1 范围
本文件描述了航天器检漏试验目的、检漏常用方法及选择原则,检漏的通用要求、方法、试验中断和处理、试验结果评价。
本文件适用于有密封性要求的航天器(以下简称“被检件”)在总装、集成及测试阶段的检漏试验。部件检漏试验参照执行
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 3163 真空技术 术语
GB/T 9445—2024 无损检测 人员资格鉴定与认证
GB/T 12604.7 无损检测 术语 泄漏检测
GB/T 34637 无损检测 气泡泄漏检测方法
GB/T 36176—2018 真空技术 氦质谱真空检漏方法
GB/T 40539 航天器多余物预防和控制要求
TSG 21 固定式压力容器安全技术监察规程
TSG 23 气瓶安全技术规程
3 术语和定义
GB/T 3163和 GB/T 12604.7界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
有效容积 effective volume
被检件内部可容纳气体的实际体积。
3.2
氦质谱常压累积检漏法 accumulation leak detection under ambient pressure with helium mass spectrometer 被检件充入氦气后,将被检件放入大气状态的收集容器并密封,被检件漏出的氦气在收集容器内累积,经氦质谱检漏仪采样检测氦气浓度或氦分压的检漏方法
3.3
质谱分析检漏法 leak testing method by mass spectrometer
被检件充入示漏气体后,使用质谱计或质谱检漏仪采样检测示漏气体浓度或分压的检漏方法
注:本文件指含氦气以外示漏气体的检漏。
4 试验目的
4.1 单点漏率试验
单点漏率试验包括焊缝、螺接点等连接处的检漏,以及阀门等产品内漏率试验等,其目的主要有:
a) 评价和验证被检件在规定的试验压力下,各连接处及易漏处的漏率是否满足规定的指标要求;
b) 被检件总漏率不满足规定的指标要求时,确定影响总漏率的主要泄漏位置和漏率大小。
4.2 总漏率试验
总漏率试验包括系统总漏率试验和局部总漏率试验,其目的主要是评价和验证被检件在规定试验压力下的总漏率是否满足规定的指标要求。
5 常用的检漏方法
5.1 常用方法
航天器检漏试验常用方法如表1所示
| 序号 | 常用方法 | 系统有效最小可检漏率Pa·m3/s | 适用试验 | 特点 | ||
| 1 | 质谱检漏法 | 氦质谱检漏法 | 氦质谱吸枪检漏法 | 1.0×10-8 | 正压系统的焊缝、螺接、阀门等单点漏率试验 | a) 无污染、无损检测,需良好通风;b) 经济性、便利性好 |
| 2 | 氦质谱喷吹检漏法 | 1.0×10-10 | 真空容器、负压系统连接处等的单点漏率试验 | a) 无污染、无损检测,需良好通风;b) 经济性、便利性好 | ||
| 3 | 氦质谱氦罩检漏法 | 1.0×10-10 | 负压系统各环节的单点漏率试验、总漏率试验 | a) 无污染、无损检测;b) 经济性、便利性好 | ||
| 4 | 氦质谱真空室检漏法 | 1.0×10-10 | 正压系统的总漏率试验 | a) 无污染、无损检测;b) 被检件重量、尺寸受真空室承重和尺寸影响 | ||
| 5 | 氦质谱常压累积检漏法 | 1.0×10-8 | 正压系统的总漏率试验 | a) 无污染、无损检测;b) 系统有效最小可检漏率与收集容器容积和累积时间等因素有关;c) 经济性、便利性好 | ||
| 6 | 质谱分析检漏法(含氦气以外示漏气体) | 质谱分析吸枪检漏法 | 1.0×10-8 | 正压系统的焊缝、螺接、阀门等单点漏率试验 | a) 无污染、无损检测,需良好通风;b) 经济性、便利性好 | |
| 7 | 质谱分析真空室检漏法 | 1.0×10-10 | 正压系统的总漏率试验 | a) 无污染、无损检测;b) 被检件重量、尺寸受真空室承重和尺寸影响 | ||
| 8 | 质谱分析常压累积检漏法 | 1.0×10-8 | 正压系统的总漏率试验 | a) 无污染、无损检测;b) 系统有效最小可检漏率与收集容器容积和累积时间等因素有关;c) 经济性、便利性好 | ||
| 序号 | 常用方法 | 系统有效最小可检漏率Pa · m3/s | 适用试验 | 特点 | |
| 9 | 压力变化检漏法 | 降压检漏法 | ≤1.3 ×10-3 | 正压容器、舱体、管路的总漏率试验 | a)无污染、无损检测,应在温度较为稳定的环境;b)系统有效最小可检漏率与收集容器容积和保压时间等因素有关;c)经济性、便利性好 |
| 10 | 升压检漏法 | 1.0 ×10-6 ∼1.0 ×10-5 | 负压管路、真空容器的总漏率试验 | a)无污染、无损检测;b)系统有效最小可检漏率与收集容器容积和保压时间等因素有关 | |
| 11 | 气泡检漏法 | 5.0 ×10-6 | 腔体或正压系统的单点漏率 | a)有液体接触、无损检测;b)经济性、便利性好 | |
5.2 选择原则
试验方法选择遵循以下原则:
a) 不对被检件产生污染和损坏;
b) 考虑被检件是测试单点漏率,还是总漏率;
c) 与被检件要求的最大允许漏率相适应;
d) 考虑被检件的重量、尺寸、结构等约束;
e) 与检漏的环境要求相适应;
f) 考虑检漏的经济性和便利性。
6 通用要求
6.1 人员资格鉴定与认证
人员资格鉴定与认证要求如下:
a) 检漏人员应经相关的培训、考核后上岗,操作人员应达到 GB/T 9445—2024中6.1的1级持证人员水平,工艺人员应达到 GB/T 9445—2024中6.2的2级持证人员水平;
b) 人员应熟悉检漏系统的组成、使用和操作;
c) 人员应熟悉被检件的材质、密封结构等信息。
6.2 检漏系统
检漏系统一般包括测量仪器、校准漏孔、充放气设备、检漏工装(包括法兰、管道、阀门等)、真空室和收集容器等,要求如下:
a) 测量仪器和校准漏孔应在计量合格期内使用;
b) 测量仪器的使用不应影响被检件的性能与功能;
c) 校准漏孔内的气体体积浓度应不低于99.99%;
d) 充放气设备的工作压力应满足被检件测试压力的需求,充放气的速率应能满足被检件对温度、流量、压力变化等要求,充放气设备应满足被检件对充入气体的洁净度要求;
e) 检漏工装的总漏率应不大于被检件最大允许漏率的5%;
f) 检漏系统的系统有效最小可检漏率应优于被检件最大允许漏率的10%。
6.3 示漏气体
示漏气体选用要求如下:
a) 示漏气体在试验环境中的本底噪声所对应的系统有效最小可检漏率应优于被检件最大允许漏率的10%;
b) 示漏气体的种类和纯度应满足航天器对气体的要求,进入被检件的示漏气体应经过过滤;
c) 示漏气体与被检件技术要求的留存气体种类不同时,检漏结束后应进行气体置换,其保压压力应高于环境压力;
d) 示漏气体不应对被检件、设备、人员、环境等产生损坏和污染;
e) 示漏气体的温度与环境温度平衡后方可使用。
6.4 被检件要求
被检件要求如下:
a) 被检件应能承受检漏过程中的外压或内压;
b) 检漏时,被检件的阀门状态、设备状态应符合规定的工作状态;
c) 检漏时,被检件对环境条件与试验设备不应产生有害影响。
6.5 检漏试验环境要求
除非另有规定,检漏试验环境一般应满足如下要求:
a) 温度:15 ℃~25 ℃;
b) 相对湿度:30%~60%;
c) 洁净度:100000级。
6.6 安全性要求
安全性的要求如下:
a) 检漏用气瓶、压力容器的使用和管理应分别满足 TSG 21、TSG 23的相关规定;
b) 被检件能承受检漏试验的充压压力;
c) 先拆除被检件中不能承受检漏压力的内部组件;
d) 如果上一工序有遗留的其他介质,应先清理被检件中遗留的其他介质,并对被检件进行清洁和干燥;
e) 对加压、测压管道进行防护和固定;
f) 检漏过程中应限定工作区域,无关人员不应进入。
6.7 多余物控制要求
管道安装多余物控制应满足 GB/T 40539的相关规定,其余多余物控制要求如下:
a) 被检件对多余物控制的要求和控制措施应在对应的工艺文件中给出,明确检查环节、检测方法及多余物排除方法等;
b) 针对多余物敏感的被检件,工艺设计时应将多余物控制作为关键控制点,明确多余物控制的方法、控制措施及检验要求;
c) 检漏系统在设计、加工、组装、使用、存放等阶段均应有预防多余物产生及易于清除多余物的要求和措施,常用消除多余物的措施主要为吹除法,即用一定压力、经过滤的压缩空气或高纯氮气采用直吹或脉冲吹除的方式将多余物从系统中吹除;
d) 检漏全过程使用的各类介质(含气体、液体)应符合试验环境洁净度要求及被检件对多余物控制的要求。
7 试验过程
7.1 质谱检漏法
7.1.1 氦质谱检漏法
7.1.1.1 概述
氦质谱检漏是使用氦气作为示漏气体的检漏方法。航天器常用氦质谱检漏方法有氦质谱吸枪检漏法、氦质谱喷吹检漏法、氦质谱氦罩检漏法、氦质谱真空室检漏法等。
氦质谱吸枪检漏法适用于常压环境下内压被检件单点漏率试验,例如焊缝、螺接点等外漏检漏,以及发动机电磁阀等内漏检漏。
氦质谱喷吹检漏法适用于内部抽真空的外压被检件单点漏率试验,例如真空管路法兰、堵盖等检漏。
氦质谱氦罩检漏法适用于内部抽真空的外压被检件单点或总漏率试验,如真空阀门、真空罐体等检漏。
氦质谱真空室检漏法适用于真空环境下内压被检件总漏率试验,例如推进系统总漏率等检漏氦质谱常压累积检漏法适用于常压环境下内压被检件总漏率试验,也可用于内压被检件的局部总漏率试验(由收集容器包覆累积)。该方法系统有效最小可检漏率的大小主要与收集容器容积和累积时间等因素有关。
7.1.1.2 氦质谱吸枪检漏法
7.1.1.2.1 原理
被检件某一被测系统内充入一定浓度、一定压力的氦气,用与氦质谱检漏仪相连的吸枪嗅探被检件漏出的氦气,通过氦质谱检漏仪测得被检件反应值,再通过校准漏孔比对后计算出被检件真实漏率。氦质谱吸枪检漏法的检漏系统组成如图1所示,该方法可分为直测法和包覆法
标引序号说明:
1———气源;
2———充放气设备;
3———被检件;
4———吸枪;
5———支撑材料;
6 ——包覆材料;
7———被检件焊缝;
8———氦质谱检漏仪;
9———校准漏孔。
图 1 氦质谱吸枪检漏法的检漏系统组成示意图
7.1.1.2.2 试验要求
试验要求如下:
a) 氦质谱检漏仪的吸枪检漏有效最小可检漏率应优于被检件最大允许漏率的10%;
b) 吸枪吸嘴置于距离校准漏孔测量口1 mm~3 mm 的位置处;
c) 吸枪扫描速率不大于10 mm/s;
d) 吸枪扫描应逐渐向上扫描。
7.1.1.2.3 试验程序
7.1.1.2.3.1 直测法
试验程序如下。
a) 按规定的充气速率向被检件中充入体积浓度为 γ 的氦气至规定压力。
b) 启动氦质谱检漏仪,用吸枪测量大气环境下氦质谱检漏仪的本底 I0 和噪声 In
c) 将吸枪吸嘴置于距离校准漏孔测量口1 mm~3 mm 的位置处,待质谱检漏仪读数稳定后,记录读数 I s 。
d) 按公式(1)计算系统有效最小可检漏率。若 Qemin 不满足6.2f)要求,终止检漏程序并采用其他检漏方法进行检漏,或对检漏系统进行检查、调整后对 Qemin 进行复测,直至满足 6.2f)要求后,进行后续检漏操作程序。
Qemin = (In)/(Is - I0) Qs (1)
式中:
Qemin 系统有效最小可检漏率,单位为帕斯卡立方米每秒 (Pacdotm3/s) ;
In 氦的本底噪声,单位为帕斯卡立方米每秒 (Pa cdotm3/s)
Is 氦的校准漏孔打开后质谱检漏仪稳定的输出值,单位为帕斯卡立方米每秒 (Pacdotm3/s) ;
I0 氦的本底值,单位为帕斯卡立方米每秒 (Pacdotm3/s)
Qs 校准漏孔的标称值,单位为帕斯卡立方米每秒 (Pa · m3/s)
e) 移开吸枪后,待氦质谱检漏仪输出值恢复到本底 I0 后 ,用吸枪在被检部位表面按照7.1.1.2.3.1b)~7.1.1.2.3.1d)的要求对被检件进行扫描。
f) 氦质谱检漏仪有反应的部位待读数稳定后,测出读数 I。
g) 按公式(2)计算被检件泄漏部位的漏率。
Q = (I - I0)/(Is - I0) Qs 1/(γ) (2)
式中:
———被检件的漏率值,单位为帕斯卡立方米每秒 (Pa cdotm3/s) ;
———被检件检漏时,氦质谱检漏仪稳定的读数值,单位为帕斯卡立方米每秒 (Pacdotm3/s)
——— 被检件中氦的体积浓度值,以%计
h) 复校系统有效最小可检漏率 Qemin ,当复校的系统有效最小可检漏率 Qemin 变化到初始系统有效最小可检漏率的65%以上时,系统应进行清洗、修理或重新标定,被检件重新检漏
i) 按规定速率将被检件泄压至规定压力。
7.1.1.2.3.2 包覆法
试验程序如下。
a) 用支撑材料和包覆材料对被检件的检漏部位和校准漏孔按照相近大小进行包覆。
b) 启动氦质谱检漏仪,用吸枪测量大气环境下氦质谱检漏仪的本底 I0 和噪声 In 。
c) 将吸枪吸嘴插入校准漏孔的包覆材料形成的包覆空间内,待氦质谱检漏仪读数稳定后,记录读数 Is 。
d) 按照公式(1)计算系统有效最小可检漏率 Qemin 。若 Qemin 不满足6.2f)要求,终止检漏程序并采用其他检漏方法进行检漏,或对检漏系统进行检查、调整后对 Qemin 进行复测,直至满足6.2f)要求后,进行后续检漏操作程序。
e) 拔出吸枪后,待氦质谱检漏仪输出值恢复到本底 I0 后,将吸枪吸嘴插入被检件检漏部位的包覆空间内,氦质谱检漏仪读数稳定后,测出读数 I。
f) 按公式(2)计算被检件包覆部位的漏率。
g) 复校系统有效最小可检漏率 Qemin ,当复校的系统有效最小可检漏率 Qemin 变化到初始系统有效最小可检漏率的65%以上时,系统应进行清洗、修理或重新标定,被检件重新检漏。
h) 按规定速率将被检件泄压至规定压力。
7.1.1.3 氦质谱喷吹检漏法
7.1.1.3.1 原理
原理按 GB/T 36176—2018中5.1.2的规定。
7.1.1.3.2 试验要求
试验要求按 GB/T 36176—2018中 4.2~4.4 的规定。
7.1.1.3.3 试验程序
试验程序按 GB/T 36176—2018中5.1.3的规定。
7.1.1.4 氦质谱氦罩检漏法
7.1.1.4.1 原理
原理按 GB/T 36176—2018中5.2.2的规定。
7.1.1.4.2 试验要求
试验要求按 GB/T 36176—2018中4.2~4.4的规定。
7.1.1.4.3 试验程序
试验程序按 GB/T 36176—2018中5.2.3的规定。
7.1.1.5 氦质谱真空室检漏法
7.1.1.5.1 原理
原理按 GB/T 36176—2018中5.3.2的规定。
7.1.1.5.2 试验要求
试验要求按 GB/T 36176—2018中4.2~4.4的规定。
7.1.1.5.3 试验程序
试验程序按 GB/T 36176—2018中5.3.3的规定。
7.1.1.6 氦质谱常压累积检漏法
7.1.1.6.1 原理
氦质谱常压累积检漏法将用氦气充压的被检件(或被测部位局部)放入密封的常压收集容器,利用氦质谱检漏仪测量一定时间间隔内收集容器中氦气浓度的变化,经计算获得被检件总漏率(或被测部位局部总漏率),检漏系统如图2所示。按照漏率标定方法的不同,氦质谱常压累积检漏法又可分为校准漏孔标定法和定量气体标定法。校准漏孔标定法是使用校准漏孔按照校准流量在一定时间内向收集容器释放定量氦气的标定法;定量气体标定法是使用存有一定压力氦气且容积已知的标准容积,一次性向收集容器内注入定量氦气的标定法。
标引序号说明:
1———校准漏孔或标准容积;
2———校准阀;
3———收集容器;
4———被检件;
5———风机;
6———吸枪;
7———氦质谱检漏仪。
图 2 氦质谱常压累积检漏法检漏系统组成示意图
7.1.1.6.2 试验要求
试验要求如下。
a) 在采用氦质谱常压累积检漏进行总漏率试验前,应采用7.1.1.2所述的氦质谱吸枪检漏法,对可能发生泄漏的部位进行单点漏率试验,排除大于漏率指标的泄漏
b) 收集容器可采用刚性收集容器或柔性收集容器。对于刚性收集容器,应能承受内压2 kPa及外压2 kPa的压力。
c) 收集容器应具有良好的密封性能,刚性收集容器充入(1000±100)Pa表压氮气或压缩空气,24 h压降应小于300 Pa。
d) 校准漏孔的漏率应与被检件漏率指标相当,两者偏差一般不超过一个量级。
e) 累积时间一般要求累积到氦质谱检漏仪对被检件最大允许漏率相当的漏孔有明显反应值的时间。
f) 若收集容器容积大于50 L,收集容器内应有用于气体循环的风机,风机风量要求至少在5 min内将收集容器内的气体循环一次。
g) 若收集容器容积小于或等于50 L,应采用先标后测的方法,即先用校准漏孔或定量气体对检漏系统进行标定,然后采用置换等方法恢复系统本底后,再测量被检件反应值。若收集容器容积大于50 L,可采用先测后标的方法,即先测量被检件反应值,然后再利用校准漏孔或定量气体对检漏系统进行标定
7.1.1.6.3 试验程序
7.1.1.6.3.1 校准漏孔标定法(先标后测)
试验程序如下。
a) 将被检件整体放入收集容器后,密封收集容器。
b) 启动风机对收集容器内的气体进行循环,用吸枪测量收集容器内氦气浓度的反应值 Icl ,并测量此时质谱检漏仪本底噪声 In
c) 打开校准阀,将校准漏孔漏率 Qs 引入收集容器。
d) 累积时间 t 后,启动风机对收集容器内的气体进行循环,并用吸枪测量收集容器内氦气浓度的反应值 Ic2
e) 按公式(3)计算系统有效最小可检漏率 Qemin 。若 Qemin 不满足 6.2f) )要求,终止检漏程序并采用其他检漏方法进行检漏,或对检漏系统进行检查、调整后对 Qemin 进行复测,直至满足6.2f)要求后,进行后续检漏操作程序。
Qemin = (In)/(Ic2 - Ic1) QS (3)
式中:
Qemin 系统有效最小可检漏率,单位为帕斯卡立方米每秒 (Pacdotm3/s) ;
Icl 校准漏孔累积初始时刻氦气浓度的反应值,单位为帕斯卡立方米每秒 (Pa · m3/s) ;
Ic2 校准漏孔累积终止时刻氦气浓度的反应值,单位为帕斯卡立方米每秒 (Pacdotm3/s) In 氦质谱检漏仪本底噪声 In 单位为帕斯卡立方米每秒 (Pacdotm3/s) );
Qs 校准漏孔的标称值,单位为帕斯卡立方米每秒 (Pacdotm3/s)
f) 关闭校准阀,打开收集容器,采用气体置换等方法对收集容器进行排氦操作。
g) 按规定压力,对被检件充以体积浓度为 γ 的氦气。
h) 再次密封收集容器。
i) 启动风机对收集容器内的气体进行循环,用吸枪测量收集容器内氦气浓度的反应值 Ic3
j) 累积相同时间 t 后,启动风机对收集容器内的气体进行循环,并用吸枪测量收集容器内氦气浓度的反应值 Ic4
k) 按公式(4)计算被检件总漏率或被测部位局部漏率。
Q = (Ic4 - Ic3)/(Ic2 - Ic1) QS 1/(γ) (4)
式中:
Q 被检件的漏率值,单位为帕斯卡立方米每秒 (Pacdotm3/s) ;
Ic3 被检件累积初始时刻氦气浓度的反应值,单位为帕斯卡立方米每秒 (Pacdotm3/s)
Ic4 被检件累积终止时刻氦气浓度的反应值,单位为帕斯卡立方米每秒 (Pacdotm3/s) ;
γ 示漏用氦气的体积浓度值,以%计。
7.1.1.6.3.2 校准漏孔标定法(先测后标)
试验程序如下。
a) 按规定压力,对被检件充以体积浓度为 γ 的氦气。
b) 将被检件整体放入收集容器后,密封收集容器。
c) 启动风机对收集容器内的气体进行循环,用吸枪测量收集容器内氦气浓度的反应值 Id1 ,并测量测试氦质谱检漏仪本底噪声 In
d) 累积时间 t 后,启动风机对收集容器内的气体进行循环,并用吸枪测量收集容器内氦气浓度的反应值 Id2
e) 打开校准阀,将校准漏孔泄漏气体 Qs 引入收集容器。
f) 累积相同时间 t 后,启动风机对收集容器内的气体进行循环,并用吸枪测量收集容器内氦气浓度的反应值 Id3
g) 按公式(5)计算系统有效最小可检漏率 Qemin 。若 Qemin 不满足6.2f)要求,终止检漏程序并采用其他检漏方法进行检漏,或对检漏系统进行检查,调整后对 Qemin 进行复测,直至满足6.2f)要求后,从7.1.1.6.3.2 a)开始对被检件重新进行检漏。
Qemin = (In)/((Id3 - Id2) - (Id2 - Id1)) QS(5)
式中:
Idl 累积初始时刻氦气浓度的反应值,单位为帕斯卡立方米每秒 (Pacdotm3/s)
Id2 被检件累积终止时刻氦气浓度的反应值,单位为帕斯卡立方米每秒 (Pacdotm3/s) ;
Id3 校准漏孔累积终止时刻氦气浓度的反应值,单位为帕斯卡立方米每秒 (Pacdotm3/s)
h) 按公式(6)计算被检件总漏率或被测部位局部总漏率。
Q = (Id2 - Id1)/((Id3 - Id2) - (Id2 - Id1)) QS 1/(γ) (6)
7.1.1.6.3.3 定量气体标定法(先标后测)
试验程序如下。
a) 按7.1.1.6.3.1a)、7.1.1.6.3.1b)执行操作,测量累积初始时刻氦气浓度的反应值 Icl 和本底噪声 In 。
b) 打开校准阀,将标准容积中的高纯氦气引入收集容器,并记录放入气体的绝对压力 P、体积 V°
c) 启动风机对收集容器内的气体进行循环,并用吸枪测量收集容器内氦气浓度的反应值 Ic2
d) 按公式(7)计算系统有效最小可检漏率 Qemin 。若 Qemin 不满足6.2f)要求,终止检漏程序并采用其他检漏方法进行检漏,或对检漏系统进行检查,调整后对 Qemin 进行复测,直至满足6.2f)要求后,进行后续检漏操作程序。
Qemin = (PVIn)/(t (Ic2 - Ic1)) (7)
式中:
P ——— 从标准容积内放入收集容器的氦气绝对压力值,单位为帕斯卡(Pa);
V 从标准容积内放入收集容器的氦气体积值,单位为立方米 (m3)
t 被检件在收集容器内累积时间的数值,单位为秒(s);
Icl 标准容积中的高纯氦气引入收集容器前氦气浓度的反应值,单位为帕斯卡立方米每秒 (Pa · m3/s) ;
Ic2 标准容积中的高纯氦气引入收集容器后氦气浓度的反应值,单位为帕斯卡立方米每秒 (Pacdotm3/s) 。
e) 按7.1.1.6.3.1f)~7.1.1.6.3.1j)执行操作。
f) 按公式(8)计算被检件总漏率或被测部位局部漏率。
Q = (PV(Ic4 - Ic3))/(t(Ic2 - Ic1)) 1/(γ) (8)
式中:
Q 被检件的漏率值,单位为帕斯卡立方米每秒 (Pa cdotm3/s) ;
Ic3 被检件累积初始时刻氦气浓度的反应值,单位为帕斯卡立方米每秒 (Pa · m3/s) ;
Ic4 被检件累积终止时刻氦气浓度的反应值,单位为帕斯卡立方米每秒 (Pacdotm3/s)
γ 示漏用氦气的体积浓度值,以%计。
7.1.1.6.3.4 定量气体标定法(先测后标)
试验程序如下。
a) 按 7.1.1.6.3.2a)～7.1.1.6.3.2d) )执行操作,测量累积初始时刻氦气浓度的反应值 Id1 、本底噪声
In 和累积 时间后收集容器内的氦气浓度反应值 Id2
b) 打开校准阀,将标准容积中的高纯氦气引入收集容器,并记录放入气体的绝对压力 P 、体积 V。
c) 启动风机对收集容器内的气体进行循环,并用吸枪测量收集容器内氦气浓度的反应值 Id3
d) 按公式(9)计算系统有效最小可检漏率 Qemin ,若 Qemin 不满足6.2f)要求,终止检漏程序并采用其他检漏方法进行检漏,或对检漏系统进行检查,调整后对 Qemin 进行复测,直至满足6.2f)要求后,从7.1.1.6.3.2a)开始对被检件重新进行检漏。
Qemin = (PVIn)/(t (Id3 - Id2)) (9)
式中:
P 从标准容积内放入收集容器的氦气绝对压力值,单位为帕斯卡 (Pa)
V 从标准容积内放入收集容器的氦气体积值,单位为立方米 (m3)
t 被检件在收集容器内累积时间的数值,单位为秒 (s)
Id2 标准容积中的高纯氦气引入收集容器前氦气浓度的反应值,单位为帕斯卡立方米每秒 (Pacdotm3/s) ;
Id3 标准容积中的高纯氦气引入收集容器后氦气浓度的反应值,单位为帕斯卡立方米每秒 (Pacdotm3/s) )。
e) 按公式(10)计算被检件总漏率或被测部位局部漏率。
Q = (PV(Id2 - Id1))/(t(Id3 - Id2)) 1/(γ) (10)
式中:
P 从标准容积内放入收集容器的氦气绝对压力值,单位为帕斯卡 (Pa)
V 从标准容积内放入收集容器的氦气体积值,单位为立方米 (m3)
t 被检件在收集容器内累积时间的数值,单位为秒(s);
Id1 被检件累积初始时刻氦气浓度的反应值,单位为帕斯卡立方米每秒 (Pa cdotm3/s) ;
Id2 标准容积中的高纯氦气引入收集容器前氦气浓度的反应值,单位为帕斯卡立方米每秒 (Pacdotm3/s) );
Id3 标准容积中的高纯氦气引入收集容器后氦气浓度的反应值,单位为帕斯卡立方米每秒 (Pacdotm3/s) )。
7.1.2 质谱分析检漏法
7.1.2.1 概述
质谱分析检漏法是使用含氦气以外气体作为示漏气体的单点漏率试验和总漏率试验,如电推进系统加注氙气后漏率试验、特殊需求或原工质气体漏率试验等,以及采用多种示漏气体的多系统并行检漏试验。
质谱分析吸枪检漏法适用于内压被检件的单点漏率试验。
质谱分析真空室检漏法和质谱分析常压累积检漏法适用于内压被检件总漏率试验,质谱分析常压累积检漏法也可用于内压被检件的局部漏率试验(由收集容器包覆累积)。质谱分析常压累积检漏法系统有效最小可检漏率主要与收集容器容积和累积时间有关
7.1.2.2 质谱分析吸枪检漏法
7.1.2.2.1 原理
被检件某一被测系统内充入一定浓度、一定压力的示漏气体,用与质谱检漏仪相连的吸枪嗅探被检件漏出的示漏气体,通过质谱检漏仪测得被检件反应值,再通过校准漏孔比对后计算出被检件真实漏率。有多个被测系统的被检件需对不同被测系统充入不同种类的示漏气体。质谱分析吸枪检漏法的检漏系统组成如图3所示,该方法可分为直测法和包覆法。
标引序号说明:
1———气源;
2———充放气设备;
3———被检件;
4———吸枪;
5———支撑材料;
6 ———包覆材料;
7———被检件焊缝;
8———质谱检漏仪;
9———校准漏孔。
图 3 质谱分析吸枪检漏法检漏系统组成示意图
7.1.2.2.2 试验要求
试验要求如下。
a) 质谱检漏仪的吸枪检漏有效最小可检漏率应能优于被检件最大允许漏率的10%。
b) 吸枪吸嘴置于距离校准漏孔测量口1 mm~3 mm 的位置处。
c) 吸枪扫描速率不大于10 mm/s。
d) 吸枪扫描应根据示漏气体特性,相对分子质量小于29的气体从被检件下部开始,逐渐向上扫描;相对分子质量大于29的气体从被检件上部开始,逐渐向下扫描
7.1.2.2.3 试验程序
7.1.2.2.3.1 直测法
试验程序如下。
a) 按规定的充气速率向被检件不同的系统中分别充入体积浓度为 γi 的示漏气体i 至规定压力。
b) 启动质谱检漏仪,用吸枪测量大气环境下质谱检漏仪的所有示漏气体的本底 ui0 和噪声 uin
c) 将吸枪吸嘴置于距离校准漏孔测量口1 mm~3 mm 的位置处,待质谱检漏仪读数稳定后,记录读数 uis
d) 按公式(11)计算系统有效最小可检漏率 Qiemin 。若 Qiemin 不满足6.2f)要求,终止检漏程序并采用其他检漏方法进行检漏,或对检漏系统进行检查、调整后对 Qiemin 进行复测,直至满足6.2f)要求后,进行后续检漏操作程序。
Qiemin = (uin)/(uis - ui0) Qis (11)
式中:
Qiemin 示漏气体 的系统有效最小可检漏率,单位为帕斯卡立方米每秒 (Pa · m3/s) ;
uin 示漏气体 的本底噪声,单位为安(A);
uis 示漏气体 的校准漏孔打开后质谱检漏仪稳定的输出值,单位为安(A);
ui0 示漏气体 的本底值,单位为安(A);
Qis 示漏气体 的校准漏孔的标称值,单位为帕斯卡立方米每秒 (Pacdotm3/s)
e) 移开吸枪后,待质谱检漏仪输出值恢复到本底 ui0 后,用吸枪在被检部位表面按照7.1.2.2.2b)~7.1.2.2.2d)的要求对被检件进行扫描。
f) 质谱检漏仪有反应的部位待读数稳定后,测出的各示漏气体读数 ui
g) 按公式(12)计算被检件泄漏部位对应示漏气体 i 的漏率。
Qi = (ui - ui0)/(uis - ui0) Qis 1/(γi) (12)
式中:
Qi 被检件示漏气体 i 对应系统的漏率值,单位为帕斯卡立方米每秒 (Pa · m3/s)
ui 被检件示漏气体 i 对应系统的检漏时,质谱检漏仪稳定的读数值,单位为安(A);
γi 被检件示漏气体 i 的体积浓度值,以%计。
h) 复校系统有效最小可检漏率 Qiemin ,当复校的系统有效最小可检漏率 Qiemin 变化到初始系统有效最小可检漏率的65%以上时,系统应进行清洗、修理或重新标定,被检件重新检漏。
i) 按规定速率将被检件泄压至规定压力。
7.1.2.2.3.2 包覆法
试验程序如下。
a) 用支撑材料和包覆材料对被检件的检漏部位和校准漏孔按照相近大小进行包覆。
b) 启动质谱检漏仪,用吸枪测量大气环境下质谱检漏仪的所有示漏气体的本底 ui0 和噪声 uin
c) 将吸枪吸嘴插入校准漏孔的包覆材料形成的包覆空间内,待质谱检漏仪读数稳定后,记录读数 uis 。
d) 按照公式(11)计算系统有效最小可检漏率 Qiemin 。若 Qiemin 不满足6.2f)要求,终止检漏程序并采用其他检漏方法进行检漏,或对检漏系统进行检查、调整后对 Qiemin 进行复测,直至满足6.2f)要求后,进行后续检漏操作程序。
e) 拔出吸枪后,待质谱检漏仪输出值恢复到本底 ui0 后,将吸枪吸嘴插入被检件检漏部位的包覆空间内,质谱检漏仪读数稳定后,测出的各示漏气体读数 ui
f) 按公式(12)计算被检件包覆部位对应示漏气体 i 的漏率。
g) 复校系统有效最小可检漏率 Qiemin ,当复校的系统有效最小可检漏率 Qiemin 变化到初始系统有效最小可检漏率的65%以上时,系统应进行清洗、修理或重新标定,被检件重新检漏。
h) 按规定速率将被检件泄压至规定压力。
7.1.2.3 质谱分析真空室检漏法
7.1.2.3.1 原理
将充有一定浓度、一定压力示漏气体的被检件,推入真空容器,待真空容器真空度稳定,示漏气体从被检件泄漏至真空容器并被质谱计或质谱检漏仪测出粒子流数量变化值,再通过校准漏孔比对后计算出被检件真实漏率。有多个被测系统的被检件需对不同被测系统充入不同种类的示漏气体。质谱分析真空室检漏法的检漏系统组成如图4所示
标引序号说明:
1 ——— 气源;
2 ———充放气设备;
3 ——— 真空容器;
4 ——— 被检件;
5 截止阀;
6 ——— 质谱计;
7 ——— 截止阀;
8 ———校准漏孔;
9 截止阀;
10 ———高真空泵;
11 ———截止阀;
12 ———前级真空泵;
13 ———质谱检漏仪。
图 4 质谱分析真空室检漏法的检漏系统组成示意图
7.1.2.3.2 试验要求
试验要求如下:
a) 检漏系统的有效最小可检漏率应优于被检件最大允许漏率的10%;
b) 质谱分析真空室检漏法检漏系统真空度应不低于 1.0×10-2Pa
c) 质谱计或质谱检漏仪的最小可检分压力应小于或等于 1.0 × 10-8 Pa
d) 质谱计或质谱检漏仪的分辨本领不应大于1 u;
e) 质谱计或质谱检漏仪的质量数扫描速度应小于或等于1 u/s;
f) 质谱计或质谱检漏仪的最大检测质量数不应小于50 u;
g) 用模拟谱方式扫描真空环境中空气的残余气体成分,当残余气体主要为 H2 、 H2O 、 N2 、 O2 CO2 时质谱计或质谱检漏仪的工作为正常;
h) 真空室内不应有易吸附或放气的材料。
7.1.2.3.3 试验程序
试验程序如下。
a) 将被检件移入真空容器内。
b) 测出质谱计或质谱检漏仪的所有示漏气体的本底 ui0 和噪声 uin
c) 打开示漏气体 i 的校准漏孔,待质谱计或质谱检漏仪稳定后,测出质谱计或质谱检漏仪的读数 uis 。
d) 按公式(13)计算系统有效最小可检漏率 Qiemin 。若 Qiemin 不满足6.2f)要求,终止检漏程序并采用其他检漏方法进行检漏,或对检漏系统进行检查、调整后对 Qiemin 进行复测,直至满足6.2f)要求后,进行后续检漏操作程序。
Qiemin = (uin)/(uis - ui0) Qis (13)
式中:
Qiemin 示漏气体 的系统有效最小可检漏率,单位为帕斯卡立方米每秒 (Pacdotm3/s) ;
uin 示漏气体 的噪声,单位为安(A);
uis 示漏气体 的校准漏孔打开后质谱计或质谱检漏仪稳定的输出值,单位为安(A);
ui0 示漏气体 的本底值,单位为安(A);
Qis 示漏气体 的校准漏孔的标称值,单位为帕斯卡立方米每秒 (Pa · m3/s)
e) 关闭校准漏孔,记录检漏系统本底值 ui0
f) 按规定的充气速率向被检件不同的系统中分别充入体积浓度 γi 的示漏气体i 至规定压力。
g) 待质谱计或质谱检漏仪的读数稳定后,测出质谱计或质谱检漏仪的各示漏气体读数 ui
h) 按公式(14)计算被检件对应示漏气体 i 的被检系统漏率。
Qi = (ui - ui0)/(uis - ui0) Qis 1/(γi) (14)
式中:
Qi 被检件示漏气体 i 对应系统的漏率值,单位为帕斯卡立方米每秒 (Pacdotm3/s) ;
ui 被检件示漏气体 i 对应系统的检漏时,质谱计或质谱检漏仪稳定的读数值,单位为安(A);
γi 被检件示漏气体 i 的浓度值,以%计。
i) 复校系统有效最小可检漏率 Qiemin ,当复校的系统有效最小可检漏率 Qiemin 变化到初始系统有效最小可检漏率的65%以上时,系统应进行清洗、修理或重新标定,被检件重新检漏。
j) 将被检件移出真空容器,并按规定速率将其泄压至规定压力。
7.1.2.4 质谱分析常压累积检漏法
7.1.2.4.1 原理
将充有一定浓度、一定压力示漏气体的被检件(或被测部位局部)放入密封的常压收集容器,利用质谱检漏仪测量一定时间间隔内收集容器中示漏气体的粒子流数量变化,经计算获得被检件总漏率(或被测部位局部总漏率)。有多个被测系统的被检件需对不同被测系统充入不同种类的示漏气体。质谱分析常压累积检漏法的检漏系统组成如图5所示。按照漏率标定方法的不同,与氦质谱常压累积检漏法一样,质谱分析常压累积检漏法也可分为校准漏孔标定法和定量气体标定法。
标引序号说明:
1———校准漏孔或标准容积;
2———校准阀;
3———收集容器;
4———被检件;
5———风机;
6— 吸枪;
7———质谱检漏仪。
图 5 质谱分析常压累积检漏法的检漏系统组成示意图
7.1.2.4.2 试验要求
试验要求如下:
a) 在采用质谱常压累积检漏进行总漏率试验前,应采用7.1.2.2所述的质谱分析吸枪检漏法,对可能发生泄漏的部位进行单点漏率试验,排除大于漏率指标的泄漏;
b) 累积时间一般要求累积到质谱检漏仪对被检件最大允许漏率相当的漏孔有明显反应值的时间;
c) 其余要求参见7.1.1.6.2b)~7.1.1.6.2g)。
7.1.2.4.3 试验程序
7.1.2.4.3.1 校准漏孔标定法(先标后测)
对其中某一气体的试验程序与氦气试验程序一致,质谱检漏仪与氦质谱检漏仪的取值原则一致,按照7.1.1.6.3.1执行。
7.1.2.4.3.2 校准漏孔标定法(先测后标)
对其中某一气体的试验程序与氦气试验程序一致,质谱检漏仪与氦质谱检漏仪的取值原则一致,按照7.1.1.6.3.2执行。
7.1.2.4.3.3 定量气体标定法(先标后测)
对其中某一气体的试验程序与氦气试验程序一致,质谱检漏仪与氦质谱检漏仪的取值原则一致,按照7.1.1.6.3.3执行。
7.1.2.4.3.4 定量气体标定法(先测后标)
对其中某一气体的试验程序与氦气试验程序一致,质谱检漏仪与氦质谱检漏仪的取值原则一致,按照7.1.1.6.3.4执行。
7.2 压力变化检漏法
7.2.1 概述
压力变化检漏法是通过测量被检件内部压力在一定时间内的变化而计算得到漏率的检测方法,主要适用于航天器密封舱体的总漏率试验,还适用于航天器的舱壁加热管路,对接机构等的总漏率试验,不能完成对被检件漏孔的定位。压力变化检漏法中的系统有效最小可检漏率与被检件容积和测试时间有关。
7.2.2 原理
按照压力变化趋势分类为降压检漏法和升压检漏法
降压检漏法:将被检件内部充入一定压力的气体,使被检件内外形成规定的压力差。经过不少于1 h的稳定时间后,在测试周期内按一定的时间间隔测量被检件内部绝对压力和温度,经计算得到被检件的漏率。降压检漏法的检漏系统组成如图6所示
标引序号说明:
1———气源;
2———充放气设备;
3———充气阀;
4———被检件;
5———压力计;
6———温度计。
图 6 降压检漏法的检漏系统组成示意图
升压检漏法:将被检件抽真空,使被检件内外形成规定的压力差。按一定的时间间隔测量被检件内部绝对压力和温度,经计算得到被检件的漏率。升压检漏法的检漏系统组成如图7所示。
标引序号说明:
1———被检件;
2———压力计;
3———温度计;
4———隔离阀;
5———抽空阀;
6———真空泵;
7———放气阀。
图 7 升压检漏法的检漏系统组成示意图
7.2.3 试验要求
试验要求如下:
a) 压力计的精度等级应优于漏率指标计算所需精度的一个数量级;
b) 温度计的测量精度应优于0.2 ℃;
c) 计时器的测试精度应优于1 s。
7.2.4 试验程序
7.2.4.1 降压检漏法
试验程序如下。
a) 用膨胀法、流量计法或称重法等对被检件充气后内部的有效容积进行测量。
b) 开启充放气设备,按规定的加压速率向被检件充气至规定压力。
c) 充气结束后,在关闭充气阀的状态下,静置被检件直至稳定时间结束,稳定时间一般不少于1 h。
d) 测量初值(被检件内部压力、温度),记录时间。
e) 静置被检件直至测试周期 t 结束。
f) 测量终值(被检件内部压力、温度),记录时间。
g) 按公式(15)计算漏率。
Q = (VTS)/t ((P1)/(T1) - (P2)/(T2)) (15)
式中:
Q 被检件的漏率值,单位为帕斯卡立方米每秒 (Pacdotm3/s) ;
V 被检件有效容积,单位为立方米 (m3)
Ts 漏率对应的条件温度,没有特别要求时一般取 TS = T1 ,单位为开尔文(K);
t 测试周期,单位为秒(s);
P1 被检件内部压力初值,单位为帕斯卡(Pa);
T1 被检件内部温度初值,单位为开尔文(K);
P2 被检件内部压力终值,单位为帕斯卡(Pa);
T2 被检件内部温度终值,单位为开尔文(K)。
h) 按规定速率将被检件泄压至规定压力。
7.2.4.2 升压检漏法
试验程序如下。
a) 用膨胀法、流量计法或称重法对被检件的有效容积进行测量
b) 开启真空泵,将被检件抽空至规定的压力值
c) 在关闭隔离阀的状态下,按一定时间间隔测量被检件内部压力和温度
d) 绘制压力-时间曲线,当曲线呈线性时,测试周期开始。
e) 测量初值(被检件内部压力、温度),并记录时间。
f) 静置被检件直至测试周期 t 结束。
g) 测量终值(被检件内部压力、温度),并记录时间。
h) 按公式(16)计算漏率。
Q = (VTs)/t ((P2)/(T2) - (P1)/(T1)) (16)
i) 按规定速率将被检件恢复至零表压状态。
7.3 气泡检漏法
7.3.1 概述
气泡检漏法是利用压力差让气体穿过漏孔在液体或液体膜中产生气泡的检漏方法。其主要适用于被检件局部位置(如管路系统焊接点及螺接点)的漏率试验,该方法能完成对被检件漏孔的定位和定性
7.3.2 原理
原理按 GB/T 34637的规定。
气泡检漏法中使被检件两侧产生压力差的技术有两种:增压技术和抽空技术。
观察方法有收集法、浸泡法和液体膜法。
7.3.3 试验要求
试验中对安全、检测设备和器材的要求按 GB/T 34637的规定。其他要求如下:
a) 示漏气体应选用动力黏度较低的示漏气体,如:压缩空气、氮气、氦气等;
b) 浸泡法试验液体应选择表面张力系数较小的液体,对被检件无腐蚀,且经过清洁,如:纯净水、无水乙醇、氟油;
c) 液体膜法应选用专用气泡检漏试验液体;
d) 目视距被检件表面区域应在0.6 m 范围内,目视速度不大于 12 mm/s, ,目视方向与被检件表面夹角不宜小于 30° ,以便于观察,必要时使用镜子或放大镜辅助观察;
e) 多余物要求较高的被检件,应对被检件进行相应保护,防止示漏液体造成被检件损坏。
7.3.4 试验程序
7.3.4.1 收集法
收集法按如下步骤和要求进行:
a) 清洁被检件及泄漏介质导出管,去除油脂、锈蚀、焊渣、粉尘等污物;
b) 通过试验设备给被检件内部充示漏气体并稳定至规定的压力数值;
c) 将泄漏介质导出管浸入试验液体中,一般位于液面下10 mm~20 mm 处;
d) 依据试验要求选择合理的目测时间,一般不少于30 s,观察试验液体中从导出管口处是否产生规律性气泡,并记录。
7.3.4.2 浸泡法
浸泡法按如下步骤和要求进行。
a) 清洁被检件,去除油脂、锈蚀、焊渣、粉尘等污物,避免堵塞漏孔或生成气泡造成错误的显示。
b) 采用增压技术产生压差的被检件,应通过试验设备给被检件内部充示漏气体并稳定至规定的压力数值;或将密封的被检件置于加压罩中,通过试验设备给加压罩充压并稳定至规定的压力数值,保压至规定的时间。采用抽真空技术产生压差的被检件,应将被检件置于试验液体中,将装有试验液体的容器置于真空罩盒中,降低真空罩盒的压力至试验要求值。真空压力值应高于试验液体的沸腾压力,例如:使用无水乙醇、氟油试验液体时,一般抽空至40 kPa。
c) 用听音法和观察法判断有无大漏,排除大漏。
d) 经过一定时间的稳压后,将增压后的被检件或被检区域置于试验液体中(真空技术法没有此过程),被检件或被检区域的关键面应朝上放入试验液体中便于观察。
e) 依据试验要求选择合理的目测时间,一般不少于1 min,观察试验液体中从被检区域处是否产生规律性气泡,并记录。
7.3.4.3 液体膜法
液体膜法按如下步骤和要求进行。
a) 清洁被检件,去除油脂、锈蚀、焊渣、粉尘等污物,避免堵塞漏孔或生成气泡造成错误的显示。
b) 通过试验设备给被检件内部充示漏气体,并按试验具体要求稳压;采用抽空技术的被检件应先将专用气泡检漏试验液均匀涂刷在被检件表面需检测的区域内,再对检测区进行抽真空。
c) 用听音法判断有无大漏,排除大漏后再进行小漏孔检测。
d) 将专用气泡检漏试验液均匀涂刷在被检件表面需检测的区域内(抽空技术法此步已完成)。
e) 依据试验要求选择合理的目测时间,一般不少于1 min,并在目测时间范围内观察被检区域处的试验液体是否产生规律性气泡,并记录。
8 试验中断和处理
8.1 试验中断
出现以下情况之一时,应中断试验:
a) 充放气设备出现故障;
b) 检漏设备出现故障;
c) 被检件出现无法保压的故障;
d) 试验中有部位单点漏率超标,影响其他部位检漏;
e) 受试验环境变化影响,系统有效最小可检漏率不满足优于被检件最大允许漏率的10%,影响检漏试验。
8.2 中断处理
试验中断的处理一般按下述原则处理:
a) 充放气设备引起的中断:在故障排除后,应判断中断对被检件有无超压超温情况,如果没有,可继续试验;
b) 检漏设备出现故障:在故障排除后,重新对检漏设备的系统有效最小可检漏率进行测试,系统有效最小可检漏率满足试验要求方可继续试验;
c) 被检件出现无法保压的故障:查找无法密封的部位,排除故障,待试验环境(如示漏气体本底)符合检漏时再继续试验;
d) 试验中有部位单点漏率严重超标,影响其他位置检漏:在漏率超标位置处理合格后,待试验环境(如示漏气体本底)符合检漏时再继续试验;
e) 试验环境示漏气体本底太高,影响检漏试验:采用通风等措施排出示漏气体,待示漏气体本底符合检漏时再继续试验。
9 试验结果评价
9.1 检漏记录
检漏记录一般包括以下内容:
a) 被检件的名称、型号、图号、批次等;
b) 检漏人员、日期、地点;
c) 检漏场地的温度、相对湿度等环境条件;
d) 检漏使用的仪器设备信息等;
e) 检漏试验方法;
f) 检漏中涉及的各种测试及计算数据;
g) 检漏中涉及的超标处理过程和过程漏率结果。
9.2 试验结果评价
按如下要求进行试验结果的评价:
a) 试验控制满足试验文件规定的试验条件;
b) 单点漏率满足试验文件的规定;
c) 总漏率满足试验文件的规定;
d) 确定超标漏率是否处理合格。
9.3 试验报告
检漏报告一般包括以下内容:
a) 委托单位及被检件信息;
b) 检漏依据文件;
c) 检漏技术要求及技术指标;
d) 检漏方法;
e) 检漏人员、日期、地点;
f) 检漏环境条件;
g) 检漏相关仪器设备信息;
h) 漏率超标处理情况;
i) 检漏结果和结论。
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