Làm cách nào để xác minh tính toàn vẹn của vòng đệm lõi kim loại của bộ gia nhiệt PFA bằng cách sử dụng tính năng phát hiện rò rỉ khí Heli ở 80 độ?

Con đường phổ biến nhất cho sự xâm nhập của hơi ẩm và cuối cùng là sự cố chạm đất là ở vòng đệm lõi kim loại của bộ phát nhiệt PFA-nơi bộ phận làm nóng bên trong thoát ra khỏi vỏ bọc PFA. Tính toàn vẹn của con dấu phải được kiểm tra ở nhiệt độ làm việc vì sự giãn nở nhiệt có thể mở ra các lỗ cực nhỏ không có ở nhiệt độ môi trường. Thử nghiệm rò rỉ khí heli ở 80 độ (nhiệt độ vận hành bình thường) đưa ra thước đo định lượng, không phá hủy về tính toàn vẹn của vòng đệm. Phương pháp: bơm vào vòng tròn giữa vỏ PFA và lõi kim loại (hoặc chỉ lõi nếu rỗng) rồi phun khí heli xung quanh vòng đệm và quan sát máy quang phổ khối. Máy sưởi mới phù hợp nếu tốc độ rò rỉ của nó là<1 × 10−6 mbar·L/s at 80 °C. Higher leak rates (>1x10-5 mbarL/giây) báo hiệu lỗi sớm. Kiểm tra ở nhiệt độ sẽ xác định được các lỗi chỉ mở ra khi các bộ phận của lò sưởi giãn nở khác nhau.

Tại sao phải kiểm tra ở 80 độ (không phải ở nhiệt độ phòng)
PFA (CTE 110–120 ppm/độ) và lõi kim loại (CTE 14–17 ppm/độ) phát triển với tốc độ khác nhau đáng kể. Độ mở rộng vi sai cho giao diện phốt dài 20 mm ở góc 80 độ là ΔL=( _PFA – _metal) × L × ΔT=(110e-6 – 16e-6) × 20 × 60=94e-6 × 20 × 60=0.113 mm. Sự dịch chuyển tương đối 0,1 mm như vậy có thể mở ra một khe hở cực nhỏ được đóng lại ở nhiệt độ môi trường. Thử nghiệm rò rỉ ở nhiệt độ phòng trên vòng đệm không có nghĩa là nó sẽ vượt qua bài kiểm tra 80C. Thử nghiệm ở 80 độ tương đương với điều kiện hoạt động thực tế.

Phương pháp: Máy sưởi được làm nóng trước trong lò ở nhiệt độ 80 độ trong 1 giờ trước khi thử nghiệm. Hoặc chạy máy sưởi ở công suất thấp (định mức 10%) để tự làm nóng-đến 80C trong khi làm mát vùng bịt kín (để tránh bị quá nhiệt). Trong quá trình thử nghiệm, PFA ở vùng lân cận vòng đệm không được vượt quá 100 độ.

Quy trình kiểm tra rò rỉ khí Heli
Thiết bị cần thiết:

Máy dò rò rỉ khối phổ kế helium (Pfeiffer, Agilent, v.v.)

Bơm chân không có khả năng 10-3 mbar

Súng phun khí Heli có lỗ mịn

Lò nướng hoặc nguồn nhiệt 80 độ

Từng bước:

Bịt kín lối vào lõi Nếu lõi kim loại rỗng (thường gặp với lò sưởi hình ống), hãy bịt kín một đầu bằng khớp nối chân không. Nếu lõi rắn thì không gian hình khuyên giữa lõi và PFA phải được tiếp cận thông qua một cổng ở phần lạnh.

Sơ tán phần lõi bên trong hoặc khe hở hình khuyên mà thiết bị phát hiện rò rỉ được gắn vào. Di tản đến < 10-2 mbar.

Đun nóng đến 80 độ . - Đặt máy sưởi vào lò nướng (không khí) hoặc dùng băng quấn nóng quấn quanh phần lạnh. Giữ ở 80 độ trong 30 phút.

Phun khí heli: Sử dụng súng phun, phun khí heli vào bề mặt làm kín (nơi PFA gặp lõi kim loại hoặc nơi lõi thoát ra khỏi PFA). Đồng thời phun vào mối hàn nắp cuối nếu có và bất kỳ mối nối nào khác.

Máy theo dõi tốc độ rò rỉ: Tốc độ rò rỉ tính bằng mbar·L/s trên máy quang phổ khối. Sự tăng đột biến cho thấy có sự rò rỉ ở khu vực được phun.

Yêu cầu chấp nhận của một lò sưởi mới:

< 1 x 10-6 mbar.L/s @ 80°C - Excellent, hermetically sealed.

1 × 10-6 đến 1 × 10-5 - Thích hợp cho sử dụng công nghiệp nói chung.

1 × 10⁻⁵ đến 1 × 10⁻⁴ – Biên; có thể bị hỏng sớm trong dịch vụ ẩm ướt.

1 X 10 -4 Bị từ chối; rò rỉ lớn hoặc rõ ràng.

Kết quả và giải thích
Tỷ lệ rò rỉ ở 80 độ (mbar L/s) Đường kính lỗ tương đương (µm) Tuổi thọ dự kiến ​​(năm, 80% RH) Hoạt động<1 x 10-6<0.1>10Chấp nhận, chất lượng tốt nhất
1 × 10⁻⁶ – 5 × 10⁻⁶ 0,1–0.3 5–10 Chấp nhận tiêu chuẩn
5 × 10⁻⁶ – 1 × 10⁻⁵ 0,3–0.5 3–5 Chỉ chấp nhận được đối với môi trường khô ráo
1 × 10-5 – 5 × 10-5 0.5–1.0 1–3 Marginal – reject for critical >5 × 10-5 >1.0 <1 Reject – will fail early
Các vị trí rò rỉ điển hình trong máy sưởi PFA
Vị trí, Nguyên nhân rò rỉ, Nhận dạng rò rỉ
Đầu nguội (điểm thoát lõi) Độ bám dính kém của kim loại với PFA Xịt He ở đáy lõi.
Mối hàn PFA End Cap Xịt hợp nhất một phần He chu vi của nắp
Khớp nối mặt bích đúc Khoảng cách co ngót từ quá trình đúc Phun He ở mặt bích đến chuyển tiếp vỏ bọc
Giếng nhiệt (nếu có) Xịt đáy mỏng Nứt vào lỗ giếng nhiệt
Đầu nối nén không được siết chặt Xịt He đúng mũi
Trường ví dụ
Kiểm tra rò rỉ khí heli ở nhiệt độ 80 độ là bắt buộc đối với tất cả các bộ gia nhiệt PFA sắp tới của nhà sản xuất chất bán dẫn. Một lô 20 máy sưởi đã vượt qua thử nghiệm ở nhiệt độ phòng (< 1 × 10⁻⁷ mbar·L/s). At 80°C 5 of 20 showed leak rates of 2-8 x 10 -5 mbar.L/s. We returned these 5 heaters to the supplier. The 15 passing heaters in the field had a 2% failure rate over 3 years. The firm had previously seen 15% failure rates with untested heaters. The helium test at temperature paid for itself in terms of downtime.

Kết luận: kiểm tra ở 80 độ, không phải nhiệt độ phòng
Helium leak testing at 80°C allows to confirm the integrity of the metal core seal of a PFA heater and to find faults that are not visible at ambient temperature due to the differential thermal expansion of PFA and metal. Leak rate < 1 × 10⁻⁶ mbar·L/s at 80°C means a hermetic seal of the heater for long term service in humid or corrosive conditions. Rates >1 × 10⁻⁵ mbar·L/s dự đoán hư hỏng sớm (1-3 năm). Đối với các ứng dụng quan trọng (chất bán dẫn, dược phẩm, độ ẩm cao), thử nghiệm rò rỉ heli ở 80 độ có thể chấp nhận được<1 x 10-6 mbar.L/sec is required. A few hours of testing time can save you years of failures. Heat seals expand. Gaps open. Moisture gets in. seal tight heat test last long. Helium knows where the leaks are. Listen to it.