Hvordan verifisere integriteten til en PFA-varmers metallkjernetetning ved å bruke heliumlekkasjedeteksjon ved 80 grader?

Den mest utbredte veien for fuktinfiltrasjon og eventuell jordfeil er ved metallkjernetetningen til en PFA-varmer-der det interne varmeelementet går ut av PFA-kappen. Forseglingens integritet må kontrolleres ved arbeidstemperatur, da den termiske ekspansjonen kan åpne mikroskopiske hull som ikke er tilstede ved omgivelsestemperatur. Heliumlekkasjetesting ved 80 grader (normal driftstemperatur) gir et kvantitativt, ikke-destruktivt mål på tetningsintegritet. Metoden: pump på ringrommet mellom PFA-kappen og metallkjernen (eller bare selve kjernen hvis den er hul) og spray deretter helium rundt forseglingen og se på et massespektrometer. Ny varmeovn er egnet hvis lekkasjehastigheten er<1 × 10−6 mbar·L/s at 80 °C. Higher leak rates (>1x10-5 mbarL/sek) signaliserer tidlig feil. Testing ved temperatur vil identifisere feil som bare åpner seg når varmeelementene utvider seg annerledes.

Hvorfor teste ved 80 grader (ikke ved romtemperatur)
PFA (CTE 110–120 ppm/grad ) og metallkjernen (CTE 14–17 ppm/grad ) vokser med betydelig forskjellige hastigheter. Differanseutvidelsen for et 20 mm langt tetningsgrensesnitt ved 80 grader er ΔL=( _PFA – _metall) × L × ΔT=(110e-6 – 16e-6) × 20 × 60=94e-6 × 20 × 60=0.113 mm. En slik relativ forskyvning på 0,1 mm kan åpne et lite gap som lukkes ved omgivelsestemperatur. En romtemperaturlekkasjetest på en tetning betyr ikke at den vil bestå en 80C-test. Testing ved 80 grader tilsvarer reelle driftsforhold.

Metode: Varmeren forvarmes i ovn på 80 grader i 1 time før testing. Eller kjør varmeren med lav effekt (10 % klassifisert) for å -selvvarme til 80C mens du avkjøler tetningsområdet (for å forhindre overoppheting av forseglingen). Under testen skal PFA i nærheten av tetningen ikke overstige 100 grader.

Prosedyre for heliumlekkasjetest
Nødvendig utstyr:

Helium massespektrometer lekkasjedetektor (Pfeiffer, Agilent, etc.)

Vakuumpumpe i stand til 10-3 mbar

Helium spraypistol med fin åpning

Ovn eller varmekilde 80 grader

Trinn for trinn:

Forsegle kjernetilgangen Hvis metallkjernen er hul (vanlig med rørformede varmeovner), forsegle den ene enden med en vakuumkobling. Hvis kjernen er solid, må det ringformede rommet mellom kjernen og PFA nås via en port i den kalde delen.

Evakuer kjerneinnsiden eller det ringformede gapet som lekkasjedetektoren er festet til. Evakuer til < 10-2 mbar.

Varm opp til 80 grader . - Sett varmeren i en ovn (luft) eller varm opp med varmetape rundt den kalde delen. Hold ved 80 grader i 30 minutter.

Spray helium: Bruk spraykanonen, spray helium ved tetningsgrensesnittet (der PFA møter metallkjernen eller der kjernen går ut av PFA). Spray også endestykkesveisen hvis noen og eventuelle andre skjøter.

Lekkasjemåler: Lekkasjehastighet i mbar·L/s på massespektrometeret. En pigg indikerer en lekkasje ved det sprøytede området.

Godkjenningskrav for en ny varmeovn:

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

1 × 10-6 til 1 × 10-5 - Egnet for generell industriell bruk.

1 × 10⁻⁵ til 1 × 10⁻⁴ – Marginal; kan svikte tidlig i fuktig drift.

1 X 10 -4 Avvist; stor eller tilsynelatende lekkasje.

Resultater og tolkning
Lekkasjehastighet ved 80 grader (mbar L/s) Ekvivalent hulldiameter (µm) Forventet levetid (år, 80 % RF) Handling<1 x 10-6<0.1>10 Godta, beste kvalitet
1 × 10⁻⁶ – 5 × 10⁻⁶ 0,1–0.3 5–10 Godta for standard
5 × 10⁻⁶ – 1 × 10⁻⁵ 0,3–0.5 3–5 OK bare for tørre omgivelser
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
Typiske lekkasjesteder i PFA-varmere
Plassering, årsak til lekkasje, lekkasjeidentifikasjon
Kald ende (utgangspunkt for kjerne) Dårlig vedheft av metall til PFA Spray He i bunnen av kjernen.
Sveis PFA End CapPartial fusion Spray He omkretsen av hetten
Støpt flenskobling Krympespalte fra støping Spray He ved overgangen flens til kappe
Termobrønn (hvis aktuelt) Tynnbunn Spray Cracked He inn i termobrønnåpningen
Kompresjonstilpasning Ferrul ikke strammet Spray He ved høyre sting
Eksempelfelt
Heliumlekkasjetesting ved 80 grader var nødvendig for alle innkommende PFA-varmere av en halvlederproduksjon. Et parti på 20 varmeovner overlevde romtemperaturtester (< 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.

Konklusjon: test ved 80 grader, ikke romtemperatur
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 forutsier tidlig svikt (1-3 år). For kritiske applikasjoner (halvleder, farma, høy luftfuktighet) heliumlekkasjetesting ved 80 grader med akseptabilitet<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.