Контроль герметичности гелием способом щупа
Материал систематизирует практику контроля герметичности способом гелиевого щупа для различных объектов контроля. Описаны целевые условия испытаний, состав измерительного оснащения, последовательность операций и критерии приемки, а также применяемые комплекты оборудования: масс-спектрометрический течеискатель Leaklab L и портативный индикаторный комплект «Гелийком». Представленные решения дополняют друг друга: Leaklab L обеспечивает эталонный уровень чувствительности и прослеживаемость к государственным эталонам, а «Гелийком» закрывает задачи оперативной локализации дефектов на стадии монтажа и эксплуатации.
Цель проверки — подтверждение соответствия объекта контроля установленным допускам по гелиевому эквивалентному натеканию, выявление и точная локализация мест разгерметизации, а также документальная фиксация результатов для производственных и метрологических процедур. Метод реализуется при создании во внутреннем тракте объекта избыточного давления гелия или гелиево-воздушной смеси и регистрации выхода индикаторного газа через наружную поверхность щупом, соединённым с течеискателем.
Работы выполняются в соответствии с действующими требованиями по контролю герметичности и метрологическому обеспечению: общие положения ГОСТ Р 50.05.01, требования поверки средств измерений по ГОСТ 8.586 и применимые термины/определения ISO, DIN, ASTM для методов течеискания. Предельные значения натеканий, а также специальные требования безопасности для используемых сред устанавливаются эксплуатационной документацией на конкретный объект контроля.
Подготовка объекта контроля
Объект комплектуется штатной обвязкой либо технологическими заглушками для герметичного разобщения тракта. На корпусе должен быть доступный порт заправки для подключения редуцированной линии гелия. Присоединительные поверхности очищаются и обезжириваются, дефекты, препятствующие уплотнению, не допускаются. Открытые сбросы и предохранительные устройства временно переводятся в режим, исключающий несанкционированный выпуск гелия. Объём объекта должен обеспечивать равномерное распределение контрольного газа.
Измерительное оснащение
Испытания выполняются двумя типами течеискателей, работающих в согласованной связке:
1) Масс-спектрометрический гелиевый течеискатель высокой чувствительности (с действующей поверкой) — для количественной оценки малых натеканий и подтверждения результата.
2) Портативный термокондуктометрический течеискатель (щуповый) — для экспресс-скрининга крупных/средних утечек и предварительной локализации дефектов.
Дополнительно применяются: эталонная гелиевая течь с прослеживаемостью к государственным эталонам, баллон с гелием или гелиево-воздушной смесью известной концентрации, двухступенчатый редуктор с предохранительным сбросом, манометр класса точности не ниже 1,5, запорная арматура, гибкие металлорукава/вакуумные шланги, переходные адаптеры, щуп-уловитель/капиллярный зонд до 10 м. При необходимости допускается кратковременная форвакуумная откачка до 5–20 кПа абс для ускоренного вытеснения воздуха.
Подготовка средств измерений
Проводятся внешний осмотр, проверка питания и заземления, прогрев приборов. Масс-спектрометрический течеискатель настраивается по эталонной течи вблизи пороговых значений; фиксируются показания «до» и «после». Термокондуктометрический течеискатель калибруется по контрольной течи в диапазоне 10−4–10−6 Па·м3/с. Формируется нулевой уровень и фоновая линия; при работе со смесью вводится коэффициент приведения по объёмной доле He.
Создание испытательного давления
Линия подачи гелия подключается к заправочному порту через герметичное разъёмное соединение с проверкой отсутствия подсоса. Далее объект заполняется чистым гелием или смесью до установленного испытательного давления; выполняется стабилизация 10–15 мин. Контролируется отсутствие непредусмотренного падения давления.
Методика «Щупа»
Щуп, соединённый с течеискателем гибким шлангом, ведётся по наружной поверхности со скоростью 10–15 см/мин при постоянном контакте и чистоте входа. Обследование рекомендуется вести снизу вверх для минимизации влияния конвекции. Насадка щупа подбирается под профиль поверхности для повышения пространственного разрешения. Если предварительная откачка недоступна, допускается продувка полости гелием до появления его на выходе и последующий контроль поверхностей.
Двухэтапная программа испытаний
Этап 1 — сплошной скрининг термокондуктометрическим течеискателем по сварным швам, фланцам, резьбовым соединениям, гермовводам и зонам технологических напряжений. При локальном превышении ориентировочного уровня 1×10−4 Па·м3/с координаты фиксируются; при необходимости выполняется локальная дегазация инертным газом и повторная проверка.
Этап 2 — детальная инспекция масс-спектрометрическим течеискателем тех же участков с количественной оценкой малых утечек. Щуп удерживается в контакте; отрыв более 3–5 мм не допускается. Для сложной геометрии применяется капиллярный зонд с распределённым сопротивлением.
Критерии приемки и представление результатов
Предельные значения натеканий устанавливаются документацией на изделие. При отсутствии иных указаний целесообразно ориентироваться на уровни: предварительный скрининг — браковочный порог 1×10−4 Па·м3/с; подтверждающий контроль — порог 1×10−6 Па·м3/с (гелиевый эквивалент). При применении смеси результаты приводятся к эквиваленту чистого He делением на объёмную долю. Разрешается параллельная регистрация в mbar·l/s (1 Па·м3/с = 10 mbar·l/s). Для сниффер-контроля расширенная относительная неопределённость результата — до 30 % при подтверждённой стабильности чувствительности по эталону.
Документирование и безопасность
В протокол включаются модели и серийные номера течеискателей, сведения о поверке масс-спектрометрического прибора, тип/номинал/номер эталонной течи, результаты контроля чувствительности «до» и «после», состав контрольной среды и испытательное давление, температура, схема и описание зон контроля, максимальные зарегистрированные натекания и их координаты. Соблюдаются требования промышленной и газовой безопасности: исправное заземление и питание, СИЗ глаз и рук, вентиляция с контролем O2, регламентированная работа с баллонами/редукторами, запрет внешних газовых потоков на зону отбора пробы, отказ от аэрозолей и открытого пламени.
Масс-спектрометрический течеискатель Leaklab L: конфигурация и характеристики
Состав комплекта
- Масс-спектрометрический гелиевый течеискатель ZQJ (с действующей поверкой).
- КОГ — комплект обдува гелием с редуктором.
- Щуп длиной 5 м.
- Транспортировочный кофр (возможна работа прибора в кофре при обеспечении вентиляции).
- Внешняя гелиевая течь для калибровки.
- Клапан KF-25 на входной порт.
- Переходник под внешнюю течь П-KF-25.
- Сильфон вакуумный KF-25, длина 1 м.
Конструкция и вакуумная схема
Leaklab L построен в компактном корпусе и оснащён турбомолекулярным насосом Pfeiffer Vacuum SplitFlow, обеспечивающим устойчивую откачку анализаторной ячейки и быстрое достижение рабочего режима. Компоновка оптимизирована для устойчивой работы в условиях повышенного гелиевого фона и допускает стационарное размещение под рабочим местом.
Метрологические характеристики
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Диапазон индикации (вакуумный метод, «Нормальный») | 1×10−12…1×10−1 Па·м3/с |
| Диапазон индикации (вакуумный метод, «Массивная течь») | 1×10−9…1×10−1 Па·м3/с |
| Диапазон индикации (метод щупа) | 5×10−9…1×10−2 Па·м3/с |
| Предел относительной погрешности («Нормальный») | ±[0,15 + Qнпи/Qизм]·100 % |
| Предел относительной погрешности («Массивная течь») | ±50 % |
Основные технические характеристики
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Габариты, мм (Д×В×Ш) | 545×380×430 |
| Масса, не более | 55 кг |
| Электропитание | ~220 В ± 10 %, 50 Гц |
| Диапазон температур / влажность | +10…+35 °C / ≤ 80 % (84–106,7 кПа) |
| Средняя наработка на отказ | 15 000 ч |
| Средний срок службы | 12 лет |
Эксплуатационные параметры
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Минимальный достоверно регистрируемый поток (вакуум) | ≤ 5×10−13 Па·м3/с |
| Минимальный индицируемый поток (щуп) | ≤ 5×10−10 Па·м3/с |
| Максимальное давление начала испытаний (вакуум) | ≥ 2500 Па |
| Время отклика до 63 % (вакуум) | < 2 с |
| Время готовности | ≤ 3 мин |
| Быстрота откачки форвакуумного насоса | ≥ 30 л/мин (ULVAC GHD-031B) |
| Контрольные газы | H2, He-3, He-4 |
| Датчики давления | Пирани (встроенный), ионизационный анализаторной ячейки |
| Защита анализатора от «отравления» He | есть |
| Прочистка системы от избытка He | есть |
| Мониторинг и архивирование | реальное время, запись на носитель |
Интерфейсы и эргономика
Сенсорный экран с трендами потока и давления на одном экране, запись данных на встроенный носитель. Интерфейсы RS-232 (D-Sub 9) и дискретный I/O (D-Sub 37). Допускается съём и вынос экрана до 2 м для удобства оператора; прибор может быть установлен под рабочим местом и подключён к объекту через вакуумный тракт.
Требования к форвакуумной части
Используется насос с магнитной муфтой и клапаном обратного потока, исключающий перенос масла в объект контроля и в прибор при длительной работе. Применение внутреннего насоса с механическим уплотнением не допускается.
Портативный комплект «Гелийком»: оперативная локализация течей способом щупа
Назначение
«Гелийком» — мобильный индикаторный комплект для поиска мест нарушения герметичности на стадиях монтажа, пуско-наладки и эксплуатации. Применяется при заполнении объекта чистым гелием или гелиево-воздушной смесью и обеспечивает мгновенную индикацию локальных повышений концентрации He.
Преимущества применения
Компактность и малый вес, быстрый выход на режим, высокая помехоустойчивость и неотравляемость сенсора при кратковременном воздействии 100 % He. Щуповая линия малой ёмкости обеспечивает быстрый отклик и точную локализацию. Интерфейс прибора интуитивен и подходит для широкой группы пользователей.
Состав поставки
Газоанализатор (настройка на He), щуп, зарядное устройство, редуктор 0–10 бар, быстроразъём на линию заправки, кейс, кожаный защитный чехол, эксплуатационная документация и учебное пособие.
Калибровка и проверка
Для проверки чувствительности применяется имитатор утечки с 100 % He; допускается проверка срабатывания от струи чистого гелия. На этапе калибровки фиксируется время обнаружения; стремятся к минимальному отклику для повышения точности локализации.
Конструктивные особенности
Измерительная часть отделена от блока питания с элементами искровзрывозащиты. Реализованы автоматический контроль напряжения с сигнализацией, графический дисплей, быстросменный фильтр, встроенный электрический вакуумный насос отбора пробы. Комплект относится к специальному технологическому оборудованию (индикаторный прибор) и не подлежит государственной поверке.
Технические характеристики
| № | Параметр | Значение | Комментарий |
|---|---|---|---|
| 1 | Модель | Комплект «Гелийком» | Щуповый поиск течей |
| 2 | Тип измерений | Непрерывный анализ He | Сенсор без нагрева, устойчив к He |
| 3 | Диапазон индикации по концентрации He | 0,1 %…100 % об. | Возможна индикация >100 % в индикаторном режиме |
| 4 | Время готовности | ≤ 30 с | Быстрый старт |
| 5 | Время восстановления | ≤ 10 с | Стабильность при повышенном фоне |
| 6 | Автономная работа | ≥ 4 ч | АКБ ≥ 2400 мА·ч |
| 7 | Масса комплекта / прибора | ≤ 4 кг / ≤ 0,7 кг | Портативное исполнение |
| 8 | Габариты с кейсом / прибора | ≤ 300×200×100 мм / ≤ 120×90×58 мм | Для стеснённых зон |
| 9 | Рабочий температурный диапазон | −20…+45 °C | Расширенные условия эксплуатации |
| 10 | Оснащение | Фильтр, насос, дисплей | Функции обнуления фона и настройки по эталону |
Рекомендации по применению
Контроль ведите при заданном испытательном давлении; поддерживайте постоянную скорость сканирования, удерживая щуп в контакте с поверхностью. Перед началом работ выполните настройку по имитатору утечки и зафиксируйте время отклика. Работая со смесью, приводите показания к эквиваленту чистого He по объёмной доле.
Новое издание книги «Испытания на герметичность» может стать практичным и по-настоящему полезным подарком для коллег, особенно для тех, кто связан с вакуумной техникой, контролем герметичности и качеством продукции. Это не «формальный сувенир», а рабочий инструмент: в ней собраны методики, нормативные ссылки, примеры схем испытаний, рекомендации по выбору оборудования и подготовке персонала, которые можно сразу применять в лаборатории или цехе.
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» имени В. И. Ульянова и Лаборатория Ликлаб приглашают сотрудников предприятий принять участие в курсе повышения квалификации «Основы течеискания и вакуумной техники».