深度揭秘氦質譜檢漏技術——氦質譜檢漏的各種方法

利用氦質譜檢漏儀進行檢漏的方法很多，而檢漏中所遇到的被檢件的結構、大小、要求也是各式各樣的，因此應根據這些特定的條件選擇合適的檢漏方法。

一、噴吹法

檢漏系統如圖15所示。圖中的輔助泵是用來對被檢容器進行預抽并當被檢容器存在大漏時用來維持檢漏儀的工作壓力的。檢漏時，先用輔助泵將被檢容器抽到低真空，然后再關閉輔助閥，找開檢漏閥，將被檢容器與事先已抽至極限真空的檢漏儀的質譜室連通，并用質譜檢漏儀對被檢容器進行抽氣。當質譜室達到工作壓力時，使儀器處于檢漏工作狀態。用儀器所附的噴槍在被檢容器可疑漏氣部位噴吹氦氣，如果有漏，氦氣通過漏孔進入被檢容器內部并迅速進入檢漏儀，由輸出儀表指示出來。輸出儀表讀數變化的大小可以確定漏孔的漏率大小，由噴槍噴吹的位置可以確定漏孔的位置。由于氦氣比空氣輕，噴吹檢漏時，應該由上往下檢。

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圖15 噴吹法檢漏系統?
1-檢漏儀；2-輔助閥；3-輔助泵；?
4-被檢容器；5-噴槍；6-氦氣瓶?

當被檢容器存在大漏時，單用檢漏儀來抽被檢容器，真空度抽不上去，質譜室不能工作。此時可打開輔助閥，用輔助泵幫助抽氣，以維持質譜室的正常工作壓力。由于輔助泵的分流作用，使檢漏靈敏度降低，因此輔助閥的打開程度要盡量小。

根據式（9），噴吹時間t與氦分壓最大值QHe/SHe的關系如下（式中τ為反應時間）：

t=τ, p_He=63%Q_He/S_He

t=2τ, p_He=87%Q_He/S_He

t=2.3τ, p_He=90%Q_He/S_He

t=3τ, p_He=95%Q_He/S_He

t=5τ, p_He=99.3%Q_He/S_He

t=∞, p_He=100%Q_He/S_He

由此可知，噴吹時間t由0增加至3τ對提高質譜室的氦分壓的效果顯著；當t增加到3τ以上時效果就不大了，充其量提高5%，而此時檢漏效率就大大降低。因此，選擇噴吹時間t為3倍反應時間比較合適。

噴吹法的最大優點是可以準確地找到漏孔位置。然而，由于其有效最小可檢漏率與噴吹時間有關，噴光伏時間越長，有效量可檢漏率越小，但檢漏的效率卻大大降低。此外，噴出的氦氣立即向周圍環境中擴散，使漏孔處的氦分壓力分數降低，檢漏靈敏度降底，漏率的測量誤差較大。因此，噴吹法一般不做為定量檢漏手段。

二、氦罩法

從上面的分析可知，提高噴吹法檢漏的靈敏度有兩條途徑，其一是提高漏孔處氦分壓力分數γ_He，即使γ_He趨向于1；其是增加噴吹時間t。然而，噴吹時間t和檢漏效率是一對矛盾，t的大大增加，意味著檢漏效率的降低。如果檢漏時用氦罩將被檢件待檢部位全部罩起來，氦罩內充以氦氣，這就是氦罩法。它相當于使用無數個噴嘴在無數個可疑部位同時噴吹氦氣，這無疑地將大大加快檢漏速度。同時，由于施氦時間可以任意延長，氦罩內的氦分壓力分數比可以提高，其有效最小可檢漏率也就減小了，提高了檢漏靈敏度，漏率測量精度也就提高了。

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圖16 氦罩法檢漏系統?
1-檢漏儀；2-輔助閥；3-被檢容器；?
4-氦罩；5-氦氣瓶；6-輔助泵

氦罩法檢漏系統如圖16所示。檢漏時，用輔助泵把被檢容器抽空后，打開儀器的檢漏閥，使被檢容器與質譜檢漏儀的質譜室連通。關小輔助閥，當儀器達到工作壓力后，使儀器處于檢漏工作狀態。用一個氦氣罩（金屬罩或塑料薄膜罩）把被檢容器的待檢部位包起來（對體積小的的被檢件就用氦罩將它全都包起來），然后用泵將罩中抽空，再充入純氦氣，使γ_He趨于1。此時儀器輸出指示如果增大，便表示被氦罩罩住的部位存在漏氣。儀器所指示的漏率即為被氦罩罩住部位的總漏率。這種方法的優點是靈敏度高、速度快，適于總檢（總漏率測量）。其缺點是只能測出所罩部位的總漏率，不能確定漏孔的位置。因此，在檢大容器或結構復雜的容器時，一般用氦罩法來測定被檢件的總漏率。若總漏率超出允許范圍，可將容器分成幾個部分，用局部氦罩法對各個部位進行檢漏，進而確定漏孔的大致區域，并逐步縮小懷疑范圍，最后用噴吹法找出漏孔的確切位置來。

三、真空室法

將被檢容器放入一個真空室中，真空室與質譜檢漏儀相連，如圖17所示。

檢漏時，先用輔助泵將真空室抽至低真空，關小輔助閥，打開檢漏儀的檢漏閥使真空室與質譜室連通，然后向被檢容器中充入氦氣（為提高氦分壓力分數，有時用泵將被檢容器抽空后再充氦氣），通過標準漏孔比對法，由輸出指示變化的大小可以確定被檢容器總漏率的大小。增加被檢容器中的氦壓力或氦分壓力分數可以降低有效最小可檢漏率。

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圖17 真空室法?
1-檢漏儀；2-輔助閥；3-輔助泵；?
3-被檢容器；5-真空泵；6-氦氣瓶

四、吸槍法

吸槍法檢漏系統如圖18所示。被檢容器內部充入高于一個大氣壓的氦氣，當容器壁上存在漏孔時，氦氣通過漏孔向外逸出。特制吸槍（限流的針閥、膜孔或毛細管）通過軟管與檢漏儀相連。用吸槍在被檢容器外面進行掃描探查，當吸槍正對漏孔位置時，氦氣隨同周圍空氣一起被吸槍吸入到檢漏儀的質譜室中去，從面產生漏氣指示，達到檢漏目的。

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圖18 吸槍法檢漏系統?
1-檢漏儀；2-軟管；3-吸槍；4-被檢容器；5-氦氣瓶

連接吸槍的軟管越短越好，軟管越短，反應時間越短。軟管內壁吸放氣要小，最好用金屬軟管或質密的高級塑料軟管。橡皮管吸氦很嚴重，會造成很大的本底及噪聲，不宜采用。檢漏部位的環境空氣不應該有過大的流動，以免漏孔附近的氦分壓力分數降低過快，它受檢漏儀和軟管反應時間的限制。吸檢與被檢容器表面的距離不應超過3mm，以避免由于氦分壓力分數梯度造成的靈敏度損失。為了提高檢漏靈敏度，可在吸嘴末端加上一個有彈性的罩子，這樣吸槍與被檢表面有較好的密封接觸，使吸嘴外氦分壓力分數增加。這種方法能找出漏孔的確切位置，但由于氦氣的擴散，漏孔出口處氦分壓力分數的降低，使檢漏靈敏度降低。加之此法是靠吸槍的限流作用使檢漏儀與大氣隔開來維持儀器的正常工作壓力的，因此吸槍的流導不能太大，對氦的抽速較小，靈敏度較低，因此其最小可檢漏率一般比儀器最小可檢漏率高3~5個數量級。由于氦氣比空氣輕，用吸槍檢豎立焊縫時，應該由下往個檢。

五、檢漏盒法

將特制的能與被檢件表面很好吻合的檢漏盒通過管道與質譜檢漏儀相連，將檢漏盒扣在被檢件表面上并密封好（一般用真空泥密封），如圖19所示。檢漏時打開輔助閥，用輔助泵將檢漏盒抽空。然后關閉輔助閥，打開檢漏儀的檢漏閥，使檢漏盒與檢漏儀的質譜室連通，當質譜室達到工作壓力后，調整儀器使儀器處于檢漏工作狀態。在被檢漏扣住的被檢件的反面用噴槍噴吹氦氣（也可用局部氦罩施氦），如儀器輸出指示發生變化，則噴槍噴吹部位便存在漏孔。通過標準漏孔比對法，由輸出指示的變化值可以確定漏孔率的大小。此法特別適用于加工過程中對未封閉的被檢件上的焊縫進行檢漏。

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圖19 檢漏盒法?
1-檢漏儀；2-輔助閥；3-輔助泵；4-被檢件；?
5-噴槍；6-密封圈；7-檢漏盒；8-氦氣瓶

六、真空室累積法

用動態真空法檢漏時，由漏孔漏入檢漏系統的氦氣，一部分被泵抽走，一部分在檢漏系統各個截面上建立起氦分壓。達到動態平衡時，質譜室中建立的氦分壓為

p_He=Q_He/S_He

式中 p_He——漏孔在質譜室中建立的氦分壓；

Q_He——漏孔對氦的漏率；

S_He——質譜室處對氦的抽速。

當Q_He很小時，p_He也就很小，儀器往往沒有反應。為了提高質譜室中的氦分壓，可以用一閥門（累積閥）將被檢件與檢漏儀隔離，漏孔漏出的氦氣儲存在被檢件與累積閥之間的容積（累積體積）中，累積體積中的氦分壓將隨時間增加而直線上升。累積一段時間后，打開累積閥，累積起來的氦便迅速被抽入檢漏儀中，使質譜室的氦氣分壓急劇上升，從而得到較大的輸出指示，這就是真空室累積法。

真空室累積法的檢漏系統如圖20所示。被檢件用次級泵抽氣，達到平衡壓力后打開儀器檢漏閥，并調節檢漏儀上有明顯的指示信號，所選標準漏孔的氦漏率Q₀要與Q_y值接近。

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圖20 真空室累積法檢漏系統

七、吸槍累積檢漏法

將被檢容器整體或局部用塑料罩或金屬罩（稱為集氣容器）包起來并密封，集氣容器中為一個大氣壓的空氣，如圖21所示。?
為了能使像被檢件的允許漏率Q_y那么大的漏率在檢漏儀上有明顯的指示信號，所選正壓標準漏孔的氦漏率Q₀要與Q_y值接近。?
其檢漏原理與真空室累積法基本相同，就是先不插入吸槍進行檢漏，等集氣容器內累積氦氣達到一定時間后，再插入吸槍進行檢漏。?
根據吸槍累積法所用定量方法不同，吸槍累積法分為定量氣體法和標準漏孔法兩種。

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圖21 吸槍累積檢漏法?
1-檢漏儀；2-吸槍；3-正壓標準漏孔或定量氣體裝置；?
4-集氣容器；5-被檢容器；6-風扇；7-氦氣瓶

八、前級泵排氣口取樣法

將被檢容器抽真空后，在被檢容器外壁可疑泄漏部位用噴槍噴吹氦氣，當氦氣噴在漏孔上時，氦氣通過漏孔進入被檢容器中并被抽氣系統抽走，由前級泵排氣口排至大氣中，提高了排氣口周圍大氣中的氦分壓。如果有前級泵排氣口處用與檢漏儀直接相連的吸槍取樣，檢漏儀就會有信號輸出，從而可判定漏孔的存在、漏孔的位置及漏率的大小。其檢漏系統如圖22所示。

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圖22 前級泵排氣口取樣法檢漏系統

前級泵排氣口取樣法不需要破壞被檢容器及其真空系統，特別適合于在役大型真空設備及容器的檢漏。由于前級泵排出的氣體中含有大量來自真空系統和泵的油蒸氣和水蒸氣等，直接用吸槍采樣會嚴重污染吸槍甚至堵死采樣口。為此，在排氣口處要安裝合適材料的吸附阱將油蒸氣和水蒸氣等污物吸附或冷凝掉，這樣不但保護了吸槍，而且對氦氣又有累積作用，提高了吸槍檢漏的靈敏度。

前級泵排氣口取樣法已在電力工業發電廠的凝結器和汽輪機的檢漏中得到推廣應用。

九、背壓法

小型密閉容器，既無法對其內腔抽氣，又不法向其內腔充氣。對這種小型密閉容器的檢漏，通常采用背壓法。

背壓法一般分為三步，如圖23所示。

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圖23 背壓法

1、加壓過程。將被檢件置于高壓的氦室中，浸泡數小時或數天，如果被檢件上存在漏孔，氦氣便通過漏孔壓入被檢件內腔，使內腔中的氦分壓上升。

2、凈化過程。加壓的氦室卸壓后，取出被檢件，用高壓氮氣或空氣吹除被檢件表面吸附的氦氣，或將被檢件加熱到一定溫度，使表面吸附的氦氣放出。在此過程中，已進入被檢件內腔的部分氦氣經漏孔流失。

3、檢漏過程。把被檢件放入與檢漏儀相連的真空容器內進行檢漏，些時檢漏儀指示出來的漏率稱為測量漏率，并非漏孔的實際漏率。測量漏率的大小除了與漏孔實際漏率大小有關外，還與檢漏中選取的各種檢漏參數有關。但是，測量漏率與實際漏率之間的關系可通過相應的公式來描述。