介紹了真空氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)的工作原理,綜述了檢漏技術(shù)的新方法,分別列舉了測(cè)定漏點(diǎn)型和測(cè)定漏率型兩種類型的真空檢漏方法和實(shí)際應(yīng)用,較全面地總結(jié)了真空氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)的原理與方法。

　　氦質(zhì)譜檢漏方法在真空檢漏技術(shù)領(lǐng)域里已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用,這種方法的優(yōu)點(diǎn)是:檢漏靈敏度高,可以檢漏到10 ^-11 Pam³ / s 數(shù)量級(jí),儀器響應(yīng)快,氦分子在儀器高真空的環(huán)境中擴(kuò)散的速度很高;所以氦質(zhì)譜檢漏儀在許多領(lǐng)域里得到廣泛的應(yīng)用,例如,在航空航天領(lǐng)域里宇宙飛船、航天飛機(jī)、火箭、衛(wèi)星、飛機(jī)等這些都要用到真空檢漏技術(shù)。在一般工業(yè)領(lǐng)域里原子能、發(fā)電廠、配電站、合成氨的氮肥生產(chǎn)廠、汽車制造業(yè)、造船工業(yè)、制冷工業(yè)、冶金工業(yè)、輸氣管道、氣罐、油罐、鍋爐快餐食品包裝等都離不開(kāi)檢漏問(wèn)題,同樣在導(dǎo)彈武器裝備中也離不開(kāi)檢漏,導(dǎo)彈彈體、燃料儲(chǔ)備罐、燃料運(yùn)輸管道、彈頭、特殊部件的密封性都要用到氦質(zhì)譜檢漏,本文主要真對(duì)氦質(zhì)譜檢漏原理及方法進(jìn)行綜述。

1、氦質(zhì)譜檢漏儀工作原理

　　圖1 是一個(gè)典型質(zhì)譜室的剖面圖,燈絲電離出來(lái)的電子經(jīng)加速進(jìn)入電離室,在電離室內(nèi)與殘余氣體分子和經(jīng)被檢件漏孔進(jìn)入電離室的氦氣相互碰撞,使氦分子發(fā)生電離,He →He + + e 。

圖1 　質(zhì)譜室工作原理

　　這些離子在加速電場(chǎng)的作用下進(jìn)入磁場(chǎng),由洛倫茲力使得氦離子發(fā)生偏轉(zhuǎn),形成圓弧形軌道,半徑公式為 :

　　式中, R 為離子偏轉(zhuǎn)軌道半徑; B 為磁場(chǎng)強(qiáng)度; M/ Z為離子的質(zhì)量與電荷之比; U 為離子的加速電壓。由此可見(jiàn),當(dāng)R , B 為固定值時(shí),改變加速電壓,可使不同質(zhì)量的離子通過(guò)磁場(chǎng)和接收縫到達(dá)接收極而被檢測(cè)到。如果電離室內(nèi)的成分是干燥大氣,在圖1的出口縫處測(cè)得的離子流強(qiáng)度的理論峰值如圖2根據(jù)干燥大氣成分繪制) 所示,圖中峰值的高度代表離子流強(qiáng)度,它與氣體在電離室的分壓成正比;氦質(zhì)譜檢漏儀就是利用這一原理,實(shí)際上把加速電壓設(shè)在氦峰值上,如圖3 所示,接收極在擋板的作用下只能接收到氦離子,氦離子電流經(jīng)過(guò)放大后用作指示漏率。

圖2 　氦峰示意圖　　圖3 　實(shí)際所選用的氦峰示意圖

2、檢漏方法

　　氦質(zhì)譜檢漏方法比較多,根據(jù)被檢件的測(cè)量目的可以分為兩種類型,一種是漏點(diǎn)型,另一種是漏率型;在實(shí)際檢驗(yàn)過(guò)程中要根據(jù)檢驗(yàn)的目的選用最合理的方法,要以被檢器件的具體情況而定,靈活運(yùn)用各種檢漏方法。

2.1、測(cè)定漏點(diǎn)型

　　確定漏點(diǎn)型既是確定要檢部件的具體漏點(diǎn)或漏孔的位置,在大部件或大型部件中較為常見(jiàn),如衛(wèi)星、導(dǎo)彈彈體、彈頭、輸氣管道、氣罐、油罐、鍋爐等。

2.1.1、噴氦法

　　這是最常用的一種方法,一般用于檢測(cè)體積相對(duì)較小的部件,將被檢器件和儀器連通,在抽好真空后,在被檢器件可能存在漏孔的地方(如密封接頭,焊縫等) 用噴槍噴氦,如圖4 所示,如果被檢器件某處有漏孔,當(dāng)氦噴到漏孔上時(shí),氦氣立即會(huì)被吸入到真空系統(tǒng),從而擴(kuò)散到質(zhì)譜室中,氦質(zhì)譜檢漏儀的輸出就會(huì)立即有響應(yīng),使用這種方法應(yīng)注意:氦氣是較輕的惰性氣體,在噴出后會(huì)自動(dòng)上升,為了準(zhǔn)確的在漏孔位置噴氦,噴氦時(shí)應(yīng)自上而下,由近至遠(yuǎn)(相對(duì)檢漏儀位置) ,這是因?yàn)樵趪娤路綍r(shí)氦氣有可能被上方漏孔吸入,就很難確定漏孔的位置;再者漏孔離質(zhì)譜室的距離檢漏儀反應(yīng)時(shí)間也不同,所以噴氦應(yīng)先從靠近檢漏儀的一側(cè)開(kāi)始由近至遠(yuǎn)來(lái)進(jìn)行。

　　在檢測(cè)較大部件時(shí)要借助機(jī)械泵進(jìn)行真空預(yù)抽,就可以提高檢漏效率和時(shí)間,如圖5 所示,噴氦法在檢查那些結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的,密封口和焊縫又比較多而且擠在一起的小容器時(shí),由于氦噴出后會(huì)很快擴(kuò)散開(kāi)來(lái),往往不容易準(zhǔn)確地確定漏隙所在的部位,要采取從不同角度噴氦,仔細(xì)觀察反應(yīng)時(shí)間上的差別和將已發(fā)現(xiàn)的漏孔用真空封泥暫時(shí)封起來(lái)等辦法,就可以把漏孔逐個(gè)檢出。

2.1.2、吸氦法

　　吸氦法主要用于檢查某些大型密封容器。如導(dǎo)彈彈體、彈頭、氣罐、油罐等,先將容器抽真空,再給容器充入氦氣(為了節(jié)省用氦量,可以用低濃度氦氣) ,在氦質(zhì)譜檢漏儀的進(jìn)氣法蘭處接上橡皮管,橡皮管的前端有直徑很小的毛細(xì)管,使毛細(xì)管在充了氦的被檢容器外壁的焊縫和密封接頭等處移動(dòng),如果該容器有漏隙,經(jīng)漏隙滲出的氦會(huì)被毛細(xì)管吸入,檢漏儀就會(huì)響應(yīng)。

圖4 　噴氦法檢漏示意圖　　圖5 　輔助機(jī)械泵檢漏示意圖

2.2、測(cè)定漏率型

圖6 　吸氦法檢漏示意圖

　　測(cè)定漏率型主要是針對(duì)密封性要求嚴(yán)格的部件進(jìn)行檢測(cè),如宇宙飛船、火箭液體燃料儲(chǔ)料箱、衛(wèi)星、電子元器件等。這種方法只能測(cè)試試件的漏率,無(wú)法確定漏孔的位置和漏孔的個(gè)數(shù)。

2.2.1、充氦法

　　充氦法也稱負(fù)壓法 ,如圖7 所示,一個(gè)密閉的氣室連接真空泵和氦氣罐,將被檢零件裝入一個(gè)氣室,開(kāi)始關(guān)閉氦氣罐閥門,機(jī)械泵把氣室先抽成真空,然后關(guān)閉真空泵閥門,打開(kāi)氦氣罐閥門給氣室充氦,并靜置一段時(shí)間。被氦氣包圍的小器件上如果有漏隙,氦氣就慢慢充入小器件內(nèi)部。然后將氣室打開(kāi),取出被檢器件,用壓縮空氣吹掉其外表面可能吸附的氦。

圖7 　給檢驗(yàn)試件充氦氣　　圖8 　用檢漏儀檢驗(yàn)試件漏率

　　再把這些器件逐個(gè)(或成組) 地裝入接在檢漏儀進(jìn)氣法蘭處的容器中,把此容器抽空后打開(kāi)節(jié)流閥,這時(shí)原先進(jìn)入被檢器件的氦又會(huì)經(jīng)過(guò)漏孔放出來(lái),檢漏儀就會(huì)給出漏率響應(yīng)。如果采用ZHP230 氦質(zhì)譜檢漏儀,儀器可以直接給出漏率的數(shù)字顯示。

　　衛(wèi)星的整體檢漏就是可以用這種方法,如圖9所示,將衛(wèi)星放入大型環(huán)模室中,利用環(huán)模設(shè)備的真空系統(tǒng)將環(huán)模抽成真空,先用輔助泵進(jìn)行粗抽和預(yù)抽,在檢漏時(shí)先通過(guò)機(jī)械泵將衛(wèi)星及充氣管道抽成真空后,將氦氣充入衛(wèi)星中,壓力保持和衛(wèi)星工作的壓力一致,最后開(kāi)啟氦質(zhì)譜檢漏儀用標(biāo)準(zhǔn)漏孔校準(zhǔn)儀器,就可以直接測(cè)量衛(wèi)星的漏率了。

圖9 　衛(wèi)星整體檢漏示意圖

2.2.2、鐘罩法

　　將氦質(zhì)譜檢漏儀與試件用真空橡皮管連接,在試件上用密閉的容器罩住,在容器里充入氦氣,如圖10 所示,檢漏儀開(kāi)始檢漏,如果試件有漏點(diǎn),儀器就可以顯示其漏率;這種方法可以測(cè)量導(dǎo)彈液體儲(chǔ)料罐的漏率,如圖11 所示,在罐體外罩氦罩采用塑料薄膜,對(duì)罐體進(jìn)行粗抽和預(yù)抽,在用標(biāo)準(zhǔn)漏孔校對(duì)檢漏儀,對(duì)氦罩進(jìn)行充氦,就可以測(cè)出罐體的漏率。

圖10 　鐘罩法檢漏示意圖　　圖11 　對(duì)導(dǎo)彈液體燃料罐進(jìn)行檢漏

3、結(jié)束語(yǔ)

　　氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)是真空檢漏領(lǐng)域里不可缺少的一種技術(shù),用這種技術(shù)檢漏效率高,簡(jiǎn)便易操作,儀器反映靈敏,精度高,不易受其它氣體的干擾,文中列舉的方法是檢漏技術(shù)領(lǐng)域里經(jīng)常用道的方法,包括了從小件檢漏到大件檢漏,從確定漏孔檢漏到確定漏率檢漏,比較全面的列舉了各種檢漏方法,在工程實(shí)際應(yīng)用中有很好的參考價(jià)值。