一個真空系統(tǒng)，經(jīng)相當(dāng)長時間抽氣之后，仍然達不到預(yù)期的真空度，可能的原因有：抽氣情況不良，即抽氣系統(tǒng)本身的問題。放氣，即真空系統(tǒng)或容器內(nèi)部存在氣體或氣源。漏氣，即真空系統(tǒng)或被抽容器存在漏孔或縫隙。至于漏氣是檢漏技術(shù)所要解決的問題，即準(zhǔn)確檢出漏孔并加以修補。常規(guī)檢漏內(nèi)容包括：用適當(dāng)?shù)姆椒ㄅ袛嗾婵障到y(tǒng)中漏氣問題是否存在。確定漏氣率。找出泄漏部位，以便修補堵漏。
漏氣判定
如何判斷真空系統(tǒng)是否存在漏氣，通常采用靜態(tài)升壓法，即把容器抽到一定壓強后，關(guān)閉閥門將被抽容器與泵隔開，若容器漏氣或材料放氣，容器中的壓強將隨時間而上升。用真空計每隔一定時間計量一次容器中的壓強，可得出壓強/時間曲線。由于容器的漏氣與出氣情況不同，其曲線也不同
1.直線A
壓強不隨時間變化，說明系統(tǒng)即不漏氣，也不放氣。真空度上不去的原因是泵工作不良。
2.直線B
壓強開始上升很快，而后上升速度漸漸減慢而趨于平衡，這說明容器沒有漏氣。真空度上不去的原因主要是放氣的影響。因為放氣速率隨壓強的升高和時間的延長而降低，故曲線漸趨向于平衡。
3.直線C
是一斜率為ΔP/Δt的直線。這說明只有漏氣而沒有放氣。
4.曲線D
開始壓強上升較快，而后漸漸減慢，最后變成斜率為ΔP/Δt的直線。這說明容器即有放氣也有漏氣。曲線D可以認(rèn)為是B和C的疊加。如果出現(xiàn)曲線C和D的情況，則判定系統(tǒng)有漏氣。
一個真空系統(tǒng)(或容器)要求做到絕對不漏氣是不現(xiàn)實的，也是沒有必要的，所以就要根據(jù)真空系統(tǒng)實際應(yīng)用的具體條件，對漏率指標(biāo)提出合理的要求，只要漏孔的漏率已足夠小，使得平衡壓強低于真空系統(tǒng)工作所需的壓強，這些漏孔就是允許的。真空系統(tǒng)正常工作所能允許的最大漏氣量，稱最大允許漏率，簡稱允許漏率。此值不僅是設(shè)計真空系統(tǒng)的一項主要指標(biāo)，也是檢漏的依據(jù)。
如果已知允許的總氣載，而沒有具體指明究竟有多大，那么，在設(shè)計合理的前提下。最大允許漏率Q漏=0.1Q總，不同真空系統(tǒng)所允許的總漏率也不同。
1.動態(tài)系統(tǒng)
即邊抽邊工作的真空系統(tǒng)。通常的真空泵、真空設(shè)備都屬于這一類。這種系統(tǒng)是利用一定抽速的泵來獲得和維持真空，即使系統(tǒng)存在較大的漏孔也可以達到所要求的真空度，因此對氣密性和放氣的要求相應(yīng)降低。顯然，這種系統(tǒng)一旦與泵隔開，真空度會急劇下降。對于這種系統(tǒng)，容許的最大氣載可以用氣體流量恒定關(guān)系來獲得。
當(dāng)系統(tǒng)達到動態(tài)平衡時，單位時間進入系統(tǒng)空間的氣量必然等于被泵抽走的氣量。此時的平衡壓強就是系統(tǒng)所能達到的極限壓強P0，即Q=S有效·P，其中Q=Q放+Q漏。因此，所允許的最大氣載Q總≤S有效·P。在結(jié)構(gòu)材料合理的情況下，一般取Q漏0.1Q總≤0.1S有效·P。又因為S有效=(SP·C)(/SP+C)，式中SP、C分別為泵的抽速和導(dǎo)管的流導(dǎo)。將其代入計算得：Q漏≤[0.1P(0SP·C)](/SP+C)。
2.靜態(tài)系統(tǒng)
密封容器達到一定真空度后與真空泵隔開。通常的電真空器件、真空容器都屬于該類系統(tǒng)。
設(shè)器件封離真空系統(tǒng)的壓強為P0，器件能夠正常工作的最高壓強為Pt，器件能保存和正常工作的時間為(t使用壽命)。那么，所允許的總氣載(漏氣和放氣)是：Q總≤([Pt-P0)V]/t，其中V表示器件的體積。所允許的最大漏率為：Q漏=0.1Q總≤[0.1V(PtP0)]/t。
真空系統(tǒng)、容器或器件的器壁因材料本身缺陷或焊縫、機械連接處存在孔洞、裂紋或間隙等缺陷，外部大氣通過這些缺陷進入系統(tǒng)內(nèi)部，致使系統(tǒng)、容器或器件達不到預(yù)期的真空度，這種現(xiàn)象稱為漏氣。造成漏氣的缺陷稱為漏孔。漏孔尺寸微小、形狀復(fù)雜，無法用幾何尺寸表示，因此在真空技術(shù)中用漏率來表示漏孔的大小。漏率是指單位時間內(nèi)漏入系統(tǒng)的氣體量，其單位為帕·米3/秒(Pa·m3/sec)或托·升/秒(Torr·L/sec)。1Pa·m3/sec=7.5(Torr·L/sec)
真空檢漏技術(shù)就是用適當(dāng)?shù)姆椒ㄅ袛嗾婵障到y(tǒng)、容器或器件是否漏氣、確定漏孔位置及漏率大小的一門技術(shù)，相應(yīng)的儀器稱為檢漏儀。在真空系統(tǒng)、容器、器件制造過程中借助真空檢漏技術(shù)確定它們的真空氣密性、探查漏孔的位置，以便采取措施將漏孔封閉從而使系統(tǒng)、容器、器件中的真空狀態(tài)得以維持。
漏率的大小需進行校準(zhǔn)后方能確定。一般采用比較法，即將被檢漏孔與標(biāo)準(zhǔn)漏孔在檢漏儀上進行比較，就可得出被檢漏孔的漏率。檢測真空系統(tǒng)或其零部件的漏孔的方法。對一定的容器進行足夠長時間的抽氣后，容器壓力不再變化，這時的抽氣量必定與容器的漏氣量和放氣量之和相等，即puSe=qL+q0，式中pu為容器的極限壓力，Se為容器排氣口處的有效抽氣速率，qL和q0分別為容器的漏氣量和放氣量。如放氣量少到可以不計，則平衡式變?yōu)閜uSe=qL，或pu=qL/Se。這說明容器的極限壓力由漏氣量與有效抽氣速率的比值決定。如抽氣速率一定(常數(shù))，要得到低的極限壓力便應(yīng)降低漏氣量，檢漏便是關(guān)鍵的措施。
漏孔就是真空容器的孔洞和孔隙。容器內(nèi)外的壓力差會使氣體通過漏孔從容器的一側(cè)通向大氣側(cè)。漏孔一般很微小，實際上不能測出漏孔的具體大小，所以漏孔大小都用漏率(在規(guī)定的條件下氣體流過漏孔的流量)來表示。漏孔兩側(cè)存在著壓力差，即可利用氣體流動引起的效應(yīng)來檢漏。為便于檢漏和易于檢測出漏孔的位置，一般盡可能縮小檢測的面積范圍，所以先側(cè)重于對零部件的檢漏。零部件經(jīng)過嚴(yán)格的檢漏，組裝后就可避免漏氣。
真空檢測常用的有氣壓檢漏、氨敏紙檢漏、熒光檢漏、高頻火花檢漏、放電管檢漏和儀器檢漏等多種方法。
標(biāo)準(zhǔn)漏孔指在溫度為23±7、露點低于-25的干燥空氣中，保持漏孔一端壓強為100千帕±5%，另一端壓強低于1千帕的狀態(tài)下,經(jīng)過校準(zhǔn)后確定漏率的漏孔。常用標(biāo)準(zhǔn)漏孔有玻璃毛細(xì)管漏孔、薄膜滲氦漏孔、玻璃-白金絲漏孔、金屬壓扁漏孔、多孔金屬或陶瓷漏孔和放射性漏孔等。
氣壓檢漏
被檢零部件內(nèi)腔充以氣體(一般為空氣)，充氣壓力的高低視零部件的強度而定，一般為(2～4)×105帕。用皂液涂于零部件可疑表面處，有氣泡出現(xiàn)處便是漏孔位置。用這種方法最小可檢漏率為5×10-3帕·升/秒的漏孔。此外，還可將充氣的零部件浸在清凈的水槽中，氣泡形成處便是漏孔位置。用水槽顯示漏孔，方便可靠，并能同時全部顯示出漏孔位置。如氣泡小、成泡速度均勻、氣泡持續(xù)時間長，則為1.3×10-2～13帕·升/秒漏率的漏孔。如氣泡大、成泡持續(xù)時間短，則為13～103帕·升/秒漏率的漏孔。
氨敏紙檢漏
將被檢零部件內(nèi)腔抽空后，充入壓力為(1.5～2)×105帕的氨氣，在可疑表面處貼上溴酚藍的試紙或試布，用透明膠紙封住，試紙或試布上有藍斑點出現(xiàn)，即是漏孔的位置。用這種方法可檢漏率為7×10-4～106帕·升/秒的漏孔。
熒光檢漏
將被檢的零部件浸入熒光粉的有色溶液(二氯乙烯或四氯化碳)中，經(jīng)一定時間后取出烘干，漏孔處留有熒光粉，在器壁另一面用紫外線照射，發(fā)光處即為漏孔位置。
高頻火花檢漏 這種方法僅適用于玻璃真空系統(tǒng)。先將系統(tǒng)抽成真空，高頻火花檢漏儀的火花端沿著玻璃表面移動，火花集中成束形成亮點處即是漏孔位置。
放電管檢漏
將放電管接到系統(tǒng)上，并將系統(tǒng)抽成中真空，在高頻電壓作用下系統(tǒng)中殘存氣體(空氣)產(chǎn)生紫紅色或玫瑰色輝光放電。若在系統(tǒng)可疑表面處涂上丙酮、汽油、酒精或其他易揮發(fā)的碳?xì)浠衔?，有藍色放電顏色出現(xiàn)之處便是漏孔位置。
真空計檢漏
根據(jù)相對真空計(熱導(dǎo)真空計和電離真空計等)的讀數(shù)檢漏的方法。真空計的工作壓力范圍就是檢漏適用的壓力范圍。檢漏時在可疑處噴吹示漏氣體氫、氧、二氧化碳、乙烷或用棉花涂以乙醚、丙酮、甲醇等。示漏氣體進入系統(tǒng)后會引起真空計讀數(shù)的突然變化。熱導(dǎo)真空計可檢漏率為10-3帕·升/秒的漏孔;電離真空計可檢漏率為10-4～10-5帕·升/秒的漏孔。鹵素檢漏儀檢漏。鉑陽極筒和不銹鋼陰極筒構(gòu)成一個間熱式二極規(guī)管。當(dāng)加熱絲將鉑陽極加熱到 1027～1223K時，鉑發(fā)出的正離子在負(fù)電場下到達陰極形成電流。在鹵素氣體的催化作用下，正離子的發(fā)射急劇增加。鹵素檢漏儀就是利用這樣的效應(yīng)制成的。檢漏時將規(guī)管接到系統(tǒng)中，并將系統(tǒng)抽到9～2帕真空，有噴槍把鹵素氣體(常用氟利昂R12)噴向被檢零部件可疑表面處，引起離子流值急劇增加處即是漏孔位置?；蚺c此相反將高于大氣壓力的鹵素氣體壓入系統(tǒng)內(nèi)，探測槍在被檢零部件外表移動，鹵素氣體逸出處引起離子流值急劇增加，此處即為漏孔位置。用這種方法可檢最小漏率為10-3～10-4帕·升/秒的漏氣。氦質(zhì)譜檢漏 最常用的一種檢漏法。用氦氣作為示漏氣體，以磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計作為檢漏工具，工作原理與真空質(zhì)譜計相同，差別僅在于氦質(zhì)譜檢漏儀使用的磁場和加速電壓基本上是固定的，因為它只檢測氦離子。另外，為了提高離子流的輸出，適當(dāng)犧牲分辨能力以降低對測量放大器的要求，所以這種檢漏儀具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、性能穩(wěn)定、操作方便等優(yōu)點。氦質(zhì)譜檢漏儀的主要技術(shù)指標(biāo)有：①靈敏度，又稱最小可檢漏率，單位為帕·米3/秒;②反應(yīng)時間與清除時間，單位為秒;③工作壓強與極限壓強，單位為帕。
氦質(zhì)譜檢漏方法
根據(jù)被檢漏的零件的具體情況采用不同的方法。真空容器或器件常用噴吹法、氦室法和累積法。噴吹法是用噴槍對可疑部分噴氦氣，找出漏孔的位置，但效率較低;氦室法可對大容器檢漏，將可疑部分用氦室罩上充入氦氣,可以找到漏孔的大致范圍,但漏孔位置不能精確確定。氦室法檢漏效率較高。對于微小漏孔，可采用累積法，即先用氦室對可疑部分充入氦氣，再將檢漏儀節(jié)流閥關(guān)閉，積累一定時間，打開節(jié)流閥，觀察離子流的變化。這樣，檢漏靈敏度可提高1～2個數(shù)量級。其他方法還有吸收法、背壓法等。對于容積大、放氣量大、漏率大的容器可采用反流檢漏法，即將被檢容器接在真空系統(tǒng)的擴散泵和機械泵之間，利用擴散泵的反流作用，使氦氣反流到質(zhì)譜室而進行檢漏。
氦質(zhì)譜檢漏儀是根據(jù)質(zhì)譜學(xué)原理，用氦氣作探索氣體制成的氣密性檢測儀器.其質(zhì)譜原理如圖所示。
氦質(zhì)譜檢漏儀的質(zhì)譜學(xué)原理
燈絲發(fā)射出來的電子在電離室內(nèi)來回的振蕩，與電離室內(nèi)氣體和經(jīng)被檢件漏孔進入電離室的氦氣相互碰撞使其電離成正離子，這些離子在加速電場作用下進入磁場，由于洛倫茲力作用產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，形成圓弧形軌道，軌道半徑
式中R ——離于偏轉(zhuǎn)軌道半徑(cm)
B ——磁場強度(T)
——離子的質(zhì)(量)/(電)荷比(正整數(shù))
U ——離子加速電壓(V)
由上式可知，當(dāng)R、B為定值時，改變加速電壓可使不同質(zhì)量的離子通過磁場和接收縫到達接收極而被檢測。
真空系統(tǒng)要求獲得并保持真空狀態(tài)，如果存在嚴(yán)重的漏氣則是系統(tǒng)的重大缺陷，那么就需要進行相關(guān)的真空檢漏。
透氣和漏氣的本質(zhì)不同。透氣是氣體從密度大的一側(cè)向密度小的一側(cè)滲入、擴散、通過和逸出的過程，任何材料都有一定的滲透率。漏氣是由于材料本身的缺陷或封口部不良，導(dǎo)致氣體分子從高壓側(cè)流向低壓側(cè)的現(xiàn)象。還有一種情況是常溫下不發(fā)生漏氣，但溫度變化時由熱膨脹系數(shù)的差異也可能導(dǎo)致漏氣。圖1是影響系統(tǒng)真空度的氣體來源示意圖。
圖1 影響系統(tǒng)真空度的氣體來源示意圖
嚴(yán)格地講，任何真空系統(tǒng)都有漏氣現(xiàn)象存在，漏氣是絕對的。針對不同的真空系統(tǒng)，可以容許有一定的漏率。目前的真空技術(shù)，可以確保超高真空系統(tǒng)的容許漏率≤1.33×10 -11 Pa.m3/s。
真空檢漏已經(jīng)成為真空系統(tǒng)制作和使用中不可缺少的環(huán)節(jié)。真空檢漏的方法多種多樣，最具代表性的氦質(zhì)譜檢漏和四極質(zhì)譜儀殘留氣體分析。
選擇檢漏方法的原則
(1)主要根據(jù)被檢漏設(shè)備的允許漏率為依據(jù)，由于一個設(shè)備的允許漏率是很多漏孔漏率的綜合，為找到一個單個漏孔，所選擇的檢漏方法的檢漏靈敏度就要高于允許漏率1～2個數(shù)量級。如一個設(shè)備的允許漏率為10-11W，而必須選用的檢漏靈敏度為10-12～10-13W;
(2)根據(jù)具體被檢對象，所用方法簡便易行、經(jīng)濟實用。
真空檢漏操作技巧
要想迅速找到漏孔，需要相當(dāng)豐富的經(jīng)驗和技巧。雖說真空檢漏沒有一定的操作規(guī)程，但還是大體上按下述程序和辦法操作比較好。
1)對于正在加工制造過程中的真空容器或裝裝置來說，最好采用氣泡檢漏法。
氣泡檢漏法是在被檢件內(nèi)充入一定壓力的示漏氣體后放到液體中，氣體通過漏孔進入周圍的液體形成氣泡，氣泡形成的地方就是漏孔所在的位置，根據(jù)氣泡形成速率、氣泡的大小，以及所用氣體D液體的物理性質(zhì)，可以大致估算出漏孔漏率。
在用肉眼觀察時，一般會出現(xiàn)3種情況：第一種是出現(xiàn)的氣泡小，形成速率均勻，氣泡持續(xù)時間長，其漏率范圍大約為10-5～10-2Pa·m3·S-1;第二種情況是現(xiàn)隨機的大小氣泡混合現(xiàn)象，其漏率范圍約為10-2～10-1Pa·m3·S-1;第三種情況是氣泡大，形成速率快，持續(xù)時間短，漏率范圍大約為10-1～1Pa·m3·S-1。
2)對于正在使用過程中的真空容器或裝置來說，似乎沒有損壞什么，但發(fā)現(xiàn)壓強急劇上升時，首先用點著的真空規(guī)和作為漏液體的酒精或丙酮，檢查認(rèn)為容易損壞的地方。
(3)若盡管做了上述種種努力還是找不到漏孔，則要用罩子(積分法)或壓強上升法來判斷是否漏氣。
所謂罩子法，用乙烯塑料袋(罩子)把整個裝置罩起來，再把氦氣充人袋中，也就是將整個真空容器浸在氦中進行檢漏的方法。
所謂壓強上升法，在充分抽氣之后，關(guān)閉主閥、粗抽閥和漏氣閥，用B-A電離真空規(guī)測定器內(nèi)壓強上升的變化情況來判斷有無漏氣的一種方法。這種壓強上升的變化通常如圖1的實線所示。
它是漏氣所產(chǎn)生的壓強上升部分和材料放氣所產(chǎn)生的壓強上升部分之和，最終現(xiàn)為與時間成正比的直線上升。當(dāng)曲線呈現(xiàn)上述這種狀態(tài)時，表明裝置漏氣。
因為，沒有漏僅有材料放氣，曲線應(yīng)呈現(xiàn)飽和狀態(tài);沒有材料放氣只有漏氣時，一開始就是一條與時間成正比的直線。
一旦操作熟練了，則不僅可以分析殘余氣體，而且還可大致判斷是否有漏(注意02峰和Ar峰，如有02峰，首先可以認(rèn)為是漏氣;即使看不到02峰，只要Ar峰比正常的大訐多，也可認(rèn)為裝置有漏)。用罩子法檢查可以節(jié)省時間，因此，為了判斷是否漏氣，最好采用罩子法。
若裝置有漏，而漏孔并非裝置內(nèi)壓強的限制因素，那么，不探漏，經(jīng)烘烤后也可以進一步善真空度。
4)檢漏。要找到漏氣的地方，不外乎對可能漏氣的地方逐個地進行檢查。其注意事項列舉如下：
①用比大氣輕的氣體氦作示漏氣體時，應(yīng)從裝置的上方開始(從下方開始檢查時，由于氦氣上升從上方漏孔處漏人，會誤認(rèn)為噴吹處有漏)，如果用比較重的氣體丁烷、丙烷和酒精(液體)等，則從裝置的下方開始。
②如果找到了一個漏孔，就用乙烯塑料帶(一種不能透過示漏氣體的物質(zhì))貼上，暫時將漏孔堵住，以免誤認(rèn)為是下一次檢查時的漏孔，然后再繼續(xù)檢查。
③要是全部檢查完了，就再一次用罩子法復(fù)查一下，看看是不是還有漏孔(因為漏氣的地方已用乙烯塑料袋堵住，所以在已經(jīng)找到的漏孔之外，如果沒有再發(fā)現(xiàn)漏孔的話，就可以確認(rèn)為不漏氣了)。假如判斷為不漏氣，就可著手進行修理。
聲明：
“關(guān)于真空檢漏技術(shù)的詳細(xì)說明” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
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編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來源：鞏華
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2025年03月28日 ~ 30日 
