壓力容器氦檢漏技術,漲知識了!

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氦質譜檢漏法是採用氦氣作為示漏氣體，由於氦氣的荷質比小，在檢漏過程中不受其它氣體的幹擾，因此，它是一種反應靈敏，能檢出極微小漏孔的絕對選擇性檢漏方法。

什麼叫質譜儀？

運用質譜原理製成的儀器稱為質譜儀。質譜儀原理是：通過其核心部件質譜室，使不同質量的氣體變成離子並在某種場中運動後，不同荷質比的離子在場中彼此分開，而相同荷質比的離子在場中匯聚在一起，如果在適當位置安置接受器接受所有這些離子，就會得到按照荷質比大小，依次分開排列的質譜圖，這就是質譜。

什麼是氦質譜儀？

專門設計的把氦示蹤氣體進行檢漏的質譜儀稱為氦質譜檢漏儀。氦質譜檢漏儀的原理是，當一個帶電質點（正離子）以一定速度V進入均勻磁場的分析器中後，如果速度V的方向和磁場H的方向相垂直，它的運動軌跡為圓，不同質合比（m/e）的粒子在磁場中有相應的運動軌跡，這樣，不同荷質比的帶電粒子在磁場運動後會分開，如果在粒子運動路徑中安裝一塊擋板將其他粒子擋掉，而在氦粒子的運動路徑開一個狹縫而被接收極接收形成氦離子流，並經過放大器放大而被測量儀指示出來。檢漏時，氦氣進入檢漏儀氦質譜室中，使儀器發生靈敏的反應，產生檢漏的作用。

由於空氣中氦氣極少，氦質譜儀的本底電流及噪音也很少，因此可將示漏氦氣的信號儘量放大而不怕空氣的影響，這樣可以測出極為弱小的訊號，從而檢出極小的漏孔；由於氦氣是惰性氣體，具有分子小，質量輕，擴散快，穿透性強，響應快且穩定，加之不起化學作用，不汙染工件，操作安全等特點，導致使用氦質譜檢漏儀技術（簡稱氦檢漏技術）日益受到重視。

氦質譜儀的整體結構

一般情況下，氦質譜檢漏儀是由質譜室、真空系統、電氣系統組成，有時還需要配置輔助的真空系統。以180°的磁偏轉型分析器檢漏儀舉例，其主要組成部分詳解如下。

01

質譜室

形象的說，質譜室是氦質譜檢漏的心臟，由離子源、分析器和電氣系統三個部分組成，並將冷陰極磁控規也放在其內，共用其磁場。為了有利於微小的粒子流放大，將第一級放大用高阻及靜電計管也放在質譜室之內。質譜室殼由非磁性材料製成，內部抽空，而外部設置永久磁鐵形成磁分析器的磁場。

02

真空系統

真空系統是提供質譜室正常工作的條件。由於鎢陰極正常工作時需要具備0.001-0.01Pa的真空度，同時保證氦離子在分析器中的運動有較高的傳輸率，因此建立一個高真空系統是必要的。系統中的節能閥則是為了滿足質譜室工作壓力的調節，該閥全開時檢漏靈敏度最高，因此在條件允許情況下開啟大些為宜。檢漏時為了校準檢漏靈敏度，系統中設置了標準漏孔。

03

電氣系統

氦質譜儀電氣部分的核心是質譜室的供電和測量，其他部分包括真空系統的電源與控制部分，操縱面板及輸出儀表等。主要含有小電流放大器及輸出裝置、低頻發生器、高壓整流器及發射電流穩定裝置、高壓整流器供給冷陰極磁控規電源。

04

輔助真空系統的配置

在氦質譜儀檢漏技術中，根據被檢件的結構，尺寸要求和具體的檢漏條件，設置具有預抽被檢件、保證檢漏儀工作真空度、進行氣體分流、縮短反應時間和清除時間、降低對靈敏度的不良影響等功能的輔助真空系統，在某些條件下是非常必要的。

標準漏孔

使用氦質譜儀的時候是否氦質譜儀能通過自檢，那就認為這臺氦質譜檢漏儀是正常的呢？其實不然，氦質譜儀能通過自檢，只是說明，氦質譜儀本身基本沒有問題。但是，氦質譜儀是否準確？這個不確定。

氦質譜儀自檢，首先要檢查氦質譜儀本身的軟、硬體沒有問題；其次周邊的環境，適合氦質譜儀的使用；而氦質譜儀準確與否，是由內置的標準漏孔決定。標準漏孔就是衡量檢漏儀是否準確的一把尺子。如果，標準漏孔不準確，即檢測的尺子不準確，用這邊尺子測量的結果，也是不準確的。

為什麼氦質譜儀要用外置標準漏孔標定

輸入錯誤的內置漏孔漏率值，氦質譜儀自檢時一般也能通過，說明氦質譜儀是對比性測試設備，氦質譜儀本身並不知道檢漏信號對應的漏率是多少，必須要有參照物——標註漏孔來確定。

因此，現有氦檢漏相關標準中都詳細規定了氦質譜檢漏儀在使用前，使用過程中和使用後要正確使用標準漏孔進行標漏，才能保證氦檢漏結果的正確性。

如何保證標準漏孔的準確性

保證標準漏孔的準確，就是保證氦質譜檢漏儀檢測結果的準確性。怎麼保證標準漏孔的準確性？

01

標準漏孔的自身要符合相關的質量要求

標準漏孔能自帶第三方的檢測證書。例如，美國國家計量院NIST；中國國家計量院，或有資質的檢定機構；德國的DKD等。標準漏孔要通過有標準漏孔檢定資質的第三方，進行檢定。以此來保證標準漏孔本身沒有問題。

02

標準漏孔要經常檢定、校準

建議每年進行一次校準。尤其是年洩漏率大的標準漏孔，更是要注意，經常校準。如果發現異常，要用外置漏孔校準。

02

注意使用的環境

標準漏孔的生產、檢測，都是在20-25℃的室溫下進行。尤其有些標準漏孔，對溫度特別敏感。溫度每變化1℃，標準漏孔的漏率就有3%以上的誤差。例如，夏天，室溫達到30℃，這種標準漏孔的漏率誤差增加30%。在此種情況下，氦質譜檢漏儀自檢通過了，但是漏率的誤差反而增加了30%。這時就要採用修正公式，對標準漏孔的漏率進行溫度修正。

常用的氦檢漏方法

01

吸槍法——確定漏孔位置

將專用吸槍聯接在儀器檢漏口上，被檢件則充入規定壓力的氦氣（純氦氣或一定比例含氦的混合氣）。檢漏時，讓吸槍沿可疑漏孔處慢慢移動，若被檢件有漏孔，氦氣自漏孔漏出，被吸槍吸入送至儀器的質譜管而被檢測。

02

示蹤法——確定漏孔位置

該方法是將被檢件接在檢漏儀的檢漏口，用儀器的真空系統對其抽真空並達到真空銜接與質譜管溝通，然後用噴槍向可疑漏孔噴吹氦氣。當有漏孔存在時，氦氣就通過漏孔進入質譜管被檢測出來。

03

護罩法——測量總漏率

將被檢件與儀器漏口聯接抽真空，在被檢件外面罩以充滿氦氣的容器，如被檢件有漏孔，氦氣便由漏孔進入被檢件，最終達到質譜管被檢測出來。所測漏率是被檢件的總漏率，不能確定有幾個洩漏點和每漏點的準確位置。

04

背壓法——測總漏率

電子元器件進行氣密性檢測時常用背壓法。檢漏前用專用加壓容器向被檢件壓入氦氣（由壓力和時間控制壓入的量），然後取出被檢件，吹去表面吸附氦後放入專用檢漏罐中，再將檢漏罐聯接到檢漏儀的檢漏口上，對檢漏罐抽真空，實施檢漏。若元器件有漏，則通過該漏孔壓入的氦氣又釋放出來進入檢漏罐，最終達到質譜管。

壓力容器氦檢漏常用的標準有哪些？

GB/T 15823 無損檢測 氦洩漏檢測方法

規定了吸槍、示蹤探頭和護罩三種氦檢漏方法和技術。

HG/T 20584 鋼製化工容器製造技術要求

附錄B介紹了嗅吸探頭、示蹤探頭和護罩檢測三種氦檢漏試驗方法。

NB/T 47013.8 承壓設備無損檢測

第8部分：洩漏檢測在附錄D、附錄E和附錄F中規定了吸槍技術、示蹤探頭技術和護罩技術三種氦檢漏試驗方法。

NB/T 20003.8 核電廠核島機械設備無損檢測

第8部分：洩漏檢測附錄C、附錄D和附錄E中規定了核級設備嗅吸探頭、示蹤探頭和護罩檢測三種氦檢漏試驗方法。

小結

以上幾種標準中的氦檢漏方法雖然叫法有出入，但試驗方法都大同小議。吸槍和示蹤技術只能定性、定位進行檢漏，護罩技術可以定量進行設備的檢漏。最後以GB/T15823中的圖表，作為三種壓力容器氦檢方法的小結。

來源：壓力容器設計製造技術