压力容器氦检漏技术详解
发布时间：2023-06-25 00:15:40浏览次数：
氦质谱检漏法是采用氦气作为示漏气体，由于氦气的荷质比小，在检漏过程中不受其它气体的干扰，因此，它是一种反应灵敏，能检出极微小漏孔的绝对选择性检漏方法。
运用质谱原理制成的仪器称为质谱仪。质谱仪原理是：通过其核心部件质谱室，使不同质量的气体变成离子并在某种场中运动后，不同荷质比的离子在场中彼此分开，而相同荷质比的离子在场中汇聚在一起，如果在适当位置安置接受器接受所有这些离子，就会得到按照荷质比大小，依次分开排列的质谱图，这就是质谱。 专门设计的把氦示踪气体进行检漏的质谱仪称为氦质谱检漏仪。氦质谱检漏仪的原理是，当一个带电质点（正离子）以一定速度V进入均匀磁场的分析器中后，如果速度V的方向和磁场H的方向相垂直，它的运动轨迹为圆，不同质合比（m/e）的粒子在磁场中有相应的运动轨迹，这样，不同荷质比的带电粒子在磁场运动后会分开，如果在粒子运动路径中安装一块挡板将其他粒子挡掉，而在氦粒子的运动路径开一个狭缝而被接收极接收形成氦离子流，并经过放大器放大而被测量仪指示出来。检漏时，氦气进入检漏仪氦质谱室中，使仪器发生灵敏的反应，产生检漏的作用。 由于空气中氦气极少，氦质谱仪的本底电流及噪音也很少，因此可将示漏氦气的信号尽量放大而不怕空气的影响，这样可以测出极为弱小的讯号，从而检出极小的漏孔；由于氦气是惰性气体，具有分子小，质量轻，扩散快，穿透性强，响应快且稳定，加之不起化学作用，不污染工件，操作安全等特点，导致使用氦质谱检漏仪技术（简称氦检漏技术）日益受到重视。 一般情况下，氦质谱检漏仪是由质谱室、真空系统、电气系统组成，有时还需要配置辅助的真空系统。以180°的磁偏转型分析器检漏仪举例，其主要组成部分详解如下。 形象的说，质谱室是氦质谱检漏的心脏，由离子源、分析器和电气系统三个部分组成，并将冷阴极磁控规也放在其内，共用其磁场。为了有利于微小的粒子流放大，将级放大用高阻及静电计管也放在质谱室之内。质谱室壳由非磁性材料制成，内部抽空，而外部设置永久磁铁形成磁分析器的磁场。 真空系统是提供质谱室正常工作的条件。由于钨阴极正常工作时需要具备0.001-0.01Pa的真空度，同时保证氦离子在分析器中的运动有较高的传输率，因此建立一个高真空系统是必要的。系统中的节能阀则是为了满足质谱室工作压力的调节，该阀全开时检漏灵敏度高，因此在条件允许情况下开启大些为宜。检漏时为了校准检漏灵敏度，系统中设置了标准漏孔。 氦质谱仪电气部分的核心是质谱室的供电和测量，其他部分包括真空系统的电源与控制部分，操纵面板及输出仪表等。主要含有小电流放大器及输出装置、低频发生器、高压整流器及发射电流稳定装置、高压整流器供给冷阴极磁控规电源。 在氦质谱仪检漏技术中，根据被检件的结构，尺寸要求和具体的检漏条件，设置具有预抽被检件、保证检漏仪工作真空度、进行气体分流、缩短反应时间和清除时间、降低对灵敏度的不良影响等功能的辅助真空系统，在某些条件下是非常必要的。 使用氦质谱仪的时候是否氦质谱仪能通过自检，那就认为这台氦质谱检漏仪是正常的呢？其实不然，氦质谱仪能通过自检，只是说明，氦质谱仪本身基本没有问题。但是，氦质谱仪是否准确？这个不确定。 氦质谱仪自检，首先要检查氦质谱仪本身的软、硬件没有问题；其次周边的环境，适合氦质谱仪的使用；而氦质谱仪准确与否，是由内置的标准漏孔决定。标准漏孔就是衡量检漏仪是否准确的一把尺子。如果，标准漏孔不准确，即检测的尺子不准确，用这边尺子测量的结果，也是不准确的。 输入错误的内置漏孔漏率值，氦质谱仪自检时一般也能通过，说明氦质谱仪是对比性测试设备，氦质谱仪本身并不知道检漏信号对应的漏率是多少，必须要有参照物——标注漏孔来确定。 因此，现有氦检漏相关标准中都详细规定了氦质谱检漏仪在使用前，使用过程中和使用后要正确使用标准漏孔进行标漏，才能保证氦检漏结果的正确性。 保证标准漏孔的准确，就是保证氦质谱检漏仪检测结果的准确性。怎么保证标准漏孔的准确性？ 标准漏孔能自带第三方的检测证书。例如，美国国家计量院NIST；中国国家计量院，或有资质的检定机构；德国的DKD等。标准漏孔要通过有标准漏孔检定资质的第三方，进行检定。以此来保证标准漏孔本身没有问题。 建议每年进行一次校准。尤其是年泄漏率大的标准漏孔，更是要注意，经常校准。如果发现异常，要用外置漏孔校准。 标准漏孔的生产、检测，都是在20-25℃的室温下进行。尤其有些标准漏孔，对温度特别敏感。温度每变化1℃，标准漏孔的漏率就有3%以上的误差。例如，夏天，室温达到30℃，这种标准漏孔的漏率误差增加30%。在此种情况下，氦质谱检漏仪自检通过了，但是漏率的误差反而增加了30%。这时就要采用修正公式，对标准漏孔的漏率进行温度修正。 将专用吸枪联接在仪器检漏口上，被检件则充入规定压力的氦气（纯氦气或一定比例含氦的混合气）。检漏时，让吸枪沿可疑漏孔处慢慢移动，若被检件有漏孔，氦气自漏孔漏出，被吸枪吸入送至仪器的质谱管而被检测。 该方法是将被检件接在检漏仪的检漏口，用仪器的真空系统对其抽真空并达到真空衔接与质谱管沟通，然后用喷枪向可疑漏孔喷吹氦气。当有漏孔存在时，氦气就通过漏孔进入质谱管被检测出来。 将被检件与仪器漏口联接抽真空，在被检件外面罩以充满氦气的容器，如被检件有漏孔，氦气便由漏孔进入被检件，终达到质谱管被检测出来。所测漏率是被检件的总漏率，不能确定有几个泄漏点和每漏点的准确位置。 电子元器件进行气密性检测时常用背压法。检漏前用专用加压容器向被检件压入氦气（由压力和时间控制压入的量），然后取出被检件，吹去表面吸附氦后放入专用检漏罐中，再将检漏罐联接到检漏仪的检漏口上，对检漏罐抽真空，实施检漏。若元器件有漏，则通过该漏孔压入的氦气又释放出来进入检漏罐，终达到质谱管。 附录B介绍了嗅吸探头、示踪探头和护罩检测三种氦检漏试验方法。 第8部分：泄漏检测在附录D、附录E和附录F中规定了吸枪技术、示踪探头技术和护罩技术三种氦检漏试验方法。NB/T 20003.8 核电厂核岛机械设备无损检测
第8部分：泄漏检测附录C、附录D和附录E中规定了核级设备嗅吸探头、示踪探头和护罩检测三种氦检漏试验方法。 以上几种标准中的氦检漏方法虽然叫法有出入，但试验方法都大同小议。吸枪和示踪技术只能定性、定位进行检漏，护罩技术可以定量进行设备的检漏。后以GB/T15823中的图表，作为三种压力容器氦检方法的小结。
