泄漏检测技术

无损检测课程报告——泄漏检测技术一、概述泄漏检测技术(LeakTesting，LT)主要用于真空容器，压力容器或储液容器等探测，例如漏孔、裂纹等穿壁缺陷以及气密缺陷，以防止发生泄漏而酿成事故，避免能源、资源的损失以及污染环境等。泄漏检测俗称“检漏”。它主要是用于发现漏孔类缺陷，即指封闭壳体壁在压力作用下或者壁的两侧存在浓度差时，气体或液体通过它能够由一侧到达另一侧的孔洞或缝隙——称为穿壁缺陷。泄漏检测的基本原理是利用示漏介质（气体或液体）来判断有无穿壁缺陷（漏孔）存在，并根据示漏介质的漏率（压强差和温度一定时，单位时间内通过漏孔的示漏介质的数量），可以测定漏孔的大小。检漏的任务就是在制造、安装、调试过程中，判断漏与不漏、泄漏率的大小，找出漏孔的位置；在运转使用过程中监视系统可能发生的泄漏及其变化。泄漏是绝对的，不漏则是相对的。对于真空系统来说，只要系统内的压力在一定的时间间隔内能维持在所允许的真空度以下，这时即使存在漏孔，也可以认为系统是不漏的；对于压力系统来说，只要系统的压力降能维持在所允许的值以下，不会影响系统的正常操作，同样也可以认为系统是不漏的。对于密封有毒的、易燃易爆的、对环境有污染的、贵重的介质，则要求系统的泄漏率必须小于环保、安全以及经济性决定的最大允许泄漏率指标。二、检漏方法的选择和分类1、检漏方法的选择泄漏检测方法很多，每种方法的特点不同，检漏前应首先根据检漏要求、检漏环境等选择合适的检漏方法。选择泄漏检测方法要考虑如下几个方面因素：（1）检漏原理不论采用哪种检漏方法，必须理解它的基本原理。泄漏检测方法涉及的内容较广，集中反映了各种计量和测试技术。（2）灵敏度检漏方法的灵敏度可以用该方法可检测到的最小泄漏率来表示。选择检漏方法时应考虑各种方法的灵敏度，即采用哪种方法可以检测出哪一级的泄漏。（3）响应时间不论采用什么方法，要检测出泄漏率，总要花费一定的时间。响应时间的长短可能会影响检漏的精度和灵敏度。响应时间包括检测仪器本身的应答时间，气体流动的滞后时间和各种准备所需的时间。选择检漏方法时，必须考虑到这一点。（4）泄漏点的判断有些检漏方法仅仅可以判断出系统有无泄漏，但无法确定泄漏点在何处，有的检漏方法不仅可以确定泄漏点，而且还可以确定泄漏率的大小。（5）一致性对有些检漏方法来说，不管检测人员是否熟练，所得到的检测结果都基本相同；有些方法则是内行和外行使用，其结果全然不同。每种方法都有不同的技术关键，不同的检漏人员未必能得出一致的检漏结果（6）稳定性泄漏检测是一种计量和测试的综合技术。正确的泄漏检测不仅需要检测仪器具有稳定性，而且需要检测方法本身也具有较好的稳定性。（7）可靠性未检测出泄漏并不等于就是没有泄漏，对此应进行判断。采用某种方法进行检漏时，应该了解该方法是否可靠。检漏结果的可靠性与上面介绍的方法的一致性、稳定性等多种因素有关。（8）经济性经济性是选择检漏方法的关键之一。单考虑检漏方法本身的经济性比较容易，但要从所需的检漏设备、对人员的技术要求、检漏结果的可靠性等方面综合评价检漏方法的经济性则较困难。可见，选择检漏方法时，除了要考虑其经济性外，还必须对灵敏度、响应时间、检测要求等作全面评价，使所选的检漏方法既满足检漏要求，又经济合理。2、检漏方法的分类根据被检设备所处的状态又可分为压力检漏法和真空检漏法。压力检漏法将被检设备或密封装置充入一定压力的示漏物质，如果设备或密封装置上有漏孔，示漏物质就会通过漏孔漏出，用一定的方法或仪器在设备外检测出从漏孔漏出的示漏物质，从而判定漏孔的存在、漏孔的具体位置以及泄漏率的大小。属于压力检漏法的有水压法、压降法、听音法、超声波法、气泡法、氨气检漏法、卤素检漏法、放射性同位素法、氦质谱检漏仪吸嘴法等。真空检漏法被检设备或密封装置和检漏仪器的敏感元件均处于真空中，示漏物质施加在被检设备外面，如果被检设备有漏孔，示漏物质就会通过漏孔进入被检设备内部和检漏仪器敏感元件所在的空间，由敏感元件检测出示漏物质来，从而可以判定漏孔的存在、漏孔的具体位置以及泄漏率的大小。属于真空检漏法的有静态升压法、液体涂敷法、放电管法、高频火花检漏法、真空计检漏法、卤素检漏法、氦质谱检漏法等。三、压力检漏法①水压法对压力容器或密封装置进行试验时，先将容器或密封装置内部装满水，再用水泵向里注水，观察设备或密封装置周围有无水漏出。水压法只能抽象地表示灵敏度的高低。根据被检物表面是否有水渗出，很容易判断出泄漏点。但是，对于结构比较复杂的设备，肉眼可能无法直接观察到泄漏点。只要水压不变，泄漏率大小就不会发生很大变化，因而可以获得较为一致的结果。除水泵外，水压法检漏无需大型、贵重设备，因而很经济。②压降法（1）原理将压缩机与被检设备或密封装置相连接，然后打压。压力升至某一值时，停止加压，同时关闭阀门，放置一段时间。在放置时间里，如果压力急剧下降，就可判断泄漏率很大。如果压力没有太大的变化，就可认为泄漏率很小，或者没有泄漏。这种方法简便，使用普遍，是检测泄漏的一种最基本方法。压降法也称为加压放置法。（2）泄漏率的确定设容器的容积为V，停止加压时的压力为p1，放置t时间后的压力为p2，气体的温度为T，从容器中漏出的气体的量用表示。当示漏介质为气体，且压力不太高时，开始放置时容器中的气体质量为放置结束时容器中的气体质量为在测量时间间隔t内，容器内漏出的气体的质量为通过漏孔的气体的体积泄漏率为折算到标准状态下气体的体积泄漏率为式中pS—标准大气压力，Pa；T—气体温度，K；TS—标准状态下大气的绝对温度，K；—从容器中漏出的气体的量，m3；R—通用气体常数，J/(kmol(K)；—气体分子量，kg/kmol；L—气体的体积泄漏率，m3/s；LS——标准状态下的体积泄漏率，m3/s。（3）灵敏度压降法的灵敏度与被检容器的容积大小、放置时间的长短和压力检测元件（压力表、压力传感器）的灵敏度有关。延长放置时间可以提高灵敏度，但多数情况下，为提高灵敏度，一般不延长放置时间，而是缩小容积。把被检物体分成几个小部分。此外，有时还要考虑到气体温度、压力的变化。压降法是一种最基本的检测方法，很容易得到被检设备或密封装置的总的泄漏率，其结果是最为可靠的，但不能具体判断出泄漏点。③听音法气体从小孔中喷出时，会发出声音。声音的大小和频率取决于泄漏率的大小、两侧的压力、压差和气体的种类等。根据气体漏出时发出的声音判断有无泄漏。该方法的灵敏度很大程度上受环境的影响。若工厂噪音较大，则小的声音就不易听清。使用听诊器，某种程度上可以消除周围噪音的影响，听清泄漏声音，但有时与泄漏无关的声音（例如电机的声音）也会混杂进来，从而影响检漏灵敏度。为了辨别较小的声音，可用话筒和放大器将声音放大。但此时其它声音也同时放大，多数情况下较难收到好的效果。这种方法既简单、经济，但种方法的稳定性和可靠性很差，应与其它检测法并用。④超声波法该方法实际上是听音法的一种。它是将泄漏声音中可听频率部分截掉，仅仅使超声波部分放大，以检测出泄漏。检测时，可以直接使用超声波检测器，根据检测仪表指针是否摆动，确定有无泄漏。也可以采用使超声波回到可听频率范围内鸣笛的方法。采用后一种原理制造的超声波转换器不仅在被试验物加压时可以使用，在抽真空时，由于吸入的空气发出超声波，因而，采用真空法时也可以使用。超声波转换器由于只检测超声波部分，在普通工厂的噪音条件下，不受明显干扰，因此检漏效果很好。该法的灵敏度与被试验物体的加压、减压状况、泄漏的大小、泄漏点与检漏器（探头）间的距离等因素有关。当泄漏点与探头距离很近时，超声波转换器的灵敏度可达1(10-2cm3/s。检漏时将检漏器的灵敏度调到最大，一边移动探头，一边侦听，使能听到的超声波发出的声音达到最大。然后，再寻找发出超声波的位置，以便确定泄漏点。这种方法操作简便，人为因素较小，不同检测人员所得到的检测结果基本相同。⑤气泡检漏法（1）原理气泡检漏法适用于允许承受正压的容器、管道、密封装置等的气密性检验。此种方法简单、方便、直观、经济。在被检件内充入一定压力的示漏气体后放入液体中，气体通过漏孔进入周围的液体形成气泡，气泡形成的地方就是漏孔存在的位置，根据气泡形成的速率、气泡的大小以及所用气体和液体的物理性质，可以大致估算出漏孔的泄漏率。（2）泄漏率计算假定气泡为球状，若某一漏孔处气泡形成的频率为n，测得气泡在液面上的直径为Db，此时，气泡内的压力pb为大气压力pa和液体表面张力引起的压力之和，即对应于检测温度T和气泡内的压力pb的体积泄漏率为式中，n为气泡形成的频率。折算到标准状态下的体积泄漏率为式中n—气泡形成的频率，1/s；Db—液面上气泡的直径，m；pb—气泡内的压力，Pa；pa—大气压力，Pa；—液体表面张力，N/m。（3）灵敏度气泡检漏法的灵敏度与诸多因素有关。液体表面张力越小，示漏气体压力越高，漏孔距离液面越近，可检测出来的漏孔就越小，则灵敏度也越高；示漏气体的粘度越小，分子量越小，灵敏度也越高。实际检漏时，通常用空气作为示漏气体，用水作为显示液体。此时，该方法的灵敏度可达1(10-5~1(10-4cm3/s。（4）气泡产生的条件如图所示，由于液体的表面张力作用，气泡内外有压差。气泡中心至液面的距离为h，液面上方的大气压力为pa，容器内压力为pt，则当时，就会产生气泡。式中pt—容器内的压力，Pa；g—重力加速度，m/s2；(—液体密度，kg/m3；h—气泡中心至液面的距离，m。（5）泄漏点的判断如能观察到水中气泡产生的位置，则可直接判定泄漏点。⑥皂泡法对不太方便放到水槽内的管道、容器和密封连接进行检漏时，先在被检件内充入压力大于0.1MPa的气体，然后在怀疑有漏孔的地方涂抹肥皂液，形成肥皂泡的部位便是漏孔存在的部位。在检漏时应注意肥皂液稀稠得当。太稀了易于流动和滴落而造成误检，太稠了透明度差容易漏检，并且所混入的气体也可能形成泡沫而造成误检。此方法的灵敏度为1(10-4cm3/s数量级。⑦氨气检漏法把允许充压的被检容器或密封装置抽成真空，在器壁或密封元件外面怀疑有漏孔处贴上具有对氨敏感的pH指示剂的显影带，然后在容器内部充入高于0.1MPa的氨气，当有漏孔时，氨气通过漏孔逸出，使显影带改变颜色，由此可找出漏孔的位置，根据显影时间、变色区域大小可大致估计出漏孔的大小。一般认为氨检漏法的灵敏度为1(10-8cm3/s，但也有文献报道可检出泄漏率为10-7cm3/s的漏孔。由于氨气易燃、易爆，故室内要有良好的通风设备，废氨要妥善处理，防止污染环境，工作人员要戴防毒面具和风镜。⑧卤素检漏法卤素检漏法又称为卤素二极管检漏法，它是应用加热的铂元件（阳极）和离子集流极（阴极）的一般原理，使卤素蒸汽由阳极造成离子，由阴极来捕集，在电表上指出与离子生成速度成比例的电流。将代表工件气体泄漏量的电表读数和标准气体泄漏量读数进行比较，就可测定出当前卤素相对浓度。使用的跟踪气体通常为氟利昂气体，其检漏约为1×10-4~1×10-6Pa(L/s。⑨放射性同位素法使用对人体没有危害的放射性气体进行检漏。用混入少量放射性气体的空气，将试验容器加压。如有泄漏，放射性气体就会随空气一起漏出。用闪烁计数管等检测射线，从而可以知道泄漏地点和大致的泄漏量。该方法的灵敏度取决于示漏气体中放射性气体的浓度、加压用气体的量与压力、加压时间以及放射性气体流至计数管的时间，其灵敏度大致为10-6cm3／s。检测时，如果一边移动计数管，一边寻找最大计数的位置和方向，就可以准确地判断出泄漏位置。放射性气体价格昂贵，回收装置较为复杂，试验时，需要专门设备。因此，试验成本很高。⑩氦质谱检漏仪吸嘴法用于真空残余气体分析的质谱仪都可以用来检漏（其示漏物质有氢、氦、氩等），但检漏灵敏度各不相同。专门用来检漏的质谱仪叫质谱检漏仪。其特点是灵敏度高，性能稳定。特别是用氦做示漏气体的氦质谱检漏仪，是真空检漏中灵敏度最高、用得最普遍的一种检漏仪器。（1）氦质谱检漏仪的基本原理与组成氦质谱检漏仪由离子源、分析器、接收器、真空系统、电子线路及其它电气部分组成。目前使用的氦质谱检漏仪大多为磁偏转型的。现以180(的磁偏转型仪器为例加以说明，右图是仪器的原理图。在质谱室的离子源N内气体被电离成离子，在电场作用下离子聚焦成束，并以一定的速度经由缝隙S1进入磁分析器，在均匀磁场的作用下，具有一定速度的离子束，将按圆轨迹运动。其偏转半径可按下式计算：式中R—离子束偏转半径，m；H—磁场强度，A/m；m—有效质量，kg（即离子质量和电荷数之比）；U—加速电压，V；C—常数。由上式可以看出，当H和U为定值时，对应于不同的m有不同的R。固定H和R，调节加速电压U使氦离子束m2恰能通过缝隙S2到达收集极K而形成离子流。利用弱电流测量设备，使之在输出仪表与音响装置上反映出来。而其他不同于m2的离子束（如图中m1，m3）则以不同的偏转半径运动而被分开。（2）检漏方法先将被检件内部充入氦气（最好是先抽真空再充氦气），再用吸嘴在被检件可能有漏孔处进行逐点吻吸，见下图。吸嘴与检漏仪之间用软管连接，有些装置还需要在吸嘴与检漏仪之间加一辅助泵。吸嘴法检漏中应注意的问题是：①灵敏度受连接管道的流导限制。在有辅助泵时，还会受辅助泵分流作用的影响。②初检时，被检件切勿充入过高压强的示漏气体。因为如果有大漏孔，示漏气体会从被检件中漏出，造成较大浪费，而且示漏气体到处扩散后，会给检漏仪带来很大干扰。因此，一般应先向被检件内充以低压强、低浓度的示漏气体，在检出大漏孔并加以修补后，再充入高压强、高浓度的示漏气体，对小漏孔进行检查。③检漏完毕后，应将示漏气体回收或放空，并注意检漏场地通风。（3）灵敏度关于氦质谱检漏仪灵敏度的定义，在世界各国还不很一致。我国基本上都是用最小可检得的泄漏率来表示的。氦质谱检漏仪的灵敏度，即最小可检泄漏率，就是在仪器处于最佳工作条件下，以0.1MPa的纯氦为示漏气体，进行动态检漏时所能检出的最小漏孔的泄漏率。所谓“最佳工作条件”系指被检件出气很少，且没有较大漏孔，同时仪器本身的参数是调整到最佳工作状态等条件；所谓“动态检漏”即指检漏时不用累积法，检漏仪本身的真空系统仍在正常抽气，仪器的反应时间不大于3s（其中真空系统的时间常数不大于1s）等情况；所谓“最小可检”是指信号是本底噪音的两倍；所说的“泄漏率”系指0.1MPa的干燥空气通过漏孔漏向真空端（压力远比0.1MPa低）的泄漏率。氦质谱检漏仪吸嘴法的灵敏度约为10-9cm3/s。（4）响应时间这种方法的响应时间约为2～3s，它主要包括两个方面：一是检漏器本身的响应时间；另一个是泄漏的氦气被吸入到检漏仪的响应时间。（5）泄漏点的判断使用这种检漏仪，吸嘴（探头）要以2～5m/min的缓慢速度沿被检件表面移动。若有泄漏，可以看到仪表指针摆动，也可以听到振荡器的声音发生变化，由此可判断出泄漏点或附近有泄漏。检测时可使吸嘴离开可疑的地方，信号恢复到原始状态。稍等一会（通常为2～5s）后，再将吸嘴靠近可疑的地方。重复上述操作几次，就可以准确判断出泄漏点，精度大约可达1mm。氦质谱检漏仪精度很高，几乎不存在操作者之间的人为误差。该法的稳定性主要取决于氦气检漏仪本身的稳定性。维修保养的好坏对仪器的稳定性影响很大。氦气检漏仪是一种高精密仪器，仪器本身和使用的氦气都较昂贵，但是，氦气检漏仪在压力检漏法和真空检漏法中都能使用，而且灵敏度高、响应时间短、稳定性好、可靠性高、检测结果精确。氦质谱检漏法主要用于需准确地检测微小泄漏率的场合。四、真空检漏法①静态升压法（1）原理将真空泵与被检设备或密封装置相连接，然后抽真空。压力降至某一值时，停止抽真空。同时关闭阀门，放置一段时间。在放置时间里，如果压力急剧上升，就可判断泄漏率很大。如果压力没有大的变化，就可认为泄漏率很小，或者没有泄漏。静态升压法也称为真空放置法。（2）泄漏率的确定在真空技术领域中，通常用压力与容积的乘积来表示某一条件下泄漏的气体量，即泄漏率，其单位为Pa(m3/s。设被检设备或密封装置的容积为V，停止抽真空时的压力为p1，放置t时间后的压力上升为p2，则单位时间的平均泄漏率为式中—以压力与容积的乘积表示的泄漏率，Pa(m3/s。（3）灵敏度静态升压法的灵敏度与被检容器的容积大小、放置时间的长短和真空检测元件（真空计）的灵敏度有关。采用不同的真空计可测得的最小泄漏率是不同的。由于被检物体表面和材料本身所含气体的蒸发、吸收和扩散，采用静态升压法可检出的最小泄漏率约为5(10-7Pa(m3/s。（4）泄漏点的判断采用静态升压法很容易得到被检设备的总的泄漏率，但不能具体判断出泄漏点。②液体涂敷法将被检被检设备或密封装置抽真空。在它的表面涂上水、酒精、丙酮等液体。如果该液体接触到漏孔，就可能进入漏孔或把漏孔盖住，涂敷的液体产生流动，同时引起真空侧压力的急剧变化，测出这个变化，就可以确定覆盖液体部分的泄漏情况。该方法的灵敏度不容易作出精确分析，在某些假定的前提下，可以作大致的估计。响应时间在几秒至几分钟左右，它是由漏孔的大小和涂敷液体的性质决定的。泄漏越大，应答时间越短。泄漏点的判断是在涂液体的同时，注意观察真空计读数的变化，压力急剧变化的地方即为泄漏地点。为可靠起见，应在压力恢复初始值、并趋于稳定后再涂液体。如果几次涂液结果相同，即可确认该处有泄漏。③放电管法示漏气体通过漏孔进入抽真空的容器或密封装置后使放电管内放电光柱的颜色发生变化，据此可判断漏孔的存在。为了便于观察放电光柱的颜色，放电管的管壳采用玻璃泡壳。它适用的压强范围约为1～100Pa。在此范围内空气的放电颜色为玫瑰红色，示漏物质进入放电管后，放电光柱的颜色可参考下表。此方法的灵敏度为10-3Pa(m3/s。各种气体和蒸气的辉光放电颜色 气体 放电颜色 蒸汽 放电颜色 空气 玖瑰红 水银 蓝绿 氮气 金红 水 天蓝 氧气 淡黄 真空油脂 淡蓝（有荧光） 氢气 浅红 酒精 淡蓝 二氧化碳 白蓝 乙醚 淡蓝灰 氦气 紫红 丙酮 蓝 氖气 鲜红 苯 蓝 氩气 深红 甲醇 蓝④高频火花检漏器法高频火花检漏器也叫高频火花真空测定仪，可用于玻璃真空容器的检漏与真空度测定，它的原理如图所示。当接通开关K时，在放电簧F处便产生高频火花。当放电簧与玻璃真空容器接近时，在容器内激起高频放电。如果放电簧沿玻璃表面移动，当其尖端距表面1cm左右时，若没有漏孔，则会在玻璃表面形成散开的杂乱火花，如果玻璃壁有漏孔，则可形成细长而明亮的火花束，束的未端指向漏孔。高频火花检漏仪在玻璃容器内激发放电的颜色与放电管相同，因此，与放电管一样也可根据放电颜色的改变进行检漏。高频火花检漏仪不能直接用来检测金属容器和管路的漏孔，因为高频火花在金属表面被短路，不能使容器内部激发放电，此时应该用真空胶管把一段玻璃管接到金属真空系统上，用高频火花检漏仪在玻璃管内激起放电，然后在系统怀疑有漏孔的地方施以示漏物质，观察玻璃管内放电颜色有无变化，从而判断有无漏孔及漏孔位置。高频火花检漏仪的工作压强范围为几百帕斯卡至零点几帕斯卡，灵敏度为Pa(m3/s。使用时应注意放电簧不要长时间停在一处，因为这样会将玻璃壁打穿而造成漏孔。放电簧不要接近金属架或其它金属零部件，以免发生触电事故。⑤真空计法利用真空计进行检漏，示踪气体通常是氢气或者二氧化碳气体，当用热偶真空计捡漏时，可检漏约为1×10-4Pa(L/s。利用电离真空计检漏时，示踪气体一般为氢气、氦气或氯气。可检漏率约为1×10-4Pa(L/s~1×10-8Pa(L/s。⑥卤素检漏法前面已介绍了卤素检漏仪的工作原理和在压力检漏法中的特点。在真空检漏法中，要求将被检系统抽到10~0.1Pa的真空度，卤素气体通过漏孔由外向内进入系统中，并进入敏感元件所在空间，并由卤素检漏仪探头检测出来。其最小可检泄漏率可达到10-9Pa(m3/s。⑦氦质谱检漏法在真空检漏法中，氦质谱检漏仪直接与被检系统相连接，被检系统抽真空，并在被检件外施加示漏气体（氦气）。示漏物质通过被检件上的漏孔进入检漏仪，被检测出来。真空氦质谱检漏法的灵敏度比压力检漏法中介绍的氦质谱检漏仪吸嘴法的灵敏度高得多，其最小可检泄漏率为10-12~10-13Pa(m3/s。S2m2m3m1K�EMBEDAutoCAD.Drawing.14���卤素检漏仪原理图S1气泡�EMBEDAutoCAD.Drawing.14���气泡产生的条件容器内部pt微安电源h气流内筒外筒加热丝液面paN�EMBEDAutoCAD.Drawing.14���180(磁偏转型氦质谱检漏仪原理图氦气被检容器吸嘴检漏仪�EMBEDAutoCAD.Drawing.14���吸嘴法检漏�EMBEDAutoCAD.Drawing.14���高频火花检漏仪原理C.电容器；CD.接触器；CT.电源插头；K.开关；L1.振动线圈；L2.谐振线罔；L3.高压线圈；F.放电簧；L3FCTCKL2L1CDII1_1012203318.unknown_1012224920.unknown_1012226941.unknown_1012810421.unknown_1013064348.unknown_1013068261.unknown_1012971404.unknown_1012974894.dwg_1012627066.unknown_1012723507.dwg_1012726506.dwg_1012544344.dwg_1012545841.dwg_1012227047.unknown_1012226830.unknown_1012226870.unknown_1012226758.unknown_1012203692.unknown_1012205470.unknown_1012221602.unknown_1012203512.unknown_1012131145.unknown_1012203172.unknown_1010816087.unknown