Герметичность как свойство изделий, исключающее проникновение через оболочки газообразных или жидких веществ, является одним из важнейших критериев качества герметизированных изделий. Проблемы герметичности возникают не только в производстве и эксплуатации промышленных изделий ответственного назначения, но и в быту.

К числу основных методов течеискания относятся масс-спектрометрический, галогенный, катарометрический, акустический и др. Они различаются по чувствительности, условиям проведения испытаний и другим параметрам.

     В зависимости от агрегатного состояния применяемого пробного вещества все методы разделяются на две группы: газовые и жидкостные. Последние, как правило, не требуют применения специальной аппаратуры. Газообразные пробные вещества обнаруживаются большей частью газоаналитической аппаратурой, позволяющей определить степень герметичности с высокой чувствительностью.

    В зависимости от цели испытания можно определять степень суммарной герметичности изделий или их элементов, а также локализовать течи, т. е. выделить негерметичный участок или местоположения течей. Соответственно методы реализуются раз-личными способами, и испытания проводятся по различным схемам с применением разных вспомогательных устройств и приспособлений. В частности, могут производится как вакуумные, так и атмосферные испытания.

   Выбор метода испытаний и способа его реализации производится при разработке конструкции изделия в зависимости от его назначения, конструктивно-технических особенностей, требований к степени герметичности, величины и направления рабочих нагрузок, а также технико-экономических характеристик испытаний. Требования к степени герметичности характеризуются количественно в единицах потока. Основной единицей потока является Пам3/с.
Техника течеискания реализуется, главным образом, на основе газоаналитического метода контроля.

   Наиболее высокочувствительным, универсальным и широко распространенным газоаналитическим методом является масс-спектрометрический [1, 2], обеспечивающий практически все виды испытаний на герметичность: вакуумные и атмосферные, в динамическом режиме и режиме накопления. Метод реализуется с помощью масс-спектрометрических течеискателей. Эти приборы представляют собой масс-спектрометрические газоанализаторы, настроенные на регистрацию пробного газа с помощью откачиваемого до высокого вакуума магнитного анализатора со 180° фокусировкой ионов.
В ионном источнике анализатора в результате электронной бомбардировки происходит ионизация молекул остаточных газов. Образовавшиеся ионы, ускоряясь с помощью электрического поля, движутся в анализаторе в однородном магнитном поле по орбитам, зависящим от массы иона. Комбинацией магнитного и электрического полей обеспечивается попадание на коллектор только ионов пробного газа.

   В качестве основного пробного газа при масс-спектрометрическом методе контроля герметичности применяется инертный газ гелий. Его малая молекулярная масса и химическая инертность обеспечивают безопасность применения и хорошее проникновение через малые течи. Поскольку в атмосферном воздухе гелий содержится в весьма малых количествах, фоновые эффекты при работе с ним существенно ниже, чем при использовании других газов.

   В настоящее время в нашей стране и за рубежом выпускаются различные модели гелиевых масс-спектрометрических течеискателей, различающихся по чувствительности, степени автоматизации, времени готовности к работе после включения, средствам индикации сигналов, габаритным размерам и массе и т. п. В нашей стране выпускается три модели - ТИ1-14, ТИ1-15, ТИ1-14М, выполненные по максимальной унификации.

   Базовая модель ТИ1-14 (рис. 1) выполнена в виде двух блоков - вакуумного и электронного. Основной выходной прибор при соответствующей коммутации позволяет получить информацию о режимах работы элементов течеискателя: сигнал о регистрации течи, фоновый сигнал, давление в различных участках вакуумной системы, ток эмиссии электронов, величину ускоряющего напряжения и т. п.

   Необходимый вакуум в анализаторе обеспечивается паромасляным (Н-0,025-2) и механическим (ЗНВР-1Д) насосами. Для повышения надежности и длительности безремонтной эксплуатации в анализаторе предусмотрены два сменных катода, а электронные блоки выполнены на современной элементной базе.
Пороговая чувствительность ТИ1-14 к потоку гелия 7•10¯¹² Па•м³/с. После контроля с такой чувствительностью можно полагать, что в изделии объемом 1 литр, откачанном до высокого вакуума, за 1 год хранения давление может повысится менее, чем на 0,1 Па.

   Принципиальное отличие течеискателя ТИ1-15 заключается в том, что его вакуумная система дополнена цеолитовым (сорбционным) насосом с комплектом электромагнитных клапанов и испытательным колпаком. Пороговая чувствительность вплоть до 7•10¯¹⁴ Па•м³/с обеспечивается методикой накопления при изоляции контролируемого изделия от паро струйного насоса и подключении его к цеолитовому насосу, который хорошо откачивает остаточные газы и практически не качает гелий, что позволяет сохранить высокий вакуум в системе и стабильность фонового сигнала. С целью обеспечения возможности регистрации малых течей в течеискателе предусмотрена система динамической компенсации.

Основное назначение течеискателя ТИ1-15 - сверхвысокочувствительный контроль малогабаритных изделий. Но он так же, как и ТИ1-14, может обеспечить проведение всех видов контроля, включая и щуповой.

    Отличительной особенностью течеискателя ТИ1-14М является введение в его вакуумную систему турбомолекулярного насоса вместо пароструйного. Применение турбомолекулярного насоса сокращает время подготовки течеискателя к работе, расширяет диапазон регистрируемых течей, снижает или полностью исключает загрязнение вакуумной системы и контролируемого изделия углеводородами, позволяет расширить возможности течеискателя введением дополнительного режима испытаний (противоток), при котором не требуется предварительная откачка изделий до высокого вакуума, что существенно повышает производительность контроля. Течеискатель укомплектован механическим насосом 2НВР-5Д, что обеспечивает более стабильную его работу. Технические характеристики масс-спектрометрических течеискателей представлены в табл.1.

    Весьма важным свойством масс-спектрометрических течеискателей является возможность высокой степени автоматизации. В различных отраслях промышленности на основе серийных течеискателей создаются механизированные и автоматизированные стенды и установки, рассчитанные на контроль герметичности раз-личных изделий с различной чувствительностью и производительностью.

Масс-спектрометрические зарубежные течеискатели по своим техническим характеристикам соответствуют отечественным, но отличаются лучшим дизайном (рис. 2).

Наряду с масс-спектрометрическим методом течеискания широко применяется галогенный. Основным пробным веществом при галогенном методе служат фреон-12 и фреон-22. Могут регистрироваться и другие галогеносодержащие вещества.

    Метод реализуется применением галогенных течеискателей, действие которых основано на свойстве платины, накалённой до 800 - 900° С, увеличивать эмиссию положительных ионов в присутствии галогенов. Ионный ток усиливается и регистрируется измерительной схемой. Промышленностью выпускаются вакуумно-атмосферный течеискатель ТИ2-8 и атмосферный с автономным питанием БГТИ-7 [3]. На практике широко применяется также старая модель ГТИ-6 (рис. 3). Оба течеискателя представляют собой портативные переносные приборы, состоящие из регистрирующего блока и преобразователя, соединённых электрическим кабелем (рис.3). ТИ2-8 снабжен преобразователями - вакуумным и атмосферным. Через чувствительный элемент, представляющий собой платиновый диод прямого накала и располагаемый в передней части атмосферного преобразователя, анализируемый газ прокачивается встроенным вентиляционным устройством. Чувствительный элемент вакуумного преобразователя, идентичный применяемому в атмосферном, смонтирован на фланце, который устанавливается на вакуумной системе. При вакуумных испытаниях обеспечивается пороговая чувствительность к парциальному давлению фреона-12 до 10¯⁶ Па. При атмосферных испытаниях индицируются утечки до 0,2 г/год, что соответствует потоку 10¯⁷ Па м³/с.

Основное назначение батарейного галогенного течеискателя БГТИ-7 - проверка на герметичность газопроводов, кабелей связи и других зарытых в землю объектов, заполненных галогеносодержащими веществами. Применение БГТИ-7 удобно также при испытаниях длинномерных объектов в цеховых, и, особенно, в полевых условиях. Преобразователь течеискателя снабжен насадкой (удлинителем до 7S0 мм), обеспечивающей отбор газа на анализ из глубины вырытых по трассе шурфов.

   В последнее время показаны возможности применения галогенного течеискателя в схемах автоматизированного контроля герметичности. Первые образцы такого оборудования прошли испытания в производстве малогабаритных замкнутых оболочек, а также сварных сильфонов, труб и аэрозольных упаковок.

   К галогенным течеискателям по назначению и виду применяемых пробных веществ примыкают электронозахватные течеискатели [4]. Эти приборы реагируют на появление в зоне чувствительного элемента весьма малых количеств электроотрицательных пробных веществ. Наиболее резко выраженными электроотрицательными свойствами обладает элегаз (шестифтористая сера), который и рекомендуется в качестве основного пробного газа. SF6 - инертный газ, не токсичный, не вызывающий коррозии. Благодаря своим прекрасным электроизо-ляционным и дугогасящим свойствам широко используется в качестве рабочей среды для высоковольтных коммутирующих устройств. Электронозахватные течеискатели регистрируют также наличие фреонов и других галогеносодержащих веществ.

   Электронозахватный течеискатель 13ТЭ-9-001 состоит из регистрирующего блока и щупа (рис.4). Действие этого течеискателя основано на уменьшении тока несамостоятельного разряда при попадании в межэлектродное пространство чувствительного элемента примеси электроотрицательного пробного вещества. Чувствительный элемент представляет собой двухэлектродную ионизационную камеру, через которую продувается электроположительный газ (азот, аргон). В результате ионизации газоносителя образуются положительные ионы, которые определяют протекание Рис. 4. Электронозахватныи течеискатель электрического типа 13ТЭ-9-001 тока.

При прохождении щупа над дефектным местом контролируемого объекта примесь пробного электро-отрицательного газа засасывается щупом, и его молекулы, захватывая свободные электроны, образуют отрицательные ионы. Рекомбинация положительных и отрицательных ионов резко снижает электрический ток чувствительного элемента, что фиксируется измерительным устройством.

    Чувствительность электронозахватных течеискателей к потоку элегаза составляет 1•10¯¹⁶ - 1•10¯⁹ Па м3/с. Электронозахватные течеискатели имеют сетевое питание и рассчитаны на обнаружение утечек в атмосферу из газонаполненных систем и изделий.
Электронозахватный течеискатель 13ТЭ-9-001 также успешно применяется в качестве датчика разбраковки в автоматизированных установках контроля герметичности малогабаритных герметизированных изделий [1].

    Катарометрический метод [5] хотя и редко, но применяется для контроля герметичности газонаполненных объектов. Принцип действия катарометрического течеискателя основан на различии теплопроводности пробного газа и воздуха. В качестве пробных газов применяются гелий, аргон, фреон и др. Течеискатель выполнен в виде портативного переносного прибора с сетевым питанием и состоит из регистрирующего блока и щупа, соединённых между собой электрическим кабелем.

    В корпусе щупа расположены две катарометрические ячейки с нагреваемыми электрическим током тонкими платинородиевыми нитями, включенными в цепь измерительного моста. Через одну из двух трубок ячеек прокачивается воздух, отбираемый с поверхности заполненного пробным газом контролируемого объекта. Через другую, более короткую, трубку прокачивается заведомо чистый воздух. При наличии течей в воздухе, прокачиваемом через длинную трубку, будет содержаться примесь пробного газа, а через короткую по-прежнему будет прокачиватьс³я незагрязнённый воздух. Вследствие разности теплопроводности газов температура нитей и их сопротивление оказываются различными и происходит разбаланс моста, что и регистрируется стрелочным прибором и звуковым индикатором. Чувствительность течеискателя по гелию - 2,5 10¯⁶ Па м/с.

   Акустические течеискатели применяются для контроля герметичности любых систем (вакуумных или заполненных под давлением любыми газами, в т. ч. и воздухом). Их действие основано на регистрации акустических колебаний, образующихся при перетекании газа или жидкости через течи. Акустические течеискатели выполнены в виде портативных переносных приборов, содержащих регистрирующий блок и щуп - микрофон. Течеискатели просты в эксплуатации, но их использование часто ограничивается наличием паразитных сигналов, возникающих из-за производственного шума.

В заключение следует назвать три основных направления развития течеискания

Первое направление - создание многокомпонентных компактных течеискателей с автономным питанием. Это особенно важно для использования на предприятиях химии и нефтехимии.

Второе направление - широкое использование средств контроля герметичности в машиностроении, а также при транспортировке природного газа, нефтяных продуктов и техно-логических сред по трубопроводным коммуникациям.

Третье направление - создание автоматизированных высокопроизводительных средств и установок контроля герметичности, которые найдут применение в отраслях промышленности, выпускающих различную тару для перерабатывающих предприятий.

Все эти направления успешно развиваются в России.