СПОСОБ КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ
METHOD FOR CONTROL OF TIGHTNESS

Изобретение относится к технологии и технике высокочувствительного контроля герметичности изделий. Известны способы контроля герметичности изделий при нагружении давлением жидкостей (ГОСТ 24054-80. Изделия машиностроения и приборостроения. Методы испытания на герметичность. Общие требования). В ряде случаев такие методы применяются после предварительных испытаний изделий контрольными газами. Это необходимо для проверки особо ответственных изделий в том случае, когда газовые методы не в состоянии обеспечить необходимую надежность контроля, например когда не представляется возможным гарантированное освобождение сквозных микронеплотностей от закупоривающих технологических загрязнений перед испытаниями на герметичность, а также, если физико-химическое воздействие рабочей жидкости в процессе эксплуатации изделия, способно эффективно повлиять в худшую сторону на уровень герметичности изделий, установленный по результатам контроля газовыми методами (изделия, заполненные высокоагрессивными жидкостями или контактирующими с ними в процессе эксплуатации). Проверка герметичности давлением жидкостей вполне обоснована также, когда она совмещается испытанием изделия на прочность, операциями очистки полостей изделий растворителями и т.п.
Однако при использовании жидкостей необходимо принимать во внимание следующее:
- проникновение жидкой среды в микроканалы сквозных неплотностей достаточно малых размеров связано с необходимостью преодоления т.н. капиллярного сопротивления, обусловленного поверхностными силами, проявляющегося в наибольшей степени при несмачивании жидкости поверхности микроканала в какой-либо зоне по его длине; при достаточно малых размерах сечения микроканала для преодоления капиллярного сопротивления требуются весьма значительные перепады давления жидкости;
- повышенная в сравнении с газами вязкость жидкости оказывает большее сопротивление ее течению в микропорах;
- на особо узких участках микроканала большое сопротивление течению жидкости оказывают структурные аномалии жидкости, вызываемые полем твердого тела (граничные эффекты).
Целью предлагаемого изобретения является разработка способа для контроля герметичности, обеспечивающего повышение чувствительности, качества и надежности контроля герметичности изделий давлением жидкой среды.
Поставленная цель достигается тем, что в способе контроля герметичности, заключающемся в размещении изделия в герметичной испытательной камере, заполнении контролируемых элементов изделия жидкостью, выдержки, обнаружении утечки жидкости и измерении ее величины регистрацией содержания паров контрольной жидкости в объеме испытательной камеры, согласно изобретению после заполнения контролируемых элементов жидкостью повышают ее температуру и давление до значений, приводящих жидкость в сверхкритическое состояние.
Отличительным признаком предложенного способа от аналогичных является то, что в процессе выдержки изделия под давлением жидкость находится в сверхкритическом состоянии, благодаря чему улучшаются условия проникновения и транспирации жидкости в микроканалы сквозных неплотностей.
2
Известно, что жидкость в т.н. сверхкритическом состоянии приобретает свойства, близкие к свойствам газа, в результате уменьшается ее вязкость, принимая значения, близкие к вязкости пара, радикально уменьшается коэффициент поверхностного натяжения, возрастает скорость диффузионного растворения загрязняющих и закупоривающих веществ, благодаря чему резко возрастает способность жидкости проникать в микроканалы неплотностей и повышается скорость ее транспирации под давлением. Аномальные качества жидкостей в сверхкритическом состоянии используются в настоящее время в процессах очистки, обезжиривания изделий (М.Левицкий. Сверхкритические жидкости в химии. Энциклопедия «КРУГОСВЕТ», 2006, www.krugosvet.ru.; Г.Шаров. «Мягкая химия CO. Наука и жизнь» по материалам немецкого еженедельника "Die Zeit"; Д.А.Леменовский, В.Н.Баграташвили. Сверхкритические среды. Новые химические реакции и технологии. Соровский образовательный журнал, №10, 1999 г., МГУ им. М.В.Ломоносова; М.Поляков, В.Н.Баграташвили. Сверхкритические среды. Растворители для экологически чистой химии Журн. Рос. хим. о-ва им. Д.И.Менделеева. 1999, т.43, №2.; "Альтернативы для CFC и метилхлороформа в очистке металлов." Технический комитет Международного кооператива по охране озонового слоя. Агентство по охране окружающей среды США. 1991 г.). Растворяюще-очищающие качества жидкостей в сверхкритическом состоянии значительно увеличиваются, благодаря чему они с успехом используются в процессах финишной высококачественной очистки, обезжиривания изделий.
кр
кр
В предлагаемом способе контроля герметичности предусматривается размещение изделия в герметичной испытательной камере, заполнение полости изделия контрольной жидкостью, повышение температуры изделия и заполняющей контрольной жидкости до значения T=(0,9…1,2)T, повышение давления контрольной жидкости до значения P=(1…3)P и выдержка изделия под давлением контрольной жидкости в сверхкритическом состоянии, обнаружение и измерение негерметичности регистрацией содержания паров контрольной жидкости в объеме испытательной камеры.
T - температура жидкости;
Tкр - значение критической температуры для применяемой жидкости;
P - давление жидкости;
Pкр - значение критического давления для применяемой жидкости.
Такой способ контроля герметичности обеспечивает повышенную чувствительность и надежность благодаря радикальному изменению физических свойств контрольной жидкости в сверхкритическом состоянии. Увеличиваются способность жидкости проникать в микрокапилляры самых малых размеров, скорость ее течения в сквозных микронеплотностях, исключается или радикально снижается влияние граничных эффектов. Закупоривающие микронеплотности технологические загрязнения легко удаляются растворением, что позволяет повысить чувствительность и надежность контроля герметичности.
Изобретение иллюстрируется чертежом, где приведена схема устройства для контроля герметичности изделий давлением жидкости, приведенной в сверхкритическое состояние.
Устройство включает герметичную испытательную камеру, состоящую из корпуса 1 и крышки 2 с наружной теплоизоляцией 3, разделяемых и герметично соединяемых по фланцевому разъему. Во время испытания в камере размещается контролируемое изделие 4, внутреннюю полость которого подключают к трубопроводу подачи контрольной жидкости. Нагревательные элементы 5 смонтированы на корпусе 1 испытательной камеры. Во время испытания полость изделия 4 соединяется герметичными трубопроводами через клапаны K1, K2 и K3 с вакуумным насосом 6, емкостью с контрольной жидкостью 7 и с жидкостным плечом диафрагменного разделителя 8. Через клапан K4 из объема испытательной камеры производится отбор газа для анализа содержания паров проникающей жидкости. Вакуумный насос 6 через клапан K5 соединяется откачной магистралью с емкостью 7 в верхней ее части. Выхлопной патрубок насоса через трехходовой клапан 9 соединяется с атмосферной средой или с охлаждаемым конденсатором паров 10. Газовое плечо диафрагменного разделителя через клапан K6 соединено магистралью подачи давления с пультом подачи давления опрессовочного газа 11. Для контроля давления газа, жидкости и пара установлены манометр М, мановакуумметр MB и вакуумметр В. Для контроля уровня жидкости в емкости 7 установлен уровнемер 12. Имеются датчик и прибор измерения температуры изделия 13 при его нагреве и выдержке.
Работа с использованием устройства осуществляется в следующей последовательности.
2
При подготовке установки к работе емкость 7 заполняется контрольной жидкостью до верхнего уровня. После включения насоса 6 и открытия клапана К5 из объема над уровнем жидкости в емкости 7 удаляется воздух и при откачке производится дегазация заполняющей жидкости. При этом клапан 9 переключается на выхлоп через охлаждаемый конденсатор 10, снабженный предохранительным клапаном K7 на избыточное давление 0,2…0,5 кгс/см. После завершения операции дегазации клапан K5 закрывается и насос 6 выключается.
При открытой крышке 2 испытательной камеры в корпусе камеры 1 устанавливается контролируемое изделие 4. Полость изделия герметично подключается к магистрали, соединяющей ее с вакуумным насосом 6 и емкостью с контрольной жидкостью 7. После включения насоса 6 и открытия клапана K1 из полости изделия удаляется атмосферный воздух. Контроль по показаниям мановакуумметра MB. При этом клапан 9 переключается на выхлоп в окружающую атмосферу. После завершения операции клапан K1 закрывается и насос 6 выключается. Открытием клапана K2 из емкости 7 подается контрольная жидкость и происходит заполнение ею полости изделия 4. Клапан K2 закрывается, и включаются нагревательные устройства 5 испытательной камеры.
кр
кр
После достижения температуры изделия с полостями, заполненными контрольной жидкостью, T=(0,9…1,2)T (контроль датчиком температуры 13), открываются клапаны K3 и K6 и с пульта 11 в диафрагменный разделитель 8 подается давление опрессовочного газа до достижения давления жидкости (по показаниям мановакуумметра MB) значения P=(1…3)P. Производится выдержка для накопления паров проникающей жидкости в объеме испытательной камеры 4, в течение которой давление и температура жидкости поддерживаются на достигнутом уровне. По окончании выдержки выключаются нагревательные устройства 5, открытием клапана K4 производится отбор из объема испытательной камеры дозы заполняющего газа для регистрации и измерения содержания накопленных паров контрольной жидкости.
По окончании испытания давление опрессовочного газа снижается до атмосферного значения, жидкость, заполняющая полость изделия 4 под давлением паровой фазы (температура и давление ее в изделии много выше, чем в емкости 7), возвращается в емкость 7. Клапаны K2 и K3 закрываются. Включается насос 6, клапан 9 открывается на выхлоп в конденсатор 10. После открытия клапана K1 пары жидкости, заполняющие полость изделия, откачиваются и ожижаются в конденсаторе 10. Насос 6 выключается, и закрывается клапан К1. Крышка 2 испытательной камеры открывается, изделие отключается от магистрали и заменяется новым.
В таблице приведена информация по потенциально перспективным для применения при контроле герметичности жидкостям и сжиженным газам и критическим показателям этих жидкостей.
Жидкость, сжиженный газ
Температура T<sub>кр</sub>, °C
Давление P<sub>кр</sub>, кгс/см<sup>2</sup>
Двуокись углерода (CO<sub>2</sub>)
31,1
72,8
Этан C<sub>2</sub>H<sub>8</sub>
32,3
48,2
Окись азота (NO)
36,0
71,5
Гексафторид серы (SF<sub>6</sub>)
45
37,1
Пропан (C<sub>3</sub>H<sub>8</sub>)
96,7
41,9
Аммиак (NH<sub>3</sub>)
132,0
113,3
Хладон 113 (C<sub>2</sub>F<sub>3</sub>Cl<sub>3</sub>)
214,3
34,06
Хладон 141b (C<sub>2</sub>FCl<sub>2</sub>H<sub>3</sub>)
201,5
42,5
Хладон 122 (C<sub>2</sub>F<sub>2</sub>Cl<sub>3</sub>H)
250,85
37,4
Хладон 225 (C<sub>2</sub>F<sub>5</sub>Cl<sub>2</sub>H)
208,0
30,2
Этанол (C<sub>2</sub>H<sub>5</sub>OH)
243,0
63,0
Для каждой из этих жидкостей могут быть подобраны методы и аппаратура регистрации и измерения парциальных содержаний паров проникающих жидкостей и отработаны соответствующие методы измерения потоков, характеризующих степень негерметичности контролируемых изделий.
Практическое использование предлагаемого способа обеспечит наибольший эффект при контроле систем, эксплуатирующихся в режиме высоких температур и давлений заполняющих жидкостей.