Масс-спектрометрическое течеискание по ГОСТ 28517-90: основные положения и порядок проведения испытаний

Масс-спектрометрический метод течеискания относится к видам неразрушающего контроля с использованием проникающих веществ и предназначен для количественного определения степени герметичности изделий, а также для выявления и точного расположения мест негерметичности. Стандарт регламентирует общие правила применения метода на стадиях производства, эксплуатации и ремонта герметизируемых объектов, включая порядок подготовки, проведения и оформления испытаний, а также требования к измерительной аппаратуре и безопасности работ.

Назначение и область применения

Метод используют для контроля герметичности изделий, узлов и сборочных единиц на различных этапах жизненного цикла: при приёмо-сдаточных, периодических, эксплуатационных и послеремонтных проверках. Конкретный технологический вариант метода выбирают с учётом конструктивных и технологических особенностей объекта, условий его работы и требуемой чувствительности контроля. В качестве пробных веществ преимущественно применяют инертные газы, главным образом гелий; допускается использование других пробных сред при обосновании их безвредности для объекта контроля и гарантированной достижимости требуемого порога обнаружения течей.

Принцип метода и термины

Метод основан на подаче пробного вещества в контролируемый объём или на поверхность объекта и регистрации его проникновения через возможные дефекты герметизации с помощью масс-спектрометрического анализатора, разделяющего ионы по отношению массы к заряду. Конкретная технологическая реализация метода («способ течеискания») определяется типом применяемого оборудования, схемой отбора и подачи пробной среды, а также режимами работы течеискателя. Основными метрологическими характеристиками являются порог чувствительности течеискателя, стабильность и воспроизводимость калиброванной течи, а также уровень фонового сигнала при заданных условиях проведения испытаний.

Способы реализации метода и их назначение

Для локализации мест негерметичности применяют способ обдува: откачанный объект подключают к течеискателю и по его наружной поверхности направленно подают струю пробного газа с одновременной регистрацией отклика прибора. Для поиска дефектов также используют способ щупа, при котором заполненный пробной средой под избыточным давлением объект последовательно сканируют зондом течеискателя по потенциально опасным зонам. Дополнительным приёмом служит вакуумная присоска, устанавливаемая на отдельные участки поверхности с откачкой малого объёма через течеискатель для локального поиска течей.

Для количественной оценки степени негерметичности применяют камеры и чехлы. Вакуумный вариант предусматривает размещение изделия в камере, соединённой с течеискателем, с последующей подачей пробной среды и непрерывной регистрацией сигнала. При необходимости контролируют отдельные зоны в разъёмных местных камерах. В ряде случаев реализуют схему накопления: объект или камера на объекте на заданное время отключаются от откачки, а изменение сигнала течеискателя во времени интерпретируется как наличие и величина течи. Для изделий, которые целесообразно опрессовывать снаружи пробным газом, применяют способ с замкнутой оболочкой: после опрессовки объект помещают в камеру, подключённую к течеискателю, и фиксируют увеличение сигнала относительно эталонного состояния.

Для объектов, для которых применение вакуумной камеры нецелесообразно, используют способ накопления при атмосферном давлении: изделие помещают в чехол или объёмную камеру, заполненную воздухом, создают избыточное давление пробной среды внутри объекта, затем после выдержки отбирают пробу из объёма камеры и подают её в течеискатель для анализа.

Аппаратура и метрологическое обеспечение

Основным средством измерений является масс-спектрометрический течеискатель, характеризуемый порогом чувствительности и временем отклика. Каждый течеискатель должен быть оснащён калиброванной течью, обеспечивающей стабильность и прослеживаемость единицы потока пробного газа. До начала испытаний и в процессе их проведения выполняют проверку чувствительности по калиброванным течам в соответствии с эксплуатационной документацией. Для повышения эффективности контроля используют вспомогательное вакуумное и газовое оборудование: насосы, вакуумметры, регуляторы и редукторы давления, селективные мембраны, а также корректно подобранные соединительные трубопроводы с достаточной проводимостью, чтобы не ограничивать быстроту откачки системы.

Подготовка к течеисканию

Подготовка включает два основных комплекса работ. Первый комплекс — подготовка контролируемого объекта: удаление загрязнений и покрытий, способных экранировать течи; удаление жидкостей и рабочих сред, проникших в дефекты в процессе изготовления или эксплуатации; обеспечение доступа к поверхностям и узлам для выбранных способов контроля; герметизация технологических отверстий и полостей. Второй комплекс — подготовка испытательного оборудования: сборка схемы, проверка собственной герметичности вспомогательных линий, контроль параметров течеискателя, настройка режимов откачки и подачи пробного газа, фиксация исходного уровня фонового сигнала.

Испытания выполняют, как правило, до нанесения лакокрасочных покрытий, если конструкторская документация не устанавливает иной порядок. После операций, способных вызвать нарушение герметичности (термоциклирование, сварочные работы, механическая доработка, демонтаж и монтаж арматуры), течеискание повторяют. Условия испытаний — перепад давлений, направление газовой нагрузки, температурный режим — по возможности приближают к эксплуатационным; допускаются обоснованные отклонения при сохранении требуемой чувствительности контроля.

Порядок проведения испытаний

Проведение испытаний начинают с установления порога чувствительности течеискания по калиброванной течи на смонтированной схеме. Далее осуществляют подачу пробного газа: при локализационных способах — на поверхность изделия или в локальные объёмы, при количественных схемах — в камеру, чехол либо внутрь контролируемого объекта. На этапе регистрации определяют степень негерметичности по показаниям течеискателя (в установленных единицах потока пробного газа) и при необходимости локализуют место дефекта выбранным приёмом. Заключительный этап включает обработку и оценку результатов: приведение данных к нормируемым условиям, проверку соответствия установленным критериям годности, формирование выводов и рекомендаций. При контроле крупногабаритных объектов калиброванную течь устанавливают непосредственно на изделии для корректной оценки чувствительности в конкретной конфигурации испытательной схемы.

Условия проведения и факторы влияния

Для надёжной селективной регистрации пробного газа необходимо исключить паразитные воздушные потоки и нештатные поступления контрольной среды. Концентрацию пробного газа поддерживают на уровне, обеспечивающем достижение требуемого порога обнаружения с учётом фонового сигнала течеискателя. Соединительные коммуникации подбирают по достаточной проводимости и минимальной газонагрузке, разъёмы и уплотнения проверяют на отсутствие собственных течей. Допускается совмещать течеискание с другими видами испытаний при условии, что они не искажают результаты измерений и не снижают диагностическую чувствительность метода.

Оформление результатов

Результаты течеискания фиксируют в регистрационном журнале либо в установленной форме отчётного документа. Обязательно указывают наименование и тип течеискателя, дату контроля, применённый метод и способ течеискания, фактический порог чувствительности и уровень фонового сигнала, зарегистрированные сигналы при обнаружении течей с соответствующим пересчётом в единицы потока пробного газа, итоговое заключение о годности объекта, а также должность и фамилию специалиста, проводившего контроль. При необходимости включают дополнительные сведения, обусловленные особенностями объекта и технологии испытаний.

Требования безопасности

Работы выполняют в соответствии с правилами по эксплуатации электроустановок и нормами техники безопасности, требованиями к сосудам, работающим под давлением, а также действующими отраслевыми инструкциями предприятия. При обращении с газовыми баллонами и криогенными средами соблюдают регламенты по их хранению, транспортированию и использованию; персонал применяет средства индивидуальной защиты и действует по утверждённым технологическим картам. Вакуумные установки и камеры оснащают предохранительной арматурой и средствами контроля параметров, исключающими возникновение аварийных режимов.

Практические рекомендации

Для повышения результативности контроля целесообразно комбинировать количественные схемы (вакуумная камера, чехол, накопление) с локализационными приёмами (обдув, щуп, присоска), поэтапно сужая зону поиска после первичной оценки степени негерметичности. Прослеживаемость чувствительности обеспечивают регулярной проверкой по калиброванным течам в условиях, максимально приближённых к реальной испытательной схеме. При проектировании оснастки следует закладывать достаточную проводимость линий, минимизировать внутренние объёмы и «мёртвые» зоны, предусматривать технологические порты для откачки, заполнения и отбора проб, а также удобно доступные участки для локализации дефектов. Такой подход позволяет стабильно достигать требуемого уровня обнаружения течей при рациональных затратах времени и ресурсов.