Оформите заявку на сайте, мы свяжемся с вами в ближайшее
время и ответим на все интересующие вопросы.
Способ гелиевой или вакуумной камеры
Контроль герметичности с использованием гелиевой (вакуумной) камеры заключается в размещении объекта в герметичной камере. Течеискатель подключается к камере или объекту через систему вспомогательной откачки. Контрольный газ с содержанием гелия, либо чистый гелий, подается под давлением, установленным в конструкторской документации. Если в объекте есть утечка, гелий проникает в вакуумируемый объем камеры или объекта из-за перепада давления, и фиксируется течеискателем.
Конструкция вакуумной камеры должна обеспечивать герметичность всех технологических соединений и системы подачи гелия, при этом поверхность объекта контроля не должна быть перекрыта поверхностью камеры. То есть газ из течей должен свободно выходить. Камера может быть жесткой или выполненной в виде эластичного газонепроницаемого чехла для размещения крупных объектов, однако давление в такой камере не должно превышать атмосферного, и объект должен допускать вакуумирование внутренних полостей.
1 — течеискатель; 2, 4 — вакуумметры; 3, 8, 10, 11, 13, 15, 17, 18 — клапаны; 5 — вакуумная камера; 6 — объект контроля; 7 — мановакуумметр; 9 — пульт подачи пробного газа; 12, 16 — вакуумные насосы; 14 — контрольная течь
Контроль герметичности способом гелиевой (вакуумной) камеры проводится следующим образом: объект подготавливается в соответствии с требованиями предыдущего раздела и помещается в предварительно очищенную и просушенную камеру.
После герметизации крышки камеры, проводится откачка полости до остаточного давления.
Согласно технической документации, устанавливается целевое остаточное давление в пределах 7-8 Па. Для начала измерений для современных приборов контроля достаточного давления, не превышающего 1000 Па. Улучшение уровня вакуума приводит к повышению чувствительности испытаний. Начинать испытания возможно с уровня давления 1000 Па, переходя к более высокочувствительным испытаниям при достижении уровня давления 100 Па и менее. Важно корректировать программы испытаний с учетом технических возможностей используемого оборудования и с учетом современных тенденций, а также требований нормативно-технической документации.
Перед заполнением гелием, полость объекта откачивается до остаточного давления от 700 до 1400 Па, либо производится сквозная продувка азотом, затем гелием. При достижении требуемого остаточного давления, открывается входной клапан течеискателя, отключается система вспомогательной откачки, и фиксируются фоновые показания. Затем в полость объекта подается гелий или воздушно-гелиевая смесь до установленного давления.
Объект выдерживается под давлением. Продолжительность выдержки зависит от откачиваемого объема и установлена в соответствии с указанными временными интервалами: до 0,1 м³ - не менее 5 минут, от 0,1 до 0,5 м³ - не менее 10 минут, от 0,5 до 1,5 м³ - не менее 15 минут, от 1,5 до 3,5 м³ - не менее 20 минут, свыше 3,5 м³ - не менее 40 минут.
Следует учитывать, что фторкаучуковые уплотнения оснастки, предназначенные для герметизации изделий, в случае воздействия на них гелия в течение длительного времени будут иметь поток проникания гелия даже через бездефектный материал оснастки. Таким образом, при выполнении испытаний длительностью более 20 минут необходимо ожидать появления сигнала, связанного с газовой проницаемостью гелия через материал уплотнения и учитывать его в финальных результатах измерения.
Если необходимо провести контроль отдельного участка или сварного соединения, на этот участок устанавливается локальная камера, и процедура контроля проводится аналогично описанной выше.
При контроле замыкающего сварного шва объекта контроля проводится вакуумирование объекта контроля и подача гелия в полость объекта контроля с последующей заваркой замыкающего шва в потоке гелия. После заварки необходимо провести контроль замыкающего шва способом локальной вакуумной камеры.
Способ опрессовки замкнутых оболочек
В 1965 году Д. А. Хоул и С. А. Манн опубликовали статью "Метод проверки утечек обратным давлением". В статье рассматривается метод проверки утечек в герметичных объектах, при котором объект сначала подвергается воздействию газа-индикатора под давлением, а затем тестируется на повторное выделение газа. В статье выводится уравнение, которое дает измеренный поток утечки R1 для утечки, показывающей поток, как функцию потока течи в обычных условиях Q, внутреннего объема V и параметров процесса опрессовки.
Уравнение «Хоул-Манн» теперь присутствует в стандартах Mil-Std-883 TM-1014 и Mil-Std-750 Test Method 1071 и главным образом используется для установки параметров тестирования и критериев прохождения теста на малые утечки гелием.
Способ опрессовки замкнутых оболочек заключается в следующем. Объект контроля или его замыкающий шов размещают в опрессовочной камере, где создается давление гелия. При наличии негерметичности гелий проникает через дефекты в замкнутый объем изделия. Затем проводят проверку герметичности, измеряя накопление гелия в вакуумной камере, в которую помещен объект.
Процесс контроля начинается с того, что изделие помещается в опрессовочную камеру и выдерживается под давлением гелия заданное время. После этого изделие извлекают, очищают его внешнюю поверхность от сорбированного гелия с помощью обдува сжатым воздухом или азотом и оставляют на воздухе для выдержки. Перед установкой изделия в вакуумную камеру, подсоединенную к течеискателю, вакуумную камеру откачивают вспомогательным насосом и фиксируют фоновые показания течеискателя при давлении менее 100 Па, с отключенным вспомогательным насосом.
Далее, опрессованный гелием объект контроля помещают в вакуумную камеру и откачивают камеру с изделием до остаточного давления менее 100 Па. После отключения вспомогательного насоса измеряют содержание гелия в камере течеискателем. Важно отметить, что в качестве вакуумной камеры нельзя использовать ту же камеру, в которой проводилась опрессовка гелием, чтобы избежать повышенного гелиевого фона в процессе контроля.
Тест на мелкие утечки гелия для герметически закрытых электронных устройств
Метод тестирования утечек с использованием гелия является вторым из двух широко используемых методов проверки мелких утечек в герметически запаяных электронных устройствах. Гелий – самый легкий инертный газ, его молекулы проникают через самые маленькие утечки, но не закупоривают их. Гелий безопасен и присутствует в атмосфере в концентрации около 5 PPM.
В случае крупных утечек значительное количество гелия может выйти до начала тестирования, что делает обнаружение утечек менее надежным.
Принципы работы теста на мелкие утечки гелия
При тестировании на утечки гелий вводится в устройства либо во время их производства, непосредственно перед или во время герметизации, либо методом опрессовки после завершения герметизации. Устройства помещаются в вакуумную камеру, соединенную с откалиброванным гелиевым масс-спектрометром, который может обнаруживать утечки. Свободный объем камеры должен быть минимальным, чтобы не снижать чувствительность обнаружения утечек.
При тестировании опрессовкой, гелий, введенный в устройства, может выйти через утечки, что повлияет на результаты теста. Количество устройств, извлекаемых из камеры для тестирования, должно быть ограничено, чтобы обеспечить возможность проведения тестов в течение 30-60 минут.
Устройства с крупными утечками могут терять весь содержащийся в них гелий за очень короткое время, что может привести к пропуску таких устройств при тестировании на утечки гелия. Поэтому устройства с крупными утечками должны предварительно отделяться от партии с помощью тестов на крупные утечки манометрическим течеискателем. Отсутствие повторяемости в тестах на мелкие утечки гелия связано с тем, что точное количество гелия в каждом компоненте часто неизвестно и не может быть рассчитано. Корреляция между потоком утечки и условиями опрессовки зависит от: (1) механизма натекания в герметичное устройство во время опрессовки; (2) разницы давления на корпусе устройства; (3) времени опрессовки, давления гелия и внутреннего давления в устройстве; (4) внутреннего объема устройства; (5) свободного объема в вакуумной камере; (6) времени задержки между завершением опрессовки и измерением утечки, а также внешнего давления во время задержки; (7) механизма утечки (молекулярный, вязкостный и т.д.); (8) концентрации гелия в устройстве после опрессовки.
Концентрация гелия может варьироваться в зависимости от использованного газа (гелий плюс азот или 100% гелий) и давления воздуха в устройстве. Стандарты по тестированию часто предполагают, что утечка происходит в области молекулярного потока и подчиняется простым экспоненциальным зависимостям.
Тестирование на мелкие утечки гелия устройств, заполненных гелием в процессе производства
Для тестирования на мелкие утечки гелия в герметичных электронных устройствах, заполненных гелием при производстве, применяется метод, при котором внутреннее давление гелия должно быть не менее 20 кПа (0,2 атм.) при 25 °C. Каждую смену проводится выборочная проверка для подтверждения, что указанное количество гелия герметично упаковано. В течение 30 минут после герметизации устройство перемещается в камеру с системой вакуумирования и масс-спектрометром для гелия. Измеренная утечка R1 преобразуется в эквивалентную стандартную скорость утечки Q по формуле:
где Q — эквивалентная стандартная скорость утечки (Па·м³/с), Phe — внутреннее парциальное давление гелия, Pi — полное внутреннее давление газа в устройстве.
Устройства с внутренним объемом ≤ 0,1 см³ бракуются, если Q > 5 × 10⁻⁸ Па·м³/с; устройства с объемом > 0,1 см³ бракуются, если Q > 5 × 10⁻⁷ Па·м³/с.
Время опрессовки — это время, в течение которого устройства подвергаются воздействию 99,5-100,0% газа гелия под давлением около 400 кПа в течение 2 часов или под давлением около 200 кПа в течение примерно 4 часов. Максимальное время выдержки — это максимальное время после снятия давления опрессовки, до того, как будет измерена утечка из устройства.
Этот метод не используется, если максимальный предел стандартной скорости утечки, указанный в документации, меньше пределов, установленных для расчетного метода тестирования на утечки гелия, описанного ниже.
Расчётный метод тестирования на мелкие утечки гелия для герметичных уплотнений
В расчетном методе тестирования на мелкие утечки гелия герметично закрытые электронные устройства, подлежащие тестированию, подвергаются опрессовочному давлению с минимальным уровнем 300 кПа (3 атм.) давления гелия. Значения давления, времени воздействия и времени выдержки до тестирования на утечки выбираются таким образом, чтобы фактически измеренные скорости утечки газа-метки для бракованных устройств были выше минимальной чувствительности детектора. Если время выдержки превышает 60 минут, строятся графики для определения значения фактической скорости утечки R1, которое обеспечит перекрытие скоростей утечки с теми, что обнаруживаются при использовании техники тестирования на крупные утечки, выбранной для последующих тестов всех устройств.
Для каждой комбинации внутреннего свободного объема V герметично закрытого корпуса, давления бомбардировки PE, которому подвергаются устройства, времени бомбардировки t1, времени выдержки t2 после бомбардировки и перед тестированием на утечки и максимальной допустимой эквивалентной стандартной скорости Q, указанной в документации, теоретические зависимости используются для расчета предельного значения фактической измеренной скорости утечки R1 по уравнению, описанному ниже.
Во время операции опрессовки давление газа гелия внутри герметично закрытого корпуса устройства с течью, увеличивается экспоненциально.
где R1 — измеренная скорость утечки газа-метки, гелия, через утечку (Па·м3/с); Q — эквивалентная стандартная скорость утечки в тех же единицах; PE — давление воздействия в паскалях; P0 — атмосферное давление в тех же единицах; MA — молекулярная масса воздуха; M — молекулярная масса гелия; t1 — время воздействия (секунды); t2 — время выдержки между снятием давления и обнаружением утечки; и V — внутренний объем полости корпуса устройства (м3).
Если не указано иное, устройства с объемом внутренней полости 0,01 см3 или менее обычно бракуются, если эквивалентная стандартная скорость утечки превышает 5×10-9 Па·м3/с. Устройства с объемом внутренней полости более 0,01 см3 и равным или меньше 0,1 см3 обычно бракуются, если эквивалентная стандартная скорость утечки Q превышает 5 × 10-8 Па·м3/с.
Изделия 0,1 – 0,4 см³ обычно бракуются, если эквивалентная стандартная скорость утечки превышает 1 × 10⁻⁸ Па·м³/с.
Устройства с внутренним объемом более 0,4 см³ могут быть забракованы, если скорость утечки превышает 1 × 10⁻⁷ Па·м³/с.
Упрощенное уравнение для расчета потоков утечки после опрессовки гелием
MA — молекулярная масса воздуха = 28,7 г/моль; M — молекулярная масса гелия = 4 г/моль, поэтому уравнение R можно упростить.
Аналогичным образом, фактическая скорость утечки для устройства, заполненного гелием до давления P во время производства, может быть найдена из упрощенного уравнения для R1:
Способ термовакуумный
Процесс термовакуумного контроля герметичности включает нагрев проверяемого объекта в вакуумной камере до температуры 380 – 400 градусов Цельсия при остаточном давлении не выше 100 Па как внутри, так и снаружи объекта. После этого осуществляется проверка герметичности путем подачи гелия в нагретый объект или в саму камеру.
Этапы проведения термовакуумного контроля
Сначала объект подготавливается к контролю по установленным требованиям. Затем его помещают в вакуумную камеру и откачивают воздух до остаточного давления не выше 100 Па как внутри объекта, так и в камере. После этого объект нагревается до температуры от 380 до 400 градусов Цельсия и выдерживается при этой температуре от 3 до 5 минут. Скорость нагрева контролируется для поддержания давления не выше 100 Па, учитывая особенности конструкции объекта.
Далее регистрируются фоновые показания течеискателя в камере до подачи гелия. Затем в объект или камеру подается гелий до требуемого давления и объект выдерживается под давлением с фиксацией показаний течеискателя. По завершении проверки объект охлаждается до температуры не выше 50 градусов Цельсия, после чего камера заполняется атмосферным воздухом и открывается.
Для обеспечения точности и надежности испытаний с использованием термовакуумного способа контроля необходимо также следить за состоянием и калибровкой оборудования, проводить обучение персонала по правилам работы с оборудованием, а также строго контролировать условия проведения испытаний, такие как температура, давление и влажность.
Кроме того, важно правильно интерпретировать результаты испытаний и принимать соответствующие решения на основе полученных данных. Только при соблюдении всех этих условий можно быть уверенным в точности и достоверности результатов испытаний.
