Мобильные методы контроля герметичности

[В мире НК]

Об авторах:

Сотрудники компании Helling GmbH (Германия):

Необходимо войти для просмотра
Натанаэль Рисс
Президент

Необходимо войти для просмотра
Иванков Андрей Федорович
Технический директор

Необходимо войти для просмотра
Сингаевская Татьяна Владимировна
Начальник лаборатории


Сегодня уже ни у кого не вызывает сомнения, что развитие промышленности должно происходить не только за счет увеличения объемов выпускаемой продукции и расширения ее ассортимента. Залогом нормального функционирования промышленных предприятий в условиях рыночной экономики является обеспечение высокого качества продукции на уровне мировых стандартов. В свою очередь, условием обеспечения стабильно высокого качества является соответственно высокий уровень контроля.

Контроль герметичности (течеискание) занимает важное место в системе НК [1].

Параметр герметичности является одним из основных, когда речь идет о надежной и безопасной эксплуатации таких объектов, как хранилища и трубопроводы нефтепродуктов и газа, ядерные установки, резервуары с химическими реактивами, системы самолетов, ракет, кораблей. Кроме того, герметизируются и малогабаритные изделия массового производства, выпускаемые химической, электронной, автомобильной и другими отраслями промышленности [2]. Большое разнообразие герметизируемых объектов требует развития различных методов и аппаратуры контроля герметичности. Для их правильного выбора разработчики и потребители герметизированных изделий должны иметь четкое представление о существующем наборе методов и возможностях каждого из них.

Течеискание относится к виду НК, основанному на обнаружении пробного вещества, проникающего через течь. Методы течеискания предназначены для оценки степени негерметичности объекта контроля, а также для локализации течей как в основном материале, так и в соединениях различного типа - сварных, паяных, разъемных и т. п.

В зависимости от направления движения потока различают понятия «натекание» и «утечка», которые соответственно означают проникновение вещества внутрь либо изнутри герметизированного изделия через течи под действием перепада полного или парциального давления либо под действием капиллярных сил при использовании жидкостных методов контроля герметичности.

Наглядное представление о примерном соотношении скорости натекания, размера (диаметра) течи и фактического проявления течи дает табл. 1.

Необходимо войти для просмотра​

В данной статье на примере продукции, выпускаемой компанией Helling GmbH (Германия), рассматриваются часто используемые на практике и хорошо зарекомендовавшие себя простые мобильные методы течеискания, не требующие использования дорогостоящего оборудования и применимые также в полевых условиях.

 

[В мире НК]

Пузырьковый метод

Сущность пузырькового метода контроля герметичности заключается в регистрации локальных утечек в объекте по появлению пузырьков контрольного газа в индикаторной жидкости или на индикаторном покрытии. Метод применяется для контроля герметичности емкостей, гидравлических и газовых систем, находящихся под избыточным давлением.

Для проведения контроля способом пенопленочного индикатора на контролируемую поверхность находящегося под избыточным давлением объекта наносится специальное пенообразующее вещество. Контрольный газ, проникая через микродефекты поверхности, оказывает механическое воздействие на пенопленочный индикатор и деформирует его, образуя пузырьки и пенные вздутия.

Градиент давления может создаваться также с помощью вакуумного насоса. Для этого на испытываемый объект, например сварной шов, наносится пенопленочный индикатор и устанавливается вакуумная рамка, которая затем вакуумируется с помощью механического насоса. Рамка представляет собой жесткий каркас с уплотнителем из мягкой резины и прозрачной верхней крышкой. После создания перепада давления на контролируемом участке воздух, проникающий через течи в камеру рамки, образует пузырьки в пенопленочном индикаторе.

Необходимо войти для просмотра
Рис. 1. Вакуумный насос с рамкой​

Для этих целей компания Helling предлагает вакуумный насос EV 20 в комплекте с вакуумными рамками различной конфигурации (рис. 1).

Необходимо войти для просмотра
Рис. 2. Аэрозольный пенопленочный индикатор Proof Check, пример регистрации утечки​

Аэрозольный пенопленочный индикатор Proof Check представляет собой эмульсию, содержащую поверхностноактивные вещества, пленкообразующие и влагоудерживающие компоненты и отличается низким поверхностным натяжением, высокой пенообразующей способностью и устойчивостью к сползанию (рис. 2). Для обеспечения работы при низких температурах (до -15 °C) разработан пенопленочный индикатор Proof Check Plus.

Индикатор наносят на контролируемую поверхность тонким ровным слоем, образовавшиеся ложные пузырьки удаляют салфеткой и вновь наносят эмульсию.

Время выявления течей величиной больше 1-10-4м3Па/с составляет 2 - 3 с, для течей порядка 10-7м3Па/с необходимо в среднем 15 мин. Чувствительность способа составляет 1,3-10-7м3Па/с.

Данный способ применяется для локального контроля герметичности как сплошного материала, так и сварных швов и соединений.

Акустический метод

Благодаря своей простоте и надежности, а также возможности осуществлять диагностику бесконтактным способом акустические методы являются очень востребованными.

Принцип акустического течеискания основывается на эффекте формирования звуковых и ультразвуковых колебаний при выходе струи жидкости или газа из отверстия (трещины, щели). Другими словами, при утечке жидкостей или газов возникают акустические колебания от трения струи о кромку дефекта или соударения с внешней средой, которые могут быть зафиксированы с помощью ультразвуковых или виброакустических микрофонов, преобразующих акустические колебания в электрический сигнал.

Необходимо войти для просмотра
Рис. 3. Акустический течеискатель Hellophone​

Течеискатель Hellophone (рис. 3) регистрирует колебания в ультразвуковом диапазоне. Преобразованный сигнал затем прослушивается с помощью наушников и выводится на дисплей прибора. Течеискатель предназначен для обнаружения утечек сжатого газа и жидкостей, в том числе вязких. При использовании ультразвукового генератора возможно осуществлять контроль герметичности уплотнений и сварных швов без создания избыточного давления в системе. Hellophone позволяет также обнаруживать незначительные электрические разряды в дефектных контактах электроустановок.

Течеискатель Hellophone поставляется в комплекте с водонепроницаемым зондом для твердых тел, зондом корпусного звука и воздушно-ультразвуковым зондом.

Чувствительность данного метода составляет около 7-10-3м3Па/с.

Акустические методы течеискания широко применяются при контроле герметичности трубопроводов, резервуаров, систем сжатого воздуха и вакуумных систем, запорной арматуры, сварных швов, разъемных соединений.

Жидкостные методы контроля герметичности

Жидкостные методы контроля заключаются в регистрации контраста следов контрольной жидкости, образуемых в местах течи, на фоне поверхности контролируемого объекта. Для этого объект испытаний заполняется контрольной жидкостью, либо она наносится с обратной стороны стенки (шва, соединения) проверяемого объекта.

Необходимо войти для просмотра
Рис. 4. Индикация утечки с помощью капиллярного контроля​

Капиллярный способ является одним из способов яркостного (ахроматического) метода. Он основан на способности контрольной жидкости (пенетранта) проникать в мелкие сквозные дефекты за счет капиллярного эффекта. При испытаниях на герметичность пенетрант наносят с одной стороны проверяемого объекта, а затем с другой стороны обрабатывают поверхность с помощью специального проявителя. При наличии сквозных дефектов на контролируемой поверхности на фоне белого проявителя образуются контрастные красные либо флуоресцирующие следы пенетранта (рис. 4).

 

[В мире НК]

Необходимо войти для просмотра
Рис. 5. Комплект капиллярного контроля герметичности Nord-Test​

Компания Helling GmbH выпускает высококачественные цветные и флуоресцентные диагностирующие системы (пенетрант, проявитель, очиститель), применяемые для капиллярного способа контроля герметичности (рис. 5). Пенетранты обладают высокой чувствительностью.

Их высокая проникающая способность обусловлена низкой вязкостью и малым коэффициентом поверхностного натяжения. Проявители, представляющие собой мелкозернистый (около 2 мкм) белый порошок на спиртовой основе, образуют на контролируемой поверхности тонкий гомогенный слой и обеспечивают хорошую индикацию мельчайших течей. Для индикации следов утечек с использованием флуоресцентных пенетрантов используются ультрафиолетовые источники излучения.

Чувствительность данного способа зависит от времени выдержки и типа контрольной жидкости и при условии применения диагностирующих систем Helling может составлять 1,6-10-7м3Па/с.

Необходимо войти для просмотра
Рис. 6. Регистрация утечки в системе охлаждения с помощью флуоресцентного водорастворимого концентрата​

Другим способом обнаружения течей в объектах контроля является способ опрессовки с использованием флуоресцентных водорастворимых или жирорастворимых концентратов (рис. 6). При данном способе испытываемый объект заполняют технологической жидкостью с добавлением в нее флуоресцентного концентрата, представляющего собой смесь люминофоров, поверхностно активных веществ и ингибитора коррозии. Затем происходит опрессовка объекта, выдержка под давлением в течение определенного времени и контроль состояния поверхности объекта под ультрафиолетовым излучением.

Этот способ широко используется для контроля гидравлических систем, двигателей, а также при производстве котлов и резервуаров.

Чувствительность способа составляет примерно 10-5м3Па/с.

Щуповые течеискатели

Водородные течеискатели

В настоящее время для решения задач контроля герметичности водородные течеискатели приняты в качестве промышленного стандарта. В качестве индикаторного газа используется смесь азота (95 %) и водорода (5 %). Эта смесь не является воспламеняющейся (ISO 10156), она не ядовита, не вызывает коррозии и существенно дешевле гелия.

В основу данного типа течеискателей положен принцип каталитически селективного определения водорода специальным полупроводниковым детектором.

Водородные течеискатели могут использоваться как для определения течей в малых объектах, как, например затворы, уплотнения и вентили, так и для контроля герметичности больших объектов - топливных резервуаров, теплообменников и двигателей. Чувствительность способа составляет около 5 10-6м3Па/с.

Необходимо войти для просмотра
Рис. 7. Проверка на герметичность с помощью водородного течеискателя​

Приборы очень удобны и просты в обращении. С помощью щупа оператор может быстро и надежно определить место течи (рис. 7).

Гелиевые течеискатели

Щуповые гелиевые течеискатели предназначены для локализации течей в объектах, находящихся под избыточным давлением и содержащих в наполнении гелий. Щуп представляет собой всасывающее устройство с определенной пропускающей способностью, обеспечивающее прохождение оптимального для испытаний потока газа.

Необходимо войти для просмотра
Рис. 8. Гелиевый течеискатель PDH-4​

В основу течеискателя PDH-4 (рис. 8) положен так называемый детектор на осно ве ион-селективного насоса («Selective Ion Pump Detector» - SIPD). Его принцип работы основан на проницаемости для гелия нагретой до определенной температуры специальной кварцевой мембраны, которая проницаема только для молекул гелия и не проницаема для остальных газов. Гелий, проходящий через мембрану, ионизируется в электронно-ионизационном преобразователе. Величина ионного тока, образованного ионизацией гелия, пропорциональна содержанию гелия. Течеискатели этого типа обладают высокой чувствительностью (5 10-7м3Па/с) и селективностью, при этом они удобны и просты в обращении.

Итак, сегодня в распоряжении дефектоскопистов имеется широкий набор средств контроля герметичности. Задачей дефектоскописта в каждом конкретном случае является выбор оптимальных методов и средств контроля в соответствии с нормой герметичности с учетом чувствительности, надежности, производительности.

Литература:

1. Евлампиев А. И., Попов Е. Д., Сажин С. Г. и др. Контроль герметичности. В кн.: Неразрушающий контроль / Справочник // Под ред. В. В. Клюева. Т. 2. Кн. 1. - М.: Машиностроение, 2003, с. 1-339.

2. McMaster R. C. Nondestructive testing handbook. V. 1: Leak testing / 2nd ed. - Metals Parks: American Society for Metals, 1982. - 856 p.

 

[admin]

Рисс Н., Иванков А.Ф., Сингаевская Т.В. Мобильные методы контроля герметичности. − В мире НК. – Июнь 2009 г. − № 2 (44). − С. 11−13. Статья любезно предоставлена редакцией журнала «В мире НК» (http://www.ndtworld.com). Наиболее точная и достоверная версия – в прикрепленном файле.