بیشتر قطعاتی که در سیستمهای خلأ مورد استفاده قرار میگیرند لازم است از نظر آببند بودن دربرابر ورود هوا مورد بررسی قرار گیرند. به این عمل نشتیابی (Leak Detection) گفته میشود. در نشتیابی ممکن است هدف اندازهگیری نشتی یک قطعه بوده و یا تعیین محل نشتی اهمیت داشته باشد . قطعاتی که لازم است پیش از استفاده در سیستمهای خلأ نشتیابی شوند عبارتند از کلیه محفظه های خلأ، انواع شیرهای خلأ، کلیه اتصالات خلأ)لولهها، چندراهیها و تبدیلهاو …(، رابطهای خلأ، فشارسنجها خلأ و بسیاری از تجهیزات دیگر .
در یک محفظه ایده آل با نشتی صفر، فشار خلأ برای همیشه در آن بدون تغییر باقی میماند اما توجه داشت که همه محفظهها همواره مقداری نرخ نشتی دارند. منظور از نرخ نشتی، مقدار گاز)در واحد دبی حجمی PV ) است که در واحد زمان وارد سیستم خلأ میشود. به این نشتی، نشتی واقعی میگویند .
واحد اندازه گیری نشتی همان واحد دبی حجمی است که حاصلضرب واحد فشار در واحد حجم تقسیم بر واحد زمان است. البته در برخی از کاربردها، از میزان افزایش فشار در واحد زمان نیز بمنظور نشان دادن مقدار نشتی استفاده میکنند. نرخ نشتی قابل قبول برای سیستمهای خلأ متفاوت است و بسته به کاربرد سیستم و فشار نهایی و سایر مشخصات تعیین میشود. به حداکثر نرخ نشتی قابل قبول برای یک سیستم خلأ، میزان نشتی مجاز آن سیستم گفته میشود .
در کاربردهای مختلف میزان نرخ نشتی مجاز متفاوت است. در هر سیستم براساس نوع کاربرد، باید نشتی کمتر از حد مجاز باشد. مثلا در سیستم خلأای که نسبت به نفوذ گازهای مانند اکسیژن حساس است نرخ نشتی حتما باید کمتر از 0.000001 میلی بار لیتربرثانیه باشد .
در برخی موارد به نرخ نشتی مجاز توجه نمیشود و تنها رسیدن به فشار مشخص معیار عملکرد سیستم قرار میگیرد. در اینجا لازم است یادآور شد که درصورت استفاده از پمپهای خلأ قوی نیز شاید بتوان با وجود نشتی به فشار موردنظر رسید اما همواره نرخ مشخصی از هوا وارد سیستم شده که ممکن است بر نتایج پروسه های تحت خلأ تاثیر بگذارد. برای مثال ممکن است فرآیند عملیات حرارتی تحت خلأ در فشار مناسبی انجام شود اما بخاطر ورود هوا از محل نشتی، مقداری اکسید شدگی در نتایج حاصل شود که مطلوب نمیباشد.
انواع روشهای نشتیابی :
مهمترین و دقیقترین روش اندازهگیری نرخ نشتی و نشتیابی، استفاده از نشتیاب طیف سنج جرمی (نشتیاب هلیومی) است .
یک نشتیاب هلیومی درواقع یک طیف سنج جرمی است که برای گاز هلیوم تنظیم شده است. همانگونه که در شکل 1 ملاحظه میکنید، در طیف سنج جرمی با استفاده از باردار کردن ذرات و تغییر مسیر ذرات باردار در یک میدان مغناطیسی و براساس وزن آنها، ذرات مختلف را شناسایی مینماید .
اجزاء مختلف یک نشتیاب هلیومی بصورت زیر میباشد :
پمپهای خلأ
* پمپ پشتیبان: روتاری یا یک پمپ خشک
* پمپ خلأ بالا: توربو)در مدلهای قدیمی دیفیوژن
شیرها
* شیر هوادهی
* شیر سوزنی
* شیر اتصال به محفظه
* شیر مربوط به کالیبراسیون نشتی
طیفسنج جرمی حساس به گاز هلیوم
مخزن گاز هلیوم و رگولاتور مناسب
تفنگ پاشش یا مکش هلیوم
نمایشگر و صفحه کنترل
رابطها و اتصالات
روش عملکرد اجزاء نشتیاب هلیومی بسته به نحوه انجام نشتیابی)پرفشار و یا کم فشار( و همچنین محدوده دقت و روش تخلیه طیف سنج متفاوت است. اما بطور کلی در این نوع نشتیابها سیستم تخلیه) یا پمپاژ( هلیوم را به داخل نشتیاب کشیده و طیف سنج آنرا ردیابی میکند .
تعیین محل نشتی با استفاده از پاشنده هلیوم
در این روش نشتیابی، قطعه مورد آزمایش)برای مثال محفظه خلأ( به نشتیاب متصل شده و هوای داخل آن توسط نشتیاب)و یا با کمک پمپ کمکی و نشتیاب( تخلیه میشود. پس از رسیدن به فشار خلأ مناسب جهت کارکرد، نشتیاب یک عدد را به عنوان نرخ نشتی نشان میدهد. این عدد پس از ثابت شدن، میزان هلیوم زمینه در محفظه را نشان میدهد )هلیومی که از قبل در محفظه وجود داشته است(. سپس پاشنده هلیوم را نزدیک نقاط مشکوک به نشتی گرفته و هلیوم را به آن نقاط میپاشیم. درصورت وجود نشتی، عدد نرخ نشتی افزایش مییابد. معمولا و براساس نیازمندیهای سیستم، تا عدد مشخصی از نرخ نشتی قابل قبول بوده و درصورت بالاتر بودن لازم است تا نشتی برطرف شود .
تعیین میزان نشتی کل
درصورتی که هدف از نشتیابی تعیین میزان نشتی کل محفظه با کمک نشتیاب هلیومی باشد باید از یکی از دو روش کم فشار و یا پرفشار استفاده نمود .
در روش کمفشار، مطابق شکل ذیل، محفظه مورد تست درحالی که داخل یک محفظه هلیوم قرار گرفته، به نشتیاب متصل شده و داخل آن تخلیه میشود. عدد نشتی بدست آمده در این حالت بیانگر میزان نشتی کل سیستم میباشد.
در روش پرفشار، محفظه مورد آزمایش پر از هلیوم شده و سپس داخل یک محفظه خلأ قرار میگیرد که به سیستم نشتیاب متصل است. عدد نشتی بدست آمده در این حالت نیز، بیانگر میزان نشتی کل سیستم است.
دقت اندازهگیری در نشتیابها بسته به نوع نشتیاب و روش نشتیابی متفاوت است. در مدلهای قدیمی، پمپ خلأ بالا و طیف سنج بطور مستقیم به محیط خلأ متصل بودند و ازین رو برای نشتیابی باید فشار محفظه به فشار مناسب طیفسنج میرسید . )روش Total Flow ) . در نشتیابهای امروزی از روش کانتر فلو (Counter Flow) استفاده میشود)شکل ذیل (. در این روش پمپ پشتیبان داخلی نشتیاب، علاوه بر تخلیه محفظه، پشت پمپ خلأ بالا را نیز تخلیه میکند. پمپ خلأ بالا تنها طیفسنج جرمی را تخلیه میکند. هلیومی که به داخل نشتیاب کشیده میشود، میتواند مسیر پمپ خلأ بالا را معکوس رفته و خود را به طیفسنج جرمی برساند. این روش علاوه بر اینکه دقت بالاتری دارد، تنها لازم است تا فشار محفظه مورد تست تا فشار مناسب پشتیبان پمپ خلأ بالا پایین بیاید. بطور خلاصه، میتوان نشتیابی را در فشار بالاتری نسبت به روش Total Flow انجام داد.
نکات مهم در مورد نشتیابی با استفاده از نشتیاب هلیومی
اگرچه نشتیابی با استفاده از نشتیاب هلیومی بسیار دقیق میباشد، جهت رسیدن به نتایج مطلوب، تجربه و مهارت کاربر اهمیت زیادی دارد .کارشناسان شرکت وکیوم سبلان این تضمبن را به شما می دهند که در کمترین زمان ممکن بهترین عملکرد را ارائه خواهند داد.
آشنایی با اصول خلأ و طریقه عملکرد اجزاء مختلف در یک سیستم خلأ، برای رسیدن به نتایج درست و دقیق در نشتیابی ضروری است .
نشتیابهای هلیومی بخاطر دارا بودن سیستم طیف سنج جرمی و همچنین پمپ توربو، دارای حساسیت زیادی نسبت به تمیزی هستند. به همین دلیل لازم است تا پیش از شروع فرآیند نشتیابی، بخصوص در روش پاشنده هلیوم، محفظه خلأ و کلیه اتصالات از نظر تمیزی مورد بررسی قرار گیرند .
پیش از شروع نشتیابی از بسته بودن صحیح همه اتصالات، پیچها و رابطها اطمینان حاصل کنید .
پمپهای سیستم نشتیاب معمولا دارای سرعت تخلیه پایینی هستند. در محفظههای بزرگ حتما از پمپ کمکی جهت رسیدن به خلأ مورد نیاز نشتیاب استفاده شود. دراین حالت، میزان نرخ نشتی نشان داده شده در نشتیاب، نسبتی از کل نشتی است که مقدار این نسبت به نوع و سرعت تخلیه پمپ کمکی و پمپ
نشتیاب بستگی دارد .
در هنگام روشن بودن سیستم نشتیاب، از تکان دادن و حرکت دادن آن خودداری نمایید. سیستم نشتیاب دارای پمپ توربو میباشد که نسبت به تکان و حرکت درهنگام روشن بودن حساس است .
برای پیدا نمودن راحت تر محل نشتی، در هنگام نشتیابی با استفاده از پاشش هلیوم، نشتیابی را از نقاط بالاتر شروع کنید و در هنگام نشتیابی با استفاده از مکندهها، نشتیابی را از نقاط پایینتر .
استفاده از خمیرها و چسبهای مخصوص نشتیابی میتواند کمک موثری در پیدا کردن محل دقیق نشتی باشد .
پیش از شروع نشتیابی از تمیزی کلیه قطعات اطمینان حاصل کنید .
پیش از شروع نشتیابی، از بسته شدن کامل و صحیح کلیه اتصالات اطمینان حاصل کنید. همچنین اتصالات مربوط به اتصال نشتیاب به محفظه را نیز از نظر نشتی در ابتدای کار بررسی کنید .
تهویه مناسب محل نشتیابی دارای اهمیت زیادی است. تهویه مناسب مانع از جمع شدن هلیوم در محل نشتیابی میشود. باید توجه کرد که تهویه با شدت زیاد نیز سبب پخش شدن سریع هلیوم شده و دقت نشتیابی را تحت تاثیر قرار میدهد .
میزان هلیوم پاشیده شده باید بصورت متمرکز و کنترل شده باشد تا علاوه بر افزایش دقت، سبب صرفهجویی در مصرف هلیوم میشود .
در روشهای مکنده هلیوم، جهت کاهش هزینهها میتوان از هلیوم با خلوص پایین استفاده نمود .
درصورتی که در یک دستگاه خلأ، از پمپهای سیستم بعنوان پمپ کمکی استفاده شود، بهتر است نشتیاب در پشت پمپهای خلأ بالا)مانند دیفیوژن و توربو( نصب شود. درصورتی که از ترکیب روتاری و روتس استفاده میشود، میتوان نشتیاب را بین پمپ روتاری و روتس متصل نمود.
در روشهای پرفشار، فشار هلیوم اکیدا نباید از محدوده مجاز مخزن فراتر رود .
حتما نشتیابی را پیش از رنگ کردن محفظهها انجام دهید. گاهی رنگ و یا حتی آلودگیهایی شبیه گریس و روغن میتوانند باعث پر شدن موقتی نشتیهای ریز شوند .
رابطهای مکانیکی و تجهیزات متحرک آببند مانند شیرها را باید هم بصورت استاتیک)در حالت سکون( و هم بصورت داینامیک)درحال حرکت( نشتیابی نمود .
نوشته شده توسط: اشکان موسی پور
