Способ накопительного пробоотбора при масс-спектрометрическом методе контроле герметичности.
Аннотация:
Показан способ масс-спектрометрического метода для суммарного контроля герметичности изделий при атмосферном давлении.
Описываемый способ может быть применен для изделий любых габаритов и конфигурации с заданной чувствительностью контроля.
Способ не требует вакуумирования объектов контроля.
Для проведения испытаний по контролю герметичности масс-спектрометрическим методом на соответствие требованиям нормативной документации в части герметичности, могут быть использованы способы, изложенные в ГОСТ 28517-90. Межгосударственный стандарт. «Контроль неразрушающий. Масс-спектрометрический метод течеискания. Общие требования», «Контроль герметичности. Газовые и жидкостные методы.» ПНАЭ Г-7-019-89 или ГОСТ Р 50.05.01-2018. «Система оценки соответствия в области использования атомной энергии. Оценка соответствия в форме контроля. Унифицированные методики. Контроль герметичности газовыми и жидкостными методами», отраслевыми стандартами, другими нормативными документами.
Однако зачастую контролируемый объект конструктивно или по технологическим требованиям не может быть вакуумирован или испытан щуповыми способами.
Существует риск, что при контроле утечек с малыми допустимыми потоками (менее 1.0х10^-8 м3 Па/с), например, при контроле герметичности корпусов полупроводниковых приборов в радиоэлектронной промышленности, могут появиться пропуски изделий со значительными дефектами, вследствие того, что при подготовке изделия к контролю герметичности после опрессовки, пробный газ успевает откачаться и изделие ошибочно принимается как годное.
На машиностроительных предприятиях, изготавливающих герметичные изделия значительных объемов (порядка 1 м3 и более) может возникнуть проблема вакуумирования. Это касается изделий с рыхлыми покрытиями, развитой поверхностью с труднодоступными для щупа местами и/или имеющих в технологической карте гидроиспытания на механическую прочность. В этом случае изделие должно длительное время осушаться, что неприемлемо для поточных производств с малым технологическим циклом.
Для проверки герметичности вышеуказанных изделий ООО «НПФ «Прогресс» разработал устройство накопительного пробоотбора (УНП) и методику для поточного контроля герметичности любых объектов с любой чувствительностью, обозначив указанный способ контроля как «Способ накопительного пробоотбора». Указанный способ позволяет проводить масс-спектрометрический контроль суммарной герметичности объектов любого объема в любой технологической последовательности при атмосферном давлении. Суть способа заключается в сравнении текущего атмосферного фона и фона изделия, помещенного в испытательную камеру (чехол) и заполненного гелием. Требуемая чувствительность достигается увеличением времени выдержки изделия в испытательной камере (накоплении), последующем отборе газовой пробы из испытательной камеры для подачи капиллярным пробоотборником в гелиевый масс-спектрометрический течеискатель и автоматической обработки результата контроля. При реализации способа не требуется вакуумирование.
Устройство состоит из системы программно-коммутируемых клапанов, и капиллярного пробоотборника – тракта доставки газовой пробы в камеру анализатора масс-спектрометра.
При первичном включении пробоотборного устройства необходимо выполнить настройку МС-4, определить время накопления по контрольной течи и произвести калибровку течеискателя с подключенным устройством накопительного пробоотбора для обеспечения его метрологических характеристик. Для калибровки измерений при испытаниях способом накопительного пробоотбора, в качестве эталонного источника гелия, должна быть использована гелиевая течь с потоком, сравнимым с контролируемым, помещенная в испытательную камеру, или подключенная к камере в самой удаленной точке.
Рис.1 Устройство накопительного пробоотбора.
На рис.1 приведен внешний вид УНП с испытательной камерой для предприятий радиоэлектронной промышленности. На рис. не показано капиллярное пробоотборное устройстве (ПУ), используемое с гелиевым масс-спектрометрическим течеискателем МС-4. ПУ может быть любой длины.
Калибровка УНП для стандартной испытательной камеры и контроля однотипных изделий производится один раз. Ее результат сохраняется в памяти течеискателя.
Как было указано выше, обсуждаемый способ может иметь любую чувствительность контроля, определяемую Тн- временем накопления пробного газа в испытательной камере, или характеристическим временем данной камеры при заданной чувствительности.
Отметим, что Тн определяется экспериментально по превышению отношения сигнал/фон в 10-100 раз для повышения точности и надежности контроля.
Таким образом для достижения чувствительности контроля герметичности согласно требованиям нормативной документации на изделие (объект контроля), необходимо определить время накопления и установить его значение в программном меню течеискателя.
Точность контроля, с учетом газодинамического сопротивления тракта доставки газовой пробы в анализатор, достигается автоматически при выполнении калибровки по эталонному источнику потока пробного газа. В процессе калибровки, кроме учета потока эталонного источника, должно быть учтено время накопления. Такая калибровка может быть проведена для фиксированного Тн, достаточного для регистрации отклика на поток пробного газа. Для течеискателя МС-4 точность контроля потока пробного газа от контролируемых течей определяется согласно методике «Течеискатели масс-спектрометрические гелиевые. Методика поверки МП 231-0030-2015» по формуле
Оп=±(0,50+QНПИ/QTi)100%,
Где:
Оп – относительная погрешность измерения;
QНПИ - нижний предел измерения течеискателя (QНПИ =7,0х10^-11м3Па/с);
QTi - значение потока контрольной течи, измеренное течеискателем.
Как было указано способ накопительного пробоотбора может быть применен для любых объектов. На рис.2 представлена схема установки, используемой на машиностроительных предприятиях для контроля герметичности изделий значительных объемов (от 1 м3 и более)
Рис. 2. Схема установки для контроля способом накопительного пробоотбора:
1 - гелиевый течеискатель МС-4; 2 – манометр; 3 – устройство накопительного пробоотбора (УНП); 4 – испытательная камера с объектом контроля; 5 – мановакуумметр; 6 – газовый клапан; 7 – газовый рукав высокого давления; 8 – редуктор; 9 – контрольная течь («КТ-1»); 10- редуктор; 11-баллон с гелием; 12-баллон с гелием.
Применение указанного способа позволяет существенно снизить материальные затраты за счет снижения стоимости аппаратуры контроля, так как исключает затраты на приобретение дорогостоящих откачных агрегатов, а также снижения времени проведения испытаний, даже в том случае, когда имеется возможность проведения испытаний традиционными способами. При отсутствии такой возможности – способ безальтернативен.
Опишем последовательность действий оператора при первом включении установки для контроля герметичности изделия при помощи УНП.
Для выполнения калибровки необходимо выполнить следующие мероприятия:
- Поместить в испытательную камеру (или подключить в удаленной точке) эталонный источник потока гелия (V7 рис.1) и закрыть крышку;
- В меню управления течеискателем выбрать “управление Не” (контрольной течью) и включить клапан ПУ (V5 рис.1);
- Определить характеристическое время накопления Тн для достижения требуемой чувствительности для чего:
-включить функцию “ZERO” (автоноль) течеискателя;
-установить требуемое значение браковочного признака («порога»), данное значение выбирается из соображений надежной регистрации потока пробного газа с превышением шумов системы в 10-100 раз;
-дождаться подачи течеискателем сигнала течи при достижении установленного «порога», зафиксировать время окончания накопления Тк;
-определить время накопления Тн как
Тн=Тк-Т0;
где:
Т0- время начала накопления
Тк- зафиксированное время превышения установленного «порога»;
-ввести полученное время для работы в автоматическом режиме в меню управления течеискателем. В дальнейшем для изделий с одинаковыми требованиями по герметичности указанное время остается неизменным;
- Выполнить калибровку, нажав соответствующую кнопку течеискателя МС-4;
По завершении калибровки и индикации полученного значения чувствительности Qmin открыть крышку испытательной камеры и обеспечить вентиляцию.
Установка готова к проведению испытаний.
Для перехода к контролю герметичности изделий выполнить загрузку опрессованного изделия в испытательную камеру и нажать кнопку «Контроль». Через установленное ранее время Тн течеискатель выдаст значение потока измеренной утечки в цифровом и графическом формате. При поточном производстве следует извлечь проконтролированное изделие и повторить цикл.
При изменении условий контроля герметичности необходимо провести калибровку системы заново.
Описанный способ может быть рекомендован для поточного контроля герметичности изделий во всех отраслях промышленности.