Контроль герметичности щуповым методом: технологическая карта и критерии приемки
Область применения и цель работ
Настоящая технологическая карта регламентирует порядок, условия и критерии проведения контроля герметичности объекта при создании избыточного давления контрольной газовой среды во внутреннем объёме и регистрации гелия на наружной поверхности методом щупа (sniffer-тест). Целью работ является обнаружение и точная локализация потенциальных мест утечек, подтверждение соответствия установленным допускам по гелиевому эквивалентному натеканию и оформление результатов в виде заключения аттестованной лаборатории с указанием применённых средств измерений и эталонов. Методика позволяет выявлять фактическое местоположение дефекта без разборки изделия в процессе штатного опрессования гелием или гелиево-воздушной смесью.
Нормативные ссылки
Контроль выполняется в соответствии с действующей нормативной документацией по методам контроля герметичности и метрологическому обеспечению, включая общие положения ГОСТ Р 50.05.01, правила поверки средств измерений по ГОСТ 8.586, а также применяемые международные термины и определения ISO/DIN/ASTM, относящиеся к течеисканию. Конкретные предельные значения натеканий, ссылки на отраслевые стандарты и требования по безопасности технологического процесса для используемых газов задаются эксплуатационной и конструкторской документацией на объект контроля.
Объект контроля и подготовка
Испытания проводят на объекте контроля в сборе со штатной трубопроводной обвязкой либо с установленными технологическими заглушками, обеспечивающими герметичное разделение трактов. На корпусе объекта должен быть предусмотрен заправочный порт для подключения редуцированной линии гелия. Присоединительные поверхности должны быть очищены и обезжирены; дефекты, препятствующие герметизации, не допускаются. Внутренний объём подготавливается таким образом, чтобы обеспечить равномерное распределение контрольного газа; открытые сбросы и предохранительные устройства на время проведения испытаний переводятся в режим, исключающий несанкционированный выброс гелия.
Средства и материалы
В процессе испытаний применяются два типа течеискателей: высокочувствительный масс-спектрометрический гелиевый течеискатель с действующей государственной поверкой для подтверждающих измерений и термокондуктометрический гелиевый течеискатель средней чувствительности для предварительного поиска крупных и средних утечек. Используется эталонная гелиевая течь с прослеживаемостью к государственным эталонам в требуемом диапазоне измерений. В состав газовой обвязки входят баллон с гелием либо гелиево-воздушной смесью с известной объёмной долей гелия, двухступенчатый редуктор с предохранительным клапаном сброса, манометр класса точности не хуже 1,5, запорная арматура, гибкие металлорукава/вакуумные шланги и переходные адаптеры. Щуп-уловитель или капиллярный зонд длиной до 10 м должен быть совместим с обоими течеискателями. При необходимости предварительного удаления воздуха допускается форвакуумная откачка до остаточного давления порядка 5–20 кПа абс, при условии, что это конструктивно допустимо и безопасно для изделия.
Подготовка средств измерений
Проводятся внешний осмотр, проверка цепей электропитания и заземления, а также прогрев приборов согласно руководствам по эксплуатации. Масс-спектрометрический течеискатель калибруется по эталонной течи вблизи требуемых пороговых значений; фиксируются показания «до» и «после» для подтверждения стабильности чувствительности. Термокондуктометрический течеискатель настраивается по контрольной течи в диапазоне 10−4–10−6 Па·м3/с. Формируется нулевой уровень и фон; при работе с гелиево-воздушной смесью вводится коэффициент пересчёта по объёмной доле гелия.
Создание испытательного давления
Линия подачи гелия подключается к заправочному порту через герметичное разъёмное соединение с контролем отсутствия подсоса в запорной и регулирующей арматуре. При необходимости внутренний объём кратковременно вакуумируется до 5–20 кПа абс для ускоренного вытеснения воздуха. Далее тракт заполняется чистым гелием или гелиево-воздушной смесью до испытательного давления, установленного конструкторской документацией на объект контроля. Давление выдерживается и стабилизируется в течение 10–15 минут; контролируется отсутствие непредусмотренного падения давления.
Методика контроля способом щупа
Контроль проводится при избыточном внутреннем давлении гелия. Специальный щуп, соединённый с течеискателем гибким шлангом, плавно перемещается по наружной поверхности объекта со скоростью порядка 10–15 см/мин при постоянном контакте с контролируемой поверхностью, исключая засорение и закупорку входного отверстия. Обследование выполняется, как правило, снизу вверх, что снижает влияние конвективных потоков и рассеяния гелия. Конфигурация насадки щупа подбирается по профилю поверхности для повышения точности локализации дефектов. Если предварительная откачка объекта невозможна, допускается продувка полости гелием до выхода газа на сбросах с последующим контролем наружных поверхностей.
Двухэтапная программа испытаний
Первый этап — сплошной обзорный контроль термокондуктометрическим течеискателем по сварным швам, фланцевым и резьбовым соединениям, гермовводам, уплотнениям и зонам повышенных технологических напряжений. При локальном превышении ориентировочного порога 1×10−4 Па·м3/с координаты участков фиксируются; при необходимости выполняется локальная дегазация инертным газом и повторная проверка для исключения влияния застойных зон. Второй этап — детальная инспекция масс-спектрометрическим течеискателем тех же участков и потенциально нагруженных швов с количественной оценкой малых утечек. Щуп удерживается в непрерывном контакте с поверхностью; отрыв более 3–5 мм не допускается из-за резкого снижения чувствительности. При сложной геометрии используют капиллярный зонд с распределённым сопротивлением для повышения пространственного разрешения и стабильности нулевой линии.
Программа испытаний
Последовательность работ включает: внешний осмотр и подготовку объекта контроля, подключение линии подачи гелия и стабилизацию испытательного давления, обзорный контроль термокондуктометрическим течеискателем с фиксацией подозрительных зон, подтверждающий контроль масс-спектрометрическим течеискателем с количественной оценкой утечек, локальную герметизацию выявленных дефектов при технической возможности и повторную проверку ранее дефектных участков. По требованию заказчика допускается проведение циклов изменения испытательного давления в установленном диапазоне для проверки воспроизводимости результатов и исключения ложноположительных сигналов, связанных с дегазацией материалов.
Критерии приемки и оценка результатов
Предельные значения натеканий задаются технической документацией на изделие. При отсутствии специальных указаний рекомендуется ориентироваться на следующие уровни: при предварительном скрининге изделие считается непригодным при локальном значении натекания не ниже 1×10−4 Па·м3/с; при подтверждающем контроле порог браковки по локальному натеканию принимается 1×10−6 Па·м3/с в гелиевом эквиваленте. При использовании гелиево-воздушной смеси измеренное значение приводится к эквиваленту чистого гелия делением на объёмную долю гелия. Для сопоставимости с международной практикой допускается параллельная регистрация результатов в единицах mbar·l/s, принимая соотношение 1 Па·м3/с = 10 mbar·l/s. Расширенная относительная неопределённость результатов щупового контроля не должна превышать 30 % при подтверждённой стабильности чувствительности по эталонной течи.
Документирование и прослеживаемость
По окончании испытаний оформляются протокол измерений и заключение лаборатории. В документации указываются: модели и серийные номера течеискателей, сведения о действующей поверке масс-спектрометрического течеискателя, тип, номинал и номер эталонной течи, результаты проверки чувствительности «до» и «после», состав контрольной газовой среды и испытательное давление, температура окружающей среды, схема и описание зон контроля, максимальные зарегистрированные натекания и их координаты. При выявлении дефектов прикладываются фотоматериалы, эскизы с привязками и рекомендации по устранению, а также результаты повторного контроля после устранения течей.
Завершение испытаний и восстановление состояния
По окончании контроля давление в тракте понижается через штатный предохранительный или сбросной канал до атмосферного уровня, после чего выполняется кратковременная продувка воздухом или азотом для снижения остаточного гелиевого фона. Временные соединения демонтируются, заглушки и уплотнения возвращаются в исходное состояние, заправочный порт закрывается. Рабочая зона приводится в порядок, концентрация гелия в помещении доводится до исходного фонового уровня.
Требования промышленной и газовой безопасности
Работы выполняются обученным персоналом при исправной системе заземления и питающей сети с использованием средств индивидуальной защиты глаз и рук. Помещение должно быть оснащено эффективной приточно-вытяжной вентиляцией для предотвращения накопления гелия и контроля содержания кислорода; при работах в замкнутых или ограниченных пространствах применяется газоанализатор. Операции с баллонами и линиями высокого давления выполняются с использованием предохранительных устройств и по утверждённым регламентам, исключающим превышение допустимого давления для объекта контроля. Запрещается применение аэрозольных материалов, летучих растворителей и открытого пламени в зоне отбора пробы; не допускается направленное обдувание щупа внешними газовыми потоками, способное исказить показания.
В России сервисное сопровождение гелиевых течеискателей, щупового оборудования и проведение работ по контролю герметичности методом sniffer-теста может выполняться специализированным сервисным центром CBVAC, действующим на базе лаборатории «Ликлаб». Центр обеспечивает поверку, обслуживание и методическую поддержку при внедрении гелиевого контроля на промышленных объектах.