密封法蘭氦質譜檢漏技術

2009-08-21 胡茂中西北核技術研究所

　　密封法蘭是在特殊加工的一對法蘭之間安放密封墊圈,通過壓緊法蘭將密封圈擠壓變形,實現密封。如果法蘭密封面或密封圈存在缺陷,或是壓緊時未均勻加力,就會造成法蘭密封性達不到要求,必須通過檢漏控制其密封質量。

1、真空檢漏常用方法與存在問題

　　法蘭檢漏是檢測法蘭密封面與密封圈的配合是否存在通道型的漏孔或滲漏。氦質譜檢漏是常用的高靈敏度檢漏手段,可查找漏孔位置及判斷單個漏孔的漏率,其常規方法有吸氦法和噴氦法。吸氦法是向法蘭聯結所形成的密閉空間內充氦,用與檢漏儀連接的吸槍在法蘭外抽吸;噴氦法是用檢漏儀對法蘭聯結而成的密閉空間抽真空,用噴槍在法蘭外側向密封結構噴氦。若法蘭密封結構有漏,氦氣將通過與檢漏儀相連的吸槍或法蘭密封的空間進入檢漏系統,進而被檢測到。將泄漏信號與標準漏孔的校準信號進行比對就可求出被檢部位的漏率。對于吸氦法和噴氦法,普通的吸槍或噴槍只能沿法蘭邊沿移動(圖1) 。

圖1 　吸(噴) 氦法法蘭檢漏示意圖

　　如果密封圈上有漏孔,根據氣體擴散規律,距漏孔越遠氦氣濃度越低,所以吸槍離漏孔越遠,檢漏靈敏度越低(見圖2) 、漏孔位置的判斷誤差越大^[1] 。同理,使用噴吹法檢漏時,距噴槍越遠,氦的濃度越低, 檢漏靈敏度也就越低, 漏檢或誤判的幾率越大^[2] 。

圖2 　吸槍至漏孔的距離與信號Qs 的關系

　　法蘭整體檢漏時,通常是在法蘭外焊接金屬密封罩作為集氣罩(也可作氦氣罩) ,利用檢漏儀對集氣罩抽真空,形成檢漏真空室,再在法蘭內側充氦,實施檢漏。當法蘭較大時,集氣罩的焊接質量極難保證、且焊接耗時較長。

　　為了進一步提高法蘭檢漏的靈敏度與可靠性,筆者改進設計了法蘭檢漏專用吸槍和噴槍,并研究了采用充壓真空法和氦罩法進行的法蘭整體檢漏技術。

2、專用吸槍和噴槍的設計

2.1、專用吸槍的結構設計與實驗

　　專用吸槍包括毛細金屬管、接口和保護筒三部分,見圖3和圖4 。

圖3 　普通吸槍與專用吸槍

圖4 　專用吸槍結構示意圖

　　專用吸槍的管端為內徑< 0. 15 mm ,長150～200 mm 的不銹鋼端管,可伸入法蘭間隙內,以盡可能地接近密封結構。保護筒用于根據法蘭結構尺寸調節毛細金屬管的出露長度,以避免金屬管折彎或堵塞。普通吸槍管端為內徑約< 0. 05 mm ,長約10mm 的毛細玻璃管。無論是不銹鋼管或毛細玻璃管,氣體通過它們時均為粘滯流,流導公式如下^[3] :

式中　Un ———流導,m3 / s ;
　　　d ———通氣管徑,m ;
　　　η———氣體運動粘度,Pa ·s ;
　　　L ———管道長度,m ;
　　　P ———管道內平均氣壓,Pa 。

　　如果鋼管長200 mm ,那么專用吸槍與普通吸槍對同一種氣體的流導比值Un鋼∶Un玻= 4 ∶1 , 即對于同一種氣體專用吸槍的流導是普通吸槍流導的4 倍,差別不大,所以專用吸槍原理上可行。為驗證專用吸槍設計的合理性,進行了專用吸槍與普通吸槍的對比實驗。由表1 實驗數據可知,專用吸槍對空氣中氦濃度的反應靈敏度略高于普通吸槍,這與專用吸槍的流導較大一致。

2.2、噴槍的改造設計與實驗

　　某檢漏儀原配噴槍噴嘴內徑< 1 mm、外徑< 10mm ,無法就近對法蘭密封結構噴氦。經改造設計了內徑< 2 mm、外徑< 3 mm 和長100 mm 的不銹鋼管作為噴槍噴嘴(該噴嘴通過螺紋接口和密封膠固定在噴槍上,見圖5) 。噴氦檢漏時,噴嘴伸入法蘭面的間隙內,在密封圈附近噴氦。其檢漏的準確性較高,在52 mm 長度范圍內可明顯區分兩個漏孔的位置,漏孔1 檢漏信號為20 mV ,漏孔2 檢漏信號為49 mV。而用普通噴槍則無法判斷漏孔的準確位置。