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泄漏检测方法以及气密性检漏技术的比较研究

发布时间: 2018-07-18
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在制冷业部件和系统必须进行气密性测试,以确保制冷剂泄漏低于规定的限度。泄漏的三个基本功能测试是:1.确定是否有泄漏(检测);2.测量泄漏率;3.泄漏位置。

    有许多方法和类型的检测设备可以解决这些问题,但遗憾的是没有一个统一的技术适合每一种情况。每个测试方法只适合特定泄漏率或固定形式和技术。在使用气密性检测大多数情况下,明确的漏率测量不是必需的,但该系统必须能够确定,如果泄漏速率高于或低于一个指定的水平。该参考限值取决于最大可接受泄漏率,以及合理的工作寿命的预期。终端产品特在某些国家和区域,可接受的泄漏率,这取决于制冷剂类型和应用,通常从大空气的制冷剂为15克/年到空调系统或汽车空调的0.5g / Y的家用冰箱。这种接受程度在选择时要考虑的主要参数适当的检漏方法或检测方法相结合。其他有几个因素必须考虑到为好。特别是在系统成本,复杂性,对环境的影响,可靠性的外部条件的影响,操作员依赖和用户有没有技术支持都应该考虑。目前还没有在泄漏检测,气密性检测和检漏等文献中确定方法;附件提供了一些参考。本文提出了一些气密检测技术,并比较了它们的性能。

泄漏检测方法:

    防止泄漏可以被定义为在一个外壁的意外裂缝,洞或孔隙或关节,其中必须包含或排除不同的液体和气体允许逸入或者逸出封闭空间。在封闭系统中的关键泄漏点通常是连接的垫片,密封圈,密封胶,法兰,焊接和钎焊接头,材料缺陷等密封测试通常的质量控制必须确保设备的完整性,并应该优选一个一次性的非破坏性测试,而对环境和操作人员的影响也最小。

    泄漏检测技术可供选择广泛,从非常简单的方法到更复杂的系统。最常用的气密性检测方法是水下气泡试验,泡沫肥皂泡或者检漏液,压力和真空,示踪剂气体(卤素,氦和氢)。前三技术,这三种检测技术生产了三种各种检测仪,每它的优点和缺点是在下面简要讨论。

1、浸水气泡试验方法

    浸水气泡沫测试,也称为“气泡试验”,是一种检漏的传统和相对原始的方法。 它包括浸渍带电荷或加压部分,通常用干燥空气或氮气,放在一个水箱中并人工观测逸出的气泡。更大和更频繁的气泡,漏越大。相对较小的泄漏是有可能出现,但很难检测到。

该方法的主要限制是精度敏感性和最小可检测泄漏率。

考虑半径为R的球形气泡,其气泡内部体积V是:V = 4/3*π*R3

P气泡内的压力和T,以形成第一气泡所需的时间,泄漏率Q将是:Q = (P* V)/t

确定了该方法的灵敏度的两个关键参数是最小气泡由操作和用于气泡发生的等待时间检测的。 这个时间必须与生产速率和操作员注意兼容。这是合理的认为操作者能检测到的最小气泡有1个毫米半径并且该等待时间是30秒。假设压力内部的气泡是在大气压下,它可以从以前予以说方程气泡体积为:V =4.2*10-3立方厘米

因此,最低检测泄漏率:

Q= (P*V)/t = 1000*4.2·10-6/30=1*10-4 mbar·l/s

这是理论值。真正的影响是许多外部因素,诸如照明条件,水的混浊度,防止位置,以及水流运动。所有这些问题,对操作人员有着依赖性,限制了测漏结果。

有些办法可以用来改进这种方法。通过增加内部压力增加的泄漏可能性,发现泄漏并可以少耗时在精确定位泄漏。洗涤剂可以被加入到水中以降低表面张力,从而有助于防止泄漏气体从抱住组件的一侧。使用不同的气体(例如氦)和/或液体可提供一些优点在系统性能,但在成本高。在水箱中加入热水有时有助于增加组件或管道系统内部的压力。如果使用干燥的氮气,这是不利的,因为氮气不会因增加压力显著提高检测精度。如果在系统或组件有制冷剂,这种方式可能有助于增加压力,增加找到泄漏的机会。

总之,这种检漏技术可以确定在10-3毫巴·升/秒的精度。

在大多数情况下,大批量生产中,气泡法是非常经济。然而,缺点是从相对低的灵敏度,对操作人员依赖性和以及可能部分污染的液体废料,以及测试后烘干部件。此外,有些情况导致较高的损失。也有一些隐性成本。事实上,这种方法需要使用大量的空间,并产生一定量的废水。

 

2、肥皂溶液气泡试验

    肥皂溶液气泡试验也可以叫做检漏液法,是指采用肥皂泡涂抹代替浸没在水中,加压产品被测试喷用肥皂溶液和操作者能够看到由气体形成的气泡从哪里泄漏逃逸。皂溶液有许多不同类型的可用。有些人刷涂抹等都有dabber(附连到硬钢丝的内部的吸收性球盖。)有些品牌甚至可能有一个喷涂器在很短的时间里快速覆盖大面积。这是一个优点,但也混乱和耗时清理。

    有些肥皂泡的气密性检漏解决方案,甚至加入防冻液,以防止在冬天的时候结冰。也有加入较低的密度剂,以使其更加敏感到非常微小的泄漏。

    这种方法比水浸入具有更高的灵敏度。它允许的检测泄漏到10-5毫巴·升/秒,适用于非常大的系统。这种肥皂溶液的方法最好是使用在泄漏可能存在是已知的大致区域。在这种情况下,肥皂溶液仅在该特定区域用来测试并查明泄漏。它是最简单和最便宜的方法。然而,如果操作者不知道在哪里泄漏,泄漏点可以是采用人工和时间来寻找。增加气体压力可以提高查明泄漏的概率以及缩短时间。然而,对于操作者的安全,压力必须限制在1700千帕(1.7MPa)。检漏液的泡沫试验有一些缺点限制。被喷涂的区域必须是一个简单和易于喷涂的位置。翅片管或底部很大的换热器,就是非常困难的。此外,该方法是非常不适合高生产率产线。

 

3、压力衰减测试

该方法包括用高压气体加压系统的,通常是干空气或氮气。使用快速连接器将产品和检测仪连接,然后将气体充入被检测的工件,气压稳定后,其内部压力随时间变化。压降ΔP是在时间Δt的基础上测量。如果系统中的压力下降速度快,就表示有一个大的泄漏存在。

如果系统的压力缓慢下降,有一个小漏洞存在。如果压力保持不变,即是无泄漏。泄漏率Q可以很容易地计算考虑组件的体积V. 那是:

Q = (∆p*V) / ∆t

    与泄漏检测灵敏度有关的有测试时间,压力传感器分辨率和检测体积。最先进的系统允许测量压力在测试压力变化可达1Pa(0.000145psi),这取决于被测试产品的体积,气密性检测时间可以短至30秒,并保证了高分辨率。考虑到V =1.5L内部容积与压力衰减在3450KPa(500 psig)的一个ΔP=70帕(0.010 psig)的泄漏,在Δt= 60秒时,

泄漏率是:Q = (∆p*V)/∆t = 0.7*1.5/60=1.7*10-2 mbar*l/s

影响这个测试外部因素,如温度的变化和机械变形。内部压力实际上取决于温度,热波动可能会引起的压力变化,改变了结果。幸运的是,当它是干燥氮气时,小的温度变化引起的压力变化很小。这种测试技术的灵敏度取决于压力测量分辨率,测试时间和压力值。较长的测试时间可以提高测试的灵敏度,但在这种方式中,测试可以也可能非常耗时,因为某些较小泄漏,可能需要一个很长的保压周期,有的甚至数小时。压力越高,你可以更快确定是否存在泄漏。然而,制造商安全问题限制,没有安全的最大允许压力值注意事项。产品和工件可以在低压下进行泄漏测试,少于2MPa(290psig)的无保护,和更高的压7MPa(1000 psig)的,但是需要使用采用安全保护罩。使用适当的压力,这种测试方法还必须符合技术规范,如美国保险商实验室(UL)以及爆破试验和欧洲EN378规则。爆破试验的目的是检验致冷管路的机械强度,发现油管破裂,和钎焊接头具有物质的分离。因为测试压力范围取决于:如果检测工具的一个组成部分是制冷回路,或者如果它是与压缩机的完整制冷回路。测试性能可以利用压力差得到改善。在这种模式下,测试工件与标准对比件和两个一起加压的趋势进行了比较检测。

     压力衰减可以证明工件是合格/不合格的测试。检测到泄漏的存在,但是定位泄漏检测需要使用的其他技术,如肥皂泡或示踪气体检测。

一般,对于压力衰减测试灵敏度的极限是在10-3毫巴·L / 到10-4毫巴·L / s。

     此种气密性检测技术具有很好的优势。如果有任何压力降发生时,它指的是泄漏肯定存在。此外,这种方法可实现了完全自动化检漏,从而避免操作错误。这个过程是一个初步泄漏测试或者是大漏检测,微小泄漏可以用示踪气体,例如氦。此组合测试方法可以检测在99%以上的有缺陷部分,特别是那些不正确地钎焊。如果测试单位有一个大的泄漏(钎焊接头)没有先做压力衰减测试,大漏造成示踪气体的会泄漏出测试工件。由此产生氦污染,在这么多的体积和浓度,将使除去环境气体本底需要几个小时。采用干燥氮气,除了泄漏试验,还可以对电路以及工件内部的进行测试的清洗,降低其湿度。

这种方法的缺点是,它不能找出泄漏点。 

4、真空衰减测试或压力上升测试

    真空衰变试验与压力上升测试工作中的压力是相反的衰减测试方式。此方法包括抽空被测件的的压力,并稳定压力,测量压力的增加后引起的测试媒体输入部件。只有那些能够承受可外接零件的压力以这种方式进行测试(例如薄壁塑料部件不能由于测试倒塌的危险)。

即使在真空衰减测试是不可能得到一个以上的气氛压力差的从内到外,使用某些溶剂(即醇,丙酮或类似)高举压力增量由于溶剂进入泄漏。这种做法,但是有一些缺点,比如可能性溶剂凝固,从而导致暂时泄漏,或弹性体密封垫通过溶剂破坏。相对于该压力衰减试验中,这种技术具有一定的优势。这个方法是较温度的变化不敏感,因为部内的压力低于大气压力。因此,理论上的灵敏度可能会非常高,高达1*10-5毫巴·升/秒。

然而,表面的脱气和液体蒸发影响和限制实灵敏度。例如,少量水,甚至几克,开始蒸发在2000Pa(0.3 psia),有1Pa(7.5微米汞柱)的水蒸汽含量泄漏,随之而来的压力增加相当于一个泄漏,这样容易造成误判。

     在制冷组件中的具有挥发性的油也是如此,显示且误认为是泄漏,检测灵敏度限制为1·10-3毫巴·升/秒,真空衰变的方法可以在全自动过程来实现,可以独立于操作员之外自动运行。它检测到系统总泄漏,泄漏点位置寻找需要其他检漏技术。在真空衰变试验,将要测试的工件抽空使其内部压力是低于大气压力。

 

5、示踪气体泄漏检测

    术语“示踪气体检漏”描述了一组测试方法,其特征是泄漏示踪气体。使用的示踪气体,为成熟技术。最常用的示踪气体是卤素气体(CFC,HCFC和HFC制冷剂),氦气和氮气95%的氢5%的混合物。尽管卤素检漏仪的检测装置简单,但卤素正在被禁止使用,由于蒙特利尔/京都环保规则协议。另一方面,氦气和特别是氢/氮混合物是获得更多的推广。氦由于其物理属已被成功地用作长时间示踪气体性。它既不毒性也不易燃的并且是惰性气体和与其他化合物不反应。氦具有低粘度和相对分子质量,所以它通过裂缝轻松。在相同的环境条件下,它流速比空气快2.7倍。因为其在空气中的浓度低(5ppm),容易检测氦浓度的增量。然而,也有一些缺点。氦气慢慢排入大气中,所以,在大泄漏的情况下,其浓度高会污染区域很长一段时间,甚至几个小时。另外,氦是昂贵,即使它比卤素气体更便宜。氦气检测器是基于质谱仪,这是一种昂贵和精密的设备,需要很多维护和保养,更适合于一个实验室,不适合规模制造业。

一个相对较新的示踪气体是氮气95%,氢气5%的混合物。氢气具有许多特性,使其泄漏极好的示踪气体测试时,即使是在生产环境中。它是最轻的元素,具有较高的分子速度和比任何其他气体较低的粘度,所以很容易进行充气,排气和消散。它穿过一个泄漏孔的速度更快,更容易冲洗和排走,它的分子不易吸附表面。它是环保和可再生能源。更重要的是,它具有最高的气体速率。此外,氢气的正常环境浓度(0.5ppm的)比氦少十倍。氢气示踪气体探测器使用半导体传感器和具有无运动部件,使它们完全免维护。这些装置不会受到其他气体的存在。纯氢气不应该被用来作为示踪气体,但标准工业级在95%氮气,5%氢气的混合是价格低廉的,不易燃的(ISO10156规范),并且容易从工业气体的供应商获得。重要的是要记住在空气中的环境浓度是一个限制因素是很重要。

有两种方法来进行示踪检漏:示踪气体的外部检测(由内而外法),和示踪气体的内部检测(由外而内法)。方法可用检漏嗅探器或在真空室内检测。

 

如何选择测试方法

第一选择是采取产品可接受的泄漏和试验方法的规范。

这些问题是:

·对少泄漏可能会损坏产品?

·多少个位置必须进行测试?

·多少时间?

这些问题的答案通常是建立在一个体积或气体的压力,在一定时间流质量(例如10克(0.35盎司)R134a冷媒)。

有时候,回答这个问题并不简单。例如,要定义总泄漏规格的冷冻装置是简单的,但以测试为单个组件和单焊接点是复杂的。

每个泄漏测试方法都有优点和缺点。对于泄漏包含在范围10-1和10-3毫巴·升/秒的泄漏,所有的气密性测试方法都能够识别泄漏。除了灵敏度,选择适当的测试方法,必须考虑很多参数。其中有重复性,准确性,报告能力,操作员的依赖性,最后,设备的成本和工作量。此外,示踪气体的成本也很重要。

在一些情况下,使用气体回收系统,削减消耗,是要考虑的。

 

结论:

市场需求,如经济要求,环保规范,安全约束和质量产品要求。最终的结果是对检漏测试更严格的质量控制。

最常用的泄漏检测方法,特别对制冷行业作了介绍。每一个方法都有的优点和缺点,正确的选择是考虑各种气密检漏方法之间的区别。对于测试方法的选择,它必须精确地考虑所有泄漏检测的范围和所有其他的因素,不仅工艺要求,也是企业形象,规范发展和市场的新要求。


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