Контроль течеисканием. 
Неразрушающий контроль сварных соединений в машиностроении

Физические основы метода

Течеисканием называют вид неразрушающего контроля, обеспечивающий выявление сквозных дефектов в изделиях и конструкциях; он основан на проникновении через такие дефекты пробных веществ. Часто термин течеискание заменяют термином «контроль герметичности». Герметичностью называют свойство конструкции препятствовать проникновению через ее стенки жидкости, газа или пара. Абсолютно герметичных конструкций не бывает, поэтому конструкцию называют герметичной, если проникновение газа или жидкости через ее стенку настолько мало, что им можно пренебречь в рабочих условиях. В технике применяется также термин непроницаемость — способность конструкции не пропускать воду или другие жидкости.

Методы течеискания основаны на применении пробных веществ, проникающих через течи и регистрируемых средствами течеискания. В качестве пробных веществ применяют жидкости, газы, пары легколетучих жидкостей. В зависимости от пробного вещества методы разделяют на жидкостные и газовые. Более широко используют газы, обеспечивающие высокую чувствительность.

Методами течеискания выявляют течи, которые определяют как канал или пористый участок КО, нарушающий его герметичность. Процесс проникновения газа через стенку КО называют натеканием.

В большинстве случаев для контроля герметичности КО методами течеискания внутри него создают давление (повышенное или пониженное относительно атмосферного). Давление измеряют в паскалях (1 Па = 1 Н/м²). Давление выше атмосферного ранее было принято измерять в атмосферах (кгс/см²). Давление, близкое к атмосферному или меньшее его, ранее измеряли в миллиметрах ртутного столба: 1 Па = 7,5−10 ³ мм. рт. ст. Количество газа q, содержащееся внутри КО, определяют по формуле:

где Р ?— давление, Па; V— объем газа, м³.

Поток газа Q, проходящего через стенку КО в единицу времени t, определяют по формуле:

где Q—в единицах СИ измеряют в Вт [(м³ Па) /с = (Н м) /с = Вт]. Таким образом, поток газа измеряется в ваттах.

Давление газа в сосуде (КО), когда длина свободного пробега молекул соизмерима с размерами сосуда, называют средним вакуумом. Приняв размер КО в диапазоне 0,5—500 мм, получим, что средний вакуум соответствует давлению от 0,1 до 100 Па. Большие значения давлений (вплоть до атмосферного) называют низким вакуумом, а меньшие — высоким вакуумом.

Если диаметр сосуда значительно меньше длины свободного пробега молекул (высокий вакуум), то они проходят через стенку КО (по каналу течи) практически не сталкиваясь между собой. Такое течение называют молекулярным потоком газа и рассчитывают по формуле Кнудсена:

Здесь к — постоянная Больцмана; Т — абсолютная температура; m — масса молекулы; / — длина течи (толщина стенки КО); d— диаметр течи; Р₂ и Р_] — давления на концах течи.

Если вакуум низкий, то молекулы значительно чаще сталкиваются между собой, чем со стенками трубы. На хаотическое тепловое движение молекул накладывается направленное движение от высокого к низкому давлению. Газ у стенок трубы становится неподвижным и тормозит движение соседнего слоя газа благодаря вязкому взаимодействию. Чем ближе к центру течи, тем быстрее движутся молекулы газа. Каждый слой обладает своей скоростью (слоистое, ламинарное течение). Такое течение называют вязкам и поток газа рассчитывается по формуле Пуазейля:

где г| — постоянная вязкости (для воздуха при комнатной температуре она равна 18,1 Нс/м²).

Натекание (В) характеризуется количеством газа, проникшим внутрь КО в единицу времени, т. е. произведением объема сосуда на повышение давления в нем ДР за единицу времени /, отсчитываемого с момента отключения откачки:

Натекание, так же как и поток газа, измеряют в ваттах.

Однако с изменением внешнего давления, температуры или состава газовой смеси натекание будет меняться, хотя негерметичность, как свойство сосуда, останется неизменной. Отсюда следует необходимость стандартизации условий испытания для определения натекания как степени негерметичности некоторого КО. В качестве стандартного газа принимают воздух, внешнее давление принимают равным 760 мм. рт. ст. или 101 325 Па, а температуру — 20 °C или 293 К. Таким образом, потерю герметичности измеряют количеством воздуха, проникающим в единицу времени из атмосферы в КО, внутри которого имеется вакуум, в нормальных условиях. Величину В, полученную в этом случае, называют натеканием в стандартных условиях.