Гелиевое течеискание: чувствительность и пороги
Гелиевые течеискатели считаются базовым инструментом высокоточного газового контроля благодаря исключительной селективности и чувствительности. Пороговая чувствительность — это наименьший поток пробного газа, который прибор способен уверенно зафиксировать. Для гелиевых течеискателей нормируется значение не хуже 1,3×10−10 м³·Па/с. Дополнительно устанавливаются предельные значения для конкретных методик: для вакуумно-камерного (гелиевого) контроля и термовакуумных испытаний — не хуже 6,7×10−10 м³·Па/с; для способа обдува и проверки гелиевым щупом — не хуже 6,7×10−6 м³·Па/с. Порог чувствительности самого течеискателя подтверждают в начале рабочей смены по утверждённой методике, а порог выбранного способа — по результатам контроля изделия, партии или эталонного имитатора утечки.
Вакуумно-камерный способ
Контролируемое изделие или его фрагмент размещают в герметичной вакуумной камере. После этого систему откачивают до заданного остаточного давления, подключают гелиевый течеискатель и подают гелий либо во внутреннюю полость изделия, либо в объём камеры — в соответствии с принятой схемой испытаний. Камера проектируется с учётом герметичности фланцевых соединений, равномерной и быстрой откачки, а также исключения прямого контакта изделия с внутренними поверхностями корпуса. Типовая последовательность операций включает подготовку и обезжиривание поверхности, проверку чистоты, вакуумирование, стабилизацию параметров, подачу гелия и регистрацию сигнала течеискателя.
Гелиевая камера (опрессовка гелием)
Изделие предварительно опрессовывают гелием и выдерживают под избыточным давлением до достижения требуемой концентрации газа во всём объёме. Время выдержки определяется уровнем давления: ориентировочно не менее 120 ч при 1 МПа, 50 ч при 2 МПа и 13 ч при 5 МПа. Такая экспозиция обеспечивает равномерное насыщение и даёт возможность надёжно фиксировать сверхмалые утечки при последующем контроле в вакуумной или гелиевой камере.
Термовакуумный способ
Контроль герметичности выполняют при повышенной температуре и глубоком вакууме. Изделие нагревают до 380–400 °C при давлениях снаружи и внутри не выше 0,1 Па. После термической стабилизации подают гелий в нагретое изделие (или в термовакуумную камеру) и регистрируют установившийся сигнал течеискателя. Метод особенно эффективен для выявления дефектов, проявляющихся на фоне термических деформаций, релаксации напряжений и десорбции газов из материала.
Метод гелиевого щупа
Метод гелиевого щупа применяют для поиска и точной локализации утечек на наружной поверхности при избыточном давлении гелиево-воздушной смеси внутри изделия. Для достижения требуемой чувствительности формируют внутреннюю концентрацию гелия не менее 50 % (при необходимости — до 75 % по установленной последовательности операций). Сканирование выполняют при постоянном контакте насадки со швом или контролируемой зоной со скоростью порядка 0,10–0,15 м/мин; даже кратковременный отрыв насадки на несколько миллиметров резко снижает вероятность обнаружения утечки. Если предварительная откачка полости невозможна, допускается продувка объёма до появления гелия на выходе.
Критерий обнаружения
Признаком сквозного дефекта при использовании газовых методов служит устойчивое увеличение показаний течеискателя относительно среднего фонового уровня не менее установленной для данного способа величины. Фоновый сигнал и порог обнаружения фиксируют до начала испытаний, что позволяет исключить ложные срабатывания и корректно интерпретировать результаты контроля.
Альтернативные и вспомогательные методы
Пузырьковый метод (ванна): изделие заполняют газом под избыточным давлением, после чего погружают в жидкость и визуально отслеживают выход пузырьков в предполагаемых зонах негерметичности.
Пузырьковый вакуумный метод: на контролируемый участок устанавливают локальную вакуум-камеру, на поверхность наносят пенообразующий состав, создают разрежение порядка 180–200 мм рт. ст. и наблюдают область контроля через прозрачное окно камеры.
Манометрический метод по падению давления: изделие заполняют пробным газом, выдерживают заданный интервал времени и рассчитывают величину утечки по зависимости Q = V·ΔP/t, учитывая внутренний объём, изменение давления и длительность выдержки.
Люминесцентно-гидравлический способ: изделие заполняют водным раствором солей флуоресцеина концентрацией порядка 0,09–0,1 %, выдерживают под давлением, затем осматривают в ультрафиолетовом свете; участки дефектов проявляются характерным свечением. Давления, время выдержки и технологические ограничения выбирают в соответствии с отраслевыми нормами, исключая загрязнение наружных поверхностей индикаторным раствором.
Подготовка поверхности
Для газовых и жидкостных методов контроля поверхности тщательно очищают подходящими растворителями с последующей продувкой сухим, очищенным воздухом. Чистоту проверяют протиркой белой тканью, а при необходимости — дополнительным контролем в ультрафиолетовом излучении. Полости перед испытаниями обязательно осушают. При хранении осушенных изделий поддерживают относительную влажность воздуха не выше 80 %, а при транспортировании предотвращают конденсацию влаги и вторичное загрязнение внутренних и наружных поверхностей.
Аппаратура
Комплект измерительной системы включает масс-спектрометрические гелиевые течеискатели, вакуумные измерители требуемых диапазонов, средства создания вакуума заданной производительности, а также вспомогательные устройства для подготовки, герметизации и подключения изделий. Такой набор аппаратуры обеспечивает воспроизводимость процедур как при вакуумных схемах контроля, так и при испытаниях в условиях атмосферного давления.
Организация работ
На этапе подготовки совместно с заказчиком определяют объект контроля, нормативные документы и критерии приёмки. Выбирают оптимальный метод течеискания с учётом конструкции, материала и доступности контролируемых поверхностей, согласуют режимы давлений, уровни вакуума, время выдержек, а также критерии регистрации сигналов, включая нормирование фонового уровня и порогов обнаружения. По завершении испытаний формируют комплект отчётной документации: протоколы, журналы и итоговое заключение по унифицированным формам.
Возможности лаборатории «Ликлаб»
Лаборатория оснащена парком современный гелиевых течеискателей, вакуумной и контрольно-измерительной аппаратурой и располагает опытом проведения испытаний по вакуумно-камерному и гелиевокамерному методам, щуповому, манометрическому, пузырьковому и люминесцентно-гидравлическому способам контроля герметичности. По итогам работ заказчик получает протоколы и заключение, оформленные в соответствии с требованиями ПНАЭ Г-7-019-89. Специалисты лаборатории могут подключиться на любой стадии проекта, подобрать оптимальную методику, обеспечить требуемую чувствительность и прослеживаемость результатов измерений.
