安捷倫真空：一文了解真空泄漏中的實(shí)漏、虛漏、外漏、內(nèi)漏
本文轉(zhuǎn)自公眾號(hào)：AgilentVacuum安捷倫真空 大部分真空系統(tǒng)的表現(xiàn)會(huì)隨時(shí)間的推移而變化，特別是用于生產(chǎn)的真空設(shè)備，幾乎不可避免地會(huì)發(fā)生真空度下降等問題，造成這些問題的一個(gè)很常...
本文轉(zhuǎn)自公眾號(hào)：AgilentVacuum安捷倫真空
大部分真空系統(tǒng)的表現(xiàn)會(huì)隨時(shí)間的推移而變化，特別是用于生產(chǎn)的真空設(shè)備，幾乎不可避免地會(huì)發(fā)生真空度下降等問題，造成這些問題的一個(gè)很常見的原因就是泄漏。
定期的泄漏檢測(cè)很重要
大的泄漏通常會(huì)非常明顯：真空腔體壓力未按正常速度下降，或者極限壓力明顯高于正常值。然而，有些時(shí)候，由于真空泵可以輕松處理泄漏氣體造成的氣載，小的泄漏很難被發(fā)現(xiàn)，這時(shí)，即使真空計(jì)的讀數(shù)仍然在正常的水平，泄漏的出現(xiàn)仍有可能為真空腔體帶來(lái)期望之外的氣體（如氧氣），這些氣體有時(shí)候會(huì)對(duì)工藝過程（比如某些鍍膜工藝）帶來(lái)非常嚴(yán)重的影響。所以，無(wú)論真空系統(tǒng)的壓力是否有明顯下降，都應(yīng)該定期進(jìn)行泄漏檢測(cè)。
實(shí)漏和虛漏
并非所有的抽氣時(shí)間延長(zhǎng)、極限壓力下降都是因?yàn)樾孤谑褂脵z漏儀檢漏前，有必要了解一下如何判斷真空設(shè)備是否真的發(fā)生了泄漏。
真空腔室的內(nèi)壁或腔室內(nèi)壁附著的污染物，在真空下持續(xù)的釋放出氣體，這種現(xiàn)象被稱為放氣。當(dāng)真空腔室內(nèi)部存在死空間，并且該死空間通過一個(gè)狹長(zhǎng)的通道與腔室內(nèi)部連通時(shí)，死空間內(nèi)的氣體在真空下也會(huì)緩慢的釋放出來(lái)，形成類似于放氣或泄漏的現(xiàn)象，通常把這種現(xiàn)象叫做虛漏。
真實(shí)的泄漏可以通過檢漏找到，放氣也可以通過清洗真空腔體內(nèi)表面而解決，而虛漏一旦產(chǎn)生，很難被發(fā)現(xiàn)，需要在設(shè)計(jì)和制造時(shí)盡量避免容易產(chǎn)生虛漏的結(jié)構(gòu)或工藝，如上圖中的螺紋連接（一定要用的話可以使用空心螺栓），很長(zhǎng)的狹縫或毛細(xì)管，兩側(cè)滿焊的腔體焊接（較厚的殼體建議真空側(cè)滿焊大氣側(cè)斷續(xù)焊）等等。
下面兩種方式，可以用來(lái)判斷真空系統(tǒng)是否存在真實(shí)的泄漏。
1壓降曲線分析
真空系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)是了解大型真空系統(tǒng)性能的最有價(jià)值的工具之一，經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員會(huì)精心地保留歷史數(shù)據(jù)，通過將當(dāng)前的壓降曲線與系統(tǒng)處于良好狀態(tài)時(shí)的上一個(gè)循環(huán)進(jìn)行比較就可以快速的判斷問題原因。比如，通過下圖所示的壓降曲線，就可以判斷是否存在泄漏。
工藝條件不變并且真空泵運(yùn)行正常的情況下，如果存在真實(shí)的泄漏，從外部漏入腔室的氣體將導(dǎo)致腔體的壓力下降到比正常極限壓力偏高的位置時(shí)便不再下降或下降極慢，壓降曲線類似于上圖最上方曲線。存在放氣或虛漏時(shí)，氣體緩慢釋放并且放氣率越來(lái)越小，系統(tǒng)能達(dá)到原來(lái)的極限壓力但是達(dá)到極限壓力的時(shí)間明顯變慢，壓降曲線與上圖中間那條曲線類似。
2壓升測(cè)試
壓升測(cè)試也叫保壓測(cè)試或保真空測(cè)試。在真空下關(guān)閉真空泵和腔室之間的閥門，放氣、虛漏或者泄漏會(huì)造成腔室的壓力升高（反彈），將壓力增加除以經(jīng)過時(shí)間，可以計(jì)算出真空系統(tǒng)的壓力上升速率，并繪制成如下圖所示的曲線。壓力上升和下降的速度通常以Pa/hr表示，對(duì)于一般的工業(yè)真空設(shè)備，保壓測(cè)試時(shí)，超過1Pa/hr的壓升率就需要調(diào)查和解決問題，有些高真空的設(shè)備，需要0.5Pa/hr甚至更低的壓升率。
如上圖中的系統(tǒng)A，如果多次測(cè)量的壓升率基本恒定不變，那么很可能系統(tǒng)有真實(shí)的泄漏。對(duì)應(yīng)的，如上圖中的系統(tǒng)B，隨著時(shí)間的推移，其壓升率下降，即系統(tǒng)壓力的增加速度會(huì)隨著時(shí)間的推移而減慢，則暗示有虛漏或放氣（可能也有小的泄漏）。
壓降和壓升測(cè)試不會(huì)定位泄漏，而只會(huì)指示所有氣源（實(shí)際泄漏和放氣或虛漏）的疊加效應(yīng)。如果懷疑有真實(shí)的泄漏，下一步則通常要使用氦氣檢漏儀進(jìn)行檢漏。
外漏和內(nèi)漏
我們平時(shí)所講的泄漏一般是指外漏，即從真空腔體或管道的外部向內(nèi)部泄漏；而內(nèi)漏是指兩個(gè)本應(yīng)隔離的真空腔室之間，通過閥門隔離的兩段真空管道之間，或真空腔室與管道之間，發(fā)生了泄漏。
下圖是一個(gè)典型的擴(kuò)散泵抽氣機(jī)組，羅茨泵上方的閥門在高真空時(shí)應(yīng)該是關(guān)閉的，如果該閥門關(guān)閉不嚴(yán)，高真空時(shí)氣體就會(huì)從閥門的下面向右側(cè)泄漏，這種泄漏就是內(nèi)漏。和外漏類似，內(nèi)漏也會(huì)造成高真空抽氣時(shí)間延長(zhǎng)、極限真空變差等問題。
外漏可以方便地通過檢漏儀直接找到，而內(nèi)漏卻只能通過分段保壓等方式做預(yù)判斷，然后拆掉可疑的閥門一側(cè)的管道，然后再進(jìn)行檢漏（或者在可疑閥門的一側(cè)連接檢漏儀，向另一側(cè)的管道內(nèi)充入氦氣進(jìn)行檢漏）。
動(dòng)態(tài)泄漏
真空系統(tǒng)中有運(yùn)動(dòng)傳遞的地方會(huì)采用動(dòng)密封，這些動(dòng)密封結(jié)構(gòu)，很有可能在靜態(tài)的時(shí)候密封良好而運(yùn)動(dòng)的時(shí)候產(chǎn)生泄漏；比如采用橡膠軸封做動(dòng)密封（閥桿與閥體之間）的閥門，就比較容易發(fā)生這種現(xiàn)象。這種現(xiàn)象發(fā)生的概率不高，不過由于檢漏時(shí)閥門一般是處于打開或關(guān)閉的某一個(gè)狀態(tài)，這種動(dòng)態(tài)泄漏很難被發(fā)現(xiàn)。
對(duì)于非常關(guān)鍵的工藝，選擇波紋管密封的閥門可以大大減小出現(xiàn)動(dòng)態(tài)泄漏的概率；如果選用的還是軸封做密封的閥門，在檢漏時(shí)，向閥桿位置噴氦的同時(shí)，操作閥門進(jìn)行動(dòng)作，也可以很快地判斷該閥門是否存在動(dòng)態(tài)泄漏。
值得注意的是，真空腔體檢漏的要求較高，不僅需要操作者具備扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)、豐富的操作經(jīng)驗(yàn)，而且現(xiàn)場(chǎng)情況也復(fù)雜多變。因此，出現(xiàn)問題，最好尋求安捷倫真空等專業(yè)公司專業(yè)人員的幫助。（可以在“安捷倫真空”公眾號(hào)上直接發(fā)送問題或需求，與工程師在線交流。）
大部分真空系統(tǒng)的表現(xiàn)會(huì)隨時(shí)間的推移而變化，特別是用于生產(chǎn)的真空設(shè)備，幾乎不可避免地會(huì)發(fā)生真空度下降等問題，造成這些問題的一個(gè)很常見的原因就是泄漏。
定期的泄漏檢測(cè)很重要
大的泄漏通常會(huì)非常明顯：真空腔體壓力未按正常速度下降，或者極限壓力明顯高于正常值。然而，有些時(shí)候，由于真空泵可以輕松處理泄漏氣體造成的氣載，小的泄漏很難被發(fā)現(xiàn)，這時(shí)，即使真空計(jì)的讀數(shù)仍然在正常的水平，泄漏的出現(xiàn)仍有可能為真空腔體帶來(lái)期望之外的氣體（如氧氣），這些氣體有時(shí)候會(huì)對(duì)工藝過程（比如某些鍍膜工藝）帶來(lái)非常嚴(yán)重的影響。所以，無(wú)論真空系統(tǒng)的壓力是否有明顯下降，都應(yīng)該定期進(jìn)行泄漏檢測(cè)。
實(shí)漏和虛漏
并非所有的抽氣時(shí)間延長(zhǎng)、極限壓力下降都是因?yàn)樾孤谑褂脵z漏儀檢漏前，有必要了解一下如何判斷真空設(shè)備是否真的發(fā)生了泄漏。
真空腔室的內(nèi)壁或腔室內(nèi)壁附著的污染物，在真空下持續(xù)的釋放出氣體，這種現(xiàn)象被稱為放氣。當(dāng)真空腔室內(nèi)部存在死空間，并且該死空間通過一個(gè)狹長(zhǎng)的通道與腔室內(nèi)部連通時(shí)，死空間內(nèi)的氣體在真空下也會(huì)緩慢的釋放出來(lái)，形成類似于放氣或泄漏的現(xiàn)象，通常把這種現(xiàn)象叫做虛漏。
真實(shí)的泄漏可以通過檢漏找到，放氣也可以通過清洗真空腔體內(nèi)表面而解決，而虛漏一旦產(chǎn)生，很難被發(fā)現(xiàn)，需要在設(shè)計(jì)和制造時(shí)盡量避免容易產(chǎn)生虛漏的結(jié)構(gòu)或工藝，如上圖中的螺紋連接（一定要用的話可以使用空心螺栓），很長(zhǎng)的狹縫或毛細(xì)管，兩側(cè)滿焊的腔體焊接（較厚的殼體建議真空側(cè)滿焊大氣側(cè)斷續(xù)焊）等等。
下面兩種方式，可以用來(lái)判斷真空系統(tǒng)是否存在真實(shí)的泄漏。
1壓降曲線分析
真空系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)是了解大型真空系統(tǒng)性能的最有價(jià)值的工具之一，經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員會(huì)精心地保留歷史數(shù)據(jù)，通過將當(dāng)前的壓降曲線與系統(tǒng)處于良好狀態(tài)時(shí)的上一個(gè)循環(huán)進(jìn)行比較就可以快速的判斷問題原因。比如，通過下圖所示的壓降曲線，就可以判斷是否存在泄漏。
工藝條件不變并且真空泵運(yùn)行正常的情況下，如果存在真實(shí)的泄漏，從外部漏入腔室的氣體將導(dǎo)致腔體的壓力下降到比正常極限壓力偏高的位置時(shí)便不再下降或下降極慢，壓降曲線類似于上圖最上方曲線。存在放氣或虛漏時(shí)，氣體緩慢釋放并且放氣率越來(lái)越小，系統(tǒng)能達(dá)到原來(lái)的極限壓力但是達(dá)到極限壓力的時(shí)間明顯變慢，壓降曲線與上圖中間那條曲線類似。
2壓升測(cè)試
壓升測(cè)試也叫保壓測(cè)試或保真空測(cè)試。在真空下關(guān)閉真空泵和腔室之間的閥門，放氣、虛漏或者泄漏會(huì)造成腔室的壓力升高（反彈），將壓力增加除以經(jīng)過時(shí)間，可以計(jì)算出真空系統(tǒng)的壓力上升速率，并繪制成如下圖所示的曲線。壓力上升和下降的速度通常以Pa/hr表示，對(duì)于一般的工業(yè)真空設(shè)備，保壓測(cè)試時(shí)，超過1Pa/hr的壓升率就需要調(diào)查和解決問題，有些高真空的設(shè)備，需要0.5Pa/hr甚至更低的壓升率。
如上圖中的系統(tǒng)A，如果多次測(cè)量的壓升率基本恒定不變，那么很可能系統(tǒng)有真實(shí)的泄漏。對(duì)應(yīng)的，如上圖中的系統(tǒng)B，隨著時(shí)間的推移，其壓升率下降，即系統(tǒng)壓力的增加速度會(huì)隨著時(shí)間的推移而減慢，則暗示有虛漏或放氣（可能也有小的泄漏）。
壓降和壓升測(cè)試不會(huì)定位泄漏，而只會(huì)指示所有氣源（實(shí)際泄漏和放氣或虛漏）的疊加效應(yīng)。如果懷疑有真實(shí)的泄漏，下一步則通常要使用氦氣檢漏儀進(jìn)行檢漏。
外漏和內(nèi)漏
我們平時(shí)所講的泄漏一般是指外漏，即從真空腔體或管道的外部向內(nèi)部泄漏；而內(nèi)漏是指兩個(gè)本應(yīng)隔離的真空腔室之間，通過閥門隔離的兩段真空管道之間，或真空腔室與管道之間，發(fā)生了泄漏。
下圖是一個(gè)典型的擴(kuò)散泵抽氣機(jī)組，羅茨泵上方的閥門在高真空時(shí)應(yīng)該是關(guān)閉的，如果該閥門關(guān)閉不嚴(yán)，高真空時(shí)氣體就會(huì)從閥門的下面向右側(cè)泄漏，這種泄漏就是內(nèi)漏。和外漏類似，內(nèi)漏也會(huì)造成高真空抽氣時(shí)間延長(zhǎng)、極限真空變差等問題。
外漏可以方便地通過檢漏儀直接找到，而內(nèi)漏卻只能通過分段保壓等方式做預(yù)判斷，然后拆掉可疑的閥門一側(cè)的管道，然后再進(jìn)行檢漏（或者在可疑閥門的一側(cè)連接檢漏儀，向另一側(cè)的管道內(nèi)充入氦氣進(jìn)行檢漏）。
動(dòng)態(tài)泄漏
真空系統(tǒng)中有運(yùn)動(dòng)傳遞的地方會(huì)采用動(dòng)密封，這些動(dòng)密封結(jié)構(gòu)，很有可能在靜態(tài)的時(shí)候密封良好而運(yùn)動(dòng)的時(shí)候產(chǎn)生泄漏；比如采用橡膠軸封做動(dòng)密封（閥桿與閥體之間）的閥門，就比較容易發(fā)生這種現(xiàn)象。這種現(xiàn)象發(fā)生的概率不高，不過由于檢漏時(shí)閥門一般是處于打開或關(guān)閉的某一個(gè)狀態(tài)，這種動(dòng)態(tài)泄漏很難被發(fā)現(xiàn)。
對(duì)于非常關(guān)鍵的工藝，選擇波紋管密封的閥門可以大大減小出現(xiàn)動(dòng)態(tài)泄漏的概率；如果選用的還是軸封做密封的閥門，在檢漏時(shí)，向閥桿位置噴氦的同時(shí)，操作閥門進(jìn)行動(dòng)作，也可以很快地判斷該閥門是否存在動(dòng)態(tài)泄漏。
值得注意的是，真空腔體檢漏的要求較高，不僅需要操作者具備扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)、豐富的操作經(jīng)驗(yàn)，而且現(xiàn)場(chǎng)情況也復(fù)雜多變。因此，出現(xiàn)問題，最好尋求安捷倫真空等專業(yè)公司專業(yè)人員的幫助。（可以在“安捷倫真空”公眾號(hào)上直接發(fā)送問題或需求，與工程師在線交流。）
