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Übersicht zur Lecksuche


Einführung

Jemand bei der Kurt J. Lesker Company, der seinen Lebensunterhalt viele Jahre lang mit der Entdeckung von Lecks verdiente, bemerkte einmal: “Es gibt Tausende von großen Lecks, Hunderte von kleineren Lecks, Dutzende von sehr kleinen Lecks, ein gelegentliches Leck im Bereich von 10-8 Torr/Liter/s, und nur eines, das ich je im Bereich von 10-9 Torr/Liter/s gesehen habe.” Diese Liste konnte unser Lecksucher kürzlich um einen Fall im Bereich von 10-10 atm.cc/s erweitern. Jedes befand sich in einem dünnen “Becher” aus rostfreiem Blech, der zur elektrischen Durchführung von Schweißlippenhalterungen bestimmt war. Offensichtlich hatte die Druckgussform des Anbieters (der diese Becher presste) das Metall in einem bestimmten Bereich ein wenig zu weit “gestreckt”. Die Becher wanderten plötzlich in den Mülleimer für recyclte rostfreie Gegenstände. Aber selbst trotz solch einer statistischen Ausnahme, stehen die Chancen gut, dass, wenn Sie ein Leck haben sollten, es groß sein wird.

Eine weitere Beobachtung über das Erkennen von Lecks in bestehenden Vakuumsystemen (oder einem System, das Sie zusammenbauen), ordnet die folgenden “Stellen, die am wahrscheinlichsten sind zu lecken” in der nachstehenden Liste ein, beginnend mit dem Wahrscheinlichsten:

  • O-Ring-Dichtungen
  • Metaldichtungen
  • Elektrische Durchführungen
  • Absperrventile mit undichten Stellen,
  • Innere Schweißnähte an Versorgungsrohren
  • Kammerschweißnähte
  • Poröse Flansche oder tiefgezogene Bleche

Die allgemeinen Prinzipien der Vakuumlecksuche sind einfach. Sie besprühen die Atmosphärenseite des Lecks mit einem Gas oder einer Flüssigkeit, die auf Ihrem “Detektionsgerät“ eine andere Reaktion auf Luft verursacht Das Gas (oder der Dampf) diffundiert durch das Leck und verdrängt die Luft, und die Ausgabe des Detektionsgeräts ändert sich.

In der Praxis ist es alles andere als einfach. Zunächst wissen Sie nur, dass der Druck nicht so niedrig ist, wie Sie es erwartet haben oder wollten. Zusätzlich zu einem Leck kann dieser Zustand entstehen:

  • Ausfall einer Hochvakuumpumpe
  • Hohe Lösemittelkonzentration in mechanischem Pumpenöl
  • Pumpenöl, das von schlechter Qualität ist
  • Probenausgasung
  • Ausgasen neuer Vakuumkomponenten
  • Erhöhter Dampfdruck aufgrund von Erwärmung
  • Lüften bei feuchtem Wetter
  • Heliumpermeation durch Gummi- oder Kunststoffteile

Selbst wenn Sie sicher sind, dass das System undicht ist, erschweren andere Erwägungen die Lecksuche:

  • Jeden Punkt auf dem System zu erreichen, um es zu besprühen
  • Behalten Sie im Auge, wo Sie hingesprüht haben
  • Sprühen eines Teils, aber Erkennen des Lecks in einem übersprühten Bereich
  • Schlechte relative Empfindlichkeit der “Detektionsgeräts” zwischen Luft und Testgas
  • Leck “durch” einen Ventilsitz
  • Wasserleitungsleck in der Kammer

Ein Detektionsgerät, der Restgasanalysator (RGA), überwindet die meisten dieser Schwierigkeiten und gibt einen sofortigen Hinweis auf die Ursache des Lecks, egal welche Quelle der Grund ist. Bedauerlicherweise fühlen sich die meisten Menschen (ungerechtfertigter Weise) von der Aussicht, ein das Ergebnis eines RGAsinterpretieren zu müssen, überfordert, und würden lieber viele (kostenintensive) Stunden damit verbringen, Lecks zu verfolgen, als einen RGA zu installieren. Für diese Personen bieten wir diese grundlegende Anleitung zur Lecksuche an.

Flüssigkeiten und Detektoren

Gas/Flüssigkeit Detektionsgerät
Luft Ohr oder Stethoskop

Wenn in der Vakuumkammer eine gute mechanische Pumpe angebracht ist, die aber nicht unter einige zehn Torr sinkt, sollten Sie ein hohes Pfeifen hören, das durch Luft entsteht, die durch das Leck dringt (Wirklich! Das ist kein Witz.) Der wahrscheinlichste Ort für ein Leck dieser Größe ist ein fehlender/abgehackter O-Ring oder ein Isolator für Durchführungen, der eingerastet ist. In einem berühmten NASA-Beispiel würde eine riesige Weltraumsimulationskammer mit zahlreichen Diffusionspumpen mit einem Durchmesser von 35 Zoll nicht unter einen Bereich von 10-4 Torr gehen. Die Aussicht, einen Helium-Leck-Check an einer etwa 80 Fuß langen Kammer mit einem Durchmesser von 12 Fuß zu machen, war etwas entmutigend. Der Geräuschpegel in diesem Gebäude war ziemlich hoch, aber ein Betreiber dachte, dass er ein hohes Pfeifen gehört hatte, das anders war als bei früheren Abpumpvorgängen. Also ging er um dieses Monster herum und drehte seinen Kopf da hin und dort hin, um den “binauralen” Ortungs-Effekt auszunutzen. Es hat geklappt – und so hat er im Nu an einem 1-und-ein-Halb-Zoll-Anschluss gearbeitet, der keinen Flansch hatte!

Diejenigen, die sich wundern, wie eine riesige Kammer, egal wie viel Pumpgeschwindigkeit angeschlossen war, 10-4 Torr mit einem fehlenden Flansch erreichen konnte, sollten den Begriff Choked Flow nachschlagen.

Gas/Flüssigkeit Detektionsgerät
Aceton Thermokupplungsmessgerät

Lecks, die groß genug sind, um das Einschalten des Ionenmessers zu verhindern, können manchmal durch Ausspritzen von Aceton aus einer Kunststoffflasche auf verdächtige Teile und Gelenke erkannt werden. Einige stellen den Sinn davon in Frage, O-Ringe in Aceton einzutauchen und erwarten, dass sie sich auflösen, aber das ist unwahrscheinlich. Umso mehr wundern sich andere über den Dampf, der jahrelang durch das Elastomer dringt! Und sie haben Recht, wenn das das einzige Leckprüfmittel wäre, das man hat.

Gas/Flüssigkeit Detektionsgerät
Helium Thermokupplungsmessgerät

Wenn der Druck auf einem Thermoelement oder Pirani-Messgerät den Millitorr-Bereich erreicht, dann probieren Sie Helium als Sprühgas. Oft wird die Frage gestellt: “Wenn ich das Leck finde, wie schlägt dann das Messgerät aus?” Meine übliche Antwort ist: “Wen kümmert‘s, solange es ausschlägt?” Aber für Pirani- und Thermoelement-Messgeräte können Sie es selbst bestimmen. Helium und Luft haben ungefähr das gleiche relative Ansprechverhalten (siehe O'Hanlon A User's Guide to Vacuum Technology Seite 86 und 87). Da Helium schneller diffundiert als Luft, ist der Druck in der Kammer höher, wenn Helium das dominierende Gas an der Leckstelle ist. Das heißt, mehr Gasmoleküle treffen auf den Messdraht und entnehmen Wärme. Der angezeigte Druck sollte ansteigen.

Wenn Sie die Diagramme von O'Hanlon genau anschauen, werden Sie sehen, dass der Unterschied zwischen der Reaktion von Wasserstoff und Luft viel größer ist als bei Helium/Luft (der angezeigte Druck ist viel höher als der tatsächliche Druck). Wasserstoff diffundiert durch ein Leck zudem noch schneller als Helium. Ich schlage nicht vor, dass Sie Wasserstoff in Ihre Atmosphäre sprühen sollen, sondern verweise lediglich auf eine wissenschaftliche Tatsache.

Gas/Flüssigkeit Detektionsgerät
Helium Ionenmessgerät

Wenn Sie den 10-4 Torr Bereich erreichen können und das Ionenmessgerät anlassen, dann tun Sie es. Die relative Sensitivität von Helium und Luft ist groß (siehe O'Hanlon Seite 92) aber falsch herum. Das heißt, während Helium schneller diffundiert (und daher einen höheren Kammerdruck als Luft liefert), liefert Helium, bei identischen Drücken von Helium und Luft, weniger als 20 Prozent dessen, was die Signalluft liefert. Aber in der Regel ändert sich der Messwert, wenn Helium auf das Leck trifft. (Ich bin nur nicht in der Lage, die Richtung der Veränderung vorherzusagen.)

Gas/Flüssigkeit Detektionsgerät
Helium Lecksuchgerät

Ein Lecksuchgerät (LD) ist ein in sich geschlossenes Massenspektrometer, das auf die Masse von Helium abgestimmt ist. Das heißt, ein Lecksuchgerät ignoriert Luft und andere Gase, die unterschiedliche Atom-/Molekulargewichte haben. Der Gesamtdruck in der zu testenden Komponente ist nicht von großer Bedeutung, da das Lecksuchgerät ein eigenes Pumpsystem hat. Aber normalerweise hilft es, wenn Sie die Komponente in den 10-4 Torr Bereich bringen können.

Lecksuchgeräte werden häufig von Vakuumherstellern verwendet, aber weniger häufig von Systembenutzern. Um eine Kammer nach dem Schweißen zu testen, werden alle Öffnungen vorübergehend mit Flanschen abgedichtet, ein flexibler Schlauch wird von der Kammer mit dem Einlassventil des Lecksuchgeräts verbunden, und eine grobe Pumpe wird verwendet, um die Kammer unter einige hundert Millitorr zu verringern. Das Einlassventil des Lecksuchgeräts ist gerissen und der LD-Druck bleibt innerhalb seines Betriebsbereichs. Die Außenseite der Kammer wird zuerst mit Helium geflutet und, wenn das Lecksuchgerät auf ein Leck hinweist, dann prüfen Sie sorgfältig jede Schweißstelle, bis Sie das Leck gefunden haben.

Einige Lecksuchgeräte haben einen akustischen Alarm, der die Tonhöhe mit variierendem Heliumpegel ändert. Das ist eine großartige Idee, wenn die Rückseite einer großen Kammer auf Undichtigkeiten geprüft wird. Leckraten bis zum 10-9 Torr.Liter/s Bereich sind ziemlich leicht zu messen. Einige kommerzielle Modelle haben Empfindlichkeiten von 10-11 Torr.Liter/s. Aber das Messen in diesem Bereich ist nicht gazn frei von Problemen, einschließlich: Geräusche, die das Signal überlagern, Helium im Hintergrund und natürlich die eigene Erfahrung.

Ausrüstung & Verfahren

Heliumversorgung: Sie benötigen einen Heliumzylinder, einen Hochdruckregler, einen einfachen Durchflussregler (für Durchflüsse im Milliliter/Sekundenbereich), ein langes, kleines Gummirohr, das am Durchflussregler befestigt ist und ein Stück Schlauch mit sehr kleinen Bohrungen (1/16 Zoll OD), der als Sprühdüse dient. Wenn Sie sich Sorgen um die Weltressourcen der machen, Helium kann konserviert werden, indem anstelle des 1/16 Zoll Rohrs eine geeignete Heliumsonde durch ein Ventil ersetzt wird.

Heliumzelt: Manchmal ist das System so groß, dass das Sprühen von Helium auf jeden Teil der Anlage beim reinen Verdacht auf ein Leck eine ziemliche Unannehmlichkeit darstellt. Mit der Helium-Zelt-Methode können Sie alles auf einmal überprüfen und sich zumindest vergewissern, dass ein Leck vorhanden ist. Bedecken Sie die gesamte Ausrüstung mit großen Plastikfolien. Die billigen, dünnen Polyethylen-Maler-Tücher aus einem Baumarkt sind ideal. Legen Sie die Folien so aus, dass sie den Boden um das Gerät berühren. Wenn Sie zwei oder mehr Folien benötigen, achten Sie darauf, dass die Überlappung groß ist. Dann sprühen Sie Helium in die Zeltunterseite und beobachten Sie die Suchgeräte. Offensichtlich ist das ein sehr verschwenderischer Umgang einer wunderbaren Ressource (definitiv nicht erneuerbar, es sei denn, Sie haben Mega-Giga-Tera-Watt-Stromversorgung durch Kernreaktoren zur Verfügung).

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