Elio 101: sfruttare al massimo le tracce

Tabella 1: Composizione dell'atmosfera terrestre

Tabella 3: Metodi di test dei gas traccia più comuni

Tabella 2: Rilevatori di perdite più comuni

Figura 4: Analisi CFD del flusso d'aria delle parti in una camera di accumulo per mappare i punti ciechi

Figura 3: Sistemi di prova delle perdite di accumulo

(a sinistra) Figura 5: Sistema di test del gas di trasporto

(a destra) Figura 6: Tecnologia di spurgo dell'azoto

La prova di tenuta con elio è uno dei membri più antichi e sviluppati della famiglia di metodi di prova di tenuta basati su gas traccia. Anche se il titolo contiene la parola "elio", questo articolo vuole essere una panoramica dei metodi con gas in traccia in generale.

I metodi con gas traccia misurano direttamente le perdite, mirano cioè a determinare la quantità di materiale che fuoriesce dal pezzo in prova. Ciò è in contrasto con altri metodi non basati su gas in traccia che misurano gli effetti della perdita (come nel caso del test di tenuta a decadimento della pressione). Per questo motivo, questi metodi sono generalmente in grado di misurare perdite molto piccole e possono essere utilizzati per testare parti grandi o complesse poiché il volume della parte non ha alcun effetto diretto sull'affidabilità del test.

Per molti anni l’elio è stato il gas tracciante preferito. Negli ultimi decenni, carenze occasionali e prezzi in aumento hanno costretto l’industria delle prove di tenuta a cercare alternative come una miscela di idrogeno/azoto, SF6 e vari refrigeranti.

Il gas tracciante ideale dovrebbe:

Fuori da questo elenco, ad eccezione degli ultimi due, l'elio non ha eguali. La sua presenza ambientale di 5 ppm nell'atmosfera, la natura inerte e le dimensioni atomiche molto piccole lo rendono ideale per l'uso come gas traccia.

Esaminiamo i metodi di test basati su gas in tracce comunemente utilizzati osservando innanzitutto come è costruito un sistema di test di tenuta.

I tester per fughe di gas in tracce hanno due componenti principali:

L'accuratezza del test di tenuta dipende fortemente dalla concentrazione e dall'omogeneità del gas tracciante all'interno del pezzo. La sfida più comune è il fatto che le parti solitamente contengono aria quando entrano nella stazione di prova perdite. Se la parte è in grado di sopportare il vuoto, evacuare l'aria residua utilizzando una fonte di vuoto dedicata (pompa per vuoto, generatore di vuoto azionato ad aria, ecc.) è il modo migliore per garantire un'elevata concentrazione di gas traccia. Quando ciò non è possibile, l'altra opzione è consentire al gas tracciante di fluire attraverso la parte (preferibilmente uscendo dal punto più lontano dalla porta di carica). Quest’ultimo metodo può aumentare notevolmente il consumo di gas in traccia e solitamente rappresenta la scelta di ultima istanza.

Una tipica sequenza di carica è costituita da quanto segue:

La gestione del gas, soprattutto durante la fase di scarico, è molto importante: mantenere alte concentrazioni di gas traccia lontane dal sistema di rilevamento perdite è il modo migliore per garantire la ripetibilità dei risultati dei test.

I sistemi di carica possono variare da poche valvole manuali su un collettore collegato manualmente alla parte da testare attraverso una linea di test fino a controlli delle valvole completamente automatizzati e strumenti di connessione della parte.

La progettazione robusta e affidabile degli utensili è molto importante, soprattutto nel caso delle connessioni delle parti. Questo perché eventuali perdite si aggiungeranno alla perdita del pezzo e possono facilmente causare falsi scarti.

Il componente più importante di questi sistemi è il rilevatore di perdite. Esistono numerose scelte: selezionare quella giusta richiede un'attenta considerazione dei requisiti del test e del costo. Alcuni dei tipi di rilevatori più comunemente utilizzati sono riepilogati nella Tabella 2.

La sensibilità del rilevatore di perdite determina l'intervallo di velocità di perdita che può essere rilevato. A seconda del metodo di test, l'intero range del rilevatore di perdite potrebbe non eguagliare il range di rilevamento del sistema di test. Nella maggior parte dei sistemi di rilevamento, il rilevatore di perdite esegue il sottocampionamento del gas e parte del segnale del gas tracciante viene perso. Un tipico esempio potrebbe essere un sistema di prova di tenuta sotto vuoto in cui lo spettrometro di massa dell'elio rileva solo una parte dell'elio che entra nella camera del vuoto.

Prendiamo, ad esempio, una camera a vuoto più grande come un tester per il serbatoio del carburante. Su una perdita di 10-5 std.cm3/sec nella camera a vuoto, solo 10-7 std.cm3/sec raggiungono lo spettrometro di massa a causa della perdita di segnale attraverso le pompe di evacuazione della camera.