隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和更新，真空設(shè)備的種類和結(jié)構(gòu)也越來越多樣化，為確保生產(chǎn)的安全和高效性，結(jié)合設(shè)備的不同結(jié)構(gòu)，對設(shè)備的檢漏和探傷也提出不同的要求。分析傳統(tǒng)的和最新的檢測技術(shù)和手段，根據(jù)實(shí)際使用提出各自的使用范圍和使用要點(diǎn)，以便生產(chǎn)和使用單位可以方便快捷的選擇合適的檢測手段和儀器。

　　隨著科技的不斷進(jìn)步和人們對產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高，真空設(shè)備在各行業(yè)中的應(yīng)用也得到了前所未有的推廣。航空航天領(lǐng)域的模擬測試、核工業(yè)、空間離子碰撞試驗(yàn)、機(jī)械零部件的真空熱處理、新型零件的真空焊接、真空冶金以及生物制藥和真空冷凍干燥儲藏保鮮等行業(yè)，都在大量使用真空相關(guān)設(shè)備。無論對于設(shè)備的生產(chǎn)企業(yè)還是使用企業(yè)，設(shè)備的安全可靠是保證正常生產(chǎn)的前期條件。提早發(fā)現(xiàn)設(shè)備泄露點(diǎn)和缺陷位置，成為排除隱患的關(guān)鍵所在。隨著近年的技術(shù)不斷更新和進(jìn)步, 檢測方法和技術(shù)設(shè)備也越來越多，滿足的領(lǐng)域和行業(yè)也更加廣泛。

　　筆者根據(jù)近幾年的生產(chǎn)實(shí)踐和對國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)發(fā)展的跟蹤，綜合分析目前主要的檢漏/探傷技術(shù)和原理，總結(jié)出在不同的真空設(shè)備及使用工況下各種檢漏/ 探傷技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，為有檢漏及探傷需求的人員提供理論依據(jù)。

　　根據(jù)真空設(shè)備殼體結(jié)構(gòu)不同，真空設(shè)備分雙層夾套結(jié)構(gòu)(水冷式)和單層(非水冷式)兩種，在此種情況下的缺陷可能會帶來漏水或漏氣的兩種情況。無論是漏水還是漏氣都會對生產(chǎn)試驗(yàn)及設(shè)備本身帶來極大的損害，特別是對于真空高溫?zé)崽幚頎t來講，出現(xiàn)漏水情況有可能會發(fā)生人員安全事故，需高度重視。

1、缺陷種類

　　設(shè)備殼體缺陷大體可分為幾種，如表1 所示。根據(jù)以上缺陷的形式，下文將從兩個(gè)方面進(jìn)行闡述：

　　(1) 存在貫通機(jī)體材料的漏點(diǎn)的檢漏。

　　(2) 存在機(jī)體內(nèi)部缺陷的探傷。

　　表格1 設(shè)備殼體缺陷種類

圖1 焊縫處泄漏

圖2 加工缺陷泄漏

2、真空設(shè)備的檢漏和探傷

　　一般情況下真空設(shè)備在出廠之前，都要進(jìn)行一定的密封性檢測，對已經(jīng)形成的漏點(diǎn)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，采用補(bǔ)焊的辦法進(jìn)行解決。對于壓力容器(儲氣罐、槽車、高壓氣淬爐等)必須采用射線探傷的方法，提早將板材中間存在的缺陷檢查出來，但對非壓力容器的真空設(shè)備中的夾砂及薄弱缺陷或焊縫熔池過薄等非泄露缺陷，一般不進(jìn)行探傷，這就為以后設(shè)備的使用帶來較大的安全隱患，因此對待此類缺陷也應(yīng)盡早檢測、排除。

　　常用的檢測方法有正壓法，負(fù)壓法及X 光射線探傷、磁粉探傷、超聲波探傷、滲透探傷、渦流探傷、γ 射線探傷、煤油試驗(yàn)、熱紅外成像探傷、相控陣儀探傷、著色檢驗(yàn)探傷等。

2.1、正壓法

　　正壓法就是對被檢測設(shè)備進(jìn)行密封充氣，使其內(nèi)部壓力高于外部大氣壓力，可采用壓降法判斷、水浸檢測和定點(diǎn)檢測三種方式。

　　a、壓降法判斷：在完全密封所有接觸面的情況下，通過壓力儀表測試壓力變化情況來判斷泄漏量的大小，進(jìn)而推斷出該設(shè)備的泄漏程度，但不能就泄漏點(diǎn)進(jìn)行明確定位。

　　q =( P1-P2)/ΔT

　　式中P1———充氣結(jié)束后，檢測開始時(shí)設(shè)備內(nèi)部壓力值，Pa;P2———測試結(jié)束時(shí)，設(shè)備內(nèi)部壓力值，Pa;ΔT———檢測總時(shí)間差T2-T1，h

　　為更加準(zhǔn)確的對設(shè)備泄漏大小情況進(jìn)行定量判斷，也可換算為泄漏率。

　　qL = q×V/3600

　　式中V———真空設(shè)備容積，L

　　根據(jù)設(shè)備的不同，其要求的泄漏率也不相同，適用于對大型容器泄漏的定性判斷，一般對于微漏很難檢測出來。

　　b、水浸檢測：就是在設(shè)備內(nèi)壓力達(dá)到正壓后，將其浸沒于水中，通過觀測氣泡的情況，來判斷泄漏的位置和大小，適用小型復(fù)雜腔體密封件的檢測，可較精確的確定泄漏點(diǎn)的位置，因此該法又稱為氣泡法。對于大型設(shè)備，需要足夠大的水槽，同時(shí)，設(shè)備的起吊和搬運(yùn)相對困難，人員的觀測也不容易靠近和操作，且此法要注意充氣壓力的控制，壓力過低對與微漏點(diǎn)不會產(chǎn)生氣泡，壓力過大會對設(shè)備本身和操作人員產(chǎn)生安全隱患，需根據(jù)被檢容器的設(shè)計(jì)情況確定合適壓力范圍。同時(shí)，對于雙層加套結(jié)構(gòu)，只能判斷是否有漏點(diǎn)，氣泡會從進(jìn)出水管外溢，不能明確內(nèi)壁的具體漏點(diǎn)位置。

　　c、定點(diǎn)測試：即在設(shè)備內(nèi)部達(dá)到正壓后，采用肥皂水對所有接口和焊縫進(jìn)行涂抹，當(dāng)有泄漏時(shí)，會發(fā)現(xiàn)明顯的氣泡產(chǎn)生，通過氣泡的大小和頻率可以明顯地定位漏點(diǎn)和明確泄漏量的大小，此法也是氣泡法的一種。此法特別適用于雙層夾套結(jié)構(gòu)的爐體檢測(如圖3 所示)，由于該結(jié)構(gòu)一般只有進(jìn)水口出水口，通過堵塞一個(gè)口，向另一個(gè)口充入正壓，即可對設(shè)備內(nèi)外所有接口焊縫及板材中的漏點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，且此種結(jié)構(gòu)的可充氣壓力相對較高些，更便于觀測，且操作簡單，不用其他外購件和檢測設(shè)備。

圖3 雙層夾套爐體

2.2、負(fù)壓法

　　負(fù)壓法是在設(shè)備密封情況下，進(jìn)行抽真空，與正壓法正好相反的操作，可通過壓升率法、丙酮檢漏法、氦氣質(zhì)譜檢漏儀完成泄漏的判斷和確定。

　　a、壓升率法，通過計(jì)算壓力升高的速率，定性判斷泄漏量的大小。

q = (P2-P1)/ΔT

　　式中P1———停止對真空腔體抽氣后15 min 時(shí)的真空度，Pa;P2———測試結(jié)束時(shí)，設(shè)備內(nèi)部的真空度，Pa;ΔT———檢測總時(shí)間差T2- T1，h

　　由于設(shè)備的使用工況和對真空度要求的差異，P1 可能相差幾個(gè)數(shù)量級，決定了真空抽氣系統(tǒng)的形式。同時(shí), 對于不同的爐膽形式應(yīng)充分考慮材料放氣的影響(特別是石墨炭氈及硅酸鋁纖維等疏松多孔的保溫材料),建議對爐體進(jìn)行抽極限和烘烤,再進(jìn)行壓升率的測試,通過計(jì)算可以對泄漏情況做出判斷，但對漏點(diǎn)位置不能做出明確的定位。

　　b、丙酮檢漏法：對于選用兩級及兩級以上的真空系統(tǒng)進(jìn)行抽氣，當(dāng)真空度低于10 Pa 以下就可以采用丙酮法進(jìn)行漏點(diǎn)位置的確定。為了便于觀測，一般是經(jīng)過較長時(shí)間的抽真空，當(dāng)設(shè)備內(nèi)的壓力下降比較緩慢時(shí)(可認(rèn)為已到達(dá)設(shè)備的極限真空度)，采用針管將丙酮對各接口和焊縫位置進(jìn)行噴灑，此時(shí)，對真空度進(jìn)行隨時(shí)觀測，如果有漏點(diǎn)，在丙酮達(dá)到漏點(diǎn)位置的瞬間，由于液體的隔離作用，阻止了大氣的持續(xù)漏入，真空度會迅速升高，但隨著丙酮液體被吸入設(shè)備腔體內(nèi)部，迅速揮發(fā)氣化，此時(shí)設(shè)備的真空度又會馬上下降，通過此法可以較為明確的判斷出漏點(diǎn)的位置來。由于，丙酮為液態(tài)，在噴灑時(shí)對于垂直地面的焊縫，應(yīng)由底部向上噴灑，以防液體快速流到底部焊縫，影響泄漏點(diǎn)位置的確定。此法對于真空設(shè)備來說，檢測成本較低，但考慮到丙酮對真空系統(tǒng)可能會帶來一定的腐蝕作用，需謹(jǐn)慎少量使用此法，特別是在有擴(kuò)散泵的情況下，丙酮會對油體產(chǎn)生污染，影響到擴(kuò)散泵的抽氣能力和油的使用壽命，操作人員也要做好自身的防護(hù)工作，防止丙酮接觸人體。

　　c、氦氣質(zhì)譜分析儀：該方法就是在負(fù)壓法的基礎(chǔ)上，采用質(zhì)譜儀來進(jìn)行檢漏，其連接方式有多種，筆者根據(jù)實(shí)際的使用，對最為通用和檢漏本最低的方式進(jìn)行說明，該方法可以對漏點(diǎn)進(jìn)行位置的確定和泄漏量的判斷，檢測的原理圖如圖4(對于小型腔體，可省去真空系統(tǒng)，采用氦氣質(zhì)譜分析儀直接對所檢腔體進(jìn)行抽氣檢漏)。

　　圖4 典型檢漏原理圖

　　如圖4所示的典型真空設(shè)備，其工作原理為:開始主要由真空系統(tǒng)對爐體進(jìn)行抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到檢漏儀起測點(diǎn)后，開啟檢漏儀，檢漏儀本身也是一組由小型分子泵和機(jī)械泵組成的真空系統(tǒng)，其開啟后也參與爐體的抽氣工作，此時(shí)，檢測人員，就可以采用氦氣對爐體中所有接口及焊縫進(jìn)行吹氣，如果有漏點(diǎn)存在，當(dāng)氦氣經(jīng)過此位置時(shí)，就會有少量的氦氣隨同空氣進(jìn)入爐體，再由真空管路抽走，此時(shí)，會有少量的氦氣進(jìn)入檢漏儀中，檢漏儀內(nèi)部的氦氣質(zhì)譜儀，就會檢測到氦氣的存在，通過報(bào)警器發(fā)出報(bào)警，提示檢測人員在此位置附近存在泄漏點(diǎn)。由于，氦氣的密度小，在大氣中其會向上飄散，故此，在吹氣檢測時(shí)，應(yīng)從設(shè)備上部開始吹氣，以便漏點(diǎn)的位置確定。在進(jìn)行雙層夾套的檢漏時(shí)，可以將夾套作為獨(dú)立的腔體進(jìn)行單獨(dú)抽真空檢漏，實(shí)現(xiàn)對內(nèi)外壁的一次性檢測。由于現(xiàn)代檢漏儀技術(shù)足以做到使真空系統(tǒng)的漏氣量遠(yuǎn)小于系統(tǒng)的放氣量，因此真空系統(tǒng)所需要的真空泵的大小主要取決于真空系統(tǒng)所使用的材料放氣率的大小。所以，針對不同類型的內(nèi)膽材料需要真空泵的抽速也會不盡相同。

　　此方法的檢測精度較高，適合對氣密性要求很嚴(yán)格的設(shè)備的檢測，氦氣檢漏儀一次性投資較高，檢測運(yùn)行成本相對較低，對檢測人員無身體傷害，是比較理想的檢漏手段。目前的檢漏儀已有國產(chǎn)化的設(shè)備，已經(jīng)可以是實(shí)現(xiàn)較低真空度的啟動(dòng)檢測，最小可檢漏率已達(dá)到10- 12 cc/sec，報(bào)警點(diǎn)也可進(jìn)行人工選擇。通過筆者使用過的兩臺檢漏儀比較，隨著技術(shù)的進(jìn)步，目前的起測點(diǎn)真空度已經(jīng)可以達(dá)到2000Pa，這樣就大大節(jié)省了檢測前的抽真空時(shí)間，同時(shí)，檢漏儀的體積越來越小，重量也越來越輕，更加方便搬運(yùn)。

　　2.3、X，Y 射線、中子射線三種，前兩種廣泛用于鍋爐壓力容器焊縫和其他工業(yè)產(chǎn)品、結(jié)構(gòu)材料的缺陷檢測，而中子射線僅用于一些特殊場合，X射線穿過被照射物體后會有損耗，不同厚度不同物質(zhì)對它們的吸收率不同，把底片放在被照射物體的另一側(cè)，會因?yàn)樯渚�強(qiáng)度不同而產(chǎn)生相應(yīng)的圖形, 評片人員就可以根據(jù)影像來判斷物體內(nèi)部的是否有缺陷以及缺陷的性質(zhì)，此方法需要初期投資相對較大，評片人員也需要一定的經(jīng)驗(yàn)，需要長時(shí)間的培訓(xùn)，操作人員也需要做好自身的防護(hù)。對于有夾套型設(shè)備，射線在進(jìn)行二次穿透衰減很大，不能成像, 缺陷的具體位置也就很難確定了。

　　2.4、磁粉探傷的原理是：當(dāng)工件磁化時(shí)，若工件表面有缺陷存在，由于缺陷處的磁阻增大而產(chǎn)生漏磁，形成局部磁場，磁粉便在此處顯示缺陷的形狀和位置，從而判斷缺陷的存在。磁粉探傷的優(yōu)點(diǎn)是：對鋼鐵材料或工件表面裂紋等缺陷的檢驗(yàn)非常有效;設(shè)備和操作均較簡單;檢驗(yàn)速度快，便于在現(xiàn)場對大型設(shè)備和工件進(jìn)行探傷;檢驗(yàn)費(fèi)用也較低。缺點(diǎn)是：僅適用于鐵磁性材料;僅能顯出缺陷的長度和形狀，而難以確定其深度;對剩磁有影響的一些工件，經(jīng)磁粉探傷后還需要退磁和清洗。因此對于非磁化金屬和結(jié)構(gòu)又為雙層夾套結(jié)構(gòu)的不適用該方法。

　　2.5、超聲波探傷的基本原理是利用超聲透入金屬材料的深處，由一截面進(jìn)入另一截面時(shí)，在界面邊緣發(fā)生反射的特點(diǎn)來檢查零件缺陷的一種方法，當(dāng)超聲波束自零件表面由探頭通至金屬內(nèi)部，遇到缺陷與零件底面時(shí)就分別發(fā)生反射波，在螢光屏上形成脈沖波形，根據(jù)這些脈沖波

　　形來判斷缺陷位置和大小。目前的超聲波探傷儀已經(jīng)可以比較精確的對缺陷的位置進(jìn)行明確的指示，通過判斷缺陷位置的連續(xù)狀態(tài)來判斷焊縫的缺陷類型,并且根據(jù)檢測工件表面形狀的不同,可以配置不同類型的探頭(如圖5)。

圖5 超聲波探測儀

　　超聲波探傷與X 射線探傷相比有較高的探傷靈敏度、周期短、成本低、靈活方便、效率高，對人體無害等優(yōu)點(diǎn);缺點(diǎn)是對工作表面要求平滑、要求富有經(jīng)驗(yàn)的檢驗(yàn)人員才能辨別缺陷種類、對缺陷沒有直觀性;超聲波探傷適合于厚度較大的零件檢驗(yàn)。對于光滑平面或曲率半徑較大檢測位置，可采用普通的探頭就可以對焊縫進(jìn)行檢測，對于異性曲面可根據(jù)客戶的測試工件訂制特種探頭以滿足各種工況的要求,對于常用的材料進(jìn)行探傷已實(shí)現(xiàn)基本材料超聲波特性的軟件預(yù)制,操作者只需對缺陷大小和報(bào)警極限進(jìn)行設(shè)置即可。

　　2.6、相控陣儀探傷，也是超聲波的一種，主要超聲波束的參數(shù)，如：角度、聚焦范圍和焦點(diǎn)尺寸等，可以通過軟件進(jìn)行控制。而且，聲束可在一個(gè)很長的陣列上被多路切換(類似相控雷達(dá)技術(shù))。這些特點(diǎn)為相控陣技術(shù)增加了一系列新的應(yīng)用功能，例如，在掃查工件時(shí)，可以不移動(dòng)探頭本身而快速改變聲束角度。相控陣還可以代替多個(gè)探頭以及機(jī)械部分，通過內(nèi)部軟件計(jì)算分析，可直觀的在圖形界面顯示材料內(nèi)部缺陷位置和大小(如圖6 所示)。其成像精度和位置準(zhǔn)確度都有很大提高，操作也相對簡單，設(shè)備可以隨意移動(dòng)，探頭也可任意位置和角度放置，目前該類設(shè)備的購置價(jià)格相對較高，運(yùn)行成本低。

　　2.7、著色(滲透)探傷的基本原理是利用毛細(xì)現(xiàn)象使?jié)B透液滲入缺陷，經(jīng)清洗使表面滲透液去除，再利用顯像劑的毛細(xì)管作用吸附出缺陷中殘留滲透液而達(dá)到檢驗(yàn)缺陷的目的。只能用來檢測表面存在缺陷的情況，對于表面完好內(nèi)部存在焊接過薄的缺陷或板材中間的氣孔夾砂不能檢出。

圖6 相控探傷儀

　　2.8、渦流檢測就是運(yùn)用電磁感應(yīng)原理，將激勵(lì)信號加到探頭線圈，當(dāng)探頭接近金屬表面時(shí)，線圈周圍的交變磁場在金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)電流。對于平板金屬，感應(yīng)電流的流向是以線圈同心的圓形，形似旋渦，稱為渦流。渦流的大小、相位及流動(dòng)形式受到試件導(dǎo)電性能的影響。渦流也會產(chǎn)生一個(gè)磁場，這個(gè)磁場反過來又會使檢測線圈的阻抗發(fā)生變化(如圖7 所示)。

圖7 渦流探傷原理圖

　　因此當(dāng)導(dǎo)體表面或近表面出現(xiàn)缺陷或測量的金屬材料發(fā)生變化時(shí)，將影響到渦流的強(qiáng)度和分布，渦流的變化又引起了檢測線圈電壓和阻抗的變化，根據(jù)這一變化，就可以間接地知道導(dǎo)體內(nèi)缺陷的存在及金屬材料的性能是否有變化。與此同時(shí)，渦流檢測的對象必須是導(dǎo)電材料, 且不適用于檢測金屬材料深層的內(nèi)部缺陷, 這是渦流檢測在應(yīng)用上的局限所在。其次，渦流檢測至今仍處于當(dāng)量比較階段，對缺陷作出準(zhǔn)確的定性定量判斷技術(shù)尚待開發(fā)研究。

　　對于設(shè)備板材中間的缺陷，可以采用此方法進(jìn)行檢測，對于由自動(dòng)焊接的焊縫，熔池比較均勻的焊接也可采用此種方法，但對于人工焊接的焊縫此種方法測量偏差較大，影響對焊縫質(zhì)量的判斷。

　　2.9、熱紅外成像探傷：波長為2.0 μm~1000 μm的部分稱為熱紅外線。我們周圍所有溫度在絕對零度(- 273℃)以上的物體，都會不停地發(fā)出熱紅外線。所以，熱紅外線(或稱熱輻射)是自然界中存在最為廣泛的輻射。熱輻射除存在的普遍性之外，還有另外兩個(gè)重要的特性。

　　(1) 熱紅外線的“大氣窗口”，正是由于這個(gè)特點(diǎn)，熱紅外成像技術(shù)為軍事上提供了先進(jìn)的夜視裝備。

　　(2) 物體熱輻射能量的大小，直接和物體表面的溫度相關(guān)。熱輻射的這個(gè)特點(diǎn)使人們可以利用它來對物體進(jìn)行無接觸溫度測量和熱狀態(tài)分析，從而為工業(yè)生產(chǎn)，節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境等等方面提供了一個(gè)重要的檢測手段和診斷工具。現(xiàn)代的熱成像裝置工作在中紅外區(qū)域(波長3 μm~5 μm)或遠(yuǎn)紅外區(qū)域(波長8 μm~12 μm)。通過探測物體發(fā)出的紅外輻射，熱成像儀產(chǎn)生一個(gè)實(shí)時(shí)的圖像，從而提供一種景物的熱圖像。并將不可見的輻射圖像轉(zhuǎn)變?yōu)槿搜劭梢姷摹⑶逦�的圖像。熱成像儀非常靈敏，能探測到小于0.1℃的溫差。正是基于此，我們可以將被測設(shè)備理解為一個(gè)熱源，通過對表面的熱成像進(jìn)行分析，來判斷材料內(nèi)部的缺陷情況。

　　根據(jù)熱紅外成像技術(shù)，我們可以對設(shè)備內(nèi)表面及焊縫進(jìn)行熱紅外探傷，對焊縫和所有板材進(jìn)行成像，在板材厚度或成分發(fā)生變化時(shí)，其發(fā)出的紅外波也與周圍的不相同，通過加熱內(nèi)表面，在焊縫熔池薄弱部位的溫度會高于周圍溫度，則可以在紅外成像儀中顯現(xiàn)。

圖8 焊接缺陷零件

　　在觀察如圖8 所示工件缺陷時(shí)，由于焊縫表面平整度和工件曲面的影響，在圖9 中漏點(diǎn)就不容易觀察。在檢測如下圖10 所示爐體時(shí)，在所示紅色區(qū)域，即可作為隱患位置進(jìn)行重點(diǎn)排查。通過實(shí)際對不同類型的工件進(jìn)行成像檢查，在對曲率較大或平面度較好工件進(jìn)行探傷時(shí)效果比較明顯，缺陷位置可以明顯的在檢測儀的界面中觀察到，對于復(fù)雜曲面不易采用此法。就熱成像儀本身而言，其體積相對較小，操作簡單，便于攜帶，操作者直接手持即可進(jìn)行檢測，更重要的優(yōu)點(diǎn)是該檢測是非接觸式的，這樣就可以實(shí)現(xiàn)在線檢測，可以任意放置角度，檢測效率高，還可以對檢測過程進(jìn)行錄像，提供實(shí)時(shí)的現(xiàn)場檢測畫面。但其提供的異常點(diǎn)也需要檢測者進(jìn)行進(jìn)一步的排查，同時(shí)目前熱紅外成像儀的價(jià)格也相對較高，國產(chǎn)化的分辨率和精度有待提高。在對電器元件的監(jiān)控改變點(diǎn)式測溫槍的低效率誤差大的缺點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)離危險(xiǎn)源的時(shí)時(shí)監(jiān)控。

圖9 熱成像結(jié)果

圖10 爐體熱成像結(jié)果

　　綜合以上各種探傷檢漏方法和儀器，使用者在選擇時(shí)主要根據(jù)自身設(shè)備的特點(diǎn)和要求，選取合適、經(jīng)濟(jì)的檢測手段和儀器。

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