Галогенный метод возник в период широкого промышленного освоения холо-дильников с использованием фреонов в качестве хладоагента. Но вскоре метод начал быстро развиваться и применяться в различных отраслях промышленности. В настоящее время он является одним из наиболее распространенных аппаратурных методов течеискания, уступая первенство лишь масс-спектрометрическому. Метод широко применяется в авиации, судо-, приборо- и ракетостроении, энергетике, других отраслях промышленности. Мето-ду отдается предпочтение при контроле герметичности больших объемов или сис-тем с разветвленными коммуникациями, газонаполненных кабелей и трубопрово-дов, герметизируемых систем, не под-дающихся вакуумированию. Особенно эффективно применение галогенного ме-тода при контроле изделий, в которых галогеносодержащие вещества используют-ся в качестве рабочих (аэрозольные упа-ковки, холодильники, кондиционеры).

Реализуется галогенный метод кон-троля герметичности на базе галогенных течеискателей. Действие этих приборов основано на свойстве накаленной до 800 ... 900°С платины резко увеличивать эмиссию положительных ионов в присут-ствии галогеносодержащих веществ. Этот эффект, открытый Райсом в 1910 г., реали-зуется в двухэлектродной системе, со-стоящей из коллектора и накаленного эмиттера, между которыми создается электрическое поле. Эффект наблюдается как при атмосферном давлении, так и в вакууме. При разности потенциалов меж-ду электродами 200 ... 250 В эмитируемые ионы переносятся на коллектор, образуя электрический ток во внешней цепи, реги-стрируемый индикатором.

Фоновый и активированный токи при галогенном эффекте обусловлены ионами щелочных металлов, образующимися в результате ионизации на поверхности пла-тины атомов щелочных металлов, диф-фундирующих из глубины платины или поступающих на ее поверхность в резуль-тате испарения из разогретого керамиче-ского основания эмиттера. При поступле-нии к поверхности эмиттера галогенов, последние реагируют с ионами щелочных металлов, и поверхность, в большей или меньшей степени, освобождается от адсор-бированных ионов. Работа выхода эмитте-ра увеличивается, соответственно, увели-чивается эффективность ионизации и воз-растает ионный ток. Когда поступление галогенов прекращается, поверхность эмиттера снова покрывается слоем щелоч-ных ионов, работа выхода эмиттера сни-жается и ионный ток уменьшается до фо-нового значения.

Степень поверхностной ионизации, т.е. отношение ионов N + к числу ней-тральных молекул N о , покидающих по-верхность за 1 с, выражается формулой Ленгмюра - Саха:

N + / N 0 = β ехр [(-е V + Ф ) / kT ],

где β - константа, зависящая от рода газа и металла; Ф - работа выхода электрона из металла; е - заряд электрона; V - потенци-ал ионизации молекул газа; k - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура эмиттера.

Величина ионного тока:

J=eN + =e N 0 β ехр [(- е V + Ф ) / kT ],

Запас щелочных примесей в платине невелик, и стабильность эффекта поддер-живается в основном поступлением на поверхность платины нейтральных атомов щелочных металлов с керамического ос-нования, контактирующего с эмиттером.

При поступлении к эмиттеру больше-го количества галогенов наблюдается яв-ление «отравления» - частичное или пол-ное исчезновение галогенного эффекта, который восстанавливается при работе эмиттера в атмосфере чистого воздуха.

Со времени своего появления гало-генные течеискатели постоянно совер-шенствовались с целью стабилизации фо-нового сигнала и снижения вероятности отравления эмиттера.

Большое внимание уделяется техно-логии приготовления керамики и ее соста-ву. В частности, возможно применение керамики на основе β-А1 2 О 3 , допускающей использование датчика при пониженных температурах (300 ... 600 вместо 800°С в случае использования керамики из стеати-та). При этом стабилизируется фоновый ток, уменьшая опасность отравления. Из-меняя конструкцию датчика, осуществляют предварительную подготовку пробы для стабилизации температурного режима датчика, достижения селективности по-следнего по отношению к различным ти-пам фреонов, снижения опасности отрав-ления. Ионизационную эффективность датчика повышают с помощью формиро-вателя потока газа на его эмиттер.

Государственный комитет СССР по надзору

за безопасным ведением работ в атомной энергетике

ПРАВИЛА И НОРМЫ В АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ

УНИФИЦИРОВАННАЯ МЕТОДИКА КОНТРОЛЯ ОСНОВНЫХ МАТЕРИАЛОВ (ПОЛУФАБРИКАТОВ), СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И НАПЛАВКИ ОБОРУДОВАНИЯ И ТРУБОПРОВОДОВ АЭУ

Контроль герметичности.
Газовые методы.
ПНАЭ Г-7-019-89

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Контроль герметичности конструкций и их узлов проводится в целях выявления течей, обусловленных наличием сквозных трещин, непроваров, прожогов и т.п. в сварных соединениях и металлических материалах.
1.2. Контроль герметичности основан на применении пробных веществ и регистрации их проникновения через течи в конструкции при помощи различных приборов - течеискателей и других средств регистрации пробного вещества.
1.3. В зависимости от свойств пробного вещества и принципа его регистрации контроль проводится газовыми или жидкостными методами, каждый из которых включает в себя ряд способов, различающихся технологией реализации данного принципа регистрации пробного вещества. При этом в зависимости от применяемого способа при контроле герметичности определяется место расположения течи или суммарное натекание (степень негерметичности). Перечень применяемых методов и способов контроля приведен в Таб.1
1.4. Величина течи или суммарного натекания оценивается потоком воздуха через течь или все течи, имеющиеся в изделии, при нормальных условиях из атмосферы в вакуум. Соотношения единиц измерения потока приведены в справочном Приложение 1.
1.5. Под системой контроля понимается сочетание определенных способа и режимов контроля и способа подготовки изделия к контролю.
1.6. Пороговая чувствительность системы контроля характеризуется величиной минимальных выявляемых течей или суммарного натекания.

2. КЛАССИФИКАЦИЯ И ВЫБОР СИСТЕМ КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ

2.1. Все системы контроля по чувствительности разделены на пять классов герметичности, приведенных в табл. 2.
2.2. Класс герметичности устанавливается проектной (конструкторской) организацией в соответствии с требованиями действующих Правил контроля в зависимости от назначения, условий работы изделия и выполнимости способов контроля и подготовки, отнесенных к данному классу, и указывается в конструкторской документации.
2.3. Выбор конкретной системы контроля определяется назначенным классом герметичности, конструкционными и технологическими особенностями изделия, а также технико-экономическими показателями контроля.
2.4. В соответствии с назначенным классом герметичности контроль проводится по технологии технологических карт контроля, в которых указаны конкретные способы контроля и подготовки изделия под контроль. В случае отступлений от требований настоящей методики документы должны быть согласованы с головной отраслевой материаловедческой организацией.

3. АППАРАТУРА И МАТЕРИАЛЫ

3.1. При испытании герметичности оборудование, приборы и материалы должны выбираться в соответствии со справочными приложениями 2 и 3. Допускается применение не указанных в приложениях отечественного и импортного оборудования, приборов и материалов, удовлетворяющих требованиям настоящего документа.
3.2. Параметры и технические характеристики оборудования, приборов и материалов, применяемых при контроле герметичности, должны соответствовать паспортным значениям, государственным стандартам и техническим условиям.
3.3. Метрологической поверке подвергаются приборы, в паспортах которых указаны объем и характер поверок. Поверки проводятся органами Госстандарта на соответствующих предприятиях. Периодичность поверок проводится в соответствии с требованиями паспорта на прибор.
3.4. Течеискатели независимо от выбранного способа контроля должны быть настроены на оптимальную чувствительность в соответствии с указаниями технического описания и инструкции по их эксплуатации.

4. ГАЗОВЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ

4.1. Требования по подготовке поверхности конструкций, подлежащих контролю герметичности газовыми методами

4.1.1. Если на поверхность изделия, сборочной единицы наносится защитное покрытие, контроль герметичности следует проводить перед указанной операцией.
Примечание . В случае технической невозможности допускается проводить контроль герметичности после нанесения защитных покрытий, что должно оговариватьея в производственно-технической документации (ПТД).
4.1.2. Поверхность изделий, сборочных единиц, сварных соединений изделий, подлежащих проверке на герметичность, не должна иметь следов ржавчины, масла, эмульсии и других загрязнений.
4.1.3. Органические загрязнения с доступных участков поверхности изделия следует удалять промывкой органическими растворителями с последующим кантованием изделия или барботированием залитого растворителя. Объем заливаемого растворителя должен быть не менее 100% свободного объема изделия.
4.1.4. В качестве очищающих жидкостей следует использовать спирт, ацетон, уайт-спирит, бензин, хладон-113 или другие органические растворители, обеспечивающие качественное удаление органических загрязнений.
4.1.5. После очистки растворитель следует слить и полость изделия продуть сухим чистым воздухом до полного удаления запаха растворителя.
4.1.6. Качество очистки должно быть проконтролировано протиркой контролируемой поверхности чистой белой безворсовой тканью с последующим ее осмотром. Отсутствие загрязнений на ткани свидетельствует о качественной очистке поверхности.
4.1.7. При соответствующем указании в техническом процессе качество очистки должно быть проконтролировано осмотром участка поверхности изделия или сварного соединения в лучах ультрафиолетового света, а при недопустимости поверхности для осмотра в лучах ультрафиолетового света - куска бязи после протирки им поверхности. Отсутствие светящихся пятен на контролируемой поверхности или куске бязи при освещении их ультрафиолетовым светом свидетельствует о качественной очистке поверхности.
4.1.8. Окончательную операцию подготовки - осушку поверхности изделий и полостей возможных сквозных дефектов от влаги и других жидких сред - следует проводить непосредственно перед контролем герметичности. После осушки в целях сохранения чистоты изделий работы следует проводить в чистой спецодежде (халате или спецовке) и в перчатках из бельевой ткани.
4.1.9. В качестве нагревательных средств следует использовать электропечи, индукторы, калориферы, установки, стенды для пропаривания и т.п. Для нагрева можно использовать метод электросопротивления с применением переменного или постоянного тока.
4.1.10. При осуществлении осушки без вакуумирования длительность выдержки при требуемой температуре должна быть не менее 5 мин. Температура определяется заданным классом герметичности.
4.1.11. В случае невозможности выполнения контроля герметичности изделий непосредственно после осушки хранить осушенное изделие допускается не более 5 сут. при следующих условиях:

• контролируемые участки должны быть защищены от попадания загрязнений и жидких сред защитными материалами;
• на поверхности контролируемого изделия не должна конденсироваться влага атмосферного воздуха. Для предотвращения явления конденсации влаги (например, при внесении изделий в помещение, температура воздуха в котором выше температуры поверхности изделия, понижении температуры воздуха в помещении, при охлаждении изделия при подаче в него пробного газа из баллона) необходимо принимать меры, руководствуясь справочными таблицами соотношений температуры окружающего воздуха, относительной и абсолютной влажности. Например, при относительной влажности воздуха 80% и температуре 20°С температура поверхности изделия не должна быть менее 17°С;
• влажность воздуха в помещении для хранения осушенных изделий не должна превышать 80%.

4.1.12. При необходимости транспортирования изделий следует исключить возможность загрязнения и конденсации влаги на поверхности изделия.

4.2. Контроль герметичности гелиевыми течеискателями

4.2.1. Пороговая чувствительность гелиевых течеискателей и способов контроля. Рабочая шкала.

4.2.1.1. Пороговая чувствительность течеискателей характеризуется минимальным потоком пробного вещества, который течеискатель может зарегистрировать. Пороговая чувствительность гелиевых течеискателей должна быть не менее 1,3.10-10 м3* Па/с (1.10-6 л×мкм рт.ст./с). Пороговая чувствительность способа контроля характеризуется минимальным потоком или количеством пробного вещества, который фиксируется в схеме проведения контроля.
4.2.1.2. Пороговая чувствительность гелиевых течеискателей определяется в начале каждой смены по методике, приведенной в Приложение 4 .
4.2.1.3. Пороговая чувствительность способа контроля определяется после испытания изделия, партии однотипных изделий или имитатора, конструкции которого согласовывается с ГОМО по методике, приведенной в Приложение 5.
4.2.1.4. Пороговая чувствительность способов вакуумной (гелиевой) камеры и термовакуумного должна быть не ниже 6,7.10-10 м3×Па/с (5.10-6 л×мкм рт.ст./с), способов обдува гелием и гелиевого щупа - не ниже 6,7.10-9 м3×Па/с (5.10-5 л×мкм рт.ст.с).
4.2.1.5. Если пороговая чувствительность способа контроля ниже значений, указанных в п. 4.2.1.4, то изделие или партия изделий должны подвергаться повторному контролю.
4.2.1.6. Признаком наличия сквозного дефекта является увеличение показаний прибора над средними фоновыми показаниями на величину, равную разности максимального и минимального значений фона в схеме испытаний. Эта величина не должна превосходить 50 мВ для всех способов контроля (кроме способа щупа) и 100 мВ для способа щупа.

Примечания :
1. Средние фоновые показания перед началом испытания любым способом не должны быть более 2/3 рабочей шкалы.
2. Если фоновые показания превышают указанную величину, следует использовать схему компенсации фона.

4.2.2. Способ гелиевой (вакуумной камеры).

4.2.2.1. Сущность способа гелиевой или вакуумной камеры заключается в том, что контролируемое изделие помещается в герметичную металлическую камеру. К камере или изделию подсоединяется через систему вспомогательной откачки течеискатель, после чего в камеру (способ гелиевой камеры) или в изделие (способ вакуумной камеры) подается под давлением гелий. При наличии течи гелий в результате перепада давлений поступает в вакуумируемый объем, соединенный с течеискателем. Схема контроля способом вакуумной камеры приведена на Рис.1.

Рис. 1. Схема установки для контроля способом вакуумной камеры
1 - гелиевый течеискатель,
2 - натекатель,
3 - баллон с аргоном,
4 - камера,
5 - изделие,
6 - мановакуумметр,
7 - редуктор,
8 - баллон с гелием,
9 - вакуумный насос,
10 - вакуумный клапан ,
11 - калиброванная течь
4.2.2.2. При проектировании и изготовлении гелиевой (вакуумной) камеры должны учитываться следующие требования:

• для ускорения откачки форма камеры рекомендуется цилиндрической (допускается изготовление камеры по конфигурации конструкции);
• должна быть предусмотрена герметичность фланцевых соединений, а также герметичность места вывода из самой конструкции или технологического переходника от конструкции к баллону с гелием;
• контролируемая конструкция не должна соприкасаться с внутренней поверхностью камеры.

4.2.2.3. Порядок проведения контроля:

• контролируемое изделие подготавливается в соответствии с требованиями подразд. 4.1;
• изделие помещается в металлическую камеру, внутренняя поверхность которой предварительно очищается и просушивается;
• после уплотнения крышки камеры и установки манометра проводится откачка полости камеры (изделия) до остаточного давления 7 - 8 Па [(5-6) .10 -2 мм рт. ст.;
• перед заполнением контролируемого изделия (камеры) гелием полость его предварительно откачивается до давления не выше 700-1400 Па (5-10 мм рт. ст.);
• после достижения в камере (изделии) требуемого остаточного давления открывается входной клапан течеискателя и отключается система вспомогательной откачки;
• в случае постепенного уменьшения давления в камере масс- спектрометра необходимо проводить подачу сухого азота в камеру масс-спектрометра с применением регулирующих натекателей;
• в случае увеличения давления в камере масс-спектрометра необходимо частично приоткрыть клапан системы вспомогательной откачки или прикрыть входной клапан течеискателя;
• в полость изделия (камеры) подается гелий или воздушно-гелиевая смесь в пропорциях, устанавливаемых технологической картой на контроль;
• проводится выдержка изделия (камеры) под давлением.

4.2.2.4. Длительность выдержки изделия (камеры) под давлением должна быть при вакуумируемом объеме до 0,1 м3 - не менее 5 мин, от 0,1 до 0,5 м3 - не менее 10 мин, свыше 0,5 до 1,5 м3 - не менее 15 мин, свыше 1,5 до 3,5 м3 не менее 20 мин, свыше 3,5 - 40 мин.
4.2.2.6. Удалять гелий следует продуванием полости изделия (камеры) сухим сжатым воздухом или ее откачкой.
Допускается сбор удаляемого гелия для использования при последующем контроле.
4.2.2.5. При необходимости контроля участка изделия или отдельного сварного соединения на контролируемый участок или сварное соединение допускается установить локальную камеру.
Порядок контроля аналогичен указанному в п. 4.2.2.3.
Длительность выдержки под давлением устанавливается в зависимости от откачиваемого объема в соответствии с п. 4.2.2.4.
4.2.2.7. При контроле замыкающего сварного шва изделия проводится вакуумирование изделия и подача гелия в полость изделия с последующей заваркой замыкающего шва в потоке гелия. После заварки необходимо провести испытание замыкающего шва способом локальной вакуумной камеры. Длительность контроля определяется объемом камеры в соответствии с п. 4.2.2.4.
4.2.2.8. Количественную оценку суммарного потока пробного вещества через течи в изделии следует проводить по методике, изложенной в приложении 6 (справочном) .

4.2.3. Способ опрессовки гелием замкнутых оболочек.

4.2.3.1. Контроль способом опрессовки замкнутых оболочек заключается в том, что изделие или замыкающий шов помещаются в специальную камеру, в которой создается давление гелия. При наличии негерметичности в шве гелий проникает в замкнутый объем изделия. Далее проводится контроль изделия накоплением гелия в вакуумной камере, в которую помещается изделие.
4.2.3.2. Контроль герметичности замыкающего сварного шва способом опрессовки рекомендуется проводить для изделий, имеющих небольшие объемы (до 10 л) .
4.2.3.3. Контроль должен проводиться в такой последовательности:

• изделие помещается в опрессовочную камеру и выдерживается под давлением гелия в течение определенного времени;
• после опрессовки изделие вынимают из камеры, обдувают сжатым воздухом или азотом наружную поверхность изделия для очистки от гелия и выдерживают на воздухе 1 - 2 ч;
• перед установкой изделия внутреннюю полость камеры, присоединенной к течеискателю, откачивают вспомогательным насосом. Фиксируют фоновые показания выходного прибора течеискателя при давлении в камере 1 - 7 Па [(1 - 5) .10 -2 мм рт. ст.] с отключенным вспомогательным насосом;
• опрессованное гелием изделие помещают в вакуумную камеру и откачивают камеру с изделием до давления не более 1 - 7 Па, отключают вспомогательный насос и накапливают гелий в камере в течение не менее 1 ч, после чего открывают входной клапан течеискателя и фиксируют показания течеискателя.
• Превышение сигнала выходного прибора течеискателя на 1 В и более над фоновыми показаниями является признаком течи в замыкающем шве изделия.

Примечание . С целью исключения повышенного гелиевого фона в процессе испытаний запрещается использовать камеру, в которой проводилась опрессовка изделия гелием.
4.2.3.4. Длительность опрессовки изделия гелием должна быть при давлении 1.10 6 Па (10 кгс/см2) не менее 120 ч, 2.106 Па (20 кгс/см2) не менее 50 ч, 5.105 Па (50 кгс/см2)) не менее 13 ч.

4.2.4. Способ термовакуумных испытаний.

4.2.4.1. Сущность испытаний заключается в том, что подлежащее контролю изделие нагревается в вакуумной камере до температуры 380 - 400°С при давлении внутри и снаружи изделия не выше 0,1 Па (10 -3 мм рт.ст.), а затем контролируется при подаче гелия в нагретое изделие или в камеру, в которую оно помещено.
4.2.4.2. Порядок проведения контроля:

• изделие подготавливается к контролю в соответствии с п. 4.1.1 - 4.1.7;
• изделие помещается в металлическую камеру;
• камера и внутренняя полость изделия вакуумируются до давления не выше 0,1 Па (10 -3 мм рт. ст.);
• изделие нагревается в печах или нагревательными устройствами до температуры 380 - 400°С и выдерживается при этой температуре в течение 3 - 5 мин. Темп разогрева определяется постоянным поддержанием давления в камере и изделии не выше 0,1 Па (10 -3 мм рт. ст.) и конструкцией изделия;
• открывается входной клапан течеискателя при одновременном отключении насосной группы камеры (или изделия) .
• Фиксируются установившиеся фоновые показания течеискателя;
• в контролируемое изделие (или камеру) подается гелий до требуемого давления;
• изделие (камера) выдерживается под давлением, при этом фиксируются показания течеискателя. Длительность выдержки выбирается в соответствии с п. 4.2.3.4;
• после охлаждения до температуры не выше 50°С камера открывается.

4.2.5. Способ гелиевого щупа.

4.2.5.1. Сущность способа заключается в том, что изделие заполняется гелием или гелиево-воздушной смесью до давления выше атмосферного, после чего наружная поверхность изделия контролируется специальным щупом, соединенным металлическим или вакуумным резиновым шлангом с течеискателем. В результате перепада давления гелий проникает через имеющийся сквозной дефект и через щуп и шланг попадает в камеру масспектрометра течеискателя. Определенная конструкция насадки щупа, изготовленная в соответствии с профилем контролируемой поверхности, позволяет установить место расположения сквозного дефекта в изделии. Насадка щупа должна перекрывать проверяемый участок по ширине не менее чем на 5 мм с каждой стороны. Если ширина насадки меньше, то контроль следует проводить в несколько проходов.
Схема контроля способом гелиевого щупа приведена на рис. 2


Рис. 2. Схема установки для контроля способом щупа
1 - гелиевый течеискатель,
2 - термопарная лампа,
3 - вакуумный шланг,
4 - вакуумный насос,
5 - (Note from Webmaster: nothing for 5)
6 - изделие,
7 - щуп,
8 - мановакууметр,
9 - баллон с гелием
4.2.5.2. При контроле способом щупа используются регулируемые щупы-улавливатели с конической насадкой объемом не более 1 мм3 и расстоянием регулируемой запирающей иглы от контролируемой поверхности не более 5 мм. Одним из возможных вариантов конструкторского исполнения является щуп-улавливатель по черт. 358-00-00 и 358-01-00.
4.2.5.3. К установке для контроля способом гелиевого щупа предъявляются следующие требования:

• все соединения установки должны быть проверены при закрытом положении щупа способом обдува;
• часть установки, предназначенная для подачи гелия в контролируемое изделие, должна быть испытана способом гелиевого щупа при давлении гелия не менее 1,5 Р, где Р - давление гелия во время контроля;
• в случае применения шланга из вакуумной резины для присоединения щупа к течеискателю шланг должен быть промыт для уменьшения газоотделения раствором щелочи (15%), чистой проточной водой, дистиллированной водой и осушен спиртом - ректификатом. Наружная поверхность шланга протирается касторовым маслом;
• длина магистрали, соединяющей щуп с течеискателем, должна быть минимально. возможной. Максимальная длина магистрали определяется п. 4.2.1.4 при оценке чувствительности способа по приложению 5.

4.2.5.4. Контроль следует проводить в такой последовательности:

• при закрытом щупе 7 (см. рис. 2) проводится откачка шланга 3 вакуумным насосом 5 в течение 15 - 20 мин;
• щуп регулируется так, чтобы при совместной работе вспомогательного вакуумного насоса и насосов течеискателя остаточное давление, измеряемое термопарной лампой 2, установленной у фланца течеискателя, было равно 25 - 30 Па [(1,8-2,2) .10-1 мм рт. cт.]. Установление рабочего давления в шланге, соединяющем щуп с течеискателем, должно проводиться одновременно регулировкой щупа и входного клапана течеискателя;
• в качестве вспомогательного должен использоваться насос со скоростью откачки 1 - 3 л/с. Если используется насос с большей скоростью откачки, следует прикрывать клапан 4, обеспечивая соответствующую скорость откачки;
• подготовленное к контролю изделие после глушения отверстий и фланцевых выходов откачивается до давления не выше 700 - 1400 Па (5-10 мм рт. ст.);
• осуществляется подача гелия и гелиево-воздушной смеси (не менее 50% гелия) в изделие до необходимого при испытаниях избыточного давления.

Иллюстрацию метода вы можете посмотреть на видеозаписи:

Примечания:
1. В случае невозможности предварительной откачки трубопроводов или изделий камерного типа допускается проводить продув полости гелием до появления его на выходе трубопровода или изделия. Появление гелия фиксируется щупом по повышению показаний прибора над фоновым на 100 мВ и выше.
2. Для получения концентрации гелия не менее 60% под давлением 0,1 МПа (1 кгс/см2) после продува полости гелием в изделие или трубопровод подают гелий до давления 0,1 МПа (1 кгс/см2) . Для получения концентрации гелия не менее 75% давление сбрасывают до атмосферного и вновь подают гелий до давления 0,1 МПа.
3. Для изделий с тупиковыми полостями, исключающими возможность продувки и вакуумирования, время выдержки для достижения необходимой концентрации гелия определяется экспериментально в каждом конкретном случае на стенде-имитаторе.
4.2.5.5. Контроль осуществляется перемещением щупа по поверхности изделия с постоянной скоростью, равной 0,10 - 0,15 м/мин:

• при движении щуп должен находиться в непосредственном соприкосновении с контролируемой поверхностью. Удаление щупа от контролируемой поверхности на 5 мм снижает выявляемость дефектов в 10 - 15 раз;
• контроль следует начинать с нижних участков изделия с постепенным переходом к верхним.

4.2.6. Способ обдува гелием.

4.2.6.1. Сущность способа заключается в том, что изделие, подвергаемое контролю, подключается к течеискателю, вакуумируется до давления, позволяющего полностью открыть входной клапан течеискателя, после чего наружная поверхность изделия обдувается струей гелия.
При наличии течи в изделии гелий попадает в его полость и фиксируется течеискателем.
Схема контроля способом обдува приведена на рис. 3.


Рис. 3. Схема установки для контроля способом обдува
1 - гелиевый течеискатель,
2 - натекатель,
3 - гелиевая течь ,
4 - вакуумный насос,
5 - баллон с аргоном,
6 - вакуумный клапан ,
7 - изделие,
8 - обдуватель,
9 - камера с гелием
4.2.6.2. Контроль должен проводиться в такой последовательности:

• подготовленное в соответствии с требованиями подразд. 4.1 изделие вакуумируется до давления 7 - 8 МПа [(5 - 6) .10 -2 мм рт. ст.];
• при открытом на изделие входном клапане течеискателя отключается система вспомогательной откачки и проводится обдувание гелием наружной поверхности изделия. Если невозможно поддержать требуемое давление в камере масс-спектрометра при отключенной системе вспомогательной откачки, разрешается проводить контроль при не полностью перекрытом или открытом клапане системы вспомогательной откачки, при этом определять чувствительность по приложению 5 следует при том же положении клапана;
• обдув следует начинать с мест подсоединения системы вспомогательной откачки к течеискателю; затем обдувается само изделие, начиная с верхних его участков с постепенным переходом к нижним;
• на первой стадии испытаний рекомендуется установить сильную струю гелия, охватывающую при обдуве сразу большую площадь. При обнаружении течи уменьшить струю гелия так, чтобы она слегка чувствовалась при поднесении пистолета - обдувателя к губам, и точно определить место сквозного дефекта. Скорость перемещения обдувателя по контролируемой поверхности составляет 0,10-0,15 м/мин; при контроле изделий большого объема и протяженности следует, учитывая время запаздывания сигнала, уменьшить скорость обдува;
• при наличии больших сквозных дефектов и невозможности достижения требуемого вакуума в изделии для полного открытия входного клапана течеискателя при отключенной системе вспомогательной откачки сквозные дефекты отыскивать при включенной системе вспомогательной откачки. После обнаружения больших сквозных дефектов и их устранения проводится повторный контроль с целью нахождения дефектов с малой величиной натекания.

4.2.6.3. С целью контроля всей поверхности изделия или части его в отдельных случаях контролируемую поверхность закрывают мягким чехлом. Под чехол подают гелий в количестве, примерно равном объему пространства под чехлом.
Длительность выдержки изделия под чехлом составляет 5- 6 мин.
4.2.6.4. Способ обдува допускается применять для контроля незамкнутых элементов конструкций. Для его осуществления следует использовать вакуумные камеры-присоски, накладываемые или закрепляемые на контролируемой поверхности со стороны, противоположной обдуваемой. Одна из конструкций камер приведена на рис. 4. Режимы испытания указаны в п. 4.2.6.2.

Рис. 4. Конструкция вакуумной камеры-присоски
1- крышка,
2- корпус,
3- резиновые уплотнения,
4- конструкция,
5- трубопровод,
6- сварное соединение

4.3. Контроль герметичности галоидными течеискателями. Способ галоидного атмосферного щупа

4.3.1. Настройку течеискателей, определение и проверку пороговой чувствительности галоидных течеискателей следует проводить по калиброванным галоидным течам в соответствии с техническим описанием и инструкцией по эксплуатации прибора завода-изготовителя.
4.3.2. Сущность способа галоидного щупа заключается в том, что испытываемое изделие, предварительно отвакуумированное, наполняется хладоном или смесью хладона с воздухом до давления выше атмосферного. В результате перепада давлений хладон проникает через имеющуюся неплотность и улавливается щупом течеискателя , соединенным электрическим кабелем с измерительным блоком течеискателя.
4.3.3. Схема установки для контроля способом галоидного щупа приведена на рис. 5.


Рис. 5. Схема установки для контроля способом галоидного щупа:
1 - баллон с фреоном;
2 - редуктор;
3 - вакуумный насос;
4 - мановакуумметр;
5 - клапан;
6 - изделие;
7 - измерительный блок течеискателя;
8 - выносной щуп течеискателя
Установка для нагнетания хладона в контролируемое изделие должна быть проверена на герметичность галоидным течеискателем при давлении насыщенных паров хладона при температуре испытаний.
4.3.4. Порядок проведения контроля:

• после глушения отверстий и фланцевых выходов проходными и глухими заглушками изделие откачивается до остаточного давления не выше 700 - 1400 Па (5 - 10 мм рт. ст.);
• перекрытием клапана вакуумный насос отключается и хладон подается в изделие до необходимого при испытании избыточного давления;
• в случае невозможности предварительной откачки трубопроводов допускается вытеснение воздуха хладоном с фиксацией наличия хладона на удаленном конце трубопровода. Далее хладон нагнетается в трубопровод для обеспечения концентрации хладона в трубопроводе не менее 50%;
• для изделий камерного типа допускается нагнетание хладона без откачки изделия при условии обеспечения концентрации хладона в изделии не менее 50%;
• контроль осуществляется перемещением выносного щупа по поверхности изделия с постоянной скоростью;
• при движении щуп должен находиться на минимально возможном расстоянии от поверхности. Удаление щупа от контролируемой поверхности на 5 мм снижает выявляемость дефектов в 10 - 15 раз;
• контроль следует начинать с верхних участков изделия с постепенным переходом к нижним.

4.3.5. Режимы контроля галоидными течеискателями:
скорость перемещения щупа по поверхности изделия не должна превышать 0,10 - 0,15 м/мин;
давление хладона-12 или хладона-22 должно соответствовать указаниям рабочих чертежей или технологической карты на контроль. Давление хладона в изделии должно быть ниже давления его насыщенных паров.
Примечание . Давление насыщенных паров хладона-12 и хладона - 22 в зависимости от температуры приведено в справочном приложении 7.
4.3.6. После проведения контроля хладон должен быть удален из конструкции за пределы рабочего помещения откачкой до остаточного давления 130 - 650 Па (1 - 5 мм рт. ст.). После этого должны быть проведены напуск воздуха в контролируемое изделие и повторная откачка до того же давления.
Примечание . Двукратная откачка контролируемого изделия до остаточного давления 130 - 650 Па гарантирует остаточное содержание хладона-12 не более 0,01 мг/л, а хладона-22 - не более 0,006 мг/л.

4.4. Контроль герметичности пузырьковым методом

4.4.1. Пневматический способ надувом воздуха.

4.4.1.1. Сущность способа заключается в том, что контролируемое изделие заполняется пробным газом под избыточным давлением. На наружную поверхность изделия наносится пенообразующий состав. Пробный газ в местах течей вызывает образование пузырей в пенообразующем составе (пузыри или разрывы мыльной пленки при применении мыльной эмульсии; пенные коконы или разрывы пленки при применении полимерного состава).
4.4.1.2. Порядок проведения контроля:

• в контролируемом изделии создается требуемое избыточное давление пробного газа;
• мягкой волосяной кистью или краскораспылителем на контролируемую поверхность изделия наносится пенообразующий состав и осуществляется визуальное наблюдение.

Примечание . Компоненты пенообразующих составов приведены в приложении 8 (справочном) .
4.4.1.3. Время наблюдения за состоянием поверхности при нанесении мыльной эмульсии составляет не более 2 - 3 мин после ее нанесения на поверхность.
4.4.1.4. При нанесении полимерного состава для выявления больших дефектов (более 1.10 -4 м 3 Па/с) осмотр следует проводить непосредственно после нанесения полимерного состава. Для выявления малых дефектов время осмотра должно быть не менее 20 мин с момента нанесения состава. Пенные коконы сохраняются в течение суток.

4.4.2. Пневмогидравлический аквариумный способ.

4.4.2.1. Сущность способа заключается в том, что изделие, которое заполнено газом под избыточным давлением, погружают в жидкость. Газ, выходящий в местах течей из изделия, вызывает образование пузырей в жидкости.
4.4.2.2. Контроль осуществляется в такой последовательности:

• контролируемое изделие помещается в емкость;
• в изделии создается испытательное давление пробного газа;
• в емкость заливается жидкость до уровня не менее 100 - 150 мм над контролируемой поверхностью изделия.

4.4.2.3. Признаком течи в изделии является образование всплывающих к поверхности жидкости пузырьков воздуха, периодически образующихся на определенном участке поверхности изделия, или строчки пузырьков.

4.4.3. Пузырьковый вакуумный способ.

4.4.3.1. Сущность способа заключается в том, что перед установкой вакуумной камеры контролируемый участок конструкции смачивается пенообразующим составом, в камере создается вакуум. В местах течей образуются пузыри, коконы или разрывы пленки, видимые через прозрачный верх камеры.
4.4.3.2. Для обеспечения полного контроля всего сварного соединения вакуум-камеру устанавливают так, чтобы она не менее чем на 100 мм перекрывала предыдущий проконтролированный участок шва.
Вакуум-камера может иметь различную форму в зависимости от конструкции контролируемого изделия и вида сварного соединения. Для стыковых сварных соединений листовых конструкций изготавливаются плоские камеры, для угловых швов - угловые, для контроля кольцевых швов трубопроводов могут быть изготовлены кольцевые камеры. Один из возможных вариантов конструкционного исполнения вакуум-камеры представлен на рис. 6.


Рис. 6. Схема вакуум-камеры для контроля герметичности:
1 - резиновые уплотнения;
2 - корпус камеры;
3 - окно;
4 - вакуумный кран;
5 - течь в сварном соединении
6 - резиновые уплотнения
4.4.3.3. Контроль осуществляется в последовательности:

• на контролируемый участок незамкнутой конструкции наносится пенообразующий состав;
• на контролируемый участок устанавливается вакуумная камера;
• в вакуумной камере создается давление 2,5 - 3.10 4 Па (180 - 200 мм рт. ст.);
• время с момента нанесения состава до момента осмотра не должно превышать 10 мин;
• визуальный осмотр контролируемого участка осуществляется через прозрачный верх камеры.

Примечание . В случае применения при контроле полимерного состава картина дефектов сохраняется в течение суток.

4.5. Контроль герметичности манометрическим методом (по падению давления)

4.5.1. Для осуществления контроля манометрическим методом изделие заполняют пробным газом под давлением выше атмосферного и выдерживают в течение определенного времени.
4.5.2. Давление и время опрессовки устанавливаются техническими условиями на изделие или конструкторской (проектной) документацией.
4.5.3. Изделие считают герметичным, если падение давления пробного газа во время выдержки под давлением не превысит норм, установленных техническими условиями или конструкторской (проектной) документацией.
4.5.4. Давление газа измеряют манометрами класса точности 1,5 - 2,5 с пределом измерения на 1/3 больше давления опрессовки. На подводящей трубе должен быть установлен запорный кран для регулирования подачи газа.
4.5.5. Количественная оценка общей негерметичности проводится по формуле

где
V - внутренний объем изделия и элементов испытательной системы, м3 ;
D R - изменение давления пробного газа за время опрессовки, Па;
t - время опрессовки, с.

План лекции. Область применения, пробные и контрольные вещества. Физические основы: вязкость жидкостей и газов, виды течений и прохождение веществ через течи. Выбор метода контроля герметичности по его чувствительности. Гидравлический, газоаналити-ческий методы, метод испытания сварных соединений керосином.

Контроль на герметичность (= течеискание), относится к виду НК качества изделий проникающими веществами (ГОСТ 18353 - 79). Течеискание - это вид испытаний, основанный на регистрации веществ, проникающих через течи (ГОСТ 26790 - 85).

Герметичность - это свойство конструкций препятствовать проникновению через них веществ (газовых, жидких или парогазовых).

Течь - канал или пористый участок в конструкции, нарушающий ее герметичность. При контроле на герметичность о наличии течей судят по количеству газа или жидкости, протекающих через них в единицу времени.

Абсолютную герметичность обеспечить и проконтролировать невозможно. Исходя из этого, контролируемые конструкции считаются герметичными, если переток газа и жидкости через стенки и соединения не приводит к нарушению нормального функционирования объекта контроля в течение его срока эксплуатации или к ухудшению его характеристик за время хранения.

Степень герметичности - количественная характеристика герметичности, которая характеризуется суммарным расходом вещества через течи. Количество газа Q определяется как произведение давления газа Р на занимаемый объем V :

(13.1) .

Поток газа - это его количество, протекающее через канал-течь. Это одно из основных понятий, используемых в течеискании. Изменение количества газа при постоянстве занимаемого объема

Если это изменение происходит во времени t , то

где J - поток газа, необходимый для изменения давления на dP в сосуде объемом V . При постоянном изменений давления во времени поток газа (м 3 ×Па/с=Вт)

где ΔР - изменение давления за интервал времени Δt .

Физический смысл того, что поток измеряется в единицах мощности, состоит в том, что произведение давления на объем - энергия, запасенная в газе, а изменение энергии во времени - мощность. Однако на практике чаще используется размерность потока газа в м 3 ×Па/с.

Натекание - проникновение вещества извне внутрь герметизированного объекта под действием перепада общего или парциаль­ного давлений.

Утечка - истечение вещества из герметизированного объекта. Натекание и утечка оцениваются потоком газа и имеют его размерность.

Для однозначности характеристики течи и возможности сопоставления степени негерметичности изделий, испытываемых и работающих в различных условиях, вводится понятие нормализованной течи . Это поток воздуха, перетекающий через течь из атмосферы в вакуум при комнатной температуре.

В процессе испытания на герметичность используют пробные, балластные и индикаторные вещества. Основные инициирующие функции выполняет пробное вещество, проникновение которого через течь обнаруживается в процессе контроля. В качестве пробных веществ применяются, как правило, газы с малым молекулярным весом, с низким содержанием их в атмосфере, инертные газы, не взаимодействующие с материалом ОК и веществом: внутри них. В таблице 13.1 приведены сведения о некоторых используемых пробных веществах. В ряде случаев роль пробного вещества выполняет рабочее вещество, заполняющее герметизированный объект при эксплуатации или хранении, например фреон в холодильных агрегатах. Рабочее вещество в сочетании с пробным веществом иногда может усиливать эффект индикации. В других случаях технические условия на изделия не допускают контакта рабочего вещества с пробным, тогда процесс испытаний таких изделий на герметичность усложняется.

Таблица 13.1. - Газы, используемые как пробные вещества

Для создания большого перепада давления, повышения чувствительности испытаний при малых концентрациях пробных веществ используется балластное вещество, например воздух при повышенном избыточном давлении. Так поступают тогда, когда возникает задача экономии пробного вещества, например гелия, при многоцикловых испытаниях или при испытании больших объемов.

При испытании оборудования химическим методом часто применяют индикаторное вещество, которое в результате взаимодействия с пробным веществом способствует формированию сигнала о наличии течи.

Норма герметичности характеризуется суммарным расходом вещества через течи герметизированного изделия, при котором сохраняется его работоспособное состояние. Как правило, наибольший суммарный расход вещества определяется расчетом и устанавливается нормативно-технической документацией. Обычно норма герметичности устанавливается (рассчитывается) конструктором.

Технологический критерий герметичности это требования потребителя в виде условия, при котором возможна эксплуатация изделия или технологического оборудования.

Методы испытания на герметичность. Методы контроля герметичности разделяются на три группы в зависимости от вида применяемых пробных веществ:

а) газовые, в качестве пробного вещества используется газ (гелий, аргон, воздух и др.);

б) газо-гидравлические, в качестве пробного вещества используется газ (воздух), а жидкость играет роль вспомогательной среды при определении факта и места утечки газа;

в) гидравлические, в качестве пробного вещества используется жидкость (вода, масло).

ПНАЭГ-7-019-89. Контроль герметичности. Газовые и жидкостные методы. Гидравлический способ контроля состоит в том, что в контролируемом изделии создается давление воды. Место расположения дефекта устанавливается визуально по появлению струй, капель и потоков воды. Давление испытания и длительность нахождения изделия под давлением устанавливаются проектной конструкторской документацией и указываются в чертежах.

Люминесцентно-гидравлический способ состоит в том, что в контролируемом изделии создается избыточное давление водного раствора люминофора определенной концентрации в течение заданного времени. Место расположения дефекта устанавливается после увлажнения контролируемой поверхности по свечению люминофора в лучах ультрафиолетового света. После герметизации контролируемое изделие опрессовывается люминесцентным водным раствором динатриевой и аммониевой солей флуоресцеина с концентрацией 0,09-0,1% (1-0,9 г/л) до давлений, требуемых чертежом или соответствующей технической документацией. Давление при проведении контроля не должно превышать значения, регламентируемого ПНАЭГ-7-008-89.

При проведении контроля гидравлическим способом с люминесцентным индикаторным покрытием на наружную поверхность контролируемого изделия наносят индикаторное покрытие, изделие опрессовывают водой, выдерживают при испытательном давлении в течение заданного времени и осматривают контролируемую поверхность в лучах ультрафиолетового света. При наличии течи вода проникает на наружную поверхность изделия и в месте дефекта на индикаторном покрытии возникает свечение.

Способ контроля наливом воды без напора. Налив воды в изделие осуществляется на высоту, указанную в проектной (конструкторской) документации. Места расположения дефектов устанавливаются визуально по появлению струй, потеков и капель воды на контролируемой поверхности. Продолжительность нахождения воды в контролируемом изделии указывается в проектной (конструкторской) документации с учетом времени, необходимого для осмотра всей контролируемой поверхности.

Способ контроля люминесцентными проникающими жидкостями заключается в том, что на поверхность изделия наносится проникающая жидкость на основе керосина, а на противоположную поверхность - адсорбирующее покрытие. После выдержки в течение заданного времени при периодическом (через 15 - 20 мин) нанесении добавочного количества проникающей жидкости проводится осмотр поверхности в лучах ультрафиолетового света. В местах течей проникающая через стенку изделия люминесцентная жидкость дает свечение в лучах ультрафиолетового света. Время выдержки контролируемой поверхности в контакте с керосином определяют в зависимости от толщины свариваемого металла или расчетной высоты углового шва и положения шва в пространстве.

Нижнее положение:

До 6 мм - 40 мин

6 - 24 мм - 60 мин

Свыше 24 мм - 90 мин

Вертикальное, горизонтальное и потолочное положения:

Толщина металла или катет шва:

До 6 мм - 60 мин

6 - 24 мм - 90 мин

Свыше 24 мм - 120 мин

Выбор метода контроля течеисканием зависит от класса герметичности изделия, устанавливаемого конструктором и чувствительности метода. В атомной энергетике в зависимости от условий эксплуатации и возможностей ремонта все оборудование делят на 5 классов герметичности (табл. 13.1). Каждому из классов герметичности соответствуют определенные методы испытания в зависимости от их чувствительности. К I классу, например, относят парогенераторы, трубопроводы 1-го контура и другие ответственные изделия, надежность которых должна быть очень высока в силу специфических особенностей их эксплуатации.

Таблица 13.1. - Классы герметичности изделий в атомной энергетике.

Гелий является инертным и нейтральный газом, что обеспечивает безопасность и долговечность работы. Молекула состоит из одного атома, её диаметр 0,215 нанометра, плотность гелия, при нормальных условиях, в 7,2 раза меньше, чем плотности воздуха, а притяжение его молекул в 16 800 раз меньше, чем у воздуха. Это делает гелий высокотекучим и позволяет ему проникать сквозь микроскопические отверстия. Гелий имеет относительно низкую цену. Его избыточное наличие легко определяется масс-спектрометрической ячейкой благодаря отсутствию интерференции с другими газами и парами. Содержание гелия в атмосфере очень мало (5 ррм, т.е. 0,0005%), что позволяет обеспечить высокую точность измерения, даже при работе по методу щупа.

Основные методы контроля герметичности: