Что такое натекание вакуума

Алгоритм обнаружения течей в вакуумной камере

Во всех вакуумных камерах будет натекание воздуха с течением времени, в результате чего вакуум будет ухудшаться. Термин «скорость утечки» используется для определения того, насколько быстро воздух возвращается в эту вакуумную камеру. Конечно, воздух содержит в себе кислород, попадание которого при некоторых технологических процессах отрицательно отражается на качестве этих процессов. Воздух также содержит влагу, которая также является источником кислорода. К примеру, влага может стать проблемой на паяных металлических поверхностях, поскольку адсорбированная влажность часто очень трудно удаляется с поверхности металла (это может быть проблемой в алюминиевой вакуумной пайке).

Скорость натекания должна контролироваться до очень низких уровней, часто допускается натекание в диапазоне от 2 до 10 миллиторр в час, чтобы гарантировать хорошое протекание технологических процессов.

Поэтому одной из основных обязанностей персонала вакуумной установки является контроль натекания в вакуумной камере путем регулярного контроля скорости натекания, и если скорость натекания становится недопустимой, то необходимо найти источник утечки и устранить эту утечку.

Обычным способом обнаружения утечки в вакуумной камере является использование гелиевого течеискателя. Существует два метода, а именно метод гелиевого щупа или методом обдува. В методе гелиевого щупа вакуумная камера должна быть заполнена гелием, а щупом производился поиск течи. Это не работает для многих вакуумных камер, так как требуется, чтобы она была под давлением, а многие из них не способны выдерживать положительные давления.

При методе гелиевого обдува происходит противоположное: вакуумная камера откачивается до рабочего вакуума, а затем гелий распыляется на все внешние стыки и соединения. Гелиевый течеискатель, который подключен к вакуумной камере, контролирует концентрацию гелия внутри. Для пайки я настоятельно рекомендую использовать только технологию гелиевого распыления.

Обнаружение утечки методом обдува.

Фото типичного гелиевого течеискателя

Временная задержка между попаданием гелия внутрь и попаданием этого атома гелия в блок масс-спектрометра очень коротка и в зависимости от размера вакуумной печи обычно измеряется от долей секунды, до нескольких секунд.

После обнаружения течи персонал по техническому обслуживанию должен устранить эту утечку, заменив уплотнение, тщательно очистив область соединения между двумя соединениями и вставив новую прокладку. Если утечка обнаруживается в любом из других соединений, обслуживающий персонал просто уплотняет эту течь вакуум-герметиком.

Источник

Что такое натекание вакуума

В.Т. Барченко, М.Л. Виноградов

В данной статье приводится методика определения нормы герметичности для вакууммируемого изделия и расчета временной зависимости изменения давления в устройстве при наличии течи. Представлено соотношение потоков течи по гелию и герметичности для различных типов проникающих веществ. Показаны новинки проборов для организации контроля герметичности на предприятиях.

Leakage flow calculation for industrial products

V.T. Barchenko, M.L. Vinogradov

The method of calculating the maximal leak rate for a typical products and finding the time dependence of the pressure rise in the evacuated device with leaks are presented in this article.The equivalents of helium leak flow and tightness for different types of penetrating substances are shown. Modern devices for leak detection are described.

Строгие требования к герметичности изделий предъявляются во многих отраслях производства, таких как: аэрокосмическое приборостроение, энергетическая промышленность, автомобилестроение, упаковка, медицина и фармацевтика, электроника, производство холодильников и кондиционеров.

С количественным выражением допустимого потока натекания для продукции часто возникают проблемы. Заказчик часто ориентирован на абсолютную герметичность изделия, однако в реальности добиться полного отсутствия натекания невозможно. С внутренних стенок вакууммируемого объекта всегда идет дегазация, а наличие определенного потока течи свойственно любому типу вакуумных уплотнений.

Исходя из этого, изготовителям необходимо задаваться определенным уровнем нормы герметичности, т.е. потоком течи, который на протяжении периода эксплуатации не вызывает нарушения рабочего состояния изделия. Правильный расчет допустимого потока течи позволит:

• избежать попадания во внутреннюю полость объекта нежелательных паров, газов и жидкостей;

• предотвратить повышение давления до уровня, нарушающего рабочий режим;

• корректно выбрать метод, способ и оборудование для контроля герметичности изделия; снизить затраты средств на покупку избыточно чувствительных течеискателей.

Оценка герметичности изделия к типам проникающих веществ

Первым этапом выбора значения нормы герметичности контролируемого изделия является решение вопроса о том, доступ каких веществ в объект должен быть органичен. Главным образом, это зависит от сферы производства и применения данной продукции.

Потоки через течь измеряются, как правило, по гелию с применением течеискателя, настроенного на данный контрольный газ. Данный метод применяется благодаря высокой проникающей способности гелия через течи, инертности, низкой концентрации в атмосфере и безопасности для оператора течеискателя. Проведя измерение потока натекания по гелию и используя таблицу 1 для сопоставления, можно сделать вывод о степени герметичности изделия для ряда веществ.

Соотношение степени герметичности по различным веществам и потока течи по гелию

Методика расчета максимального допустимого потока течи для изделия

При изготовлении изделия, требующего герметизации, производитель задается диапазоном рабочего давления и временем эксплуатации изделия. Представим контролируемое изделие в виде модели, показанной на рисунке 1.

Рисунок 1. Эквивалентная вакуумная схема контролируемого изделия при наличии течи

Объект характеризуется объемом V, давлением внутри системы Pi. Изделие имеет канал течи, поток гелия Q_he через который может быть определен с помощью течеискателя. В ходе изготовления производится вакууммирование системы через клапан до определенного начального давления Pi, которое на несколько порядков ниже атмосферного давления Pa.

Поток течи гелия Q_he может быть выражен через проводимость канала течи G_he. Примем величину проводимости канала независимой от перепада давлений в системе.

В действительности, при малых потоках, свойственных задаче расчета свободного истечения газа, проводимость канала течи изменится лишь при переходе из молекулярного в вязкостный режим течения. Численное значение изменения G_he невелико и, при необходимости, его можно оценить на основе информации, приведенной в источнике [1].

С другой стороны, согласно определению величины потока газа, Q_he можно представить следующим образом

. (2)

Объединяя выражения 1 и 2, получим соотношение, которое сводится к однородному дифференциальному уравнению первого порядка. Начальные условия для уравнения задаются из параметров состояния модели изделия.

P_i(0)=0, P_i(∞)=P_a.

Решение представляет собой уравнение динамики повышения давления в откаченном изделии при наличии течи

.

Изменение давление в системе, которая содержится в атмосфере, происходит, главным образом, за счет проникновения компонентов воздуха внутрь изделия. Пересчет проводимости течи по гелию G_he в проводимость по воздуху G_air выполняется с помощью коэффициента k = 2,7, равного квадратному корню из отношения молярных масс указанных газов. Выражение примет окончательный вид

. (3)

В таблице 2 приведены временные результаты расчетов изменения давления за 1 год в высоковакуумном изделии, имеющем объем 1 л, при наличии течей различных потоков.

Приращение давления в высоковакуумном изделии при наличии течей различных потоков

Источник

Что такое натекание вакуума

Общие сведения по течеисканию
Во вновь собранной вакуумной установке, как правило, не удается получить необходимое разрежение. При этом возникает задача найти причину неисправной работы вакуумной системы и устранить ее. Существуют три причины, затрудняющие или делающие невозможным получение вакуума, на который рассчитана установка:
а) неисправность насоса;
б) газовыделение в систему;
в) натекание в систему атмосферного воздуха.
Для того чтобы определить, какая из этих причин является основной, следует изолировать откачиваемую систему от насоса. Измерив давление P1 в системе в момент отделения системы от насоса и давления P2, P3, P4 и т.д. через различные промежутки времени, нужно построить график зависимости P =J(x) (рис. I).

Если давление в системе оказывается значительно выше предельного вакуума насоса и после перекрытия крана практически не меняется (прямая а), то это значит, что установка не может быть откачана из-за неисправности насоса. Изменение давления в соответствии с кривой (б) свидетельствует о наличии в системе источников газовыделения, так как с некоторого момента давление в системе перестает изменяться благодаря установлению нового равновесия между выделением и поглощением стенками газов или паров. Если давление в системе, откачанной до Р

Снятие зависимостей, характеризующих изменение давления в вакуумной системе после отделения от нее насоса, операция громоздкая и не всегда доступная. Поэтому целесообразно остановиться на некоторых приемах выяснения причины неисправной работы вакуумной системы.

Определение причины повышенного давления при исправно работающем насосе может быть легко произведено при помощи манометрической лампы, подсоединенной к системе через охлажденную ловушку. Если система «газит», то залив жидкого азота в ловушку вызывает резкое изменение показаний манометра, соответствующее уменьшению давления. Это объясняется тем, что подавляющее большинство компонентов смеси, выделяемой стенками деталей вакуумных систем, конденсируются при температуре жидкого азота. В случае наличия течей показание манометра практически не изменится, так как в систему из атмосферы натекают в основном неконденсируемые при этих условиях газы.

Наибольшую чувствительность описанный прием имеет в области сравнительно высокого вакуума при использовании в качестве индикатора ионизационного или магнитного электроразрядного манометра.

Если в системе достигнуто давление (1-5)10-3 мм рт. ст. и в ней есть стеклянные детали, тогда для определения причины повышенного давления по свечению разряда можно воспользоваться трансформатором Тесла. Для наличия в системе воздуха характерно лилово-красное свечение. Работа с трансформатором Тесла будет описана ниже.

При газовыделении, как основной причине повышенного давления в процессе откачки происходит очень медленное понижение давления вследствие обезгаживания, не наблюдаемое в случае негерметичности. В системе, изолированной на длительное время, ухудшение давления до атмосферного (характерный «хлюпающий» звук механического насоса при включении) свидетельствует, как правило, о ее негерметичности.

Газовыделение.

Общая характеристика методов течеискания
Наиболее общая характеристика различных современных течеискателей заключается в их способности избирательно реагировать на то или иное вещество, носящее название пробного. Процесс поиска течи заключается в увлечении течеискателем пробного вещества, проникающего через течь, и его реакции на это вещество. Чем выше избирательная способность прибора, чем резче его реакция на пробное вещество, тем больше оказывается чувствительность течеискателя. В свою очередь реакция прибора на проникание сквозь течь пробного вещества тем резче, чем сильнее это вещество отличается от воздуха по электрическим, тепловым или другим свойствам. Поэтому в каждом отдельном случае важно правильно сочетать принцип, положенный в основу аппаратуры для обнаружения течей, и пробное вещество к нему.

Обнаружение течей при избыточном давлении
Метод опрессовки применяется для испытаний изделий, в которых нельзя или нецелесообразно создавать разрежение. В этом случае в изделии создается избыточное давление пробного газа и фиксируется проникновение его на наружную поверхность с помощью целого ряда течеискателей.
Кроме того, учитывая размеры и конфигурацию исследуемой на течь вакуумной установки, возможно погружение ее в жидкость или смачивание поверхности мыльным раствором. В обоих случаях образование пузырьков свидетельствует об истечении газа, а также позволяет оценить величину течи по скорости образования и величине пузырей. Чувствительность метода к течам может быть несколько повышена применением для опрессовки газов с меньшей, чем у воздуха вязкостью. Примерно вдвое большую чувствительность дает применение водорода. Применение гелия при опрессовке выигрыша не дает, поскольку вязкость его даже несколько превышает вязкость воздуха, а молекулярный вес здесь роли не играет.

Обнаружение течей при пониженном давлении
Метод высокочастотного разряда. Метод высокочастотного разряда применим для определения степени разрежения и обнаружения течей в стеклянных вакуумных приборах и установках, а также в металлических системах при наличии в них стеклянных деталей или при установке специального стеклянного разрядника.
На методе высокочастотного разряда основана работа искрового течеискателя, который конструктивно выполнен в виде небольшого блока с выносным ВЧ электродом (трансформатор Тесла).
В откачанном объеме, отделенном от окружающего пространства стеклянными стенками, может быть возбужден безэлектродный высокочастотный разряд, характер которого определяется степенью достигнутого в объеме разрежения. При давлении в объеме, близком к атмосферному, приближение к стеклу электрода высокочастотного трансформатора не сопровождается никакими внешними эффектами. В диапазоне давлений от 10 до 10-2 мм рт. ст. возникает разряд, сопровождающийся интенсивным свечением, исчезающим по мере улучшения вакуума. При давлении в объеме ниже 5 10-2 мм рт. ст. разряд проявляется в беспорядочном пучке искр, бьющих в стекло с электрода высокочастотного трансформатора. Место течи на гладкой поверхности стеклянной установки или в стеклянных спаях можно обнаружить передвижением вдоль них острия электрода. Приближение электрода на расстояние порядка 1 см к течи сопровождается формированием разряда в тонкий ярко-белый искровой пучок, направленный своим концом точно на место нахождения течи.

Следует иметь в виду, что искра, бьющая с острия электрода в течение длительного времени в одно и то же место стекла, может пробить его и образовать новую течь.

Люминесцентный метод. Люминесцентный метод в отличие от большинства других методов связан с непосредственным обнаружением жидкого пробного вещества и широко применяется для испытания на герметичность малогабаритных открытых сосудов, откачка или опрессовка которых затруднена или просто невозможна.
Испытуемый на герметичность сосуд целиком или только подозрительной по натеканию частью помещается в раствор люминофора в органической жидкости (трихлорэтилене или четыреххлористом углероде) так, чтобы он не попал во внутреннюю полость или на противоположную поверхность стенки, которые по окончании выдержки обследуют в ультрафиолетовых лучах.

Метод обдува в основном применяется для испытаний вакуумных систем с собственными средствами откачки и элементов вакуумных систем. В этом случае на наружную поверхность изделия подается пробный газ. Во внутренней полости изделия создается разрежение и фиксируется проникновение в нее пробного газа.
Помимо специализированных течеискателей для регистрации пробного газа можно использовать имеющиеся в системе манометрические датчики или использовать эффект изменения цвета свечения тлеющего разряда:

Способ тлеющего разряда. В разрядной трубке, присоединенной к исследуемой на течь вакуумной установке, вызывают тлеющий разряд газа. Если в установке имеются следы воздуха, то свечение обычно имеет пурпурно-белый свет. Если к месту предполагаемой течи прикоснуться ватой, увлажненной, например, спиртом или ацетоном, или распылить спирт или ацетон (с помощью пульверизатора, шприца) вблизи этого места, то можно заметить изменение цвета свечения внутри установки вследствие проникновения паров пробного вещества через щель.
Недостаток данного способа состоит в том, что проникновение жидкости через незначительные течи происходит очень медленно и изменение цвета свечения может произойти с запозданием, когда проверяется на герметичность уже другое место установки, что может ввести в заблуждение наблюдателя.

Типы течеискателей
В технике высокого вакуума различают течеискатели по способу регистрации течи:

Течеискатель с палладиевым барьером.

Данный метод основан на том факте, что палладий является проницаемым только для водорода, причем эта проницаемость быстро возрастает с повышением температуры палладия.
Известно, что ионизационным манометром можно пользоваться для обнаружения течей только при условии, что давление в системе меньше 10-3 мм рт. ст. Это ограничение отпадает, если воспользоваться схемой, представленной на рис. 3.
Датчик ионизационного манометра 1 откачивается через свою откачную трубку. Испытываемый на течь объем присоединяется к трубке 2. Между ионизационным манометрам и испытываемым объемом непосредственно сообщения нет. Разделительная стенка частично состоит из палладиевой трубки 3, которую можно нагреть спиральным подогревателем 4 до 800 °С. Испытываемые на течь места обдуваются водородом. Последний проникает через течь в откачиваемый объем, частично диффундирует через нагретую палладиевую стенку и повышает давление в датчике ионизационного

манометра. Проникший в объем 1 водород можно снова откачать через палладиевую стенку.

При работе с палладиевым течеискателем могут возникнуть следующие трудности:

Галоидный течеискатель.

Масс-спектрометрический течеискатель.

Масс-спектрометрический анализ сводится к следующим процессам, происходящим в условиях высокого вакуума:

Эти процессы осуществляются в трех основных узлах масс-спектрометра (рис. 4). В ионном источнике происходит ионизация газа и формирование ионного пучка, который в анализаторе разделяется по массам. Выделенный пучок ионов с определенным m/е воспринимается регистрирующим устройством, измеряющим его интенсивность.

Определение мест натекания методами тлеющего и высокочастотного разряда
В ходе работы с помощью метода тлеющего разряда определить наличие течей в испытуемой установке, используя в качестве пробной жидкости ацетон. Методом высокочастотного разряда уточнить места натекания в системе.
Определение мест натекания с помощью галоидного течеискателя ГТИ-6
Течеискатель ГТИ-6 предназначен для определения течей в обследуемых на герметичность системах путем опрессовки. Течеискатель состоит из двух основных элементов:

Внешний вид галоидного течеискателя представлен на рис. 5.

В испытуемую систему вводится несколько капель галогенсодержащей жидкости (например, СС14) и нагнетается воздух до давления порядка 2 атм. При поднесении щупа к подозреваемым местам испытуемой системы, истекающий воздух, содержащий галогены, протягивается с помощью вентилятора через датчик. При наличии течи наблюдаются отклонение стрелки прибора и увеличение частоты звука.
Включение течеискателя следует производить в помещении, имеющем хорошую вытяжную вентиляцию.

Перед началом работы

Предварительная регулировка течеискателя

Свидетельством установления рабочей температуры эмиттера датчика служит отсутствие дрейфа показаний стрелочного прибора. Потенциометром «регулировка тока накала» установить начальный ток датчика 20-50% на шкале «2».

Оценка чувствительности течеискателя

Оценка чувствительности течеискателя с выносным щупом осуществляется с помощью галоидной течи «Галот-1».
Для приведения галоидной течи в рабочее состояние необходимо установить насадку в соответствии с предполагаемой чувствительностью течеискателя, после чего дается выдержка 20-30 минут для установления равновесного потока.
Выносной щуп, подготовленного к работе течеискателя, подносится к выходному отверстию течи с выбранной насадкой так, чтобы наконечник щупа вошел в направляющие течи. Отсчет фиксируется по стрелочному прибору регистрирующего блока.
При насадке 0,3 мм отсчет должен быть не менее 20% шкалы «3». После этого определяется цена деления шкалы прибора регистрирующего блока течеискателя.

Определение мест натекания с помощью передвижного гелиевого течеискателя ПТИ-10

Отличаясь от других средств обнаружения мест натекания высокой чувствительностью, гелиевые течеискатели широко используются при наладке высоко- и сверхвысоковакуумных установок. Внешний вид передвижного гелиевого течеискателя ПТИ-10 представлен на рис. 6.

Вакуумная система течеискателя состоит из механического и паромасляного насосов с воздушным охлаждением, охлаждаемой жидким азотом ловушки, вентилей с ручным и электромагнитным приводами и манометрических преобразователей.

Перед началом работы

Приступая к работе с течеискателем необходимо убедиться, что все переключатели, тумблеры и клапаны на панелях управления выключены или закрыты.

Включение течеискателя

Внимание! Поиск течей всегда нужно начинать с самой верхней части испытуемого объема, т.к. гелий, обтекая исследуемый узел или установку снизу вверх, может попасть в течь, которая расположена на верху, и вызвать сигнал, хотя струя гелия была направлена на место, которое находится ниже течи.

Выключение течеискателя

Курс обучения «Основы течеискания и вакуумной техники» 12–14 октября 2021 года

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» имени В. И. Ульянова и ООО «ВАКТРОН» приглашают сотрудников предприятий принять участие в курсе повышения квалификации «Основы течеискания и вакуумной техники».

Программа является подготовительным курсом к аттестации персонала в области контроля герметичности по требованиям РОСТЕХНАДЗОР (СДАНК-01-2020, СДАНК-02-2020) и РОСАТОМ ГОСТ Р 50.05.01-2018, ГОСТ Р 50.05.11-2018.

По результатам обучения сотрудник получает удостоверение о повышении квалификации государственного образца по университетской программе дополнительного профессионального образования. Курс проводится согласно лицензии на образовательную деятельность №1103.

Проводимый экзаменационный контроль может быть учтен аттестационным центром для выдачи удостоверения на право подготовки заключений о контроле герметичности. Курс на практике подготовит к квалифицированной эксплуатации и обслуживанию современного вакуумного оборудования.

Занятия будут проходить в очной форме в отеле «Новый Петергоф», Санкт-Петербург, Петергоф, Санкт-Петербургский проспект, 34. Для слушателей семинара действуют специальные цены на бронирование номеров. Мест в группе – 15. Необходима предварительная регистрация. Регистрация участников: 8 (812) 989-04-49 доб.2, Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Актуальная информация в телеграм ВАКТРОН.

Источник