電真空器件的常用檢漏方法

2014-09-04 李麗萍高功率微波源與技術重點實驗室

　　根據電真空器件的結構特點及測量精度要求，常用的有兩種檢漏方法，即氦罩法和噴吹法（這兩種檢漏方法詳細介紹可見：氦罩法和噴吹法的氦質譜檢漏儀檢漏常見方法）。檢漏時，先用氦罩法進行總漏率的測定，當總漏率超出允許值后再用噴吹法進行漏孔的準確定位。

1、氦罩法測總漏率

　　氦罩法是被檢件與檢漏儀連接抽真空達到檢漏狀態后，用一個充滿氦氣的檢驗罩，把被檢件整體或局部的外表面包圍起來，如圖4 所示。檢驗罩充氦時先將罩內空氣排出再充氦，以保證罩內氦濃度盡可能接近100%，被檢件上任何地方有泄露，檢漏儀都會有漏率值變化，顯示出漏率值。氦罩時間也要持續3~5 倍檢漏儀響應時間。ASM192T2氦質譜檢漏儀反應時間小于0.5 s，因此氦罩時間30 s 即可。氦罩法可快捷地測定被檢件總漏率，不會漏掉任何一處漏點，但不能確定漏孔位置。

2、噴吹法確定漏孔位置

　　噴吹法是將被檢件與儀器的真空系統相連，對被檢件抽真空后用噴槍向可疑漏孔處吹噴氦氣。當有漏孔存在時，氦氣就通過漏孔進入質譜儀被檢測出，噴氦法檢漏示意圖如圖5 所示，噴吹法彌補了氦罩法不能定位的缺陷。

氦罩法檢漏示意圖

圖4 氦罩法檢漏示意圖

噴氦法檢漏示意圖

圖5 噴氦法檢漏示意圖

2.1、噴吹的時間與移動的速度

　　噴吹時間要根據被檢件的結構特點、容積大小、檢漏儀工作狀況及檢漏方法來定，因為氦氣通過漏孔進入被檢件內部時，在檢漏儀內建立起穩定的氦分壓，需要一定時間。噴吹時間T 與氦分壓PHe 最大值的關系可用式(2)-(6)表示：

噴吹時間T 與氦分壓PHe 最大值的關系

　　式中：PHe 是氦在質譜室中建立的氦分壓，QHe為漏孔漏率，SHe 是質譜室處對氦的抽速，τ 為檢漏儀的反應時間。從以上公式中可以看出，為了準確定位漏點位置，對漏點持續噴氦的時間應達到3~5倍檢漏儀的反應時間，使漏孔附近的氦濃度比接近100%，同時由漏孔進入檢漏儀的氦氣有足夠的平衡時間，則漏率的指示可達到穩定值的95%~99%。對于簡單漏孔，一般以3 倍檢漏儀反應時間作為施加氦氣的時間來判斷是否有漏孔及其漏率，ASM192T2 氦質譜檢漏儀反應時間小于0.5 s，因此真空技術網(http://bjjyhsfdc.com/)認為噴吹2 s 即可。

　　噴槍的移動速度不宜過快，噴槍移動的速度v 與噴嘴直徑及噴吹時間t 的關系如下：

v=10 d/t (7)

　　式中，v 是噴槍移動速度，d 是噴槍口徑，t 是噴吹時間。通過上式可計算出噴槍移動的速度，比如：采用口徑為0.5 mm 的噴槍，移動速度控制在2~3 mm/s。

2.2、噴氦法最小可檢漏率分析

　　噴吹法檢測漏孔是最常用、最便捷的一種方法，但是噴吹法檢漏靈敏度受多種因素影響。噴氦法檢漏時的檢漏系統最小可檢漏率與儀器最小可檢漏率存在關系：

檢漏系統最小可檢漏率與儀器最小可檢漏率存在關系

　　式中Q′min 是檢漏系統最小可檢漏率，Q min是儀器最小可檢漏率，γHe 為被檢部位處所噴氦氣體積濃度，Δt 是噴嘴在漏孔的停留時間，τ 是儀器的反應時間。

　　由公式8 可以看出，噴氦法檢漏時其最小可檢漏率與所噴氦氣濃度γHe、噴氦時間Δt 有關。提高噴氦法檢漏最小可檢漏率可通過兩條途徑來獲得：(1)使γHe→1，即提高漏孔處氦濃度；(2)使，即增加噴氦時間Δt，但噴氦時間的提高意味著檢漏效率的降低。

　　普通噴槍噴嘴為敞開式結構，其檢漏示意圖如圖6 所示。漏孔形狀，噴嘴形狀尺寸，噴射氣體壓力，噴嘴相對于漏孔夾角、距離，移動速度，被檢件周圍環境大氣中氦本底(氦濃度)大小及穩定情況也對噴吹法檢漏靈敏度有較大影響。檢漏儀的本底值偏高時，利用ASM192T2 檢漏儀的浮零功能，將本底值置零后繼續對被檢件噴吹氦氣，根據指示漏率值的相對變化進行漏孔的判定和定位。在具體操作中，檢漏靈敏度(工作靈敏度)受流導與抽速限制，工作靈敏度比儀器靈敏度低一個數量級。

敞開式普通噴槍檢漏示意圖

圖6 敞開式普通噴槍檢漏示意圖

2.3、復雜結構———雙回路漏孔定位

　　微波器件結構復雜，多回路交叉相連，常出現相鄰回路相通現象。由于焊接面在內部，從外觀看不到，不易判斷，因此要根據結構對相鄰回路的每一道焊接縫位置依次排查，分析可能出現兩回路相通的各種狀況。

　　圖7 是某部件雙回路結構二維圖，可知零部件的整個外表面是回路1 的外套，與回路2 相關的焊接部位被外套遮擋后不易從外表面觀察到。檢漏時，首先將回路1 抽真空，對回路2 進行噴氦，找出兩路相通區域；然后將回路2 抽真空，通過與回路1 開口端相連接的U 型管緩慢注入酒精，同時從回路1 的另一端通入小氣流氦氣，防止氣流將酒精擴散到別處。在此過程中，不斷觀察真空度與漏率的變化。當液面高度達到漏位處時，酒精會將漏孔堵塞或者進入漏孔，那么真空度或漏率就會有明顯變化，U 型管內液面高度即為零部件漏孔所在的位置平面，結合被檢件的結構尺寸，就可以判定漏位。將漏位處的外套局部剖開，可進一步分析、確認漏位特性和漏氣原因。

微波部件的雙回路結構圖

圖7 微波部件的雙回路結構圖

2.4、復雜漏孔定位

　　電真空器件中漏孔的類型主要是細管狀、斷面復雜的管狀、隙縫、連在一起的多孔組織和由細管或隙縫把空穴連接起來的組織結構。形成漏孔的原因可能是材料本身的缺陷、焊接質量和產品的特殊要求使得工件易形成串聯漏孔或中間腔。

　　無氧銅與不銹鋼高溫釬焊，在顯微鏡下放大60 倍觀察，如圖8(a)所示。B 是銀銅焊料高溫融化后在毛細作用下沿著串聯孔隙流散，A 無氧銅材料應力釋放形成的孔隙。圖8(b)是串聯漏孔示意圖，由圖可見，被檢件包含有死空間，左側是大氣，右側是檢漏儀的真空區域。當漏孔1 左側被100%氦氣覆蓋時，中間腔分壓公式如下：

　　式中：Q1 是第一個漏孔的漏率；C2 是第二個漏孔的等效流導；t 是時間；v 是中間腔的容積。

復雜漏孔的顯微鏡照片(a)和串聯漏孔示意圖

圖8 復雜漏孔的顯微鏡照片(a)和串聯漏孔示意圖(b)

　　進入檢漏儀的氦流量可通過公式(10)計算：

　　由此得出中間腔內達到壓強平衡時的氦分壓公式：

　　由此可見，檢漏儀到的氦漏率與第一個漏孔的漏率，第二個漏孔的流導，中間容積及噴氦時間相關。如果檢漏儀的最小可檢漏率是5×10^-11 Pa·m³s^-1，則

　　(1)即使連續噴氦半小時，也檢不出含中間容積0.1 cm³ 的兩個漏率均為1×10^-10 Pa·m³s^-1 的串聯漏孔；

　　(2)若中間容積10 cm³，兩個1×10^-6 Pa·m³s^-1的大漏孔串聯，按照一般移動噴槍法檢漏(噴吹2~3 s)，也無法檢測到大漏；

　　(3)流導極小的縫隙死空間，既影響抽空時間，又往往被誤認為工件有漏。

　　此外，鍍層與基底金屬的結合不牢，會形成復雜的漏孔，氦氣從鍍層所形成的復雜漏孔進入，并經過較長的曲折路程進人質譜室，故反應、消失時間均很長，漏孔堵死后真空度的上升也是極其緩慢的。以上因素都給檢漏帶來了困難，極易造成漏檢。因此，在檢漏之前要了解和分析被檢件結構，定位復雜漏孔需要依據結構特點隨時調整檢漏靈敏度與的檢漏時間。

2.5、噴吹檢漏的原則

　　(1)檢漏次序應遵循從上至下、從近至遠的原則，即先從被檢件上部噴吹至下部、從靠近檢漏儀噴吹至遠離的部位；

　　(2)粗檢時，用大口徑的噴嘴使大量氦氣流覆蓋被檢件較大面積，尋找大致漏位所在區域；然后改用小口徑噴嘴，即用微小氦氣流噴吹被檢件的大致漏位來具體定漏孔的位置。當漏孔具有明顯的方向性時，應注意噴出氦氣流的方向；

　　(3)排除大漏檢小漏。發現大漏后必須先排除，否則，噴吹的氦氣立即擴散到大漏處，檢漏儀顯示有漏，造成被檢件有多處漏孔的假象，無法進行其他漏位的判定。大漏部位可用酒精或真空泥，前提是不影響漏孔重現，不影響再次焊接。而有些微漏的漏孔，呈海綿狀等復雜結構，酒精滲透入漏孔后常溫時不易揮發，必須通過長時間高溫烘烤，才能使漏孔重現；

　　(4)存在兩個距離很近的可疑漏孔點時，應先將一個點覆蓋，再用最細小的噴嘴噴吹另一點；

　　(5)噴吹某點檢漏儀有變化但上升速度慢且漏率不穩定，表明臨近的其他地方有大漏孔；

　　(6)定漏位時，需要再做幾次復驗。