泄漏檢測技術

1、1無損檢測課程報告泄漏檢測技術一、概述泄漏檢測技術(Leak Testing, LT)主要用于真空容器，壓力容器或儲液容器等探測，例 如漏孔、裂紋等穿壁缺陷以及氣密缺陷，以防止發(fā)生泄漏而釀成事故，避免能源、資源的 損失以及污染環(huán)境等。泄漏檢測俗稱“檢漏”。它主要是用于發(fā)現漏孔類缺陷，即指封閉殼體壁在壓力作用 下或者壁的兩側存在濃度差時，氣體或液體通過它能夠由一側到達另一側的孔洞或縫隙一 一稱為穿壁缺陷。泄漏檢測的基本原理是利用示漏介質(氣體或液體)來判斷有無穿壁缺陷(漏孔)存 在，并根據示漏介質的漏率(壓強差和溫度一定時，單位時間內通過漏孔的示漏介質的數 量)，可以測定漏孔的大小。檢漏的任務就

2、是在制造、安裝、調試過程中，判斷漏與不漏、 泄漏率的大小，找出漏孔的位置；在運轉使用過程中監(jiān)視系統(tǒng)可能發(fā)生的泄漏及其變化。泄漏是絕對的，不漏則是相對的。對于真空系統(tǒng)來說，只要系統(tǒng)內的壓力在一定的時 間間隔內能維持在所允許的真空度以下，這時即使存在漏孔，也可以認為系統(tǒng)是不漏的； 對于壓力系統(tǒng)來說，只要系統(tǒng)的壓力降能維持在所允許的值以下，不會影響系統(tǒng)的正常操 作，同樣也可以認為系統(tǒng)是不漏的。對于密封有毒的、易燃易爆的、對環(huán)境有污染的、貴 重的介質，則要求系統(tǒng)的泄漏率必須小于環(huán)保、安全以及經濟性決定的最大允許泄漏率指 標。二、檢漏方法的選擇和分類1、檢漏方法的選擇泄漏檢測方法很多，每種方法的特點不同

3、，檢漏前應首先根據檢漏要求、檢漏環(huán)境等 選擇合適的檢漏方法。選擇泄漏檢測方法要考慮如下幾個方面因素：(1)檢漏原理 不論采用哪種檢漏方法，必須理解它的基本原理。泄漏檢測方法涉及 的內容較廣，集中反映了各種計量和測試技術。(2)靈敏度 檢漏方法的靈敏度可以用該方法可檢測到的最小泄漏率來表示。選擇檢 漏方法時應考慮各種方法的靈敏度，即采用哪種方法可以檢測出哪一級的泄漏。(3)響應時間 不論采用什么方法，要檢測出泄漏率，總要花費一定的時間。響應時 間的長短可能會影響檢漏的精度和靈敏度。響應時間包括檢測儀器本身的應答時間，氣體 流動的滯后時間和各種準備所需的時間。選擇檢漏方法時，必須考慮到這一點。(4

4、)泄漏點的判斷 有些檢漏方法僅僅可以判斷出系統(tǒng)有無泄漏，但無法確定泄漏點 在何處，有的檢漏方法不僅可以確定泄漏點，而且還可以確定泄漏率的大小。(5)一致性 對有些檢漏方法來說，不管檢測人員是否熟練，所得到的檢測結果都基本相同；有些方法則是內行和外行使用， 其結果全然不同。每種方法都有不同的技術關鍵, 不同的檢漏人員未必能得出一致的檢漏結果(6)穩(wěn)定性 泄漏檢測是一種計量和測試的綜合技術。正確的泄漏檢測不僅需要檢測 儀器具有穩(wěn)定性，而且需要檢測方法本身也具有較好的穩(wěn)定性。(7)可靠性 未檢測出泄漏并不等于就是沒有泄漏，對此應進行判斷。采用某種方法 進行檢漏時，應該了解該方法是否可靠。檢漏結果的可

5、靠性與上面介紹的方法的一致性、 穩(wěn)定性等多種因素有關。2(8)經濟性 經濟性是選擇檢漏方法的關鍵之一。單考慮檢漏方法本身的經濟性比較 容易，但要從所需的檢漏設備、對人員的技術要求、檢漏結果的可靠性等方面綜合評價檢 漏方法的經濟性則較困難。可見，選擇檢漏方法時，除了要考慮其經濟性外，還必須對靈敏度、響應時間、檢測 要求等作全面評價，使所選的檢漏方法既滿足檢漏要求，又經濟合理。2、檢漏方法的分類根據被檢設備所處的狀態(tài)又可分為壓力檢漏法和真空檢漏法。壓力檢漏法將被檢設備或密封裝置充入一定壓力的示漏物質，如果設備或密封裝置上有漏孔，示 漏物質就會通過漏孔漏出，用一定的方法或儀器在設備外檢測出從漏孔漏出

6、的示漏物質， 從而判定漏孔的存在、漏孔的具體位置以及泄漏率的大小。屬于壓力檢漏法的有水壓法、 壓降法、聽音法、超聲波法、氣泡法、氨氣檢漏法、鹵素檢漏法、放射性同位素法、氮質 譜檢漏儀吸嘴法等。真空檢漏法被檢設備或密封裝置和檢漏儀器的敏感元件均處于真空中，示漏物質施加在被檢設備 外面，如果被檢設備有漏孔，示漏物質就會通過漏孔進入被檢設備內部和檢漏儀器敏感元 件所在的空間，由敏感元件檢測出示漏物質來，從而可以判定漏孔的存在、漏孔的具體位 置以及泄漏率的大小。屬于真空檢漏法的有靜態(tài)升壓法、液體涂敷法、放電管法、高頻火 花檢漏法、真空計檢漏法、鹵素檢漏法、氮質譜檢漏法等。三、壓力檢漏法1水壓法對壓力容

7、器或密封裝置進行試驗時，先將容器或密封裝置內部裝滿水，再用水泵向里 注水，觀察設備或密封裝置周圍有無水漏出。 水壓法只能抽象地表示靈敏度的高低。 根據 被檢物表面是否有水滲出，很容易判斷出泄漏點。但是，對于結構比較復雜的設備，肉眼 可能無法直接觀察到泄漏點。只要水壓不變，泄漏率大小就不會發(fā)生很大變化，因而可以 獲得較為一致的結果。除水泵外，水壓法檢漏無需大型、貴重設備，因而很經濟。2壓降法(1)原理 將壓縮機與被檢設備或密封裝置相連接，然后打壓。壓力升至某一值時， 停止加壓，同時關閉閥門，放置一段時間。在放置時間里，如果壓力急劇下降，就可判斷 泄漏率很大。如果壓力沒有太大的變化，就可認為泄漏率

8、很小，或者沒有泄漏。這種方法 簡便，使用普遍，是檢測泄漏的一種最基本方法。壓降法也稱為加壓放置法。(2)泄漏率的確定 設容器的容積為V,停止加壓時的壓力為pi,放置t時間后的壓 力為P2,氣體的溫度為T,從容器中漏出的氣體的量用 V表示。當示漏介質為氣體，且壓力不太高時，m .pV RTM3開始放置時容器中的氣體質量為放置結束時容器中的氣體質量為在測量時間間隔t內，容器內漏出的氣體的質量為M Pi- P2V m = mi-m2二RT通過漏孔的氣體的體積泄漏率為V1 m RT (p1 p2VL =一 =- = t t M P2tp2折算到標準狀態(tài)下氣體的體積泄漏率為:TSP2：TSPi- P2V

9、LS=-L =-TPSTPst式中PS一標準大氣壓力，Pa；T一氣體溫度，K;TS一標準狀態(tài)下大氣的絕對溫度，K;AV從容器中漏出的氣體的量，m3;R一通用氣體常數，J/(kmol K);M一氣體分子量，kg/kmol;L一氣體的體積泄漏率，m3/s；LS標準狀態(tài)下的體積泄漏率，m3/s。(3)靈敏度 壓降法的靈敏度與被檢容器的容積大小、放置時間的長短和壓力檢測元 件(壓力表、壓力傳感器)的靈敏度有關。延長放置時間可以提高靈敏度，但多數情況下，為提高靈敏度，一般不延長放置時間，而是縮小容積。把被檢物體分成幾個小部分。此外, 有時還要考慮到氣體溫度、壓力的變化。壓降法是一種最基本的檢測方法，很容

10、易得到被檢設備或密封裝置的總的泄漏率，其 結果是最為可靠的，但不能具體判斷出泄漏點。3聽音法氣體從小孔中噴出時，會發(fā)出聲音。聲音的大小和頻率取決于泄漏率的大小、兩側的 壓力、壓差和氣體的種類等。根據氣體漏出時發(fā)出的聲音判斷有無泄漏。該方法的靈敏度很大程度上受環(huán)境的影響。 若工廠噪音較大，則小的聲音就不易聽清。 使用聽診器，某種程度上可以消除周圍噪音的影響，聽清泄漏聲音，但有時與泄漏無關的 聲音(例如電機的聲音)也會混雜進來，從而影響檢漏靈敏度。為了辨別較小的聲音，可 用話筒和放大器將聲音放大。但此時其它聲音也同時放大，多數情況下較難收到好的效果。 這種方法既簡單、經濟，但種方法的穩(wěn)定性和可靠性

11、很差，應與其它檢測法并用。4超聲波法該方法實際上是聽音法的一種。它是將泄漏聲音中可聽頻率部分截掉，僅僅使超聲波 部分放大，以檢測出泄漏。檢測時，可以直接使用超聲波檢測器，根據檢測儀表指針是否 擺動，確定有無泄漏。也可以采用使超聲波回到可聽頻率范圍內鳴笛的方法。采用后一種 原理制造的超聲波轉換器不僅在被試驗物加壓時可以使用，在抽真空時，由于吸入的空氣mi= MPiVRTm2= MP2VRT4發(fā)出超聲波，因而，采用真空法時也可以使用。超聲波轉換器由于只檢測超聲波部分，在普通工廠的噪音條件下，不受明顯干擾，因 此檢漏效果很好。該法的靈敏度與被試驗物體的加壓、減壓狀況、泄漏的大小、泄漏點與檢漏器(探頭

12、)間的距離等因素有關。當泄漏點與探頭距離很近時，超聲波轉換器的靈敏度可達1 10-2cm3/s。檢漏時將檢漏器的靈敏度調到最大，一邊移動探頭，一邊偵聽，使能聽到的超聲波發(fā) 出的聲音達到最大。然后，再尋找發(fā)出超聲波的位置，以便確定泄漏點。這種方法操作簡 便，人為因素較小，不同檢測人員所得到的檢測結果基本相同。5氣泡檢漏法(1)原理氣泡檢漏法適用于允許承受正壓的容器、管道、密封裝置等的氣密性檢驗。 此種方法簡單、方便、直觀、經濟。在被檢件內充入一定壓力的示漏氣體后放入液體中，氣體通過漏孔進入周圍的液體形 成氣泡，氣泡形成的地方就是漏孔存在的位置，根據氣泡形成的速率、氣泡的大小以及所 用氣體和液體的

13、物理性質，可以大致估算出漏孔的泄漏率。(2)泄漏率計算 假定氣泡為球狀，若某一漏孔處氣泡形成的頻率為n,測得氣泡在 液面上的直徑為Db,此時，氣泡內的壓力Pb為大氣壓力Pa和液體表面張力引起的壓力47D之和，即4二Pb=Pa Db對應于檢測溫度T和氣泡內的壓力Pb的體積泄漏率為式中，n為氣泡形成的頻率。折算到標準狀態(tài)下的體積泄漏率為4二PaTSPbn TS_Db卜3LS=L= 7DbT PS6 T PS式中n一氣泡形成的頻率，1/s;Db液面上氣泡的直徑，m；Pb氣泡內的壓力，Pa;Pa一大氣壓力，Pa;。一液體表面張力，N/m。(3)靈敏度 氣泡檢漏法的靈敏度與諸多因素有關。液體表面張力越小

14、，示漏氣體壓 力越高，漏孔距離液面越近，可檢測出來的漏孔就越小，則靈敏度也越高；示漏氣體的粘 度越小，分子量越小，靈敏度也越高。實際檢漏時，通常用空氣作為示漏氣體，用水作為顯示液體。此時，該方法的靈敏度 可達1 10-51104cm3/so(4)氣泡產生的條件 如圖所示，由于液體的表面張力作用，氣泡內外有壓差 鄉(xiāng)，L =nVbJI=n D65氣泡中心至液面的距離為h,液面上方的大氣壓力為pa，容器內壓力為Pt,則當一,4PtPa IghDb時，就會產生氣泡。式中Pt一容器內的壓力，Pa;2g重力加速度，m/s ;3:敝體笞度，kg/m ;h一氣泡中心至液面的距離， m。（5）泄漏點的判斷 如能

15、觀察到水中氣泡產生的位置，則可直接判定泄漏點。6皂泡法對不太方便放到水槽內的管道、容器和密封連接進行檢漏時，先在被檢件內充入壓力大于0.1MPa的氣體，然后在懷疑有漏孔的地方涂抹肥皂液，形成肥皂泡的部位便是漏孔存在的部位。在檢漏時應注意肥皂液稀稠得當。太稀了易于流動和滴落而造成誤檢，太稠了透明度 差容易漏檢，并且所混入的氣體也可能形成泡沫而造成誤檢。此方法的靈敏度為1乂10-4cm3/s數量級。7氨氣檢漏法把允許充壓的被檢容器或密封裝置抽成真空， 在器壁或密封元件外面懷疑有漏孔處貼 上具有對氨敏感的pH指示劑的顯影帶，然后在容器內部充入高于0.1MPa的氨氣，當有漏 孔時，氨氣通過漏孔逸出，使

16、顯影帶改變顏色，由此可找出漏孔的位置，根據顯影時間、 變色區(qū)域大小可大致估計出漏孔的大小。一般認為氨檢漏法的靈敏度為1 x10-8cm3/s,但也有文獻報道可檢出泄漏率為10-7cm3/s的漏孔。由于氨氣易燃、易爆，故室內要有良好的通風設備， 廢氨要妥善處理，防止污染環(huán)境， 工作人員要戴防毒面具和風鏡。8鹵素檢漏法鹵素檢漏法又稱為鹵素二極管檢漏法，它是 應用加熱的伯元件（陽極）和離子集流極（陰極） 的一般原理，使鹵素蒸汽由陽極造成離子，由陰 極來捕集，在電表上指出與離子生成速度成比例 的電流。將代表工件氣體泄漏量的電表讀數和標 準氣體泄漏量讀數進行比較，就可測定出當前鹵 素相對濃度。使用的跟蹤

17、氣體通常為氟利昂氣體， 其檢漏約為1 X 10-41 x 10-6PaL/s。9放射性同位素法使用對人體沒有危害的放射性氣體進行檢 漏。用混入少量放射性氣體的空氣，將試驗容器 加壓。如有泄漏，放射性氣體就會隨空氣一起漏,_ ，一，. .一 ，一 .出。用閃爍計數管等檢測射線，從而可以知道泄漏地點和大致的泄漏量。該方法的靈敏度取決于示漏氣體中放射性氣體的濃度、加壓用氣體的量與壓力、加壓氣泡產生的條件鹵素檢漏儀原理圖6時間以及放射性氣體流至計數管的時間，其靈敏度大致為10-6cm3/s。檢測時，如果一邊移動計數管，一邊尋找最大計數的位置和方向，就可以準確地判斷出泄漏位置。放射性氣 體價格昂貴，回收

18、裝置較為復雜，試驗時，需要專門設備。因此，試驗成本很高。10氮質譜檢漏儀吸嘴法用于真空殘余氣體分析的質譜儀都可以用來檢漏（其示漏物質有氫、氮、氯等） ，但 檢漏靈敏度各不相同。專門用來檢漏的 質譜儀叫質譜檢漏儀。其特點是靈敏度 高，性能穩(wěn)定。特別是用氮做示漏氣體 的氮質譜檢漏儀，是真空檢漏中靈敏度 最高、用得最普遍的一種檢漏儀器。（1）氮質譜檢漏儀的基本原理與組 成氮質譜檢漏儀由離子源、分析器、 接收器、真空系統(tǒng)、電子線路及其它電 氣部分組成。目前使用的氮質譜檢漏儀 大多為磁偏轉型的。 現以180踣勺磁偏轉 型儀器為例加以說明，右圖是儀器的原 理圖。速度經由縫隙S1進入磁分析器，在均勻磁場的作

19、用下，具有一定速度的離子束，將按圓軌 跡運動。其偏轉半徑可按下式計算:R = C VmUH式中R一離子束偏轉半徑，m;H一磁場強度，A/m；m一有效質量，kg（即離子質量和電荷數之比）；U一加速電壓，V;C一常數。由上式可以看出，當H和U為定值時，對應于不同的m有不同的R。固定H和R,調節(jié)加速電壓U使氮離子束m2恰能通過縫隙 &到達收集極K而形成離子流。利用弱電流 測量設備，使之在輸出儀表與音響裝置上反映出來。而其他不同于（2）檢漏方法 先將被檢件內部充入氮氣（最 好是先抽真空再充氮氣），再用吸嘴在被檢件可能 有漏孔處進行逐點吻吸，見下圖。吸嘴與檢漏儀 之間用軟管連接，有些裝置還需要在

20、吸嘴與檢漏 儀之間加一輔助泵。吸嘴法檢漏中應注意的問題是：1靈敏度受連接管道的流導限制。在有輔 助泵時，還會受輔助泵分流作用的影響。2初檢時，被檢件切勿充入過高壓強的示 漏氣體。因為如果有大漏孔，示漏氣體會從被檢 件中漏出，造成較大浪費，而且示漏氣體到處擴散后, 一般應先向被檢件內充以低壓強、低濃度的示漏氣體，在檢出大漏孔并加以修補后，再充 入高壓強、高濃度的示漏氣體，對小漏孔進行檢查。在質譜室的離子源N內氣體被電離成離子,在電場作用下離子聚焦成束，并以一定的吸嘴被檢容器口，氮氣檢漏儀吸嘴法檢漏會給檢漏儀帶來很大干擾。因此,180 臆偏轉型氮質譜檢漏儀原理圖73檢漏完畢后，應將示漏氣體回收或放

21、空，并注意檢漏場地通風。(3)靈敏度 關于氮質譜檢漏儀靈敏度的定義，在世界各國還不很一致。我國基本上 都是用最小可檢得的泄漏率來表示的。氮質譜檢漏儀的靈敏度，即最小可檢泄漏率，就是在儀器處于最佳工作條件下，以0.1MPa的純氮為示漏氣體，進行動態(tài)檢漏時所能檢出的最小漏孔的泄漏率。所謂“最佳工作條件”系指被檢件出氣很少，且沒有較大漏孔，同時儀器本身的參數是調整到最佳工作 狀態(tài)等條件；所謂“動態(tài)檢漏”即指檢漏時不用累積法，檢漏儀本身的真空系統(tǒng)仍在正常 抽氣，儀器的反應時間不大于3s(其中真空系統(tǒng)的時間常數不大于1s)等情況；所謂“最 小可檢”是指信號是本底噪音的兩倍；所說的“泄漏率”系指0.1MP

22、a的干燥空氣通過漏 孔漏向真空端(壓力遠比0.1MPa低)的泄漏率。氮質譜檢漏儀吸嘴法的靈敏度約為10-9cm3/s。(4)響應時間 這種方法的響應時間約為23s,它主要包括兩個方面：一是檢漏器 本身的響應時間；另一個是泄漏的氮氣被吸入到檢漏儀的響應時間。(5)泄漏點的判斷 使用這種檢漏儀，吸嘴(探頭)要以25m/min的緩慢速度沿被 檢件表面移動。若有泄漏，可以看到儀表指針擺動，也可以聽到振蕩器的聲音發(fā)生變化，由此可判斷出泄漏點或附近有泄漏。 檢測時可使吸嘴離開可疑的地方， 信號恢復到原始狀 態(tài)。 稍等一會(通常為25s)后，再將吸嘴靠近可疑的地方。重復上述操作幾次，就可 以準確判斷出泄漏點

23、，精度大約可達1mm。氮質譜檢漏儀精度很高，幾乎不存在操作者之間的人為誤差。該法的穩(wěn)定性主要取決 于氮氣檢漏儀本身的穩(wěn)定性。維修保養(yǎng)的好壞對儀器的穩(wěn)定性影響很大。氮氣檢漏儀是一 種高精密儀器，儀器本身和使用的氮氣都較昂貴，但是，氮氣檢漏儀在壓力檢漏法和真空 檢漏法中都能使用，而且靈敏度高、響應時間短、穩(wěn)定性好、可靠性高、檢測結果精確。 氮質譜檢漏法主要用于需準確地檢測微小泄漏率的場合。四、真空檢漏法1靜態(tài)升壓法(1)原理 將真空泵與被檢設備或密封裝置相連接，然后抽真空。壓力降至某一值時， 停止抽真空。同時關閉閥門，放置一段時間。在放置時間里，如果壓力急劇上升，就可判斷泄漏率很大。如果壓力沒有大

24、的變化，就可認為泄漏率很小，或者沒有泄漏。靜態(tài)升壓 法也稱為真空放置法。(2)泄漏率的確定 在真空技術領域中，通常用壓力與容積的乘積來表示某一條件下 泄漏的氣體量，即泄漏率，其單位為Pam3/s。設被檢設備或密封裝置的容積為V,停止抽真空時的壓力為 所，放置t時間后的壓力 上升為P2,則單位時間的平均泄漏率為:P2一P1VLpv =t式中Lpv一以壓力與容積的乘積表示的泄漏率，Pam3/s。(3)靈敏度 靜態(tài)升壓法的靈敏度與被檢容器的容積大小、放置時間的長短和真空檢8測元件（真空計）的靈敏度有關。采用不同的真空計可測得的最小泄漏率是不同的。由于 被檢物體表面和材料本身所含氣體的蒸發(fā)、吸收和擴散

25、，采用靜態(tài)升壓法可檢出的最小泄 漏率約為5 10-7Pam3/s。（4）泄漏點的判斷 采用靜態(tài)升壓法很容易得到被檢設備的總的泄漏率，但不能具體 判斷出泄漏點。2液體涂敷法將被檢被檢設備或密封裝置抽真空。在它的表面涂上水、酒精、丙酮等液體。如果該液 體接觸到漏孔，就可能進入漏孔或把漏孔蓋住，涂敷的液體產生流動，同時引起真空側壓 力的急劇變化，測出這個變化，就可以確定覆蓋液體部分的泄漏情況。該方法的靈敏度不容易作出精確分析，在某些假定的前提下，可以作大致的估計。響 應時間在幾秒至幾分鐘左右，它是由漏孔的大小和涂敷液體的性質決定的。泄漏越大，應 答時間越短。泄漏點的判斷是在涂液體的同時， 注意觀察真

26、空計讀數的變化， 壓力急劇變化的地方 即為泄漏地點。為可靠起見，應在壓力恢復初始值、并趨于穩(wěn)定后再涂液體。如果幾次涂 液結果相同，即可確認該處有泄漏。3放電管法示漏氣體通過漏孔進入抽真空的容器或密封裝置后使放電管內放電光柱的顏色發(fā)生 變化，據此可判斷漏孔的存在。為了便于觀察放電光柱的顏色，放電管的管殼采用玻璃泡 殼。它適用的壓強范圍約為1100Pa。在此范圍內空氣的放電顏色為玫瑰紅色，示漏物質 進入放電管后，放電光柱的顏色可參考下表。此方法的靈敏度為10-3Pam3/s。各種氣體和蒸氣的輝光放電顏色氣體放電顏色蒸汽放電顏色空氣玖瑰紅水銀藍綠氮氣金紅水天藍氧氣淡黃真空油脂淡藍（有熒光）氫氣淺紅酒精淡藍二氧化碳白藍乙醍淡藍灰氮氣紫紅丙酮藍包氣鮮紅苯藍氧氣深紅甲醇藍4高頻火花檢漏器法高頻火花檢漏器也叫高頻火花真 空測定儀，可用于玻璃真空容器的檢漏與真空度測定，它的原理如圖所示。當接通開關放電簧