大部分真空系統(tǒng)的表現(xiàn)會隨時(shí)間的推移而變化,特別是用于生產(chǎn)的真空設(shè)備,幾乎不可避免地會發(fā)生真空度下降等問題,造成這些問題的一個(gè)很常見的原因就是泄漏。
定期的泄漏檢測很重要
大的泄漏通常會非常明顯:真空腔體壓力未按正常速度下降,或者極限壓力明顯高于正常值。然而,有些時(shí)候,由于真空泵可以輕松處理泄漏氣體造成的氣載,小的泄漏很難被發(fā)現(xiàn),這時(shí),即使真空計(jì)的讀數(shù)仍然在正常的水平,泄漏的出現(xiàn)仍有可能為真空腔體帶來期望之外的氣體(如氧氣),這些氣體有時(shí)候會對工藝過程(比如某些鍍膜工藝)帶來非常嚴(yán)重的影響。所以,無論真空系統(tǒng)的壓力是否有明顯下降,都應(yīng)該定期進(jìn)行泄漏檢測。
實(shí)漏和虛漏
并非所有的抽氣時(shí)間延長、極限壓力下降都是因?yàn)樾孤谑褂脵z漏儀檢漏前,有必要了解一下如何判斷真空設(shè)備是否真的發(fā)生了泄漏。真空腔室的內(nèi)壁或腔室內(nèi)壁附著的污染物,在真空下持續(xù)的釋放出氣體,這種現(xiàn)象被稱為放氣。當(dāng)真空腔室內(nèi)部存在死空間,并且該死空間通過一個(gè)狹長的通道與腔室內(nèi)部連通時(shí),死空間內(nèi)的氣體在真空下也會緩慢的釋放出來,形成類似于放氣或泄漏的現(xiàn)象,通常把這種現(xiàn)象叫做虛漏。
真實(shí)的泄漏可以通過檢漏找到,放氣也可以通過清洗真空腔體內(nèi)表面而解決,而虛漏一旦產(chǎn)生,很難被發(fā)現(xiàn),需要在設(shè)計(jì)和制造時(shí)盡量避免容易產(chǎn)生虛漏的結(jié)構(gòu)或工藝,如上圖中的螺紋連接(一定要用的話可以使用空心螺栓),很長的狹縫或毛細(xì)管,兩側(cè)滿焊的腔體焊接(較厚的殼體建議真空側(cè)滿焊大氣側(cè)斷續(xù)焊)等等。
下面兩種方式,可以用來判斷真空系統(tǒng)是否存在真實(shí)的泄漏。
壓降曲線分析真空系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)是了解大型真空系統(tǒng)性能的最有價(jià)值的工具之一,經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員會精心的保留歷史數(shù)據(jù),通過將當(dāng)前的壓降曲線與系統(tǒng)處于良好狀態(tài)時(shí)的上一個(gè)循環(huán)進(jìn)行比較就可以快速的判斷問題原因。比如,通過下圖所示的壓降曲線,就可以判斷是否存在泄漏。
工藝條件不變并且真空泵運(yùn)行正常的情況下,如果存在真實(shí)的泄漏,從外部漏入腔室的氣體將導(dǎo)致腔體的壓力下降到比正常極限壓力偏高的位置時(shí)便不再下降或下降極慢,壓降曲線類似于上圖最上方曲線。存在放氣或虛漏時(shí),氣體緩慢釋放并且放氣率越來越小,系統(tǒng)能達(dá)到原來的極限壓力但是達(dá)到極限壓力的時(shí)間明顯變慢,壓降曲線與上圖中間那條曲線類似。
壓升測試
壓升測試也叫保壓測試或保真空測試。在真空下關(guān)閉真空泵和腔室之間的閥門,放氣、虛漏或者泄漏會造成腔室的壓力升高(反彈),將壓力增加除以經(jīng)過時(shí)間,可以計(jì)算出真空系統(tǒng)的壓力上升速率,并繪制成如下圖所示的曲線。壓力上升和下降的速度通常以Pa/hr表示,對于一般的工業(yè)真空設(shè)備,保壓測試時(shí),超過1Pa/hr的壓升率就需要調(diào)查和解決問題,有些高真空的設(shè)備,需要0.5Pa/hr甚至更低的壓升率。
如上圖中的系統(tǒng)A,如果多次測量的壓升率基本恒定不變,那么很可能系統(tǒng)有真實(shí)的泄漏。對應(yīng)的,如上圖中的系統(tǒng)B,隨著時(shí)間的推移,其壓升率下降,即系統(tǒng)壓力的增加速度會隨著時(shí)間的推移而減慢,則暗示有虛漏或放氣(可能也有小的泄漏)。
壓降和壓升測試不會定位泄漏,而只會指示所有氣源(實(shí)際泄漏和放氣或虛漏)的疊加效應(yīng)。如果懷疑有真實(shí)的泄漏,下一步則通常要使用氦氣檢漏儀進(jìn)行檢漏。
外漏和內(nèi)漏
我們平時(shí)所講的泄漏一般是指外漏,即從真空腔體或管道的外部向內(nèi)部泄漏;而內(nèi)漏是指兩個(gè)本應(yīng)隔離的真空腔室之間,通過閥門隔離的兩段真空管道之間,或真空腔室與管道之間,發(fā)生了泄漏。
下圖是一個(gè)典型的擴(kuò)散泵抽氣機(jī)組,羅茨泵上方的閥門在高真空時(shí)應(yīng)該是關(guān)閉的,如果該閥門關(guān)閉不嚴(yán),高真空時(shí)氣體就會從閥門的下面向右側(cè)泄漏,這種泄漏就是內(nèi)漏。和外漏類似,內(nèi)漏也會造成高真空抽氣時(shí)間延長、極限真空變差等問題。
外漏可以方便的通過檢漏儀直接找到,而內(nèi)漏卻只能通過分段保壓等方式做預(yù)判斷,然后拆掉可疑的閥門一側(cè)的管道,然后再進(jìn)行檢漏(或者在可疑閥門的一側(cè)連接檢漏儀,向另一側(cè)的管道內(nèi)充入氦氣進(jìn)行檢漏)。
動態(tài)泄漏
真空系統(tǒng)中有運(yùn)動傳遞的地方會采用動密封,這些動密封結(jié)構(gòu),很有可能在靜態(tài)的時(shí)候密封良好而運(yùn)動的時(shí)候產(chǎn)生泄漏;比如采用橡膠軸封做動密封(閥桿與閥體之間)的閥門,就比較容易發(fā)生這種現(xiàn)象。這種現(xiàn)象發(fā)生的概率不高,不過由于檢漏時(shí)閥門一般是處于打開或關(guān)閉的某一個(gè)狀態(tài),這種動態(tài)泄漏很難被發(fā)現(xiàn)。對于非常關(guān)鍵的工藝,選擇波紋管密封的閥門可以大大減小出現(xiàn)動態(tài)泄漏的概率;如果選用的還是軸封做密封的閥門,在檢漏時(shí),向閥桿位置噴氦的同時(shí),操作閥門進(jìn)行動作,也可以很快的判斷該閥門是否存在動態(tài)泄漏。