检漏仪 检漏仪原理：泄漏检测的方法与应用——氦质谱检漏的各种方法

使用氦质谱检漏仪进行检漏的方法有很多，被检零件的结构、尺寸和要求也各不相同，因此要根据这些具体情况选择合适的检漏方法。

第一，注射方法

泄漏检测系统如图15所示。图中的辅助泵用于预抽被检容器，并在被检容器出现大泄漏时维持检漏仪的工作压力。检漏时，用辅助泵将被检容器抽至低真空，然后关闭辅助阀，打开检漏阀，将被检容器与事先抽至极限真空的检漏仪质谱室相连，用质谱仪检漏器将被检容器抽至极限真空。当质谱室达到工作压力时，仪器处于检漏工作状态。使用安装在仪器上的喷枪将氦气吹入被检查容器的可疑漏气部分。如有泄漏，氦气通过泄漏孔进入被检容器，迅速进入检漏仪，由输出仪表指示。泄漏孔的泄漏率可以通过输出仪器读数的变化来确定，泄漏孔的位置可以通过喷枪的喷射位置来确定。由于氦气比空气体轻，应自上而下进行检漏。

图15吹气法检漏系统

1-检漏仪；2-辅助阀；3-辅助泵；

4-待检查的容器；5-喷枪；6-氦气瓶

当被检容器发生较大泄漏时，检漏仪仅用于泵送被检容器，而真空度无法泵送上来，质谱室无法工作。此时，辅助阀可以打开，辅助泵可以帮助泵送空气，以保持质谱室的正常工作压力。由于辅助泵的分流作用，泄漏检测的灵敏度降低，所以辅助阀的开度应尽可能小。

根据公式(9)，吹气时间t与最大氦分压QHe/SHe之间的关系如下(其中τ为反应时间):

t=τ，pHe=63%QHe/SHe

t=2τ，pHe=87%QHe/SHe

t=2.3τ，pHe=90%QHe/SHe

t=3τ，pHe=95%QHe/SHe

t=5τ，pHe=99.3%QHe/SHe

t=∞，pHe=100%QHe/SHe

可以看出，将注入时间t从0增加到3τ，对提高质谱室中的氦分压有显著效果；当t增加到3τ以上，效果不大，最多增加5%，而检漏效率大大降低。因此，吹炼时间t选择为反应时间的3倍更为合适。

吹气法最大的优点是可以准确找到漏孔的位置。然而，由于有效最小可检测泄漏率与注射时间有关，注射时间越长，有效量的可检测泄漏率越小，但泄漏检测的效率大大降低。此外，喷出的氦气立即扩散到周围环境中，降低了泄漏孔处的氦气分压分数，降低了泄漏检测灵敏度，导致泄漏率的测量误差较大。因此，注射法一般不作为定量检漏方法使用。

二、氦掩膜法

从以上分析可以看出，提高注射法检漏灵敏度的方法有两种。一种是增加漏孔处的氦分压分数γHe，即使γHe趋于1；就是增加吹气时间t，然而，注射时间t和检漏效率是一对矛盾，t的大幅度增加意味着检漏效率的降低。如果检漏时所有被检零件都盖了氦气盖，氦气充入氦气盖，这就是氦气盖法。相当于用无数个喷嘴在无数个可疑位置同时吹氦气，无疑会大大加快检漏速度。同时，由于可以任意延长氦气的使用时间，可以提高氦气罩内的氦气分压分数比，降低有效最小可检测泄漏率，从而提高泄漏检测灵敏度和泄漏率测量精度。

图16氦屏蔽泄漏检测系统

1-检漏仪；2-辅助阀；3-待检查的容器；

4-氦罩；5-氦气瓶；6-辅助泵

氦屏蔽泄漏检测系统如图16所示。检漏时，待检容器被辅助泵泵入空后，打开仪器的检漏阀，使待检容器与质谱仪检漏器的质谱室连通。关小辅助阀，当仪器达到工作压力时，使仪器处于检漏工作状态。用氦气盖(金属盖或塑料薄膜盖)包裹容器的待检部位(对于小的待检部位，全部用氦气盖包裹)，然后将空泵出盖子，然后充入纯氦气，使γHe趋于1。此时，如果仪器的输出指示增加，说明氦气罩覆盖的部分有漏气现象。仪器指示的泄漏率是氦罩覆盖部分的总泄漏率。该方法具有灵敏度高、速度快的优点，适用于全检测(总泄漏率测量)。其缺点是只能测量被覆盖部分的总泄漏率，不能确定泄漏孔的位置。因此，在检查大型容器或结构复杂的容器时，通常使用氦掩膜法来测量被检查零件的总泄漏率。如果总泄漏率超过允许范围，可以将容器分成几个部分，每个部分都可以用局部氦掩膜法检测，从而确定泄漏孔的大致面积，逐渐缩小怀疑范围，最后用吹气法找出泄漏孔的确切位置。

三.真空房间法

将待检容器放入真空室，真空室与质谱仪检漏仪连接，如图17所示。

检漏时，用辅助泵将试验箱抽至低真空空，关小辅助阀，打开检漏仪检漏阀，使试验箱与质谱试验箱连通，然后向被检容器内充入氦气(为了增加氦气分压分数，有时会泵入被检容器空)提高被检容器内的氦气压力或氦气分压分数，可以降低有效的最小可检漏率。

图17真空室法

1-检漏仪；2-辅助阀；3-辅助泵；

3-待检查的容器；5- true 空泵；6-氦气瓶

四、拍摄方法

吸枪检漏系统如图18所示。压力高于一个大气压的氦气被填充到待检查的容器中。当容器壁上有泄漏孔时，氦气通过泄漏孔向外逸出。专用的抽吸枪(针阀、膜孔或限流毛细管)通过软管与检漏仪连接。用抽吸枪扫描并探测待检测容器的外部。当吸枪面对漏孔时，氦气与周围的空气体一起被吸入检漏仪的质谱室，从表面产生气体泄漏指示，从而达到检漏的目的。

图18带抽吸枪的泄漏检测系统

1-检漏仪；2-软管；3-吸枪；4-待检查的容器；5-氦气瓶

连接吸枪的软管越短越好。软管越短，反应时间越短。软管的内壁应该有较少的吸气。最好使用金属软管或优质塑料软管。橡胶管吸氦严重，会造成很大的背景和噪音，不宜使用。检漏现场的环境空气体不应过量流动，以免漏孔附近的氦分压分数下降过快，受检漏仪和软管反应时间的限制。抽吸检查与被检查容器表面之间的距离不应超过3毫米，以避免氦分压分数梯度造成的灵敏度损失。为了提高检漏的灵敏度，可以在吸嘴末端增加一个弹性盖，使吸嘴与被测表面有更好的密封接触，吸嘴外的氦气分压分数增加。这种方法可以找到泄漏孔的准确位置，但由于氦的扩散，泄漏孔出口处的氦分压分数降低，降低了泄漏检测的灵敏度。此外，这种方法通过吸枪的限流作用将检漏仪与大气隔开，从而保持仪器的正常工作压力。所以吸枪的电导不能太大，氦气的抽速低，灵敏度低。因此，其最小可检测泄漏率一般比仪器的最小可检测泄漏率高3~5个数量级。由于氦气比空气体轻，用吸枪检查垂直焊缝时，应从下往上检查。

动词 （verb的缩写）检漏盒法

通过管道将一个能与被测件表面很好匹配的专用检漏盒连接到质谱仪检漏器上，将检漏盒扣在被测件表面并密封好(一般用正品空泥浆密封)，如图19所示。检漏时打开辅助阀，用辅助泵空泵入检漏箱。然后关闭辅助阀，打开检漏仪的检漏阀，使检漏箱与检漏仪的质谱室连通。当质谱室达到工作压力时，调整仪器，使其在检漏中工作。用喷枪(或用局部氦气面罩施加氦气)将氦气喷在因检测到泄漏而弯曲的试件反面。如果仪器的输出指示发生变化，喷枪的喷涂部分就会出现漏孔。通过标准泄漏比较方法，输出指示的变化值可以确定泄漏率。该方法特别适用于加工过程中未密封工件的焊缝泄漏检测。

图19检漏盒方法

1-检漏仪；2-辅助阀；3-辅助泵；4-被检零件；

5-喷枪；6-密封圈；7-检漏箱；8-氦气瓶

六、真空房间累加法

当使用动态真空方法进行泄漏检测时，泄漏到泄漏检测系统中的部分氦被抽走，并且在泄漏检测系统的每个部分上建立部分氦分压。当达到动态平衡时，质谱室中建立的氦分压为

pHe=QHe/SHe

其中phe-氦分压通过泄漏孔建立在质谱室中；

QHe——泄漏孔中氦的泄漏率；

质谱室氦的泵速。

当QHe很小时，pHe也很小，仪器往往没有反应。为了增加质谱室中的氦分压，可以使用阀门(累积阀)将被检测部分与检漏仪隔离。从泄漏孔泄漏的氦气储存在被检测部分和累积阀之间的体积(累积体积)中，累积体积中的氦气分压将随着时间线性增加。积累一段时间后，打开积累阀，积累的氦气会迅速泵入检漏仪，使质谱室中的氦气分压急剧上升，从而获得更大的输出指示。这才是真正的空室积累法。

真空室积累法检漏系统如图20所示。被测部分由二次泵泵送，达到平衡压力后，打开仪器的检漏仪阀门，调整检漏仪上明显的指示信号。所选标准泄漏孔的氦气泄漏率Q0应接近Qy值。

图20累积法真空室检漏系统

七、吸枪累积检漏方法

用塑料盖或金属盖(称为集气容器)包裹待检容器的全部或部分，并密封。气体收集容器在一个大气压下包含空气体，如图21所示。

为了使泄漏率尽可能大，被测零件的允许泄漏率Qy在检漏仪上有明显的指示信号，所选正压标准泄漏孔的氦泄漏率Q0应接近Qy值。

检漏的原理与真空室积累法基本相同，即先不插吸枪检漏，待集气容器内积累的氦气达到一定时间后再插吸枪检漏。

根据枪吸积累法中使用的定量方法不同，枪吸积累法可分为气体定量法和标准泄漏法。

图21使用抽吸枪的累积泄漏检测方法

1-检漏仪；2-吸枪；3-正压标准漏孔或定量气体装置；

4-集气容器；5-待检查的容器；6-范；7-氦气瓶

八、泵排气前取样方法

抽取待检容器空后，用喷枪在待检容器外壁疑似泄漏的位置喷氦。当氦气喷在漏孔上时，氦气通过漏孔进入被检容器，被泵送系统抽走，通过前级泵的排气口排到大气中，从而增加排气口周围大气中氦气的分压。如果用与检漏仪直接相连的吸枪在前置泵的排气口取样，检漏仪会输出一个信号，从而判断泄漏孔的存在、位置和泄漏率。泄漏检测系统如图22所示。

图22前置泵排气口取样法检漏系统

前级泵排气口取样方法不需要破坏被检容器及其真空系统，特别适用于在役大型真空设备和容器的检漏。由于前一台泵排出的气体含有大量来自real 空系统和泵的油蒸汽和水蒸气，直接用吸枪取样会严重污染吸枪，甚至堵塞取样口。因此，在排气口应安装一个由合适材料制成的吸附阱，以吸附或冷凝油气、水蒸气等污染物，既保护了吸枪，又对氦气有积聚作用，从而提高吸枪检漏的灵敏度。

前置泵排气口取样法已广泛应用于电力工业发电厂凝汽器和汽轮机的检漏。

九、背压法

小型密闭容器既不能从其内腔抽气，也不能对其内腔进行非法充气。背压法通常用于这种小型密封容器的泄漏检测。

背压法一般分为三步，如图23所示。

图23背压法

1.加压过程。将被测零件放在高压氦室中浸泡几个小时或几天。如果被测零件有漏孔，氦气会通过漏孔压入被测零件的内腔，内腔氦气分压升高。

2.净化过程。加压氦气室减压后，取出被检件，用高压氮气或空气体吹掉被检件表面吸附的氦气，或将被检件加热到一定温度，释放表面吸附的氦气。在这个过程中，已经进入被测零件内腔的部分氦气通过泄漏孔流失。

3.泄漏检测过程。将被测零件放入与检漏仪相连的真空容器中进行检漏。检漏仪指示的泄漏率称为测量的泄漏率，而不是泄漏孔的实际泄漏率。测得的泄漏率不仅与泄漏孔的实际泄漏率有关，还与泄漏检测中选择的各种泄漏检测参数有关。但实测漏率与实际漏率之间的关系可以用相应的公式来描述。

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