汽車散熱器滲漏問題分析

李萬龍，王新超，李睿哲，石計紅

(北京汽車集團越野車有限公司，北京 101300)

0 引言

散熱器是汽車水冷發動機冷卻系統的重要部件，其性能的好壞直接影響汽車發動機的散熱效果及其動力性、經濟性和可靠性，乃至正常工作和安全行駛[1]。散熱器滲漏會造成整車冷卻系統的功能失效，嚴重時會危及發動機的正常工作。為解決散熱器滲漏問題，通過故障復現、問題原因排查，確認故障為零件質量問題。本文作者通過引入“人-機-料-法-環”理論對零件質量問題進行排查[2]，確認散熱器滲漏的故障原因。最后通過制定經驗教訓總結，提升散熱器總成產品制造的質量水平，確保散熱器總成零部件的質量穩定可靠性。

1 故障描述

某車型用散熱器總成，在進行綜合可靠性強化路試驗過程中，發現散熱器總成左下角有輕微防凍液滴滲出，其試驗里程為820 km，車輛試驗環境溫度為-8 ℃，散熱器總成內防凍液最高工作溫度約100 ℃。觀察冷卻系統用膨脹水箱內液位，未有明顯減少。目視觀察散熱器滲漏位置為芯體位置附近，故障示意圖如圖1所示。

圖1 散熱器故障圖片

2 故障分析

故障樣件同類型產品在故障前已經過兩輪綜合可靠性試驗驗證通過。按照經驗判斷問題原因可能為散熱器芯體焊接不良、腐蝕穿孔或其他磨損導致散熱器芯體滲漏[3-4]。觀察樣件外觀完好，無明顯損傷痕跡，排除樣件磕碰損傷導致滲漏。肉眼觀察散熱器芯體與主板連接處，焊接均勻，無肉眼可見裂紋、裂縫等缺陷。進一步排查，臺架檢測臺進行水檢、氣檢，檢測壓力250 kPa，未發現泄漏，如圖2所示。

圖2 干檢、水檢試驗臺檢測

模擬整車試驗過程中散熱器總成的使用環境，故障樣件內部灌滿防凍液，將其按照整車的裝配位置，豎直方向放置于100 ℃高溫環境箱中，靜置4 h后再將其放置于-10 ℃低溫環境箱中，靜置10 h。取出后觀察到散熱器總成左下角有防凍液滴滲出，故障問題復現。因外觀無肉眼可見的滲漏，且干檢及水檢均未發現滲漏，排除散熱器芯體焊接不良及芯體破損穿孔等原因導致滲漏問題。懷疑滲漏原因為散熱器主板與水室扣壓處密封膠條扣壓不良，導致密封膠條熱脹冷縮后密封不嚴造成。

3 故障原因排查

故障原因排查從產品設計、產品使用環境、產品生產質量3個方面入手。

散熱器總成主要包含水室、芯體、密封膠條，芯體包括散熱管、散熱帶、主板、邊板。散熱器芯體各部分通過釬焊方式焊接在一起，最后通過密封膠條與水室扣壓成總成。該款散熱器總成設計采用了主流常規的橫流式、管帶、水室結構，產品設計初期的仿真校核結果合格，且同款散熱器總成已經過兩輪可靠性試驗驗證均通過，排除產品設計不良的影響因素。

通過故障分析判斷故障樣件裝配及使用環境均滿足該類產品的正常使用要求，排除產品使用環境不當的影響因素。

通過故障復現分析，確定排查方向為產品生產加工質量。在生產加工過程中，散熱器總成包含五大工藝步驟，即制帶—制管—裝配—釬焊—壓裝。通過故障分析，將排查主因鎖定在散熱器芯體與水室壓裝生產工藝。

文中通過引入影響產品生產質量的五大影響因素“人-機-料-法-環” 理論對產品質量進行排查[2]。人，指制造產品的人員；機，指制造產品所用的設備；料，指制造產品所使用的原材料；法，指制造產品所使用的方法；環，指產品制造過程中所處的環境。

構建基于“人-機-料-法-環”理論的質量原因排查魚骨圖[5]，如圖3所示。

圖3 “人-機-料-法-環”魚骨圖

3.1 人

散熱器總成的壓裝采用半自動生產線進行。人工操作將焊接完成的芯體、水室與密封膠條裝配好后，放于工裝壓裝機上，壓裝機工作將芯體與水室扣壓在一起。扣壓完成后，進行裝配關鍵尺寸檢測；合格后，進行密封試漏檢測并進行防塵堵蓋裝配處理，最后裝入相應轉運裝置進行出廠前準備工作。

按照問題零件生產批次倒查樣件生產加工記錄，確認故障零件生產批次操作人員為有經驗并經過相應崗位培訓的員工且生產過程中人員未變更，排除新員工操作經驗不足導致裝配不良的問題。問題樣件破拆后，檢查密封膠條未發現有明顯扭曲變形，排除人為裝配不良的影響因素。綜上分析，可排除人員影響因素。

3.2 機

該批次散熱器壓裝設備采用的是壓裝機及相應的專用壓裝工裝。排查點檢記錄，壓裝設備運行狀態良好、壓裝工裝使用正確，排除壓裝設備故障及壓裝工裝使用不正確導致的壓裝不合格的因素。

查詢該散熱器總成的生產加工工藝卡，正式量產樣件的壓裝設備為多功能咬邊機。問題樣件壓裝設備使用的是壓裝機，與工藝卡要求不符。

散熱器總成壓裝后有兩項關鍵控制特性如圖4所示，分別為壓裝高度h，要求為(8.5±0.3)mm；壓裝深度b，要求為(2.9±0.4)mm。復測問題樣件a、b兩項尺寸，b尺寸合格，a尺寸超差，如圖5所示。

圖4 散熱器壓裝關鍵特性

圖5 壓裝高度實測圖

壓裝高度為散熱器水室與芯體主片通過密封膠條扣壓后的高度，按照此類散熱器的設計參數，(8.5±0.3)mm的壓縮量可以保證密封膠條的有效密封。問題樣件的滲漏位置該尺寸超上差，原因為密封膠條的有效壓縮量不足，導致密封膠條在熱脹冷縮的使用過程中未能起到有效的密封作用，從而導致散熱器滲漏。

觀察問題樣件滲漏部位細節，對比其他批次合格樣件的相同部位，采用壓裝機壓裝后的產品，芯體主板與水室本體扣壓后端頭部位縫隙較大，且形狀不穩定，如圖6所示；而采用咬邊機壓裝后的產品，端頭形狀縫隙極小，且壓裝形狀穩定，如圖7所示。問題樣件芯體主板與水室扣壓后端頭縫隙大，導致該扣壓處附近水室扣壓高度超差，進而造成密封膠條壓縮量不足，從而在使用過程中可能造成散熱器滲漏問題。

圖6 壓裝機壓裝后端頭形狀

圖7 咬邊機壓裝后端頭形狀

對比壓裝機與咬邊機使用參數，如圖8和圖9所示，問題樣件采用的壓裝機為氣缸壓裝，壓力為0.6 MPa，咬邊機為油壓壓裝，壓力為0.9 MPa，壓裝壓力過低導致問題樣件水室與芯體扣壓未達到要求。

圖8 壓裝機壓裝圖示

圖9 咬邊機壓裝圖示

進一步排查問題樣件同批次生產的29件，確認同批次樣件的壓裝高度及壓裝形狀不一。工藝卡規定壓裝高度的測量為首件檢測和巡檢，問題樣件壓裝高度超差未被巡檢及時發現，最終導致問題產品流出。綜上分析，判斷機器使用不當為導致散熱器滲漏的關鍵影響因素。

3.3 料

進一步排查問題零件批次的下級零部件的來料記錄。排查重點為密封膠條、主片和水室。經過查詢點檢記錄，密封膠條、主片、水室的關鍵尺寸點檢記錄均記錄合格，且來料的原材料檢測報告合格，排除零件尺寸及材料不合格的影響因素。綜上分析，排除原料不合格的影響因素。

3.4 法

該散熱器總成的芯體與水室之間通過密封膠條進行密封，扣壓成總成，該生產工藝為目前散熱器生產的主流工藝且其余批次樣件未發現同樣問題，排除問題樣件生產加工方法不正確的影響因素。

排查該零件壓裝生產工藝點檢卡，壓裝設備型號未列入該零件工藝點檢卡中，生產工藝卡點檢項目缺失為影響因素之一。

3.5 環

排查問題零件生產加工地點、加工車間及生產線，未發現加工地點、加工車間及生產線變更記錄，且該批次樣件零部件存儲、轉運及加工過程記錄完整，未發現異常。綜上分析，排除問題樣件環境變化的影響因素。

4 改進措施

文中通過分析確定，問題零件滲漏的根本原因為散熱器水室壓裝高度超差，造成密封膠條壓縮量不足，導致密封膠條在熱脹冷縮過程中未能有效密封散熱器芯體與水室。追溯到生產加工過程中，主要原因為生產工藝點檢卡未將壓裝設備型號列入相應點檢項，該批次零件生產過程中壓裝設備使用不正確，進而導致散熱器水室與芯體主板之間扣壓不到位造成。為防止再發，總結經驗，制定相應的整改措施如下：

(1)工藝卡中明確水室與芯體使用的壓裝設備型號，作為生產工藝點檢項，在每次生產加工前進行例行點檢，并將點檢結果詳細記錄備查；

(2)散熱器總成在小批量生產結束后，固定散熱器總成的壓裝生產線，明確后續每次生產散熱器總成必須使用對應配套的扣壓工裝及扣壓設備；

(3)針對扣壓后散熱器總成的關鍵特性點，增加點檢頻次，由原來的首末件加2 h抽檢一次，增加為首末件加1 h抽檢一次。

5 結束語

文中針對某車型試驗過程中出現的散熱器滲漏問題，結合失效的試驗環境、失效形式，確定問題零件的失效排查方向，即散熱器總成的水室扣壓存在潛在質量問題。引入“人-機-料-法-環”理論作為質量排查的方法，鎖定問題零件滲漏的根本原因。最終制定出防止同類問題再發生的措施，為后續產品的生產加工提供指導。