妤林真空:氦气检漏技术在空调行业的应用

1 引言

家用空调器是由制冷剂在压缩机的驱动下而循环制冷的家电产品.在这种循环制冷的过程中,制冷系统是密闭的,一且制冷剂泄漏.不但制冷效果降低甚至丧失制冷能力,同时污染大气,破坏大气臭氧层,所以保证制冷系统的气密性是空调器生产的关键。 随着这几年的社会和经济的高速发展,家用空调已经广伐普及进入千家万户的家庭,它提高了人民的生活环境和生活舒适水平。家用空调稳定可靠是很重要的,特别是保证空调系统不泄漏才能保证其发挥正常的制冷和制热作用,所以必须在生产上保证其不泄漏,在安装上正确安装才能保证其基本零泄漏,降低空调的维修费用和客户投诉。国标GB7725-2004中 6.3.1条—空调器的制冷系统在正常的制冷剂充灌量下,用灵敏度1×10-6Pa.m3.s-1的检漏仪进行试验不泄漏,相当一年泄漏少于2克/年。所以家用空调的泄漏控制和采用何种检漏技术检漏是各空调厂家所直面和重视的问题。

2 家用空调的检漏方法和技术 家用空调行业生产广伐使用了各种各样的检漏技术,每种技术和方法都有其特点和特定的应用范围,每个生产厂家根据不同的生产工艺和条件,采用不同的检漏方法和仪器对产品和半产品进行检漏,下面是目前在家用空调行业使用的一些常用检漏方法和技术。

2.1 静态升压法

静态升压法是将正压系统抽到一定的真空后,关闭阀门使它与大气隔绝,根据系统内的压力的变化来判断系统的泄漏。这种检漏方法的精度和容器体积、检测时间有关;一般容器越浅漏孔越小,压力上升的趋势也越不明显,检测时间就越长,该法的蕞小可检漏率为1.33×10-2~1.33×10-3 Pa.L/S,这种方法精度比较低,时间长,可用于空调生产抽真空时判断空调大漏的场合。

2.2 水检气泡法

此法是把被检工件充入高压气体,而后将它浸在水中,若有漏孔,高压气体就会在漏孔位置起泡,根据气泡大小和产生速度,可以定性判断漏孔大小。由于气泡法简单易行,现在仍被广伐用于空调器两器检漏和压缩机检漏等工序。此法的缺点是费时,容易引起双眼疲劳,且用水检漏时还必须备用烘干等后续工序;由于生产线的节拍限制,一般只能观察到10-5Pa.m3/S以上漏率的漏孔。

2.3 肥皂泡法

将肥皂液涂在充入一定压力气体工件需检部位,在一定的时间内以观察其肥皂泡的大小和多少以判断其漏率,因时间和耐压所限,,近能观察到10-3Pa.m3/S以上漏率的漏孔,一般用于空调检修,不太适合于生产。

2.4 卤素检漏法

由于涂有碱金属的铂丝在900度左右的高温下会产生正离子发射,在遇到卤素气体时正离子发射会急剧增加,卤素检漏仪就是利用这种原理制成的。卤素检漏仪蕞小可检漏率为2×10-7Pa.m3/S,响应时间小于1秒。这种方法的优点是简便、迅速。且试漏气体可以用家用空调器系统的制冷剂—氟利昂,因此在空调行业中得到广伐的应用。其缺点是氟利昂容易吸附在被检工件表面,清楚较难,容易造成误检;由于空调生产现场有很多物料有分解的气体,卤素检漏仪也容易出现中毒现象;

另外生产中的维修放氟和机子泄漏的氟利昂,容易导致生产采用卤素检漏仪检测出现误报现象。

2.5 氦检漏法

氦质谱检漏法是采用氦气作为示漏气体,由于氦气的荷质比小,在检漏过程中不受其它气体的干扰,因此,它是一种反应灵敏,能检出极微小漏孔的决对选择性检漏方法。它的蕞小可检漏率为10-12Pa.m3.s-1。

3 氦检技术在家用空调生产的应用

过去空调器主要采用水检气泡法和卤素检漏法。水检气泡法检漏成本低、操作简单、定位准确,但检漏灵敏度低,且检漏后必须进行烘干处理。卤素检漏的优点是可以利用空调器中的制冷剂氟利昂作为示踪物,因此,在空调器充注了制冷剂后的工序中进行检漏是很方便的, 但卤素检漏仪容易出现中毒现象,影响检漏速度和生产节拍。由于氦质谱检漏仪具有灵敏度高、反应快、精确度高、准确定位、安全等决对优势.到目前为止,空调器生产线中的其他检漏方法已被氦质谱检漏仪逐步取代。目前空调器生产用氦做示踪气体的氦检漏方法包括吸腔法和真空箱检漏法。

3.1 氦检漏方法

运用质谱原理制成的仪器称为质谱仪。质谱仪原理是:通过其核新部件质谱室,使不同质量的气体变成离子并在某种场中运动后,不同荷质比的离子在场中彼此分开,而相同荷质比的离子在场中汇聚在一起,如果在适当位置安置接收器接收所有这些离子,就会得到按照质荷比大小,依次分开排列的质谱图,这就是质谱。专门设计的把氦气作示踪气体进行检漏的质谱仪称为氦质谱检漏仪。氦质谱检漏仪的原理是,当一个带电质点(正离子)以一定速度V进入均匀磁场的分析器中后,如果速度V的方向和磁场H的方向相垂直,它的运动轨迹为圆,不同质荷比(m/e)的粒子在磁场中有相应的运动轨迹,这样,不同质荷比的带电粒子在磁场运动后会分开,如果在粒子运动路径中安装一块挡板将其他粒子挡掉,而在氦粒子的运动路径开一狭缝而被接收极接收形成氦离子流。并经放大器放大并经测量仪表指示出来。检漏时,氦气进入检漏仪质谱室中,使仪器发生灵敏的反应,产生检漏的作用。

质谱分析原理如下图

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由于空气中氦气极少,氦质谱仪的本底电流及噪音也很少, 因此可将示漏氦气的信号尽量放大而不怕气体的影响,这样可以测出极为弱小的讯号,从而检出极少的漏孔;由于氦气是惰性气体,具有分子小,质量轻,扩散快,穿透性强,响应快且稳定,加之不起化学作用,不污染工件,操作安全等特点,导致使用氦质谱检漏技术(我们简称氦检技术)日益受到重视并被广伐应用在空调生产上。

吸腔氦检法是在工件内充入氦气,用氦质谱检漏仪的吸腔 嘴在待检工件表面扫描,吸腔吸入的气体经节流后流入检漏仪质谱室,根据检出的氦气分压强的大小来判断漏孔的有无和大小。这种方法具有较高的精度。但它也有其明显的不足之处。①需要逐步检漏漏点,而空调器的焊点多达几百处,所以单独使用效率低。②吸腔法的精度与多种因素有关,如果吸腔与漏孔距离大于10mm时,所检漏率只有实际漏率的3~5%如果吸腔的移动速度达到16mm/s,灵敏度将降到30%。由此可见,如果吸腔与漏孔之间距离过大或吸腔移动过快,极易发生漏检;③吸腔法只能测单个漏点是否超标,而不能判断整体漏率情况。

真空箱法是将充有氦气的工件放入箱内,然后对箱内抽真空,用氦质检漏仪探测真空箱内的氦气质量,推算出工件的实际氦漏率,该方法检漏便于迅速判断工件有无泄漏,可以称为“把关式”检漏法。在正常状态下,可以保证不漏检,真空箱设备的氦质检漏仪精度可达到10-12Pa.m3.s-1(He)。由于考虑生产实际,如考虑生产节拍(20~30秒),一般可以检漏率为4×10-7Pa.m3.s-1。相当于0.5g/年(R22的漏率),完全满足家用空调器的检漏需要。真空箱氦检法的缺点是不能发现具体工件的具体漏点,所以需增加吸腔法来检验真空箱氦检法已发现的漏的工件具体漏点。

目前采用真空箱氦检都是开发成真空箱氦检系统设备,自动化程度高,没有人为因素的影响,生产效率高。 真空箱氦检系统的组成1 该系统由以三部分组成: ①耐压预抽设备,向被检工件充入高压氮气,检测工件是否有大漏,再将工件内部抽为真空,并充入氦气。②真空箱检漏设备,由设备自动检测工件的漏率,并判别是否有漏。真空箱检漏部分是本套系统的核新(图1),其工作简介如下:将被检工件(已预先检大漏,抽真空,充入中压氦气)

放入真空箱,

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由PLC控制关开箱门,对真空箱内抽真空,检漏仪自动检漏,箱内充气开箱门,取出工件。③氦气回收设备,不漏的工件接入该设备自动实现氦气回收,实现氦气的循环使用。

该系统可以实行以下功能: ①对工件(可以是整机)实行高精度的整体检漏;②对管路系统进行耐压试验;③通过抽真空减少系统内的水分;④在真空箱检漏之前可预检大漏。 3.2 家用空调生产的氦检方法的应用方案

一般家用空调的系统由压缩机、蒸发器、冷凝器,节流结构组成,所以家用空调系统检漏的控制也相应分开控制,压缩机和节流结构由专业厂家生产和控制,空调生产厂家只需控制两器(蒸发器、冷凝器)和整机的泄漏,使用氦检也分两部分考虑。

3.2.1整机检漏

根据这两种氦检法的特点和优缺点,目前家用空调生产采用氦检方法,方案一般如下: ①在空调总装生产中,采用整机真空箱氦检,辅助采用吸腔法检测漏的整机漏点方案,这个方案精度高,但节拍不符合大批量生产节拍要求,容易造成产品积压而停线,对整机流水线生产不利,且真空箱体积大,氦检设备投资大。所以目前只有极少空调厂家采用。②只在空调总装内机的生产中采用吸腔法,而外机或窗机使用卤素检漏仪检漏。由于内机的系统只有蒸发器部件,它在蒸发器生产时已检漏过,到了总装车间和内机其他部件装配起来,只存在装配过程造成的少量焊点微漏、小漏,且大部分焊点不需检验,所以用吸腔氦检法检漏是精确 和可行的,而外机或窗机由于要充氟利昂,所以利用卤素检漏仪检漏是经济方便的。

3.2.2蒸发器和冷凝器的检漏

蒸发器和冷凝器(合称两器)是空调器的关键部件。同整机一样,可采用真空箱氦检辅助采用吸腔法检测漏的两器漏点的方案。 两器生产没有采用氦检时的方案: 由于两器结构焊点多,管路长,原来是采用水检的方法,流程如图2。 这样的方案,具有突出的优点,由于真空箱检漏设备不放在总装线,无需与生产线配套,近对于两器组件的检验,不近设备安排单一,配套容易,而且需要真空箱少,设备造价相对低;而且取消了水检,提高了检验的精度,不用后续的烘干工序,使生产高效化。 4 结论 氦质谱检漏技术是一种灵敏度高、反应快、精确度高、准确定位、安全的检验方法,运用于家用空调的生产能大幅提高产品的检漏精度,减少漏检的几率,从而可靠地控制产品的低泄漏,基本达到零泄漏。


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