Гелий 101: максимально эффективно использовать следы

Таблица 1: Состав атмосферы Земли

Таблица 3. Наиболее распространенные методы испытаний на следовые газы

Таблица 2. Наиболее распространенные детекторы утечек

Рисунок 4. CFD-анализ воздушного потока деталей в накопительной камере для картирования «слепых зон»

Рисунок 3. Системы испытания на накопление утечек

(слева) Рисунок 5: Система тестирования газа-носителя

(справа) Рисунок 6: Технология продувки азотом

Испытание на утечку гелием является одним из старейших и наиболее развитых членов семейства методов проверки утечек на основе следовых газов. Несмотря на то, что в названии содержится слово «гелий», эта статья задумана как обзор методов определения газовых примесей в целом.

Методы отслеживания газовых примесей измеряют утечки напрямую, т.е. они направлены на определение количества материала, выходящего из испытуемой детали. Это контрастирует с другими методами, не основанными на использовании газовых примесей, которые измеряют последствия утечки (как в случае с испытанием на утечку с падением давления). По этой причине эти методы, как правило, позволяют измерять очень небольшие утечки и могут использоваться для испытаний больших или сложных деталей, поскольку объем детали не оказывает прямого влияния на надежность испытания.

Гелий был доминирующим примесным газом на протяжении многих лет. В последние десятилетия периодический дефицит и рост цен вынудили индустрию проверки утечек искать альтернативы, такие как смесь водорода и азота, SF6 и различные хладагенты.

Идеальный следовой газ должен:

Из этого списка, за исключением двух последних, гелий не имеет себе равных. Его присутствие в атмосфере в концентрации 5 ppm, инертная природа и очень малые атомные размеры делают его идеально подходящим для использования в качестве газовых примесей.

Давайте рассмотрим широко используемые методы испытаний на основе следовых газов, сначала взглянув на то, как устроена система проверки на утечку.

Приборы для проверки утечки следовых газов состоят из двух основных компонентов:

Точность проверки на утечку во многом зависит от концентрации и однородности газовых примесей внутри детали. Наиболее распространенной проблемой является тот факт, что детали обычно содержат воздух, когда они поступают на станцию ​​проверки герметичности. Если деталь способна выдерживать вакуум, удаление этого остаточного воздуха с помощью специального источника вакуума (вакуумный насос, вакуумный генератор с пневматическим приводом и т. д.) является лучшим способом обеспечения высокой концентрации следовых газов. Если это невозможно, другой вариант — позволить примесям газа течь через деталь (предпочтительно выходить в точке, наиболее удаленной от заправочного порта). Последний метод может значительно увеличить потребление газовых примесей и обычно является последним средством.

Типичная последовательность зарядки состоит из следующего:

Управление газом, особенно на этапе выпуска, очень важно: предотвращение попадания высоких концентраций газовых примесей в систему обнаружения утечек — лучший способ обеспечить повторяемость результатов испытаний.

Системы заправки могут варьироваться от нескольких ручных клапанов на коллекторе, который вручную подключается к испытуемой детали через испытательную линию, до полностью автоматизированного управления клапанами и инструментов для соединения деталей.

Прочная и надежная конструкция инструментов очень важна, особенно в случае соединения деталей. Это связано с тем, что любые утечки будут добавлены к утечке детали и могут очень легко привести к ложной отбраковке.

Важнейшим компонентом этих систем является течеискатель. Существует несколько вариантов: выбор правильного требует тщательного рассмотрения требований к тестированию и стоимости. Некоторые из наиболее часто используемых типов детекторов приведены в таблице 2.

Чувствительность течеискателя определяет диапазон скорости утечек, который можно обнаружить. В зависимости от метода испытания полный диапазон детектора утечек может не соответствовать диапазону обнаружения испытательной системы. В большинстве систем обнаружения течеискатель отбирает пробы газа, и часть сигнала газовых примесей теряется. Типичным примером может служить система проверки герметичности в жестком вакууме, в которой гелиевый масс-спектрометр обнаруживает только часть гелия, поступающего в вакуумную камеру.

Возьмем, к примеру, вакуумную камеру большего размера, такую ​​как тестер топливного бака. Из 10-5 станд.см3/сек в вакуумную камеру только 10-7 станд.см3/сек достигают масс-спектрометра из-за потери сигнала через вакуумные насосы камеры.