تشخیص نشت هلیوم: کاربردهای اساسی در صنایع هوافضا، برق و الکترونیک

هلیوم: گاز برتر برای تشخیص نشتی ایمن و حساس

به دلیل خواص شیمیایی بی‌اثر، سبک‌تر از هوا بودن و ویژگی‌هایی مانند گازی بی‌رنگ، بی‌بو، غیرسمی و غیرقابل اشتعال با نقطه جوش -۲۶۸.۹ درجه سانتیگراد،هلیومدر مقایسه با هیدروژن، ایمنی عملیاتی بسیار بالاتری ارائه می‌دهد. کاربرد تشخیص نشت هلیوم از مؤسسات تحقیقاتی به شرکت‌های صنعتی و حتی مشاغل شخصی گسترش یافته است که نشان‌دهنده کاربرد گسترده و رو به رشد آن است.

I. صنایع هوافضا و فناوری پیشرفته

1. موتورهای موشک: طیف‌سنج‌های جرمی هلیوم با استفاده از روش ترکیبی پروب‌های بوگیر فشار مثبت و آزمایش هود هلیوم به کار گرفته می‌شوند. این امر به طور قابل توجهی حساسیت تشخیص نشت را افزایش می‌دهد و کیفیت موتور را تضمین می‌کند. بررسی نشت بدنه موشک، پروب‌های بوگیر، هودهای هلیوم، روش‌های انباشت و سایر تکنیک‌ها را ادغام می‌کند. این روش پیشرفته، حساسیت را افزایش می‌دهد و بر محدودیت‌های روش‌های اولیه بوگیر غلبه می‌کند.

2. شبیه‌ساز محیط فضایی KM6: این تأسیسات عظیم دارای یک محفظه خلاء اصلی (با قطر ۱۲ متر و ارتفاع ۲۲ متر)، محفظه‌های کمکی و ماژول‌های خدمه است که در مجموع ۳۵۰۰ متر مکعب مساحت دارند. ساختار پیچیده آن شامل هزاران متر اتصالات جوش داده شده است. برای آزمایش نشتی از طیف‌سنج جرمی هلیوم با فشار منفی استفاده می‌شود. هر جوش در یک جعبه آزمایش متصل به یک سیستم پمپاژ اختصاصی آب‌بندی می‌شود تا به خلاء کم دست یابد. ورود هلیوم به داخل جعبه، غلظت و فشار بالاتری نسبت به طیف‌سنج ایجاد می‌کند و به طور مؤثر حساسیت تشخیص را افزایش می‌دهد.

3. فضاپیما، ماهواره، شیرآلات، لوازم الکترونیکی و حسگرها: طیف‌سنج‌های جرمی هلیوم و تکنیک‌های تست نشتی مرتبط با آن به طور گسترده برای اجزای فضاپیما، ماهواره، شیرآلات مختلف، قطعات الکترونیکی و حسگرها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

دوم. صنعت برق

قطع‌کننده‌های مدار ولتاژ بالای SF6 و برقگیرهای اکسید روی (ZnO) اجزای حیاتی در نیروگاه‌ها و سیستم‌های انتقال هستند. نشتی‌ها می‌توانند باعث قطع برق گسترده یا محلی شوند، تولید صنعتی و زندگی روزمره را مختل کنند و منجر به ضررهای اقتصادی قابل توجه و اغلب غیرقابل محاسبه شوند.

1. نیروگاه‌ها و تجهیزات: طیف‌سنج‌های جرمی هلیوم انتخاب ارجح برای آزمایش نشتی در نیروگاه‌ها، به ویژه برای ترانسفورماتورهای ولتاژ بالا، خازن‌ها، لوله‌های قطع‌کننده مدار و سایر اجزای حیاتی، با استفاده از روش‌های مختلف و سفارشی هستند.

2. برقگیرهای اکسید روی (ZnO): این نوع برقگیرها با چیدن دیسک‌های ZnO (که بر اساس ولتاژ نامی، سطح مقطع، ضخامت و مقدار انتخاب می‌شوند) در یک محفظه چینی ساخته می‌شوند که سپس با نیتروژن پر شده و آب‌بندی می‌شود. عملکرد: در طول برخورد صاعقه یا اضافه ولتاژ، مقاومت دیسک‌های ZnO به شدت کاهش می‌یابد و جریان بالا را به زمین منتقل کرده و از خط انتقال محافظت می‌کند. اگر نشتی باعث افت فشار داخلی شود، هوای مرطوب خارجی می‌تواند وارد شود. این رطوبت خواص دیسک‌های ZnO را کاهش می‌دهد و به طور بالقوه منجر به فرار حرارتی و خرابی فاجعه‌بار (انفجار) می‌شود.

3. تابلو برق ولتاژ بالا: قطعات ریخته‌گری شده آلومینیومی درون محفظه‌ها اغلب حاوی تخلخل (سوراخ‌های ریز انقباضی) هستند. این مسیرهای نشتی می‌توانند پیچیده و تشخیص آنها دشوار باشد. راه حل رایج، روش هود هلیوم است: قطعه مورد آزمایش را تخلیه کنید، آن را با گاز هلیوم احاطه کنید و میزان ورود هلیوم را پس از مدت زمان مشخصی اندازه‌گیری کنید. این روش از حداقل هلیوم استفاده می‌کند و در عین حال حساسیت تشخیص بالایی را ارائه می‌دهد.

III. صنعت الکترونیک

تشخیص نشت هلیوم برای موارد زیر بسیار مهم است: لامپ‌های مایکروویو، لامپ‌های خلاء، ترانزیستورها، مدارهای مجتمع (ICها)، رله‌های مهر و موم شده، حسگرهای مختلف و دستگاه‌های پزشکی قابل کاشت مانند ضربان‌سازها.

IV. سیستم‌ها، ابزارها و سایر کاربردهای کلیدی خلاء

• اجزا: لوله، اتصالات، شیرآلات، شیلنگ.

• تجهیزات: پمپ‌های خلاء مختلف، منیفولدهای اگزوز، میکروسکوپ‌های الکترونی، طیف‌سنج‌های جرمی، سیستم‌های لیتوگرافی پرتو الکترونی/پرتو یونی، جداکننده‌های ایزوتوپ لیزری، شتاب‌دهنده‌های انرژی بالا، شتاب‌دهنده‌های پزشکی، شتاب‌دهنده‌های تابش، دستگاه‌های پوشش‌دهی، گیج‌های خلاء لایه نازک.

• کالاهای مصرفی: فلاسک‌های خلاء استیل ضد زنگ، درب بطری، درب قابلمه، ظرف غذا.

• تبرید: یخچال‌ها، تهویه مطبوع، چیلرهای جذبی (LiBr)، سیستم‌های تهویه مطبوع خودرو، اواپراتورها، کندانسورها، کمپرسورها، مخازن ذخیره‌سازی کرایوژنیک.

• صنعت هسته‌ای: تجهیزات غنی‌سازی اورانیوم، مخازن ذخیره‌سازی، اجزای نیروگاه هسته‌ای.