氦质谱检漏仪在电工电子工业中的应用

氦质谱检漏仪在电工电子工业中的应用

一、前言

电工电子产品由于密封不良,将会造成产品的漏气漏液,从而降低电性能,有时还 会造成本身及附近产品的腐蚀现象,甚至使产品破坏丧失全部功能,以致造成巨大的 或不可挽回的损失。根据使用条件不同,应对产品提出不同的密封要求,据此国家标 准局于1982年批准了GB2423,2382关于“电工电子产品基本环境试验规程试验Q:密 封”做为国家级标准,这个标准完全等效于国际IEC65-2-

17试验Q密封的正文部分。而试验导则则完全等效于国际IEC-68-2- 17试验密封的附录部分。

设置本标准的目的是为了采用下述试验确定电工电子产品的密封性能。其中规 定的Qa、Qf、和QI是借助于浸液方式并伴随不同的辅助手段检验实验样品的密封 情况,可检漏率大于10-4Pa.m3S-1 (10-3barcm3S-

1。Qc、Qd试验的可检漏年率范围在10-4~10-6 Pa.m3S-1(10-3~10-5barcm3S- 1。Qk则是用氦质谱检漏仪检验微量漏气情况,它可以确定小于Pa.m3S-1的漏率。

近年来由于电子工业的发展,空间探索活动的增加,检漏技术得到了快速发展,它 的重要标志是将以氦为示踪气体的氦质谱检漏仪已快速地进入了各个适用的领域。 氦质谱检漏同其它检方法相比,除检漏方法不同之外,以它的检测灵敏度高、速度快, 可进行定性、定量、定点的检测特别是选择无破坏性、无毒,无危险的隋性气体氦 为示踪气体,使它成为今天检漏仪器当中的佼佼者。

在许多科学领域和制造业中,氦质谱检漏仪已成为控制和监督产品质量的首选 装备。尤其近几年来,电工电子产品的监督检验部门和生产厂家,制冷、汽车、航空 、航天等行业强化“以质量求生存”的意识,他们在将氦质谱检漏仪用于生产线和科 研应用的同时,不断探索其在本行业的应用开发并积累了很多经验。

二、氦质谱检漏仪的原理

氦质谱检漏仪是根据质谱分析原理,以氦为示踪气体,对真空设备和密封器件的 漏隙进行定位或定量、定性测量的完整系统。

我们知道气体在电子的轰击下会产生带电粒子,带电粒子在电场的作用下获得 能量做加速动力,而在磁场的作用下将做圆周运动,而具有不同质荷比的离子其运动 半径不同。这就使一束带电粒子在磁场的作用下按荷质比分离,这门研究使不同质 量的粒子在电磁场中运动并依质荷比进行分离的学科称为质谱学。根据质谱学原理 制成的仪器叫质谱仪。氦质谱检漏仪是质谱仪器中的一种,将质谱仪用于检漏技术 是质谱仪在真空密封检测技术中的重要应用。

检漏的基本任务靠采取一些标准检漏技术来完成,而采用哪种技术要根据被检 件的结构、检漏的经济效益及检漏系统的性质来决定。

三、电子工业中几种常用检漏方法

在电工和电子工业中,根据不同产品对密封的要求多采用喷吹法,吸入法和加压 法等检漏方法。

1.喷吹法检漏

喷吹法检漏是将被检件接到检漏仪的检测口,用喷枪连续向可疑的漏孔喷射示 踪气体,示踪气体通过漏孔进入检漏仪并被检测。电子器件的外壳、高压开关管、 氧化锌、避雷器等都应采用这种方法检漏。

根据产品的不同,需要选择不同尺寸的夹具或辅助工具如管壳的检漏。检漏仪 正常工作后,用标准漏孔进行漏率校准,就可以对管壳作喷吹检漏,先将夹具固定在检 漏口,待测管壳放在夹具上面的橡皮板上,辅助抽气系统将其抽至预定真空后自动接 至仪器的测量系统。然后用喷枪连续向管壳喷氦气,时间一般1~3秒,当管壳存在漏 孔时,氦气将通过漏孔进入仪器的质谱分析部分,漏量大小在漏率表上直接显示出来, 这种方法即能判断漏孔的位置也可测量漏孔的大小。整个检测周期只需一分钟。

2.吸入法检漏

吸入法检漏与喷吹法检漏相反,吸枪接在检漏仪的检测口,而被检件充入规定压 力的示踪气体,漏孔泄漏出来氦气被吸枪吸入检漏仪被检测。大型容器或内部放气 管量很大的容器做喷枪检漏很不经济,而且检漏速度慢,一般采取吸枪检漏。目前,电 子表行业中大型容器的检漏尚无成熟的方法和标准。比如高压电容这样大的容器, 质量控制的关键靠焊接技术,气密性的监督手段采用气泡检漏,因此废品率控制在千 分之几。

检漏之前,必须校准仪器的吸枪灵敏度,再向容器内充入比一个大气压高的氦气, 有些容器是薄板结构,建议在容器外面做夹具防止高压时变形损坏器件。吸枪沿焊 缝移动时速度不要太快,离开表面1mm左右,以保证吸入灵敏度,将探头做成喇叭口形 效果更好。目前,对这种大型电工器件检漏结果表明,它们的漏率一般在10-6~10- 7Pa.m3/S范围内。

我们相信,随着氦质谱检漏仪在这个领域广泛和深入地使用,很快将建立起本行 业的检漏标准和方法。

3.背压法检漏

背压法检漏是将压有一定压力的示踪气体的被检件放入检漏夹具中,然后连至 检漏仪将其抽空,示踪气体通过漏孔泄漏出来,经检漏仪检测总泄漏量。

小型电子器件宜采用这种检漏方法。首先将仪器调整好,再将器件放入加压罐 内压入氦气,氦气进入有漏孔的器件内部,无漏孔的器件只是表面吸咐氦气。器件加 压压力和时间根据GB2423,2328文件而定,器件从加压罐中取出后将表面吸咐的氦气 吹掉再放入检漏夹具中抽空,待真空抽至设定值后自动将夹具连至仪器的测量系统 。这时,压入存在漏孔器件内部的氦气泄漏出来被检测,其漏率在漏率表上显示出来 。一般背压法检漏时采用排除法。在夹具中放一定数量的器件,这一批的总漏率没 超过报废预定值,说明这一批合格;总漏率超过报废预定值可以取出一半,剩下的一半 继续检漏,这一半合格说明有漏的器件在取出的那一半中,依此检漏直至检出有漏孔 的器件。