Литературный обзор по гелиевому течеисканию стандартов astm, патентной информации и материалов конференции по неразрущающим методам контроля в Риме в 2000 году. Локтев И. И

Гелиевое течеискание масс-спектрометрическим методом в системе неразрушающего контроля занимает одно из ведущих мест. Благодаря разработкам различных способов контроля и современной приборной базе, этот метод не только широко применяется во всём мире, но и продолжает развиваться, занимая всё новые области применения, ранее не свойственные ему. Этому способствуют также требования сегодняшнего дня к контролю качества серийной продукции, к надёжности работы технических систем, а также жёсткие нормы по загрязняющим окружающую среду примесям.

Однако, из-за наличия ряда других методов течеискания, которые может быть более известны и просты в понимании и в практическом использовании, более дешёвые по применяемой технике, возникают трудности у разработчиков новой продукции и технологии изготовления и контроля по выбору методов и способов контроля герметичности различных изделий и систем.

В настоящее время уже сложилась некоторая практика применения тех или иных средств контроля, разработаны серии стандартов международного характера. На научно-технических конференциях специалистами обсуждаются некоторые частные вопросы в этой области.

В настоящем обзоре кратко даётся характеристика стандартов ASTM по течеисканию. На основе патентной информации приводятся конкретные примеры использования масс-спектрометрического метода контроля герметичности различных изделий и технических систем.

1. 
   Стандарты ASTM.
   

Американское общество по испытаниям и материалам (ASTM) это негосударственная некоммерческая организация, созданная более 100 лет назад. Система стандартов насчитывает около 10000 документов, которые разрабатываются и пересматриваются каждые 5 лет силами более чем 32000 экспертов всего мира на добровольной основе. Основной целью общества является регулирование взаимоотношений между поставщиками и потребителями по выбору технических требований к материалам и методам их испытаний при изготовлении коммерческой продукции. Широко распространена практика, когда фирмы, находящиеся в разных странах, при заключении контрактов ссылаются на тот или иной стандарт ASTM. Однако, также часто возникает необходимость указывать в контрактах дополнительные, более точные, требования, поскольку стандарты ASTM создаются в наименее жёсткой форме.

Ознакомление со стандартами ASTM позволяет специалистам достаточно хорошо ознакомиться с существующей мировой практикой по контролю качества тех или иных материалов, используемых в промышленности, а также по требованиям к этим материалам.

Комитет Е-7 ASTM, подкомитет Е07.08, занимается вопросами течеискания. В таблице 1 приведена краткая характеристика некоторых стандартов этого подкомитета, которые могут дать представление о различных методах и способах течеискания, сравнить их между собой, помочь выбрать один или несколько из них для решения конкретных задач.

Наибольший интерес с этой точки зрения вызывают три стандарта, имеющие общий характер.

Стандарт ASTM E479-91 является руководством по подготовке спецификаций для испытания на течи. В нём перечисляются основные вопросы, которые должны быть решены при этом. Стандарт ASTM E432-91 является руководством по выбору метода течеискания. Стандарт ASTM E1316-96 даёт терминологию неразрушающих методов испытаний. Изучение терминов даёт представление о методах поиска течей. Ниже приведён частичный перевод этих стандартов.

1. 
   Перечисляются факторы, которые должны приниматься во внимание при разработке требований по максимально допустимой газовой утечке из изделий или систем.
   

2.Описаны два типа требований:

• 
  массовый поток в единицу времени,
  
• 
  разность давлений по сторонам течи, направление движения потока,
  
• 
  дополнительные условия, ограничивающие или запрещающие применение отдельных видов контроля,
  
• 
  не должно быть ограничений по использованию только одного метода контроля, если он даже применим только в данном случае, могут быть найдены условия применения других методов, например при использовании стандарта ASTM E432.
  

4.Значение и использование.

• 
  контролируемые изделия могут иметь разную геометрию, простую или сложную; эксплуатационные требования не должны зависеть от этого,
  
• 
  эксплуатационные требования (общая утечка, время, разность давлений) могут быть приняты как уже существующие или определены при испытаниях или измерением,
  
• 
  требования для контроля герметичности, взятые как используемые кем-то, или из соображений престижа, могут быть неудовлетворительными для данного изделия,
  
• 
  слишком высокие требования могут вызвать излишне высокие затраты на контроль, недостаточно высокие требования могут привести к раннему выходу из строя,
  

5.Примеры определения допустимой утечки при контроле герметичности автомобильных кондиционеров.

Определяется допустимая эксплуатационная утечка из расчёта максимальной потери рефрижеранта R-12 (дихлордифторметан) 2см³ за 5 лет при разности давлений 0,6MPa. Рассчитываются коэффициенты запаса, учитывающие:

• 
  точность измерения разными исполнителями – 0,3,
  
• 
  количество течей в одной системе с использованием статистические данных по вероятности возникновения таких ситуаций – 0,2,
  
• 
  условия контроля (температура, давление) – 1,8,
  
• 
  вид пробного газа – 0,6,
  
• 
  различие требований по величине утечки у поставщика и потребителя изделий – 0,1,
  
• 
  изменение размеров частей кондиционера, которые охлаждаются при работе – 0,3.
  

Выбранный метод должен быть оценен индивидуально, может ли он быть применён. Например, радиоактивный газ не приемлем в общем как пробный газ для поиска места утечки из-за опасности, которую он представляет. Однако он может быть использован в камерах, из которых он потом может быть безопасно удалён.

Нужно различать чувствительность выбранного инструмента (прибора) и установки контроля в целом, в которой этот инструмент используется. Так, например, масс-спектрометрический течеискатель имеет чувствительность 4,4х10^-15mol/s при измерении постоянной утечки. Чувствительность может быть увеличена до 4,4х10^-19mol/s при накоплении вытекаемого газа в камере с известным объёмом перед началом измерения. В первом случае чувствительность установке равна чувствительности прибора, в то время как во втором случае она увеличивается в 10⁴ раз. В случае, когда масс-спектрометрический течеискатель используется с пробником, чувствительность снижается в 10²-10⁴ раз ниже.
3.В общем виде процесс измерения утечки включает подачу пробного газа ко всей контролируемой поверхности под давлением, большем, чем давление газа с другой стороны, всё равно как – давлением пробного газа с этой стороны, или вакуумированием с другой, или обоими способами. Регистрируется и измеряется наличие пробного газа с пониженной стороны, где он может оказаться только при наличии сквозного дефекта. Динамический метод испытания может быть выполнен в кратчайший период времени. Статический метод увеличивает чувствительность, но увеличивает и время испытаний.
4.Объекты контроля делятся на две категории: (1) открытые, которые доступны с обеих сторон, и (2) герметизированные изделия. Ко второй категории обычно относятся изделия массового производства - газовые и вакуумные трубки, транзисторы, интегральные схемы, переключатели, снаряды, другие герметичные устройства.
5.Для измерения утечки используют следующие приёмы испытаний.
5.1. Открытые, или герметизированные с одной стороны изделия. Опрессовка или вакуумирование одинаково приемлемы с одной или с другой стороны герметизирующей перегородки.

Рис 1. Алгоритм выбора метода течеискания.

5.1.1.Системы с натеканием в вакуум. Для испытания вакуумных систем используют следующие методы (в порядке увеличения чувствительности): измерение потоков, измерение абсолютного давления, галогеновый детектор, гелиевый масс-спектрометрический течеискатель.

а) Сначала следует убедиться, имеется ли в контролируемой системе газ, который может быть использован в качестве пробного.

b) Если с одной стороны производят вакуумирование, пробный газ может быстро достичь детектора, если не имеется его поглощения. Но, не всегда вакуумирование позволяет достичь максимальной чувствительности и надёжности контроля. Если контролируются большие площади, требуется насос с высокой производительностью. Пробный газ стремиться уйти в вакуумную систему. Количество пробного газа, достигшего детектора, может быть пониженным в зависимости от места расположения утечки и места подключения течеискателя.

c) Если контролируемая система имеет манометр, или какие-либо приспособления, которые не предназначены для определения давления или натекания, но могут использоваться для этого, они должны быть использованы.

6.1. Определение места утечки может быть выполнено двумя методами: методом пробного газа и методом пробника. Метод пробного газа используют, когда объект можно откачать. Тогда источник пробного газа должен быть снаружи. Метод пробника используют, когда в изделии можно создать давление пробного газа, тогда испытание изделия проводится при атмосферном давлении. Обычно, метод пробного газа выполняется быстрее потому, что пробный газ достигает детектора, имея более высокую концентрацию, чем при контроле пробником, при котором пробный газ стремится раствориться в атмосфере. Однако, в последнем случае может быть использована более высокая разность давления на стенке изделия, и, таким образом, может быть выявлена более мелкая течь. В обоих методах поиск места утечки производится после подтверждения того, что такая течь имеется.

При выборе способа контроля откачиваемых систем, прежде всего определяют, имеется ли в ней какой-либо датчик давления, особенно если он ещё и избирателен к какому-нибудь газу, который может быть использован как пробный. Если такового нет, используют следующие методы (в порядке возрастания их чувствительности): звуковой, по изменению давления, по измерению давления, высоковольтный разряд, галогеновый, инфракрасный, и масс-спектрометрический.

6.1.2.1. Когда используют жидкие пенетранты, давление может быть атмосферным с обоих сторон – изнутри и снаружи изделий. Обе поверхности должны быть подготовлены. Течи обнаруживают визуально по флоуресценции или окрашиванию.

При использовании высоковакуумного оборудования следует учитывать проницаемость уплотняющих материалов по гелию. Так синтетические материалы (пербунан, неопрен, велон) пропускают от 5х10^-8 до 20х10^-8 cm/s (толщина 1см, поверхность 1см²). Эта величина приблизительна и зависит от химического состава уплотнителя и степени его сжатия. Металлы практически не пропускают гелий.