摘要：氦质谱在小型高真空系统挥缝中应用技术成熟，但用在2 300m32高真空系统焊续检漏中还是首次，只有通过有效的手段才发挥出氧质语在2 300m32系统成功检测出漏点所处位置并及时排除问题，才能使系统能够达到0.001Pa(A)的设计真空度。

20世纪，真空工业的发展极为显著，引起各界的关注。真空科学与技术在科学研究中只是一门实验技术，而在现代工业生产中却成了一项基本技术而得到广泛应用。日常生活中，保鲜、真空镀镆、绝热，但容积都非常小。工业应用中，容积超过100m3的真空容器应用非常少见。随着高真空技术的迅猛发展，高真空技术的应用越来越广泛。在空气动力领域，大型高真空球罐系统经过抽真空后，提供更优质可控的气体动力源，用来模拟试验飞行器或高速武器在各种高速气流下的运行状态。

目前，我国已建造的最大高真空系统容积达2 300m3，且真空度要求达到0.001Pa(A),在不锈钢球罐及管路的焊缝、风洞洞体与大型插板阀及泵组与不锈钢管路的连接面数量众多，其检漏技术与大型低真空系统的检漏相比均有着更高的要求和难度。

1、大型高真空系统检漏方法的选择

真空技术在小型低温压力容器中应用较为广泛，如LNG低温储罐的子母罐，中间层采用抽真空，实现保冷功能。而对容器自身抽真空，尤其是2 300m3 不锈钢高真空系统抽真空，要达到0.001Pa(A)的高真空度，难度非常大。具体体现在：①不锈钢真空球罐的建造，需要大型球罐及不锈钢球罐建造技术作支撑；②由于是外压容器，与传统内压容器相比，高真空系统对焊缝及系统连接处的密封性要求更高，密封性直接决定了抽真空的效果;

③该高真空系统连接风洞洞体、大型管路、高真空阀门、真空机组等连接面多密封圈总长超过 500 m,且布局位置特殊;④高真空系统抽真空技术、真空检漏及堵漏技术难度更高。

真空检漏方式是困扰真空领域的一大难题，虽然目前检漏方法有多种，但适用于大容积高真空容器系统且行之有效的检漏方法未见实例 道。文中将主要阐述氦质谱在 2 300m3高真空系统中的应用。

2、氦质谱检漏设备

氦质谱检漏在该项目中的运用主要分2种方式，一是高真空试验前对系统中所有焊缝进行氦质谱检漏，检漏对象为焊缝;二是真空试验时对全系统连接面进行氦质谱检漏，检漏对象是密封面，这2种方式虽检测时机不一样，但最终目的是一致的，都是为了该系统能够达到0.001 Pa(A)的真空度且满足漏率要求，它们是2 300 m'高真空系统中氦质谱检漏技术的2个阶段，是全系统检漏技术的关键步骤。

3、试验过程

氦质谱检漏是最适合对大型高真空系统的焊缝进行检漏的方法，氦质谱检漏技术是一种应用于国内外的真空容器检漏先进技术。氦气是一种无毒、无味、对大气无污染、性质稳定的惰性气体。在特定温度下，氦分子比除氢外的任何其他气体都具有更高的粒子速度，因此，氦比大多数其他探索气体都能更快地穿过漏孔。其示漏气体为氦气，在空气中及残余气体中含量最少，本底噪声小、分子量及粘滞系数小，因而容易穿透漏孔和容易扩散，其离子的质荷比利于离子分离等，故选其作为检漏的介质，不会腐蚀焊缝表面，无毒且不致堵塞漏孔。

3.1焊缝的氦质谱检漏

在系统全部焊缝完成射线检测后采用探漏盒法(原理图如图1所示）对焊缝进行检测，检测方式与射线检测方式相似，对全部焊缝按260mm划分设置一个检测位，采用300mm探漏盒对检测位进行检测且重叠40mm,对所有检测位置进行编号逐一进行检漏，检漏仪和探漏盒设置在系统外部，检漏时将探漏盒扣在被检零部件表面上，然后用辅助泵将探漏盒抽真空。关闭辅助阀，打开节流阀，使探漏盒与事先已抽到极限真空的质谱检漏仪相通，当仪器达到工作压力后，可在被探漏盒扣住的被检零部件的反面用喷枪喷吹氦气，如仪器输出指示发生变化，则喷枪的喷吹部位便存在漏孔，输出指示的变化大小可以确定漏孔漏率的大小，也可用局部氦罩施氦，该工程焊缝主要采用喷吹法，与吸枪法相比，喷吹法的灵敏度更高，因为大气中还含有5×106的氦气，容易出现误判或不能甄别是否泄漏。如有漏点会被反面探漏盒检测出来，且应进行返修除漏，保证全部焊缝无一漏点，这是能够保证系统满足漏率要求的必备条件之一，也是全系统氦质谱检漏技术的检测步骤之一。

3.2 高真空系统的氦质谱检漏

大型高真空系统能否达到设计时所要求的真空度和漏率,先决条件是有足够刚性的稳定结构、有足够抽速和真空度极值的真空泵组、有能够检测和处理泄漏的手段。前两者在设计时均能通过计算和建造过程控制来达到,而后者在实际运用中往往会因为系统庞大且隐蔽泄漏点较多时无从检起，或者检测周期长及检测成本高等因素制约导致检漏率很难达到预期要求。

项目启动时应对项目检漏工作进行梳理，分析泄漏点容易出现的部位、漏点检测难点、检测方式的选择、对漏点的处理等问题进行判断。为了能够更有效、更快捷、成本更低地检测到漏点并完成处置，在本2 300m33高真空系统焊缝中采用分级分阶进行检漏，分级分阶检漏方法差异比对情况见表2，氦质谱检漏技术在该大型高真空系统中应用的方式主要有表中的第1种和第4种方法。

首先，在内压试验时采用常规正压试验检测办法（喷肥皂水等）进行初检，对全系统法兰连接处、管道泵组连接角阀处等连接面进行检查并处理，为下阶段真空试验进行准备；二是在真空试验时，当系统处在低真空状态50Pa和10Pa阶段进行停机保压过程中采用超声波检漏仪对全部密封面进行漏点检查和处理，在此过程中结合静压升值法来判断系统中是否还存在漏点，因超声波检漏在漏率检测方面远不如氦质谱只能作为粗检，适用于比较大的漏点，但不进行该步骤的检测可能会导致下阶段的高真空试验无法进行下去，在低真空停机保压阶段继续开启罗茨泵机组，到达2Pa时开启油增压泵机组，在到达0.1Pa后开启油扩散泵直至0.001Pa,在此过程中继续采用超声波检漏进行检漏；三是在到达0.001Pa后关闭所有泵组进行保压，在保压过程中开始实施氦质谱检漏，虽然氦质谱检漏在20Pa就可以开启精检模式，但在真空度越高时反应更快更灵敏，所以在该系统中选择时机在设计值时进行。

在靠近球罐侧的第1台增压泵所设置的隔膜阀上或球罐底部安装氦质谱检漏仪（图2),采用喷吹法，该方法是将检漏仪接在真空容器上，然后利用喷枪对系统内容易出现漏点的法兰连接面等部位进行喷吹氦气，当有漏孔存在时，氦气通过漏孔进入质谱管被检测出来，其检测示意图如图3所示。

重点查漏部位:根据图样,对各单元容器系统的连接点进行统计,由于管道直径大,在每个单元系统中:管道与真空阀连接处、管道与膨胀节连接处、人孔法兰连接处是易出现漏点的部位,是检查的重点。

查漏补救措施:对法兰密封面漏点,采用限力扳手对螺栓进行对称拔紧,若依然无法消除漏点,则应停止试验,检查漏点产生原因,并更换0形圈;

对焊缝缺陷引起的漏气,在焊缝外用真空封蜡或真空封脂进行密封,并标识。待试验结束后,再对有漏点的焊缝进行返修补焊。

4、结论

在该2 300m3,高真空系统中,焊缝氦质谱检漏和全系统氢质谱检漏在分级分阶检漏中都得到了验证,为该系统能够成功达到设计真空度0.001 Pa(A)提供强有力的保证,同时为今后我国大型高真空系统的检漏积累了可借鉴的经验

安徽诺益科技氦质谱检漏仪具有启动时间短，运算速度快、检测灵敏度高、抗干扰能力强等特点，广泛应用于航空航天、制冷及相关配套、汽车制造、动力电池、核工业、真空系统、生物化学、环境保护、食品发酵、石油加工、有机化学、中西药物、科学研究等领域。