雷達冷卻系統焊縫氣密性檢測應用技術

吳建寧，袁 兵

(中國船舶重工集團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]，是器件的重要技術參數之一。海用等特定用途的雷達產品處于海洋、島礁等惡劣環境中，對產品的氣密性提出了更高的要求。如果產品的密閉性能達不到設計要求，將會導致內部元器件的腐蝕，從而影響產品的使用性能，降低使用壽命，增加維護成本。同時，雷達的冷卻系統中存在大量的焊接件，這些焊接件對焊縫的氣密性都有著較高的要求，若氣密性達不到設計要求，將有可能導致冷卻液的泄露，嚴重的會造成電子設備的燒毀。由此可見，雷達冷卻系統焊縫的氣密性檢測是生產過程中的重要環節，有著舉足輕重的作用。

1 常用氣密性檢測方法的應用

1.1 氣密性檢測的目的

氣密性檢測是雷達真空器件和冷卻系統等在生產過程中必須的質檢項目。氣密性通常是指具有一定幾何空間容器的密閉程度。氣密性檢測的目的就是在生產過程中盡早對工件在規定的條件下是否泄漏作出判斷，提早發現問題并加以解決，避免對有泄漏的工件作進一步加工和裝配。

在實際生產中，即使工件要求是液密的，也用空氣或其他專用測試氣體作為檢測介質。這是因為氣體的粘度低于液體，用氣體作為檢測介質可獲得很高的測試精度。

1.2 密封和泄漏的概念

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

1.3 常用的氣密性檢測方法

氣密性檢測的常用方法有直壓法、氣泡法、氦質譜儀檢測法、離子泵檢測法、脈沖超聲波檢測法、聲發射檢測、光學檢測等。

(1) 直壓檢測法

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

(2) 氣泡檢測法

利用在檢測對象兩側產生壓力差，在低壓側觀察溶液中產生的氣泡來檢測工件是否泄漏。如果被檢測的工件上存在漏孔，那么氣體會在漏孔處從高壓側向低壓側流動。當在低壓側涂有檢漏液(如水、氟油、肥皂液等)時，因為壓差的關系，泄漏氣體通過檢漏液時會形成氣泡，從而判斷出被檢測的工件是否泄漏和漏孔的位置。

(3) 氦質譜儀檢測法

氦質譜儀檢漏是以氦氣為示蹤氣體使用質譜分析儀進行密封檢測的一種檢漏方法。檢漏時如果工件有漏孔，被檢件內腔的氦氣就會進入檢漏儀，氦離子在磁場中作圓周運動形成離子流，檢漏儀的收集極就會收集到氦離子。信號經過放大后就會在檢漏儀的儀表上顯示出來。進入檢漏儀的氦氣與顯示的數值成正比，數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) 離子泵檢測法

離子泵檢測法的原理如圖1所示。當用離子泵對被檢測工件抽氣時，數分鐘便可達到平衡壓力。此時當用氬氣噴吹在漏孔上時，由于泵對氬氣具有比空氣低的抽速，因此離子泵的離子流指示就會迅速上升，指示了漏孔的存在。當改用氫或氧來檢漏時，由于泵對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迅速降低。當漏率大于10-6Pa·m3/s 時，閥門5 可能要關小，閥門4、7、9 全開，以免檢漏過程中系統的壓力上升過快，離子泵的離子流過大導致過載；當漏率小于10-6Pa·m3/s 時，閥門5 可以全開，閥門4 可以關閉，可提高檢漏靈敏度；當漏率小于10-9Pa·m3/s 時，需要等待較長時間，待系統真空度較高時才能進行檢漏。這種檢漏方法的最小可檢漏率可達10-12Pa·m3/s。

(5) 脈沖超聲波檢測法

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

(6) 聲發射檢測法

當氣體在一定壓力作用下從漏孔泄漏時會在漏孔處發出低頻的機械波，其頻率范圍可從幾赫到幾百千赫。利用聲發射傳感器接收來自泄漏部位的聲信號，然后將該信號轉變成電信號并放大后傳送至聲發射主機，經過分析處理就可以發現泄漏的位置和漏率的大小等信息。[3]聲發射檢漏根據被檢件的不同，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到距離更遠、漏率更小的漏孔。[3]

(7) 光學檢測法

將被檢器件放入密封檢測箱，把光學干涉儀調整到能觀測被檢器件的狀態。然后，將檢測箱抽真空，同時用光學干涉儀觀測抽真空前后被檢器件是否變形。在視野內，同時觀測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間，觀測被檢器件有無繼續變形。如果開始時隨著檢測箱壓力改變未檢測到器件變形，或在檢測箱壓力保持恒定的情況下檢測到器件變形，則器件有泄漏，判為不合格。[4]

隨著科學技術的進步，各種氣密性檢測方法越來越智能，檢測精度大大提高，但是具體的應用需要根據實際情況而定。工程上使用的方法主要考慮操作方便，縮短檢測時間，降低成本，滿足設計要求即可。

2 雷達冷卻系統焊縫氣密性現場檢測方法

用直壓法檢驗工件的氣密性時，直觀性好，測試系統構成簡單，成本低，根據壓力變化而判斷泄漏。而氣泡檢測法也具有上述特點，且更容易找出漏點所在。

針對海用雷達氣密性器件的生產情況，在實際生產中氣密性檢驗要求主要針對管路連接件焊縫、冷板流道焊縫(釬焊、攪拌摩擦焊及擴散焊)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內無泄漏。氣密性的檢驗是定性檢測，并非定量測試。同時，若發現泄漏，只需找出漏點即可。綜合考慮操作簡便性、效率和成本，通常選用直壓法和氣泡法綜合起來的測試方法。

2.1 試驗原理

試驗原理圖如圖2所示。

通過氮氣源向被測工件里充氣，調節閥門，觀察壓力表4，待工件內壓力達到氣密性檢測要求時關閉氣源。在規定壓力(1.5 MPa)下、規定時間(15 min)內，壓力表4的壓力值無變化；或者將被測工件放入水中，或者在其焊縫處涂抹肥皂水，如無氣泡產生，則工件的氣密性滿足設計要求。測試完畢后，通過三通閥進行泄壓。

2.2 試驗設備及設計

試驗設備主要包括氣源氮氣瓶、調壓閥門、壓力表(2個)、三通泄壓閥及連接管路和接頭等。由于被測工件形式多種多樣，針對海用雷達使用要求和生產特點，本文提出了一種快接方式，對不同被測工件進行測試，統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 現場試漏的應用

冷卻系統焊縫氣密性的現場測試采用上述測試系統，充氣口均使用快速接頭的形式，操作簡便，通用性強，可提高氣密性檢測的效率。對于體積小的純結構件，通常采用氣泡法進行檢測，對測試工件進行充氣、保壓，并浸沒于水中，而對于體積較大的結構件或者帶有電訊元器件的工件通常采用直壓法進行檢測。圖4所示為幾種焊接工件的現場氣密性測試圖。

3 結束語

本文介紹了幾種常用的氣密性檢測方法，并針對實際生產中的應用情況，提出直壓法檢測和氣泡法檢測更適應于焊接工件的現場氣密性檢測。針對各種應用場合，設計了一套通用氣密性檢測系統，操作簡便，通用性強，可以大大提高氣密性檢測的效率。