電力鑄鋁件氦檢漏系統(tǒng)質(zhì)量放心可靠「多圖」
2021-06-18
氦氣檢漏儀
氦氣檢漏儀是氦質(zhì)譜檢漏儀((Helium Mass Spectrometer Leak Detector)的俗稱，運(yùn)用質(zhì)譜原理制成的儀器稱為質(zhì)譜計(jì)或質(zhì)譜儀。質(zhì)譜儀通過其核心部件質(zhì)譜室，使不同質(zhì)量的氣體變成離子并在某種場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)后，不同質(zhì)荷比的離子在場(chǎng)中彼此分開，而相同質(zhì)荷比的離子在場(chǎng)中匯聚在一起，如果在適當(dāng)位置安置接收1器接收所有這些離子，就會(huì)得到按照質(zhì)荷比大小依次分開排列的質(zhì)譜圖，這就是質(zhì)譜。光無源器件有光纖連接器、光開關(guān)、光衰減器、光纖耦合器、波分復(fù)用器、光調(diào)制器、光濾波器、光隔離器、光環(huán)行器等。
用于檢漏的質(zhì)譜儀稱為質(zhì)譜檢漏儀。測(cè)量氣體分壓力的所有質(zhì)譜計(jì)，如四極質(zhì)譜計(jì)、射頻質(zhì)譜計(jì)、飛行時(shí)間質(zhì)譜計(jì)、回旋質(zhì)譜計(jì)等都可以用于檢漏。
專門設(shè)計(jì)的以氦氣作示蹤氣體進(jìn)行檢漏的質(zhì)譜儀稱為氦質(zhì)譜檢漏儀。這種儀器除靈敏度高外，還具有適應(yīng)范圍廣、定位定量準(zhǔn)確、無毒、安全、反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。氦質(zhì)譜檢漏儀中用得較多的是90°和180°的磁偏轉(zhuǎn)型質(zhì)譜儀。
眾所周知，當(dāng)一個(gè)帶電質(zhì)點(diǎn)（正離子）以速度v進(jìn)入均勻磁場(chǎng)的分析器中，如果速度v的方向和磁場(chǎng)H的方向相垂直，則它的運(yùn)動(dòng)軌跡為圓，如圖1所示。當(dāng)磁場(chǎng)的磁通密度一定時(shí)，不同質(zhì)荷比（m/e）的離子在磁場(chǎng)中都有相應(yīng)的運(yùn)輸半徑，也就是都有相應(yīng)的圓軌跡，這樣，不同質(zhì)荷比的帶電粒子在磁場(chǎng)分析器中運(yùn)動(dòng)后就會(huì)彼此分開。如果在離大運(yùn)動(dòng)的路徑中安置一塊檔板將其他離子檔掉，而在對(duì)應(yīng)的氦離子運(yùn)動(dòng)半徑位置的檔板上開一狹縫，狹縫后安置離子接收極，這樣的只有氦離子才能通過狹縫而被接收極接收形成氦離子流，并經(jīng)放大器放大后由測(cè)量?jī)x表指示出來。真空法的缺點(diǎn)是只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)大氣壓差的漏率檢測(cè)，不能準(zhǔn)確反映帶壓被檢產(chǎn)品的真實(shí)泄漏狀態(tài)。檢漏時(shí)，如果用氦氣噴吹漏孔，氦氣便通過漏孔進(jìn)入檢漏儀的質(zhì)譜室中，使檢漏儀的測(cè)量?jī)x表立即靈敏地反應(yīng)出來，達(dá)到了檢漏的目的。
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用氦氣作為氦質(zhì)譜檢漏氣體的原因
選擇示漏氣體(示蹤氣體）的原則是：它在空氣中及真空系統(tǒng)中的含量低；檢漏儀對(duì)示漏氣體的靈敏度高；它不會(huì)對(duì)人員、環(huán)境、被檢件及檢漏儀造成污染、傷害和安全隱患；價(jià)格低。
質(zhì)譜檢漏儀通常選擇氦氣作示蹤氣體，主要原因如下：
1、氦在空氣中及真空系統(tǒng)殘余氣體中的含量極1少（在空氣中約含5.2ppm），在材料出氣中也很少，因此本底壓力小，輸出的本底電流也小。正因?yàn)楸镜仔?，由某些原因引起本底的波?dòng)，亦即本底噪聲也就小，因此微小漏率也就能反應(yīng)出來，靈敏度高。
2、氦的質(zhì)量小（相對(duì)分子質(zhì)量為4），易于穿過漏孔。這樣，氦較除氫以外的其他氣體通過同一漏孔的漏率就大，容易發(fā)現(xiàn)，靈敏度高。
3、氦是惰性氣體，不與被檢件器壁起化學(xué)反應(yīng)，不會(huì)污染被檢件，使用安全。
4、在氦兩側(cè)的是氫（質(zhì)荷比為2）和雙電荷原子碳（質(zhì)荷比為6），質(zhì)荷比都與氦相差較大。這樣，它們?cè)诜治銎髦械钠D(zhuǎn)半徑相差也大，容易分開，定標(biāo)找氦峰時(shí)，不易受其他離子的干擾，因此就降低了對(duì)分析器制造精度的要求，易于加工。當(dāng)被檢件密封面上存在漏孔時(shí)，示漏氣體氦氣及其它成分的氣體均會(huì)從漏孔泄出，泄漏出來的氣體進(jìn)入氦質(zhì)譜檢漏儀后，由于氦質(zhì)譜檢漏儀的選擇性識(shí)別能力，僅給出氣體中的氦氣分壓力信號(hào)值。同時(shí)，分析器出口電極及離子源加速極的隙縫也可以加大，使更多的氦離子通過，提高了儀器靈敏度。
5、氦在被檢件及真空系統(tǒng)中不易被吸附。這樣檢出一個(gè)漏孔可以使氦信號(hào)迅速消失以便繼續(xù)進(jìn)行檢漏，提高了儀器的檢漏效率。
6.氫氣有些性能（如質(zhì)量小、易通過漏孔）比氦還好，然而由于氫一方面有易1爆危險(xiǎn)，另一方面在油擴(kuò)散泵中，由于油受熱裂解會(huì)產(chǎn)生大量的碳和氫，使氫本底極高且波動(dòng)大，以致靈敏度大大降低，所以很少采用。
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氦質(zhì)譜檢漏儀常用檢漏方法及標(biāo)準(zhǔn)
氦質(zhì)譜檢漏法是利用氦質(zhì)譜檢漏儀的氦分壓力測(cè)量原理，實(shí)現(xiàn)被檢件的氦泄漏量測(cè)量。當(dāng)被檢件密封面上存在漏孔時(shí)，示漏氣體氦氣及其它成分的氣體均會(huì)從漏孔泄出，泄漏出來的氣體進(jìn)入氦質(zhì)譜檢漏儀后，由于氦質(zhì)譜檢漏儀的選擇性識(shí)別能力，僅給出氣體中的氦氣分壓力信號(hào)值。主要有離子源、分析器、收集放大器、冷陰極電離真空計(jì)組成，離子源是氣體電離，形成一束具有特定能量的離子，分析器是一個(gè)均勻的磁場(chǎng)空間，不同離子的質(zhì)荷比不同。在獲得氦氣信號(hào)值的基礎(chǔ)上，通過標(biāo)準(zhǔn)漏孔比對(duì)的方法就可以獲得漏孔對(duì)氦泄漏量。
根據(jù)檢漏過程中的示漏氣體存貯位置與被檢件的關(guān)系不同，可以將氦質(zhì)譜檢漏法分為真空法、正壓法、真空壓力法和背壓法，下面分別總結(jié)了這四種氦質(zhì)譜檢漏法的檢測(cè)原理、優(yōu)缺點(diǎn)及檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)。
真空法氦質(zhì)譜檢漏
采用真空法檢漏時(shí)，需要利用輔助真空泵或檢漏儀對(duì)被檢產(chǎn)品內(nèi)部密封室抽真空，采用氦罩或噴吹的方法在被檢產(chǎn)品外表面施氦氣，當(dāng)被檢產(chǎn)品表面有漏孔時(shí)，氦氣就會(huì)通過漏孔進(jìn)入被檢產(chǎn)品內(nèi)部，再進(jìn)入氦質(zhì)譜檢漏儀，從而實(shí)現(xiàn)被檢產(chǎn)品泄漏量測(cè)量。當(dāng)在清潔、純凈空氣中報(bào)警或不穩(wěn)定時(shí)，應(yīng)更換探頭，具體探頭步驟是如下：（1）確認(rèn)本儀器處于關(guān)閉狀態(tài)（2）逆時(shí)針旋下舊探頭（3）順時(shí)針旋上包裝箱中提供的備用探頭。按照施漏氣體方法的不同，又可以將真空法分為真空噴吹法和真空氦罩法。其中真空噴吹法采用噴槍的方式向被檢產(chǎn)品外表面噴吹氦氣，可以實(shí)現(xiàn)漏孔的準(zhǔn)確定位; 真空氦罩法采用有一定密閉功能的氦罩將被檢產(chǎn)品全部罩起來，在罩內(nèi)充滿一定濃度的氦氣，可以實(shí)現(xiàn)被檢產(chǎn)品總漏率的測(cè)量。
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氦質(zhì)譜檢漏儀故障與處理
(1)內(nèi)部的密封結(jié)構(gòu)
當(dāng)檢漏儀內(nèi)部存在泄漏時(shí)，會(huì)對(duì)檢漏工作造成較大干擾，容易造成誤檢、誤判。 檢漏儀內(nèi)部主要的密封部位在檢漏儀的后側(cè)(見圖2)，位于隔熱板的上方：①檢漏儀測(cè)試口與閥門組塊的連接部位，密封方式采用膠灌密封，檢漏儀在運(yùn)輸過程中如遇到強(qiáng)烈震動(dòng)，此處容易造成密封膠開裂。儀創(chuàng)新產(chǎn)品主要有：薄膜制備設(shè)備，真空冶金設(shè)備，檢漏設(shè)備，真空系統(tǒng)等非標(biāo)真空產(chǎn)品。②各電磁閥與閥門組件間的連接部位。密封方式采用氟橡膠圈或金屬墊片密封，橡膠圈的密封壽命有限，使用5 年以上時(shí)，有可能會(huì)存在密封失效的問題。③各零部件接口處的密封部位。如放大器與質(zhì)譜室、離子源與質(zhì)譜室、分子泵與質(zhì)譜室、標(biāo)準(zhǔn)漏孔與閥門組件、真空計(jì)與閥門組件等接口間的金屬墊片密封或橡膠圈密封。
(2)定位方法
采用噴吹法對(duì)各密封部位的氣密性進(jìn)行檢測(cè)，因檢漏儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊，各密封結(jié)構(gòu)間的距離很近，檢測(cè)時(shí)定位難度較大。經(jīng)摸索，在檢測(cè)時(shí)采用以下技巧，可提高定位的能力：①查漏前，先將分子泵風(fēng)扇的電源斷開，避免風(fēng)扇將氦源吹散至各個(gè)密封環(huán)節(jié)，造成定位不準(zhǔn)確。熱管需要檢漏原因：熱管內(nèi)部填充特殊液體用來增強(qiáng)熱傳導(dǎo)性能，如果熱管本身存在漏點(diǎn)，首先會(huì)影響熱管的導(dǎo)熱性能。②噴吹時(shí)，要嚴(yán)格控制氦源的流量，盡量采用噴槍咀流量小的噴槍，提高定位的能力。③儀器的反應(yīng)時(shí)間小于1 s，所以在一個(gè)部位噴吹的時(shí)間約3 s，再等待約3 s 后觀測(cè)信號(hào)有無變化。
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