3.3. Диагностика и локализация течей в вакуумной сварочной камере (со стороны вакуума)

Изготовление и последующая эксплуатация вакуумных камер для электронно-лучевых сварочных установок связаны с необходимостью диагностики их на герметичность и отысканием течей. Необходимо определить место, где происходит натекание воздуха извне в вакуумируемый объем, локализовать его и устранить выявленную течь. При изготовлении вакуумных камер чаще всего течи бывают в сварных швах и уплотнениях.

В вакуумной технике для определения места течи используют специальные течеискатели: галоидные или масс-спектрометрические [16, 17]. Течеискатель подсоединяют к испытуемой камере и откачивают ее до возможно достижимого вакуума. Снаружи вакуумную камеру обдувают галоидсодержащим газом (при использовании галоидноготечеискателя) или гелием (в случае масс- спектрометрическоготечеискателя). Газ через течь попадает и вакуумную камеру, что регистрирует течеискатель и, таким образом, определяется место течи.

Однако данная методика пригодна лишь в том случае, когда при обдувании камеры снаружи газом, можно точно знать, куда попадает этот газ. Если же обследуемое место камеры снаружи имеет навесные элементы (механизмы, дополнительные конструкции, обшивку и пр.), то обдувание газом снаружи не позволяет установить место течи.

Применительно к этому случаю целесообразно искать место течи изнутри вакуумной камеры со стороны вакуума.

Для поиска места течи изнутри камеры в ИЭС им. Е. О.  Патона НАНУ было изготовлено простое устройство. Его конструкция заключается в следующем (рис.3.11). Устройство содержит воронку /, в горловине которой установлена лампа 2 манометрического преобразователя. Устройство монтируется на механизме, обеспечивающем продольное перемещение устройства над обследуемой поверхностью (на рисунке механизм перемещения не показан). Вместе с механизмом перемещения устройство располагается над обследуемой поверхностью таким образом, чтобы обеспечить возможно меньший зазор Sна всей длине перемещения. При поиске течей при среднем вакууме в камере мм рт. ст. нами использовалась лампа (ионизационный мано­метрический преобразователь) ПМИ-2 и вакуумметр ионизационно-термопарныйВИТ-3. Для поиска течей на плохом вакууме (хуже мм рт. ст.) возможно применение лампы (термопарный преобразователь) ПМТ-2 с тем же ва­куумметром ВИТ-3.

Поиск течи производится следующим образом. Камера откачивается до предельно достижимого вакуума. Включается лампа и регистрируются показания соответствующего вакуумметра; они должны совпадать с показанием другого вакуумметра, измеряющего общий вакуум в камере. Устройствоперемещается над обследуемой поверхностью. Если в процессе его перемещения вакуумметр фиксирует ухудшение вакуума в воронке, то это указывает на то, что воронка находится над местом течи.

При поиске течи зазор Sмежду воронкой и обследуемой поверхностью устанавливали около 10 мм (или меньше). Скорость перемещения устройства вдоль поверхности составляла 10 мм/с. Диаметр воронки D=90 мм. Наличие течи регистрировали по изменению показаний ионизационной части вакуумметра навеличину ∆N(делений) но сравнению с текущим значением Nв соответствии с зависимостью:

Р исунок 3.11 — Схема устройства для диагностики течей изнутри вакуумной камеры:

1 – воронка; 2 – лампа (манометрический преобразователь); 3 – обследуемая поверхность вакуумной камеры; 4 – течь.

где k— безразмерный коэффициент, равный 0,1 (при этом вся шкала вакуумметра содержит 100 делений).

Устройство показало высокую чувствительность при поиске течей: при зазоре S= 10 мм перемещение воронки к месту течи приводит к увеличению показаний вакуумметра на порядок.

Данное устройство использовали для поиска течей при изготовлении и доработке крупногабаритных (12... 25м³) вакуумных камер установок для электронно-лучевой сварки. Удалось устранить ряд течей, и в результате был получен рабочий вакуум в камерах на уровне (2...3) • 10-⁵ мм рт.ст.

У данного устройства для поиска течей есть характерная особенность: поиск течи не зависит от ее размера (измеряется в литрах на миллиметр ртутного столбика в секунду); от размера течи и производительности откачки зависит предельно достижимый вакуум в камере. В данном устройстве регистрируется относительное (в делениях шкалы) ухудшение вакуума в объеме воронки при ее расположении над местом течи. Это относительное ухудшение не зависит от конкретного значения вакуума в камере, а определяется лишь геометрией устройства (зазором Sи диаметром воронки D).

Таким образом, использование устройства показало, что оно позволяет находить течи изнутри вакуумируемого объема. Используемое устройство для поиска течей имеет высокую чувствительность (на уровне показаний прибора вакуумметра).

Устройство может быть использовано вкомпьютеризированныхсистемах мониторинга и диагностики крупногабаритного вакуумного технологического оборудования. Благодаря анизотропности показаний датчика (зависимости от направления ориентации), с его помощью можно определить направление, откуда существует поток газа. Возможны и более широкие области применения устройства, например, диагностика течей в условиях космоса.