踪气体的一种工艺方法。

再者，本发明的另一个目的是，推荐一种可以检测比同一种商业示踪气体检测器更低泄露的工艺方法。

由于本发明，这些目的，以及下面所述的其他目的得以实现，本发明涉及一种中空零件泄露检测工艺方法，包括所述中空零件需要密封阶段，在该中空零件内部与检测室或箱体之间建立一个压差p1和p2，将示踪气体注入由中空部分和所述隔室或所述箱体之一的内部形成的注入室中，等待积累时间t，然后进行浓缩阶段，至少部分提取所述中空部分和所述隔室或所述隔室中的另一个的内部形成的控制室的内容物，其中没有注入示踪气体，以便将控制室内容可能含有的示踪气体浓缩到可以取样的体积，然后在该取样体积中寻找是否存在示踪气体。

根据本发明优先实施方式，通过释放顺序进行取样，然后再次压缩，包括检测室内容释放第一个步骤，以便向浓缩室供给取样体积，接着是取样体积再次压缩第二个布置，以便在该取样体积中识别示踪气体步骤之前，保证其浓度。

根据改变的方式，这种工艺方法包括多个释放顺序，载荷检测室内容再次压缩，包括该顺序至少两次连续迭代。这些顺序迭代的目的是保证检测体积的混合与均匀，以便确保示踪气体测量可靠。

本发明工艺方法还涉及检测室内容混合的其他方法，以防止该室出现任何静止区域，利用组合方法，包括：

-检测室内容突然释放和/或再次压缩装置(即自身引起的，比如湍流效应)

-组成的动态混合装置，比如由室内风扇和/或该室室外涡轮机装置；

-该室内部表面构造组成的静态混合装置，在自然或强制气体运动之际(吸气或压缩，泵送，风扇，涡轮机等)引起气体混合

第一种实施原理的优点，示踪气体检测布置在浓缩室下游处的检测室中进行，浓缩室与检测室之间的通信线路含有一个限制。

根据第二个实施原理，浓缩室与检测室之间通信线路含有一个膜式过滤单元。

根据该第二个实施原理，本发明推荐在一定时间t内积累可能进入待检测零件的示踪气体，然后通过膜式过滤将其进行浓缩，在利用适当的检测器进行检测之前。

本发明方法也可以用于，通过与检测体积接触气体的检测器，完成浓缩室中示踪气体的检测阶段。

无论是在第一或第二实施原理框架下，这种浓缩步骤都可以检测非常低的泄漏。实际上，根据本发明，示踪气体的检测不是在原始含量上进行，而是在浓缩内容上面进行。如果泄漏非常小并且相邻隔室中没有非常高的真空，则泄漏的示踪气体数量可以忽略不计，并且在没有这种浓度的情况下，除非使用复杂的检测器，比如昂贵的光谱仪，否则可能检测不出来。此外，在不需要实现高真空的情况下获得这样的结果，包括使用复杂且昂贵的设备来获得并保持高真空。因此，本发明提出了一种非常有趣的替代现有技术的泄漏检测方法。

该方法可以根据至少两种优先性改变方法来实施。

以下结合第二种实施方案原理(使用过滤膜)来描述这两种改变方法，但根据第一种实施方案原理(无膜)，它们均同样可以使用。

因此，根据第一种改变方法，待检测中空零件含有一个隔室a和与隔室a相邻的隔室b。根据本发明的方法包括以下步骤：在密封之后对所述隔室a和所述相邻隔室b中的一个内的示踪气体的p1加压，以使其承受压力p2<p1除了所述隔室a和所述相邻隔室b中的另一个内的示踪气体之外的另一种气体，等待存储时间t，在至少一个隔膜上过滤没有放置示踪气体隔室a或隔室b其中一个隔室的内容，以便在所述膜下游的体积中进行浓缩，示踪气体可能包含在隔室a或隔室b中，其中没有施加示踪气体。

根据第二种改变方法，待检测零件没有两个相邻隔室时，可以使用这种检测方法，这种方法包括将事先密封的待检测零件放入一个形成箱体的隔室中，将中空零件和该箱体其中一个内部的示踪气体施加压力p1，将中空零件和该箱体其中一个内部的另一种气体施加压力p2<p1，等待一定时间t，在至少一个膜上过滤所述中空零件或所述箱体的内容物，其中没有放置示踪气体，以便在所述膜下游的体积中浓缩没有放置示踪气体的中空零件或所述箱体的内容。

这第二中改变方法本身可以根据两个子改变方法来运用。

根据一种子改变方法，这种工艺方法包括所述中空零件放置在形成箱体的腔室中的连续步骤，在所述中空零件内对所述示踪气体的p1加压，对所述箱体内部所述其他气体的p2<p1加压，等待一段时间t，在膜上面过滤所述箱体的内容物并寻找所述膜下游是否存在示踪气体。

根据第二种改变方法，连续的步骤包括将所述中空零件放置在形成箱体的腔室中，对所述箱体内的所述示踪气体的加压p1，在所述内部的其他气体的加压p2<p1。在所述中空零件中，等待一段时间t，在膜上过滤所述中空零件的内容物，并寻找所述膜下游是否存在示踪气体。

无论采用哪种改变方法，在氦气与空气或氮气中的氦气或氢气的混合物构成的组合中优先选择示踪气体。其他气体优选为空气。

另外，优选压力p1在1巴到40巴之间。压力p2可以等于大气压，但也可以有利地降低。

时间t，对应示踪气体可以在通过膜浓缩之前未被放置的隔室中累积的时间t可以特别地根据测试件的尺寸而变化。特别是其内部容积和寻找的泄漏水平。总之，积累时间优先选择在30秒到30分钟之间。这个时间，相对较短，可以观察相对较高的零件检验节奏。

根据第二种原理的有利选项，本发明所述的富集步骤至少在两个级联安装的膜上进行，因此可以在第二膜上过滤源自第一膜的滤液。这样的选项利于更加浓缩示踪气体分子以便检测出示踪气体。

本发明方法框架下均可以使用市场现有的各种膜。但是，优先在聚合物膜和基于微孔二氧化硅的膜当中挑选。

根据第一种非选择性限制实施原理，在本发明应用框架下，可以采用市场中现有不同类型非选择性限制，只要它们使得可以获得检测效果，即在足够时间内产生和维持足够的压力差以允许通过合适的检测器检测和/或测量示踪气体。通常，限制由具有孔口的管道构成，该孔口经过校准以便在回路中形成压降。

本发明还涉及一种用于实施本发明方法的装置。这样的装置包括：

‐由所述中空零件和所述隔室或所述箱体之一的内部形成的注入室，

‐由所述中空零件和所述隔室或所述隔室中的另一个的内部形成的控制室，其中没有注入示踪气体，

‐用于对所述注入室的内部加压的装置以及

将示踪气体注入所述注入室，

特征表现为包括

‐一个浓缩室

‐采样装置，从所述控制室到所述浓缩室，所述控制室的全部或部分内容物，

‐用于在所述浓缩室中浓缩所述取样体积(或“取样体积”)的装置；

‐用于将所述采样体积从浓缩室转移到检测室的装置，

所述检测室包括在所述浓缩采样容积中的示踪气体检测装置。

根据本发明的装置还可以包括用于混合属于包括以下组的控制室的内容物的装置：

-检测时内容突然是否和/或再次压缩装置

-动态搅拌装置由室内风扇和/或所述腔室外部的涡轮机构成；

-静态搅拌装置由所述腔室内表面的构造构成。

关于本发明方法的应用，上面已经描述了这些不同混合装置的预期效果。

优先采用一个启动泵单元来构成取样和浓缩装置。

根据第一种实施原理，所述用于传送所述采样体积的装置由包括非选择性限制装置的路由电路构成，所述示踪气体的所述检测装置位于所述非选择性限制的下游。

根据第二种实施原理，所述传送装置由包括选择性限制装置的路由电路构成，所述选择性限制装置例如由包括至少一个过滤膜的膜过滤单元构成，所述用于检测所述示踪气体的装置，位于所述膜过滤单元的下游。

检测装置包括示踪气体检测器，可以包括化学传感器，热敏传感器，离子泵传感器，光谱仪等。

限制和/或膜过滤单元特别设计成为示踪气体检测装置提供足够时间的足够压力的气体流速，以允许检测操作，通常可以产生检测装置上的压力差。

在如果使用膜过滤单元，该单元还具有增加示踪气体浓度的功能，以便于进一步检测。

按照上述第二种变体应用的方法，该装置包含一个用于接收中空零件的箱体。

该膜式过滤单位可能至少含有两个级联膜。

附图说明

本发明及其所呈现的各种优点将通过以下对其几个实施例的描述而更容易理解，所述实施例是参考图1至4的方式示范性给出的非限定性，其中：

‐图1和2示意性地展示了根据本发明方法的泄漏检测设备的两个实例，在带有膜过滤单元的本发明的第二种原理实施方案中；

‐图3和图4展示了在测试装置中实施本发明的优选方法的连续步骤；

图5和图6示出了两个实施方法，其中该装置分别包括一个涡轮机使空气在测试容积中循环或在检测体积中的一个风机。

具体实施方式

本发明第一种装置的实施实例描述

参考图1，用于部件1的泄漏检测的装置包括形成箱体的隔室2，在密封之后可以在其内部布置待测试的部件1，也就是说在密封所有开口之后。在本实施案例中，在零件1外面的隔室2的体积为300cc。

该装置还包括用于将示踪气体(例如氦气)注入部件1的内部容积中的装置3，以便对所述示踪气体的该体积加压p1。这些注入装置包括一个在较高压力下的示踪气体罐4和调节器5。

膜式过滤单元12包括一个膜6，与腔室2内部相连，形成箱体。该过滤单元包括一个千斤顶泵8。泵8可以泵送隔室2的气体，以便在膜6上面进行过滤。

膜6的滤液随后送入示踪气体检测器10。在本实施方法框架下，膜是一种hyflonad60x膜，相对于空气显示出50的选择性，而检测器是测量热导率的检测器。

在该方法的实施过程中，将密封部件1放置在箱体腔室2中，并将该部件的内部容积置于示踪气体常压下的压力p1，压力最高达到40巴。形成箱体2的隔室，含有空气，处于大气压力下或者较低压力下。

在积聚时间t之后，箱体隔室2的内容物通过焦耳释放被吸入并且被带到膜6的上游。泵8启动以便将该内容送往膜6。检测器10检测膜6上游取得的滤出物示踪气体数量。

通过检测0.01sccm(在大气压和标准温度下每分钟立方厘米)泄露和1分钟积累时间t，确认了本发明的效果。在此时间结束时，检测器测量来自膜6的滤液中的氦含量为1650ppm。在没有膜装置12的情况下，在累积时间t1分钟之后室的内容物含量将降低50倍(hyflon膜ad60x显示相对于空气的选择性为50)只有33ppm且低于所用检测器的检测阈值。因此，本发明通过在相对短的累积时间之后浓缩箱体中的内容物，可以检测其中存在的示踪气体数量，其在没有膜过滤步骤的情况下是不可检测的。

本发明第二种装置的实施实例描述

参考图2，该第二实施例与上述第一实施例的不同之处仅在于膜过滤单元12a包括两个级联膜6,7和两个泵8a、9。泵8可以泵送隔室2的气体，以便在膜6上面进行过滤，而泵9可以将如此得到的滤除物泵送往膜7.来自膜7的渗余物经由再循环管11在膜6的上游再循环。然后将膜7的滤液被送入示踪气体检测器10。

(应当注意，在另一个实施例中，泵可以设置在膜的上游，而不是下游，以便迫使待过滤流体通过其膜)。

本发明测试装置和方法实例描述

图3和图4的图更详细地展示了根据本发明的方法的5个主要实施阶段。

此外，这些示意图，对应有效的测试装置，可以确认本发明的优势。

该测试设备的设计可以建立一种0.062sccms泄露，在2升体积内泄露的h2n2(h25％)220kpa压力下。

根据本发明的浓缩原理作用如下：

‐如果该体积处于大气压下，则在1分钟的累积时间后，将发现h2浓度为5％*0.062/2000＝1.5ppm；

‐通过使用较低的压力(8kpa绝对压力)，并在装置的活塞系统中在大气压下进行再压缩，其浓度达到约20ppm。

然而，由于20ppm比1.5ppm更容易测量(在正常时间内空气中存在0.5ppm的h2)，本发明的浓缩原理可以使检测和测量比直接衡量更加有效。

更确切地说，如在图3所示的检测装置流程图，该装置包括位于控制箱体32中的测试件31，该控制箱体在测试情况下是2升。

待检测零件31，更确切地说，其内室作为注入室，由示踪气体蓄能器33供给和加压，示踪气体由95％的n2和5％的h2组成。

示踪气体的压力注入回路35包括位于阀40上游的减压器34，接着是控制压力计pa。

此外，装置还包括一个部分抽真空线路36，比如8kpa。真空回路36通过阀46连接到示踪气体注入回路，并通过减压器37和阀47连接到控制室32。

在箱体32的下游，采样和浓缩装置包括一组两套气动抽屉41,42，其活塞39的控制气缸38(起泵的作用)，通过两个阀43和44，与箱体32相连。泵39用于提取箱体32中的体积，将其再次压缩，在送往示踪气体检测装置50之前。

浓缩操作发生在一个浓缩室中，该浓缩室构成在外壳32和阀44下游的回路中，在通向限流器49的阀45的方向上，由非选择性限制构成。这种限制，选择性的或非选择性的，提供用于检测示踪气体的装置50。

在测试的情况下，元件49是由0.1mm直径的孔构成的限制。

本发明的实施方法分五个步骤进行：

‐步骤1：清空注射室和注射回路，以及用于控制腔室32的腔室和用作腔室的腔室32下游的回路，真空是将压力降低到大约8kpa。为此，阀43、44、46和47打开，并且滑块41对控制缸38的压缩室供应和加压。因此，气缸38和泵39的活塞处于图4的位置。阀45和48关闭。疏散维持30秒。

‐步骤2：累积：对于在测试期间持续30秒的该步骤，阀46和47关闭，并且阀40打开以允许加压和在腔室中注入示踪气体。测试片的注射在220kpa下具有0.062sccm的测试泄漏。

‐步骤3：松弛和取样：在测试期间该步骤持续5秒。通过将致动缸38置于左侧位置(图3)来确保取样，以便用泵39填充泵39的工作室。从腔室32的控制室抽取的样品体积。此时，在测试期间，控制室的压力从8kpa降至4.8kpa绝对压力。

‐步骤4：重新压缩：阀44关闭，滑动件41被致动以向右驱动缸38并在压力下致动泵39(返回图4)，并且位于两个阀之间的回路44和45形成再压缩室并且浓度达到绝对值140kpa(相对于大气压力为40kpa)。该步骤在测试期间持续5秒。

‐步骤5：检测：阀门45和48打开，重新压缩的采样体积需要大约15秒才能流过限制器49，然后压力降至低于所需的压力确保到氢传感器50的足够流速。在这15秒期间，执行检测测量。

用这个试验台进行了几次试验，通过取样和再压缩来测定浓度的有效性，以测量少量的示踪气体，从而用标准检测器检测小的泄漏。

应该注意的是，可以使用类似于用于这些测试的装置来实施本发明的实施例，其具有膜过滤单元，具有膜的替代或级联的若干膜，以限制49。

膜49除了具有与简单的非选择性限制相同的限制功能外，还具有选择性，因此可以进一步提高浓度。

由于膜49通常具有更大的限制性，因此优选再压缩压力更高(例如6巴或更高)并且下游传感器50以更低的流速操作(在没有膜的限制下进行测试，传感器的工作流量为50cc/min，隔膜应该在约1cc/min下操作)。

根据本发明的另一个有利特征，该方法和装置确保控制室内容物的混合，以限制或消除气体混合物中的静止区，并确保控制体积的均匀化。因此，示踪气体的检测和测量的可靠性。

确保这种混合的方法之一是进行控制室内容物的突然松弛和/或压缩，所采取的体积和/或浓度。

例如通过在注射器中使用柱塞来确保突然膨胀，该柱塞被拉动以增加检测体积，这具有降低压力的作用：更具体地，由此增加的体积越大(因此，压降越低)，松弛越突然，酿造越好。

在再压缩期间也可以获得类似的现象：体积减小越大并且压力增加越大，搅拌将再次越好。

本发明涵盖两种情况中的每一种(突然松弛或突然再压缩)，以及它们以松弛序列+再压缩的形式的组合。

如前所述，重新压缩可以通过膜或通过气体检测器中的限制进行，也可以简单地在检测体积中进行(然后重新获得其初始压力)，然后气体检测器在“嗅探”中接触检测体积(例如通过限制或膜的另一侧上的较低压力引起的吸入流)，或者在在第二种情况下，甚至可以在积聚期间使活塞往返几次，以便在测试体积与活塞体积相比较大的情况下更好地搅拌。

允许使用注射器活塞的组件与图3和4中所示的组件相同或相似，其中两个缸38,39机械连接，左侧(38)通过抽屉41,42气动地启动。拉动和推动提取和压缩气体的右气缸39。

现在用两个例子说明由活塞效应引起的这种搅拌的有效性。

示例1：车辆传输电路的测试。

在这个例子中，试件体积是2升。它是注入气体的试件的内部容积。所用的气体是h2n2(5％氢气，95％氮气)。

试验压力为220kpa。模拟标准泄漏，拒收水平为10^-3cc/sec(＝0.06sccm)。

测试组件是图3和4的测试组件。采样活塞体积为2升。腔室最初在绝对8kpa下被抽真空。

在30秒的累积时间之后，活塞被启动并且压力降至绝对值4.8kpa。由于这种突然膨胀(在5秒内)，压力减少了大约一半，这允许优秀的酿造质量。

然后通过关闭阀门将活塞的体积与腔室的体积隔开。然后关闭活塞，以非常小的体积压缩其内容物：压力从4.8kpa绝对压力达到140kpa(高于大气压)这种再压缩也在5秒内完成。

因此，在松弛时间(或再压缩)与累积时间之间存在5s/30s或1/6的比率。根据具体情况，技术人员可以确定什么是松弛和/或突然再压缩的比率和/或速度(持续时间)，其允许有效混合。

可以认为，在几秒内，例如小于10秒，优选5秒或更短的时间内产生的压力变化构成了足够突然的松弛或再压缩，以确保充分混合。

搅拌也是由于在膨胀时在试验室和活塞之间的管道中发生的湍流，然后在再压缩时再次在活塞的体积中产生的湍流。

然后通过限制流量到化学传感器型氢检测器(经济传感器，能够检测1ppm)的限制打开这个小体积。

结果：泄漏约10-3cc/sec(＝0.06sccm)，我们获得了约20ppm的浓度，具有良好的重复性。

另一方面，在不使用本发明的方法的情况下，0.06cc/min的泄漏在1分钟后将给出0.06cc，其初始浓度h2为5％并且腔室容积为2升将具有如果腔室位于patm，则浓度为：5％*0.06/2000＝1.5ppm，腔室中的内容物分布非常差，相同的化学传感器无法可靠地检测到。

由于腔室的初始真空度和必要的再压缩(因为传感器不在真空下操作)，可以获得浓度的增加。由于突然松弛的阶段，获得了搅拌。

在另一个实施例(实施例2)中，试验片的体积约为40升，试验室的体积也约为40升，试验压力相对提高到5kpa。水平排斥＝0.4cc/min。使用的气体＝氦气。

在与图3和4类似的装置中，活塞容积为2升，远低于测试容积。

在该实施例2中，控制室处于大气压下，该部件不能承受高压差，这阻止了腔室被吸入高真空。

在整个1分钟的累积时间内，柱塞被激活以拉动并推入腔室多次(通常至少5或6次最小)，以便获得高质量的酿造，尽管事实上由于活塞体积比腔室的体积小20倍，因此腔室的压力每次仅波动5％。

然后通过限制吸气将测试体积(腔室)打开至氦检测器(光谱仪类型)。

一分钟后，我们得到0.4cc的氦气，体积为40升，0.4/40000＝10ppm，完全可以检测到。

由于活塞搅拌，获得了测试体积的均匀性和测量的可重复性。

搅拌效果也可以通过使用例如涡轮机使测试容积中的空气循环，或测试容积内的风扇来实现。

这两种解决方案分别在图5和6中示出。

图5示意性地示出了在测试体积外部插入涡轮机53的装置，在本发明的一个实施例中，测试件51放置在内部。涡轮机53确保在外壳52外部抽吸测试容积的气体混合物以再次重新注入，以便进行搅拌。

图6示意性地示出了在测试室62内插入风扇63，测试片61放置在测试室62中。

然而，这些搅拌装置不如实现突然的压下/压缩那样有效，特别是如果测试件具有带凹槽的几何形状，使得在这些位置处测试空间中的空气它将保持静止。体积和/或压力的突然变化的形成，特别是通过膨胀和/或再压缩，进一步确保在任何地方都没有气穴保持静止。

为了便于混合，还可以提供测试室的内表面的几何形状，其自身具有构造(例如蜗壳或其他)，产生的气流和/或气流的运动有助于混合测试量。

在所有情况下，根据本发明的装置和方法的目的是通过使用以下浓度函数中的一个或另一个或两者来实现浓缩现象：

‐一方面，第一浓度函数使得腔室32中的初始压力相对于大气压力接近真空的某一水平。因此，作为控制室中的压力。外壳降低到8kpa，空气减少12倍，因此氢气浓度将高出12倍，因此“易于”检测12倍；松弛和再压缩的操作便于检测；

另一方面，第二富集浓缩功能，通过使用选择性限制获得，例如以膜过滤单元的形式，其在膜下游提供选择性浓度。

本发明提供这两种功能中的每一种可以单独使用，或彼此组合使用。

应当注意，在所有情况下，目标是执行检测和/或校准，其包括检测大于给定阈值的泄漏水平和/或测量已知的校准泄漏并且教导系统测量值对应于已知标准泄漏的值。