真空泄漏設備在檢漏檢測中的使用
導讀
隨着技術的不斷髮展和更新，真空設備的種類和結構也越來越多樣化，爲確保生產的安全和高效性，結合設備的不同結構，對設備的檢漏和探傷也提出不同的要求。
分析傳統的和最新的檢測技術和手段，根據實際使用提出各自的使用範圍和使用要點，以便生產和使用單位可以方便快捷的選擇合適的檢測手段和儀器。
隨着科技的不斷進步和人們對產品質量要求的提高，真空設備在各行業中的應用也得到了前所未有的推廣。
航空航天領域的模擬測試、核工業、空間離子碰撞試驗、機械零部件的真空熱處理、新型零件的真空焊接、真空冶金以及生物製藥和真空冷凍乾燥儲藏保鮮等行業，都在大量使用真空相關設備。
無論對於設備的生產企業還是使用企業，設備的安全可靠是保證正常生產的前期條件。
提早發現設備泄露點和缺陷位置，成爲排除隱患的關鍵所在。隨着近年的技術不斷更新和進步, 檢測方法和技術設備也越來越多，滿足的領域和行業也更加廣泛。
筆者根據近幾年的生產實踐和對國內外相關技術發展的跟蹤，綜合分析目前主要的檢漏/探傷技術和原理，總結出在不同的真空設備及使用工況下各種檢漏/ 探傷技術的優缺點，爲有檢漏及探傷需求的人員提供理論依據。
根據真空設備殼體結構不同，真空設備分雙層夾套結構(水冷式)和單層(非水冷式)兩種，在此種情況下的缺陷可能會帶來漏水或漏氣的兩種情況。
無論是漏水還是漏氣都會對生產試驗及設備本身帶來極大的損害，特別是對於真空高溫熱處理爐來講，出現漏水情況有可能會發生人員安全事故，需高度重視。
（圖片與本文無關，來源網絡）
1、缺陷種類
設備殼體缺陷大體可分爲幾種，如表1 所示。
根據以上缺陷的形式，下文將從兩個方面進行闡述：
(1) 存在貫通機體材料的漏點的檢漏。
(2) 存在機體內部缺陷的探傷。
（表格1 設備殼體缺陷種類）
（圖1 焊縫處泄漏）
（圖2 加工缺陷泄漏）
2、真空設備的檢漏探傷
一般情況下真空設備在出廠之前，都要進行一定的密封性檢測，對已經形成的漏點可以及時發現，採用補焊的辦法進行解決。
對於壓力容器(儲氣罐、槽車、高壓氣淬爐等)必須採用射線探傷的方法，提早將板材中間存在的缺陷檢查出來，但對非壓力容器的真空設備中的夾砂及薄弱缺陷或焊縫熔池過薄等非泄露缺陷，一般不進行探傷，這就爲以後設備的使用帶來較大的安全隱患，因此對待此類缺陷也應儘早檢測、排除。
常用的檢測方法有正壓法，負壓法及X 光射線探傷、磁粉探傷、超聲波探傷、滲透探傷、渦流探傷、γ 射線探傷、煤油試驗、熱紅外成像探傷、相控陣儀探傷、着色檢驗探傷等。
本文僅針對泄漏相關檢測方法介紹，其他探傷方法將不做進一步解釋。
2.1正壓法
正壓法就是對被檢測設備進行密封充氣，使其內部壓力高於外部大氣壓力，可採用壓降法判斷、水浸檢測和定點檢測三種方式。
（a）壓降法判斷：在完全密封所有接觸面的情況下，通過壓力儀表測試壓力變化情況來判斷泄漏量的大小，進而推斷出該設備的泄漏程度，但不能就泄漏點進行明確定位。
q =( P1-P2)/ΔT
式中P1-充氣結束後，檢測開始時設備內部壓力值，Pa；P2-測試結束時，設備內部壓力值，Pa；ΔT-檢測總時間差T2-T1，h
爲更加準確的對設備泄漏大小情況進行定量判斷，也可換算爲泄漏率。
qL = q×V/3600
式中V-真空設備容積，L
根據設備的不同，其要求的泄漏率也不相同，適用於對大型容器泄漏的定性判斷，一般對於微漏很難檢測出來。
（b）水浸檢測：就是在設備內壓力達到正壓後，將其浸沒於水中，通過觀測氣泡的情況，來判斷泄漏的位置和大小，適用小型複雜腔體密封件的檢測，可較精確的確定泄漏點的位置，因此該法又稱爲氣泡法。
對於大型設備，需要足夠大的水槽，同時，設備的起吊和搬運相對困難，人員的觀測也不容易靠近和操作，且此法要注意充氣壓力的控制，壓力過低對與微漏點不會產生氣泡，壓力過大會對設備本身和操作人員產生安全隱患，需根據被檢容器的設計情況確定合適壓力範圍。
同時，對於雙層加套結構，只能判斷是否有漏點，氣泡會從進出水管外溢，不能明確內壁的具體漏點位置。
（c）定點測試：即在設備內部達到正壓後，採用肥皂水對所有接口和焊縫進行塗抹，當有泄漏時，會發現明顯的氣泡產生，通過氣泡的大小和頻率可以明顯地定位漏點和明確泄漏量的大小，此法也是氣泡法的一種。
此法特別適用於雙層夾套結構的爐體檢測(如圖3所示)，由於該結構一般只有進水口出水口，通過堵塞一個口，向另一個口充入正壓，即可對設備內外所有接口焊縫及板材中的漏點進行準確判斷，且此種結構的可充氣壓力相對較高些，更便於觀測，且操作簡單，不用其他外購件和檢測設備。
（圖3 雙層夾套爐體）
2.2負壓法
負壓法是在設備密封情況下，進行抽真空，與正壓法正好相反的操作，可通過壓升率法、丙酮檢漏法、氦氣質譜檢漏儀完成泄漏的判斷和確定。
（a）壓升率法，通過計算壓力升高的速率，定性判斷泄漏量的大小。
q = (P2-P1)/ΔT
式中：P1-停止對真空腔體抽氣後15min時的真空度，Pa；P2-測試結束時，設備內部的真空度，Pa；ΔT-檢測總時間差T2- T1，h；
由於設備的使用工況和對真空度要求的差異，P1可能相差幾個數量級，決定了真空抽氣系統的形式。
同時, 對於不同的爐膽形式應充分考慮材料放氣的影響(特別是石墨炭氈及硅酸鋁纖維等疏鬆多孔的保溫材料)，建議對爐體進行抽極限和烘烤，再進行壓升率的測試,通過計算可以對泄漏情況做出判斷，但對漏點位置不能做出明確的定位。
（b）丙酮檢漏法：對於選用兩級及兩級以上的真空系統進行抽氣，當真空度低於10 Pa 以下就可以採用丙酮法進行漏點位置的確定。
爲了便於觀測，一般是經過較長時間的抽真空，當設備內的壓力下降比較緩慢時(可認爲已到達設備的極限真空度)，採用針管將丙酮對各接口和焊縫位置進行噴灑，此時，對真空度進行隨時觀測，如果有漏點，在丙酮達到漏點位置的瞬間，由於液體的隔離作用，阻止了大氣的持續漏入，真空度會迅速升高，但隨着丙酮液體被吸入設備腔體內部，迅速揮發氣化，此時設備的真空度又會馬上下降，通過此法可以較爲明確的判斷出漏點的位置來。
由於，丙酮爲液態，在噴灑時對於垂直地面的焊縫，應由底部向上噴灑，以防液體快速流到底部焊縫，影響泄漏點位置的確定。
此法對於真空設備來說，檢測成本較低，但考慮到丙酮對真空系統可能會帶來一定的腐蝕作用，需謹慎少量使用此法，特別是在有擴散泵的情況下，丙酮會對油體產生污染，影響到擴散泵的抽氣能力和油的使用壽命，操作人員也要做好自身的防護工作，防止丙酮接觸人體。
（c）氦氣質譜分析儀：該方法就是在負壓法的基礎上，採用質譜儀來進行檢漏，其連接方式有多種，筆者根據實際的使用，對最爲通用和檢漏本最低的方式進行說明，該方法可以對漏點進行位置的確定和泄漏量的判斷，檢測的原理圖如圖4(對於小型腔體，可省去真空系統，採用氦氣質譜分析儀直接對所檢腔體進行抽氣檢漏)。
（圖4 典型檢漏原理圖）
如圖4所示的典型真空設備，其工作原理爲:
開始主要由真空系統對爐體進行抽真空，當真空度達到檢漏儀起測點後，開啓檢漏儀，檢漏儀本身也是一組由小型分子泵和機械泵組成的真空系統，其開啓後也參與爐體的抽氣工作，此時，檢測人員，就可以採用氦氣對爐體中所有接口及焊縫進行吹氣，如果有漏點存在，當氦氣經過此位置時，就會有少量的氦氣隨同空氣進入爐體，再由真空管路抽走，此時，會有少量的氦氣進入檢漏儀中，檢漏儀內部的氦氣質譜儀，就會檢測到氦氣的存在，通過報警器發出報警，提示檢測人員在此位置附近存在泄漏點。
由於，氦氣的密度小，在大氣中其會向上飄散，故此，在吹氣檢測時，應從設備上部開始吹氣，以便漏點的位置確定。
在進行雙層夾套的檢漏時，可以將夾套作爲獨立的腔體進行單獨抽真空檢漏，實現對內外壁的一次性檢測。
由於現代檢漏儀技術足以做到使真空系統的漏氣量遠小於系統的放氣量，因此真空系統所需要的真空泵的大小主要取決於真空系統所使用的材料放氣率的大小。
所以，針對不同類型的內膽材料需要真空泵的抽速也會不盡相同。
此方法的檢測精度較高，適合對氣密性要求很嚴格的設備的檢測，氦氣檢漏儀一次性投資較高，檢測運行成本相對較低，對檢測人員無身體傷害，是比較理想的檢漏手段。
目前的檢漏儀已有國產化的設備，已經可以是實現較低真空度的啓動檢測，最小可檢漏率已達到10-12cc/sec，報警點也可進行人工選擇。
通過筆者使用過的兩臺檢漏儀比較，隨着技術的進步，目前的起測點真空度已經可以達到2000Pa，這樣就大大節省了檢測前的抽真空時間，同時，檢漏儀的體積越來越小，重量也越來越輕，更加方便搬運。