商用快速接头的检漏方法及其液体漏率计算

王振鲁

山东航天电子技术研究所，中国·山东 烟台 264010

1 产品概述

商用快速接头是一种应用在流体回路中的阀门类产品，实现内部工质的连通和断开。商用快速接头产品分为公头、母头两部分，两者在连通时保证流体通道顺畅，断开时保证两端独自均能自密封。为确保用户系统的稳定性、安全性、长寿命等性能，商用快速接头密封性能可靠性较高，公头、母头分离状态和对接状态漏率指标均优于10-5Pa.m3/s[1]。

2 检漏方法

2.1 检漏方法分类

检漏方法有很多种，习惯上按检漏时被检件内部所处的状态将检漏方法分为以下两类。

①加压检漏法：被检件内部充以比外部压力更高的示漏气体，如压降法、气泡法、氦质谱仪吸枪法。

②真空检漏法：被检件内部抽真空，将示漏气体施加被检件外部，如真空计法、氦质谱仪喷吹检漏法等。

每一种检漏工艺方法都具有特定的使用条件，检漏范围及测试能力。方法的选择应用要与产品的设计指标、使用工况等因素相匹配。

2.2 商用快速接头检漏采用方法

商用快速接头属于内部充压，且对漏率要求较高的产品，为满足对产品漏率精准、快速检漏，采用真空压力法氦质谱检漏。此方法检测灵敏度高，能实现任何工作压力的漏率检测，可精确反映被检件的真实泄漏状态。商用快速接头的具体检测方法按照GB/T15823—2009《无损检测—氦泄漏检测方法》。系统图如图1所示，快速接头的公头、母头及对接状态分别通过不同的连接工装安装在真空罐内，外部连接氦质谱检漏仪[2]。接下来，对罐内气体抽真空，同时对被测产品的管路抽真空后充一定压力氦气，真空罐内压力稳定后关闭真空泵，开启检漏仪，对产品进行检漏，检漏仪数据稳定，记录产品漏率值。

图1 真空压力法氦质谱检漏系统原理图

具体操作方法如下：

①检查并关闭系统中所有截止阀，打开氦质谱检漏仪，预热，设备正常开机。

②关闭真空罐，依次打开真空罐抽空泵及截止阀V2。

③将真空罐抽负压至足以允许氦质谱仪与系统相连接的绝对压力，关闭截止阀V2,打开氦质谱检漏仪处于检测状态，并打开截止阀V7、截止阀V6，对系统进行校准[3]。

④按照标准要求GB/T15823-2009对系统的检测灵敏度进行计算，若最终灵敏度减小至初始灵敏度的35%以下，仪器应进行清洗或修理，重新校准，然后对系统进行重新检测，若系统灵敏度满足要求，可进行下一步操作。

⑤关闭截止阀V7、截止阀V6，将氦质谱检漏仪调整为待检状态。

⑥打开截止阀V5，使真空罐充压，至大气压后关闭截止阀V5。

⑦将被检件放入真空罐，并连接好产品抽气、加压管路，封闭真空罐。

⑧打开真空罐抽空泵及截止阀V2，真空罐抽负压，打开被检件抽空泵及截止阀V3，被检件抽负压。

⑨带被检件内压、真空罐内压达到足以允许氦质谱仪与系统相连接的绝对压力，关闭截止阀V2、截止阀V3，打开氦质谱检漏仪处于检测状态，并打开截止阀V7。

⑩打开截止阀V1，向被检件内腔充压至测试压力。

⑪待氦质谱检漏仪示数稳定后，对漏率进行判读，判读方法按照标准要求GB/T1523-2009执行。

⑫关闭截止阀V7、截止阀V1。

⑬打开截止阀V4、截止阀V5,使真空罐充压至大气压，产品泄压至大气压；完成本轮检漏。

产品在检漏前，应有预抽真空处理本操作的第⑧步。特别对于几何形状长和窄的被检件，产品内腔充压前抽空尤为重要：若对产品充压之前未进行抽空处理，被测件的原存空气将被充的氦气挤压到产品内腔端部，而阻挡了氦气进入产品端部，此时潜在的漏孔将仅释放空气，使得氦质谱检漏仪不能测得这些漏孔。同时，对产品充压之前未进行抽空处理，会使被检件中残留的空气稀释充注的氦气浓度，影响数据的判读。

此系统相对复杂，真空罐的容积和形状应与被检件的外形尺寸进行设计，并且必须确保检漏过程中充气管道接口无泄漏，以防影响漏率数据判读。

3 漏率计算说明

商用快速接头适用于多种工况系统，内部介质有气体或液体形式。在通气体的系统中，全封闭的系统内部压力会逐步衰减，对于漏率较小的系统，压力衰减速度相对较慢。但是，液体与气体不同，很小的漏孔下，液体不会漏出，存在着零泄漏现象，也就是存在着一个截止漏率。

3.1 液体介质下截止漏率的计算

当漏孔直径足够小时，液体的表面张力与漏孔断面积上的压力平衡，液体就不会漏出来了。假设漏孔入口压力为P1，出口压力为P2，液体介质的表面张力系数为σ，漏孔直径为d，零泄漏时的平衡条件则为：

出现零泄漏时的漏孔直径，可推出：

常温液体系统用粘滞系数为η的示漏气体（氦气）检漏时，根据零泄漏准则设计的容许漏率为：

其中，σ=72.8mN/m=7.28×10-2N/m；P1=4×105Pa；P2=1×105Pa；氦气的粘滞系数η=1.96×10-5Pa.s；漏孔长度L=3×10-3m；

将上述数据代入公式三，可算出：

[Q]=3.13×10-8Pa.m3/s

从理论上可计算出，商用断接器在氦质谱检漏示数为3.13×10-8Pa.m3/s，则表示产品在通水的情况下是出现零泄漏的，即所谓的“不漏一滴水”。

3.2 一定氦检漏率下泄漏液体量的计算

计算假设氦气检产品漏率在1×10-4Pa.m3/s水平时，产品通水理论会泄漏多少水：

按照最大容许气体漏率计算公式（公式四）：

公式四中：Qq为气体最大容许体积漏率，m3/s（1大气压），此时取1×10-4Pa.m3/s=1×10-9m3/s（1大气压）；Qy为液体最大容许体积漏率，m3/s；P 为漏孔的平均压力，，pa；P1为漏孔入口端压力，取4×105Pa；P2为漏孔出口端压力，取1×105Pa；Py为漏孔出口端压力，取1×105Pa。

此外，Hy为液体水的动力粘度，取1×10-3Pa.s；Hq为气体的动力粘度，取1.96×10-5Pa.s。

将上述数据代入公式可代入公式四，可算出：

Qy=8×10-12m3/s，

即产品若在氦气检漏率为1×10-4Pa.m3/s时，漏孔每秒会漏出8×10-12m3的水，一天的理论漏水量可计算得出0.6912ml，由于泄漏量较小，短时间内看不出有水泄漏，随时间累计虽有漏水量累计，但受环境影响（如挥发）产品表面基本看不出表面有漏水现象。市面产品漏率基本控制在10-4Pa.m3/s水平。而笔者所商用断接器产品通过批量（3000支）检测验证，99.93%漏率数值在10-7Pa.m3/s水平，完全具备了或接近于在通液体介质下零泄漏状态，可用于气、液多种介质系统中[4]。

4 结语

漏率检测方法对快速接头产品的质量和可靠性起着至关重要的作用：检漏方法的选择，应根据被检件允许漏率，从被检件结构、工况条件等技术要求及安全性、经济性等因素进行综合考虑。

快速接头产品漏率的大小影响着系统的整体漏率水平。系统的设计应结合本系统的使用工况选用合适的快速接头，液体介质的系统可参考截止漏率或低漏率选用快速接头。