Способ контроля герметичности изделий

 

Изобретение относится к области испытательной техники и может найти применение в космической отрасли при испытании космических аппаратов (КА), атомной, химической промышленности, в отраслях машиностроения и т.д. При осуществлении способа контроля герметичности изделий помещают в вакуумную камеру изделие, заполненное контрольным газом до рабочего давления Р_раб, вакуумируют вакуумную камеру, измеряют концентрацию контрольного газа в вакуумной камере, стравливают давление контрольного газа из изделия и измеряют уменьшение концентрации контрольного газа в вакуумной камере. Вакуумирование вакуумной камеры производят до достижения в ней равновесного давления. Измерение концентрации контрольного газа в вакуумной камере производят по достижении упомянутой концентрацией установившегося значения. После достижения в вакуумной камере равновесного давления подают в камеру тарированный поток контрольного газа Q_кт, измеряют величину изменения концентрации контрольного газа в вакуумной камере ΔC_кт от тарированного потока контрольного газа в момент достижения ею установившегося значения, после измерения величины изменения ΔC_кт прекращают подачу тарированного потока контрольного газа. Далее определяют величину минимального регистрируемого изменения концентрации контрольного газа ΔC_мин, а при стравливании контрольного газа из изделия непрерывно измеряют величину ΔC_изд достигнутого уменьшения концентрации контрольного газа в вакуумной камере от изделия. При достижении соотношения ΔC_изд≥ΔC_мин прекращают стравливание контрольного газа из изделия и измеряют в момент прекращения стравливания остаточное давление контрольного газа P₁ в изделии, при этом степень негерметичности изделия определяют из соотношения, взаимосвязывающего определенным образом упомянутые параметры. Изобретение направлено на повышение производительности контроля герметичности изделий.

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к испытаниям на герметичность изделий, таких как, например, космические аппараты (КА), и может найти применение в атомной, химической промышленности, в отраслях машиностроения, где предъявляются повышенные требования к надежности изделий и производительному их контролю.

Известны аналогичные способы испытаний на герметичность изделий, заключающиеся в том, что помещают изделие в вакуумную камеру, вакуумируют камеру до равновесного давления, подают в вакуумную камеру тарированный поток контрольного газа, измеряют изменение концентрации контрольного газа в вакуумной камере от тарированного потока, прекращают подачу тарированного потока, измеряют установившуюся концентрацию контрольного газа в вакуумной камере, заполняют изделие контрольным газом до рабочего давления, измеряют изменение концентрации контрольного газа в вакуумной камере от изделия и оценивают негерметичность изделия по соотношению изменений концентрации контрольного газа в вакуумной камере от изделия и от тарированного потока (см., например, "Течеискатель ТИ1-14. Паспорт 2.832.024 ПС", с. 39-42, Л., 1987.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ, заключающийся в том, что помещают в вакуумную камеру изделие, заполненное контрольным газом до рабочего давления, вакуумируют вакуумную камеру, измеряют концентрацию контрольного газа в вакуумной камере, удаляют контрольный газ из изделия, измеряют уменьшение концентрации контрольного газа в вакуумной камере от изделия и оценивают негерметичность изделия по уменьшению концентрации контрольного газа в вакуумной камере (см. а.с. СССР, 1772639, G 01 М 3/00, 30.06.78).

Недостатком способа-прототипа и аналогичных способов контроля является то, что необходимо либо в конце контроля (для способа-прототипа), либо в начале (для аналогичных способов) иметь изделие, полностью свободное от контрольного газа. В отдельных случаях это условие достаточно трудно обеспечить, например, в случае необходимости проведения повторных испытаний изделия (не удаляя при этих повторных испытаниях заполненное контрольным газом изделие из вакуумной камеры и не нарушая процесса вакуумирования камеры) с целью подтверждения зарегистрированных результатов, либо в случаях нештатных ситуаций, связанных с несанкционированным отключением электропитания комплекса вакуумной камеры в процессе проведения испытаний при находящемся в отвакуумированной камере изделии, которое при этом заполнено контрольным газом до рабочего давления. В данных случаях удаление контрольного газа из изделия путем стравливания давления и последующего вакуумирования изделия или смены атмосферы в нем является процессом достаточно длительным и не всегда возможным, что особенно наглядно выявляется при испытаниях гермоотсеков КА, оборудованных приборами и аппаратурой с ограничениями на пребывание под вакуумом и под воздействием контрольного газа гелия, а также оборудованных установленным внутренним декоративно-отделочным покрытием.

Задача предлагаемого способа - это повышение производительности контроля герметичности изделий.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, согласно которому помещают в вакуумную камеру изделие, заполненное контрольным газом до рабочего давления _раб, вакуумируют вакуумную камеру, измеряют концентрацию контрольного газа в вакуумной камере, стравливают давление контрольного газа из изделия и измеряют уменьшение концентрации контрольного газа в вакуумной камере, вакуумирование вакуумной камеры производят до достижения в ней равновесного давления, измерение концентрации контрольного газа в вакуумной камере производят по достижении упомянутой концентрацией установившегося значения, после достижения в вакуумной камере равновесного давления подают в камеру тарированный поток контрольного газа Q_кт, измеряют величину изменения концентрации контрольного газа в вакуумной камере ΔC_кт от тарированного потока контрольного газа в момент достижения ею установившегося значения, после измерения величины изменения ΔC_кт прекращают подачу тарированного потока контрольного газа и делают выдержку на достижение концентрацией контрольного газа равновесного значения, определяют величину минимального регистрируемого изменения концентрации контрольного газа ΔC_мин, а при стравливании контрольного газа из изделия непрерывно измеряют величину ΔC_изд достигнутого уменьшения концентрации контрольного газа в вакуумной камере от изделия и при достижении соотношения ΔC_изд≥ΔC_мин прекращают стравливание контрольного газа из изделия и измеряют в момент прекращения стравливания остаточное давление контрольного газа P₁ в изделии, при этом степень негерметичности изделия определяют из соотношения: Q_изд=(ΔC_изд/ΔC_кт)•Q_кт•[1-(P₁/P_раб)²]^-1 (1) Таким образом, сокращение продолжительности контроля и соответствующее повышение производительности контроля герметичности изделий в рассматриваемом техническом решении достигаются за счет более полного использования технических возможностей испытательной системы (включающей в себя отвакуумированную вакуумную камеру с установленным в ней изделием, заполненным контрольным газом, и подключенными к вакуумной камере средствами регистрации концентрации контрольного газа), а именно за счет возможности измерения минимального регистрируемого изменения концентрации контрольного газа в вакуумной камере и последующего определения негерметичности изделия с учетом данной измеренной величины.

При реализации предлагаемого технического решения отпадает необходимость в полном удалении контрольного газа из изделия; достаточно зарегистрировать концентрацию контрольного газа в вакуумной камере, когда изделие заполнено контрольным газом до рабочего давления (т.е. тогда, когда утечка контрольного газа через микронеплотности гермоконтура изделия максимальна), а затем частично стравить давление контрольного газа из изделия (снижая перепад давлений на стенках испытываемого изделия и уменьшая таким образом утечку контрольного газ через микронеплотности гермоконтура изделия) до соответствующего уменьшения концентрации контрольного газа в вакуумной камере, которое может уверено быть зарегистрировано средствами, имеющимися в составе испытательной сиcтемы.

Предлагаемый способ контроля герметичности изделий осуществляется следующим образом.

В вакуумную камеру помещают изделие, например КА, имеющий в своем составе гермоотсек, подлежащий испытаниям на герметичность (в дальнейшем под изделием будет подразумеваться упомянутый гермоотсек КА). В процессе испытаний изделие заполняется контрольным газом (например, смесью гелия с воздухом) до рабочего давления Р_раб. При этом вакуумную камеру вакуумируют до достижения в ней равновесного давления, составляющего на практике для крупногабаритных вакуумных камер с испытываемыми в них КА величину (1•10^-4÷1•10^-3)мм рт.ст. По мере достижения в вакуумной камере равновесного давления концентрация контрольного газа в камере достигает своего установившегося значения. Иными словами, при вакуумировании осуществляются переходные процессы стабилизации потока газоотделения от поверхностей вакуумной камеры и КА (газоотделения как всех газов, вносящих вклад в суммарное давление внутри вакуумной камеры, так и, в частности, газоотделения гелия). По достижении концентрацией гелия в вакуумной камере своего установившегося значения производят ее измерения с целью определения негерметичности испытываемого изделия. На практике это осуществляется при помощи гелиевых масс-спектрометрических течеискателей, подключенных к вакуумной камере.

Необходимость в реализации предлагаемого технического решения возникает при нахождении в вакуумной камере изделии, которое заполнено контрольным газом до рабочего давления, например, в упомянутой выше нештатной ситуации остановки и последующего возобновления испытаний на герметичность. Для калибровки испытательной системы и последующего измерения негерметичности изделия после достижения в вакуумной камере равновесного давления подают в камеру тарированный поток контрольного газа Q_кт и измеряют величину изменения концентрации контрольного газа в вакуумной камере ΔC_кт от тарированного потока контрольного газа в момент достижения ею установившегося значения (т.е. по окончании переходного процесса стабилизации концентрации контрольного газа в вакуумной камере). После измерения величины изменения ΔC_кт подачу тарированного потока Q_кт контрольного газа прекращают и делают выдержку на достижение концентрацией контрольного газа равновесного значения. После этого определяют величину минимального регистрируемого изменения концентрации контрольного газа ΔC_мин, основываясь на величине флюктуации показаний средства регистрации контрольного газа - гелиевого масс-спектрометрического течеискателя. Затем из изделия стравливают давление контрольного газа, причем в процессе стравливания непрерывно измеряют величину ΔC_изд достигнутого уменьшения концентрации контрольного газа в вакуумной камере, соответствующего уменьшению утечки через микронеплотности гермоконтура изделия. При достижении соотношения ΔC_изд≥ΔC_мин (т. е. по достижении регистрируемого уменьшения концентрации контрольного газа в вакуумной камере) прекращают стравливание контрольного газа из изделия. В этот момент (прекращения стравливания контрольного газа) измеряют остаточное давление контрольного газа P₁ в изделии. Степень негерметичности изделия определяют из соотношения (1). Это соотношение основывается, во-первых, на линейной связи между величиной подаваемого в вакуумную камеру потока контрольного газа и соответствующим приращением концентрации контрольного газа в вакуумной камере, и, во-вторых, на реализующемся на практике вязкостном характере утечки контрольного газа через микронеплотности гермоконтура изделия. После того как степень негерметичности изделия определена, можно, не теряя времени на дальнейшее стравливание контрольного газа и последующие операции удаления контрольного газа из изделия, либо завершать испытания, либо переходить к испытаниям другого находящегося в данный момент в вакуумной камере объекта (например, другого гермоотсека, входящего в состав испытываемого КА).

Использование предлагаемого способа испытаний на герметичность дает следующие положительные результаты: - сокращается длительность испытаний на герметичность в вакуумных камерах в случаях необходимости проведения повторных испытаний изделия с целью подтверждения зарегистрированных результатов, а также в случаях нештатных ситуаций, связанных с несанкционированным отключением электропитания комплекса вакуумной камеры в процессе проведения испытаний при находящемся в отвакуумированной камере изделии; - за счет сокращения длительности испытаний изделий на герметичность в вакуумных камерах повышается производительность этих испытаний.

Предлагаемый способ испытаний изделий на герметичность может иметь широкое практическое применение для обеспечения высокопроизводительного контроля герметичности космических объектов, проходящих испытания в вакуумных камерах, в частности может быть использован при создании модулей долговременных орбитальных станций и пилотируемых и автоматических космических транспортных кораблей.

Формула изобретения

Способ контроля герметичности изделий, заключающийся в том, что помещают в вакуумную камеру изделие, заполненное контрольным газом до рабочего давления Р_раб, вакуумируют вакуумную камеру, измеряют концентрацию контрольного газа в вакуумной камере, стравливают давление контрольного газа из изделия и измеряют уменьшение концентрации контрольного газа в вакуумной камере, отличающийся тем, что вакуумирование вакуумной камеры производят до достижения в ней равновесного давления, измерение концентрации контрольного газа в вакуумной камере производят по достижении упомянутой концентрацией установившегося значения, после достижения в вакуумной камере равновесного давления подают в камеру тарированный поток контрольного газа Q_кт, измеряют величину изменения концентрации контрольного газа в вакуумной камере ΔC_кт от тарированного потока контрольного газа в момент достижения ею установившегося значения, после измерения величины изменения ΔC_кт прекращают подачу тарированного потока контрольного газа и делают выдержку на достижение концентрацией контрольного газа равновесного значения, определяют величину минимального регистрируемого изменения концентрации контрольного газа ΔC_мин а при стравливании контрольного газа из изделия непрерывно измеряют величину ΔC_изд достигнутого уменьшения концентрации контрольного газа в вакуумной камере от изделия, и при достижении соотношения ΔC_изд≥ΔC_мин прекращают стравливание контрольного газа из изделия и измеряют в момент прекращения стравливания остаточное давление контрольного газа P₁ в изделии, при этом степень негерметичности изделия определяют из соотношения: е