雷達(dá)冷卻系統(tǒng)焊縫氣密性檢測(cè)應(yīng)用技術(shù)

吳建寧，袁 兵

(中國船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所， 南京 211153)

0 引 言

氣密性是指器件的氣體密閉性能[1]，是器件的重要技術(shù)參數(shù)之一。海用等特定用途的雷達(dá)產(chǎn)品處于海洋、島礁等惡劣環(huán)境中，對(duì)產(chǎn)品的氣密性提出了更高的要求。如果產(chǎn)品的密閉性能達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，將會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部元器件的腐蝕，從而影響產(chǎn)品的使用性能，降低使用壽命，增加維護(hù)成本。同時(shí)，雷達(dá)的冷卻系統(tǒng)中存在大量的焊接件，這些焊接件對(duì)焊縫的氣密性都有著較高的要求，若氣密性達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，將有可能導(dǎo)致冷卻液的泄露，嚴(yán)重的會(huì)造成電子設(shè)備的燒毀。由此可見，雷達(dá)冷卻系統(tǒng)焊縫的氣密性檢測(cè)是生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，有著舉足輕重的作用。

1 常用氣密性檢測(cè)方法的應(yīng)用

1.1 氣密性檢測(cè)的目的

氣密性檢測(cè)是雷達(dá)真空器件和冷卻系統(tǒng)等在生產(chǎn)過程中必須的質(zhì)檢項(xiàng)目。氣密性通常是指具有一定幾何空間容器的密閉程度。氣密性檢測(cè)的目的就是在生產(chǎn)過程中盡早對(duì)工件在規(guī)定的條件下是否泄漏作出判斷，提早發(fā)現(xiàn)問題并加以解決，避免對(duì)有泄漏的工件作進(jìn)一步加工和裝配。

在實(shí)際生產(chǎn)中，即使工件要求是液密的，也用空氣或其他專用測(cè)試氣體作為檢測(cè)介質(zhì)。這是因?yàn)闅怏w的粘度低于液體，用氣體作為檢測(cè)介質(zhì)可獲得很高的測(cè)試精度。

1.2 密封和泄漏的概念

密封是一個(gè)相對(duì)的概念，沒有絕對(duì)密封不漏的工件。工件在不同的應(yīng)用條件下對(duì)密封程度有不同的要求，因此必須首先根據(jù)工件的實(shí)際工作情況確定氣密性檢測(cè)的方法、檢測(cè)壓力以及工件允許的泄漏率。

1.3 常用的氣密性檢測(cè)方法

氣密性檢測(cè)的常用方法有直壓法、氣泡法、氦質(zhì)譜儀檢測(cè)法、離子泵檢測(cè)法、脈沖超聲波檢測(cè)法、聲發(fā)射檢測(cè)、光學(xué)檢測(cè)等。

(1) 直壓檢測(cè)法

向被檢測(cè)工件中充入一定壓力的氣體(通常為氮?dú)?，通過觀察連接在被檢測(cè)工件上的壓力表進(jìn)行判斷。若在規(guī)定時(shí)間內(nèi)壓力表的示數(shù)無變化，則滿足氣密性要求，為合格；若示數(shù)有變化，則不合格。這通常作為工件氣密性定性判斷的手段。

(2) 氣泡檢測(cè)法

利用在檢測(cè)對(duì)象兩側(cè)產(chǎn)生壓力差，在低壓側(cè)觀察溶液中產(chǎn)生的氣泡來檢測(cè)工件是否泄漏。如果被檢測(cè)的工件上存在漏孔，那么氣體會(huì)在漏孔處從高壓側(cè)向低壓側(cè)流動(dòng)。當(dāng)在低壓側(cè)涂有檢漏液(如水、氟油、肥皂液等)時(shí)，因?yàn)閴翰畹年P(guān)系，泄漏氣體通過檢漏液時(shí)會(huì)形成氣泡，從而判斷出被檢測(cè)的工件是否泄漏和漏孔的位置。

(3) 氦質(zhì)譜儀檢測(cè)法

氦質(zhì)譜儀檢漏是以氦氣為示蹤氣體使用質(zhì)譜分析儀進(jìn)行密封檢測(cè)的一種檢漏方法。檢漏時(shí)如果工件有漏孔，被檢件內(nèi)腔的氦氣就會(huì)進(jìn)入檢漏儀，氦離子在磁場(chǎng)中作圓周運(yùn)動(dòng)形成離子流，檢漏儀的收集極就會(huì)收集到氦離子。信號(hào)經(jīng)過放大后就會(huì)在檢漏儀的儀表上顯示出來。進(jìn)入檢漏儀的氦氣與顯示的數(shù)值成正比，數(shù)值越大則泄漏的氣體越多，被檢工件是否有漏孔以及漏率大小就這樣被確定下來。

(4) 離子泵檢測(cè)法

離子泵檢測(cè)法的原理如圖1所示。當(dāng)用離子泵對(duì)被檢測(cè)工件抽氣時(shí)，數(shù)分鐘便可達(dá)到平衡壓力。此時(shí)當(dāng)用氬氣噴吹在漏孔上時(shí)，由于泵對(duì)氬氣具有比空氣低的抽速，因此離子泵的離子流指示就會(huì)迅速上升，指示了漏孔的存在。當(dāng)改用氫或氧來檢漏時(shí)，由于泵對(duì)氫和氧具有比空氣大的抽速，因此離子泵的離子流指示就會(huì)迅速降低。當(dāng)漏率大于10-6Pa·m3/s 時(shí)，閥門5 可能要關(guān)小，閥門4、7、9 全開，以免檢漏過程中系統(tǒng)的壓力上升過快，離子泵的離子流過大導(dǎo)致過載；當(dāng)漏率小于10-6Pa·m3/s 時(shí)，閥門5 可以全開，閥門4 可以關(guān)閉，可提高檢漏靈敏度；當(dāng)漏率小于10-9Pa·m3/s 時(shí)，需要等待較長(zhǎng)時(shí)間，待系統(tǒng)真空度較高時(shí)才能進(jìn)行檢漏。這種檢漏方法的最小可檢漏率可達(dá)10-12Pa·m3/s。

(5) 脈沖超聲波檢測(cè)法

高頻脈沖電路可以產(chǎn)生高頻電壓，脈沖超聲波檢測(cè)是將高頻電壓加在探傷儀換能器(接觸探頭)的壓電晶片上， 就會(huì)有脈沖超聲波發(fā)射出來。 超聲波在器壁內(nèi)傳播，遇到漏孔時(shí)，超聲波的一部分能量在漏孔端部會(huì)進(jìn)行大角度范圍散射，從而產(chǎn)生較強(qiáng)的脈沖超聲回波信號(hào)。探頭接收到回波信號(hào)后，將其轉(zhuǎn)變成高頻脈沖電壓，并輸入到接收示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板上，電壓就會(huì)在熒光屏的縱坐標(biāo)上顯示出來。超聲波束根據(jù)探頭位置的變化射到漏孔的各個(gè)部位。探頭接收到漏孔進(jìn)、出口以及漏孔中的脈沖超聲回波信號(hào)，根據(jù)其大小和波形，間接測(cè)出漏孔的漏率。[2]

(6) 聲發(fā)射檢測(cè)法

當(dāng)氣體在一定壓力作用下從漏孔泄漏時(shí)會(huì)在漏孔處發(fā)出低頻的機(jī)械波，其頻率范圍可從幾赫到幾百千赫。利用聲發(fā)射傳感器接收來自泄漏部位的聲信號(hào)，然后將該信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)并放大后傳送至聲發(fā)射主機(jī)，經(jīng)過分析處理就可以發(fā)現(xiàn)泄漏的位置和漏率的大小等信息。[3]聲發(fā)射檢漏根據(jù)被檢件的不同，其頻率范圍可從幾千赫到幾百千赫，一般來說頻率越低則可以檢測(cè)到距離更遠(yuǎn)、漏率更小的漏孔。[3]

(7) 光學(xué)檢測(cè)法

將被檢器件放入密封檢測(cè)箱，把光學(xué)干涉儀調(diào)整到能觀測(cè)被檢器件的狀態(tài)。然后，將檢測(cè)箱抽真空，同時(shí)用光學(xué)干涉儀觀測(cè)抽真空前后被檢器件是否變形。在視野內(nèi)，同時(shí)觀測(cè)每一只被檢器件是否隨壓力變化而變化。在減小的壓力下保持一定時(shí)間，觀測(cè)被檢器件有無繼續(xù)變形。如果開始時(shí)隨著檢測(cè)箱壓力改變未檢測(cè)到器件變形，或在檢測(cè)箱壓力保持恒定的情況下檢測(cè)到器件變形，則器件有泄漏，判為不合格。[4]

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，各種氣密性檢測(cè)方法越來越智能，檢測(cè)精度大大提高，但是具體的應(yīng)用需要根據(jù)實(shí)際情況而定。工程上使用的方法主要考慮操作方便，縮短檢測(cè)時(shí)間，降低成本，滿足設(shè)計(jì)要求即可。

2 雷達(dá)冷卻系統(tǒng)焊縫氣密性現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法

用直壓法檢驗(yàn)工件的氣密性時(shí)，直觀性好，測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單，成本低，根據(jù)壓力變化而判斷泄漏。而氣泡檢測(cè)法也具有上述特點(diǎn)，且更容易找出漏點(diǎn)所在。

針對(duì)海用雷達(dá)氣密性器件的生產(chǎn)情況，在實(shí)際生產(chǎn)中氣密性檢驗(yàn)要求主要針對(duì)管路連接件焊縫、冷板流道焊縫(釬焊、攪拌摩擦焊及擴(kuò)散焊)及分水器焊縫等液密的焊接工件。氣密性的要求是在1.5 MPa壓力下15 min內(nèi)無泄漏。氣密性的檢驗(yàn)是定性檢測(cè)，并非定量測(cè)試。同時(shí)，若發(fā)現(xiàn)泄漏，只需找出漏點(diǎn)即可。綜合考慮操作簡(jiǎn)便性、效率和成本，通常選用直壓法和氣泡法綜合起來的測(cè)試方法。

2.1 試驗(yàn)原理

試驗(yàn)原理圖如圖2所示。

通過氮?dú)庠聪虮粶y(cè)工件里充氣，調(diào)節(jié)閥門，觀察壓力表4，待工件內(nèi)壓力達(dá)到氣密性檢測(cè)要求時(shí)關(guān)閉氣源。在規(guī)定壓力(1.5 MPa)下、規(guī)定時(shí)間(15 min)內(nèi)，壓力表4的壓力值無變化；或者將被測(cè)工件放入水中，或者在其焊縫處涂抹肥皂水，如無氣泡產(chǎn)生，則工件的氣密性滿足設(shè)計(jì)要求。測(cè)試完畢后，通過三通閥進(jìn)行泄壓。

2.2 試驗(yàn)設(shè)備及設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)備主要包括氣源氮?dú)馄?、調(diào)壓閥門、壓力表(2個(gè))、三通泄壓閥及連接管路和接頭等。由于被測(cè)工件形式多種多樣，針對(duì)海用雷達(dá)使用要求和生產(chǎn)特點(diǎn)，本文提出了一種快接方式，對(duì)不同被測(cè)工件進(jìn)行測(cè)試，統(tǒng)一了充氣接頭的形式。工件上安裝快速插座，充氣口管路上安裝快速插頭，如圖3所示。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)試漏的應(yīng)用

冷卻系統(tǒng)焊縫氣密性的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試采用上述測(cè)試系統(tǒng)，充氣口均使用快速接頭的形式，操作簡(jiǎn)便，通用性強(qiáng)，可提高氣密性檢測(cè)的效率。對(duì)于體積小的純結(jié)構(gòu)件，通常采用氣泡法進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)測(cè)試工件進(jìn)行充氣、保壓，并浸沒于水中，而對(duì)于體積較大的結(jié)構(gòu)件或者帶有電訊元器件的工件通常采用直壓法進(jìn)行檢測(cè)。圖4所示為幾種焊接工件的現(xiàn)場(chǎng)氣密性測(cè)試圖。

3 結(jié)束語

本文介紹了幾種常用的氣密性檢測(cè)方法，并針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用情況，提出直壓法檢測(cè)和氣泡法檢測(cè)更適應(yīng)于焊接工件的現(xiàn)場(chǎng)氣密性檢測(cè)。針對(duì)各種應(yīng)用場(chǎng)合，設(shè)計(jì)了一套通用氣密性檢測(cè)系統(tǒng)，操作簡(jiǎn)便，通用性強(qiáng)，可以大大提高氣密性檢測(cè)的效率。