徐兆雷 杨景龙 姜从从 高强
青岛德固特节能装备股份有限公司，山东 青岛 266300
摘要：随着科技的迅猛发展，国内制造业水平越来越高，炭黑行业对线上节能环保设备的质量要求也越来越高。为了保证空气预热器的工艺性能，公司多数空气预热器会在制造完成后进行氦质谱检漏以检测焊接接头的制造质量。氦检漏是一种非常灵敏的泄露性试验，利用辅助真空泵或检漏仪对被检产品内部抽真空，然后在被检产品外表面喷吹氦气，当被检产品表面有漏孔时，氦气就会通过漏孔进入被检产品内部，再进入氦质谱检漏仪，检漏仪会报警并显示当前漏率值。氦检漏具有检测灵敏度高，定位准确，自动化程度高，便于操作，所用气体对人体和自然环境无危害，危险系数较小等优点被广泛应用于各个领域。
关键词：氦检漏；真空法；喷吹法；泄露性试验
1 概述
当前国内外常用的泄露性试验方法分为气密试验、氦检漏、氨检漏及卤素检漏试验等几种方法，而氦检漏在这几种方法中由于其特有的所用气体分子量小、危害性小和检测灵敏度高等优点被广泛采用。目前在ASME BPVC.V-2019 《无损检测》，强制性附录V，给出了示踪探头法氦质谱检漏的国际标准规范，国标HG/T 20584-2011 《钢制化工容器制造技术要求》，NB/T 47013.8-2012《承压设备无损检测》，GB/T 15823-2009《无损检测 氦泄露检测方法》也给出了示踪探头检测法的规范要求。但是无论是ASME BPVC.V还是HG/T 20584、NB/T 47013、GB/T 15823，在描述失踪探头法时都是采用了示踪探头作为主要检测仪器，具有一定的局限性。本文结合ASME BPVC.V-2019、HG/T 20584-2011、NB/T 47013、GB/T 15823，基于公司现有设备皖仪科技生产的SFJ-231/211系列氦质谱检漏仪，以公司已完成的大量实氦检漏试验为依据，对喷吹法氦检漏方法进行分析研究，此种方法将空气预热器和检漏仪的检漏口连接起来，用仪器的真空系统或者添加辅助抽真空装备对其抽真空并达到真空衔接与质谱管沟通，然后用喷枪向待检设备焊缝表面喷吹氦气，当有漏孔存在时，氦气就通过漏孔进入质谱管被检测，同时在报警并将实际漏率在设备屏幕显示，可达到检漏的目的。图1是喷吹法原理示意图：
图1 喷吹法氦检漏原理示意图 图2 氦质谱学原理
2 工艺保证
2.1待检空气预热器
首先要保证需要进行氦检漏的空气预热器，所有的制造工序已经完成并且经外观检验、焊接接头无损检测及其他设计要求的检验项目全部合格、耐压试验完成后方可进行泄露性试验，试验过程必须有有专职检验人员在场，空气预热器应用辊轮架等垫稳，使每道焊接接头都得以露出便于检查。设备上所有的接管法兰，均使用公称压力相应的盲板和丝堵等辅助夹具封闭，盲板按规定的数量、规格选用与之相配的螺栓螺母。与空气预热器焊接的临时元件，必须采取固定、加强等措施保证其强度和安全性。
2.2 预泄露试验
经过长期的经验积累，在采用灵敏度极高的氦泄露检查之前，对待检的空气预热器进行一次气密性试验是非常有必要的，这样可以检出一些较大的泄露，尤其是管口法兰等连接处，作者建议不要使用石棉材料的垫片，因为石棉垫片存在微小的空隙、致密性差、透气率高，容易出现泄露，从而影响氦质谱检漏仪对空气预热器本体出现泄露的判断。建议采用橡胶垫或者缠绕垫等致密性好的材料作为密封垫片使用。
2.3 真空计（表）和泄露标准漏孔
当对空气预热器进行抽真空时，需要用真空计（表）和本体相连，真空计（表）的量程应能测量被抽真空系统进行检测时的绝对压力，真空计（表）的位置选择应尽可能远离泵系统的进气口。泄露标准漏孔可以是渗透型或通道型标准漏孔，我公司使用的氦质谱检漏仪选用的是渗透型，灵敏度至少为1x10-10 Pa·m3/s。真空计（表）和泄露标准漏孔应至少每年一次送法定机构进行检定校准，并取得校准证书。未经校准的真空计（表）和泄露标准漏孔不得用于抽真空法氦泄露检测。
2.4 试验场地及人员资质
氦检漏试验应在专门的场地进行，否则应当将设备周围用警戒线隔离，保证无关人员不得进入场地。场地应有良好的通风环境，远离强磁场，不得有剧烈的振动。试验人员应当对安全防护措施及试验的准备工作进行全面检查。进行氦检漏试验的人员和检验人员需要经过专业的培训并经考试合格后方可进行检漏相关工作。
2.5 氦质谱原理
氦质谱检漏仪是根据质谱学原理，用氦气作探索气体制成的气密性检测仪器，其质谱原理如图2所示。
灯丝发射出来的电子在电离室内来回的振荡，与电离室内气体和经被检件漏孔进入电离室的氦气相互碰撞使其电离成正离子，这些离子在加速电场作用下进入磁场，由于洛伦兹力作用产生偏移，形成圆弧形轨道，轨道半径
式中R------离子偏转轨道半径（cm）
B------磁场强度（T）
------离子的质（量）/（电）荷比（比整数）
-------离子加速电压（V）
由上式可知，当R、B为定值时，改变加速电压可使不同质量的离子通过磁场和接收缝到达接收极而被检测。
3 工艺实施
3.1 设备连接和系统预热
在开始检测之前，应将检漏设备、真空泵和空气预热器相连，打开氦质谱检漏仪，至少通电预热5min。
3.2 报警值设定
应提前设置设备泄露报警值，按照ASME V卷及HG/T20584等相关标准，报警值设置为1x10-6Pa·m3/s。
3.3 抽真空
对于体积较大的设备应辅助以真空泵组，将设备抽至1000Pa以下，直至系统的气路、画面进行切换，此时可进行检测检漏。
3.4 检测检漏
用喷枪将氦气吹至待检焊接接头表面，缓慢移动喷枪，时刻注意检漏仪的漏率变化，注意倾听报警声，一旦听见报警声或者漏率急剧变化，应立即停止检测，找到最高漏率的喷枪所在位置，该位置为漏点。应按照返修工艺进行焊接返修，返修合格后再继续进行检漏试验。
3.5 报告出具
检测结束后，及时编制氦质谱检漏报告。
图3 正在进行氦检漏的空气预热器 图4 漏率及真空度
4 结束语
宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来。只有经受最为苛刻的检验检测才能获得最优质的焊接接头及产品质量。经过大量的空气预热器氦检漏试验，事实证明，内部抽真空，外部喷氦的氦检漏方法完全可以发现焊接接头存在的微小泄露，而这些微小泄露通过气密试验是无法被发现的。
参考文献：
[1]肖国华.氦质谱检漏法特点及其原理分析[J].家用电器科技,2001(07):63-64.
[2]梁凯基,张远青,蔡东锋,等.复杂结构的大容器氦质谱检漏技术[J].真空与低温,2000(02):108-110.