钢桶气泡检漏法的精确控制

文/杨文亮

钢桶的标准检漏方法是气泡检漏法，那么为什么现在很多企业还要用氦质谱检漏机，原因很简单，因为气泡检漏法不准确，用户不放心。

我们都知道，漏是绝对的，不漏是相对的，完全不漏的钢桶是不存在的，关键是看漏孔有多大。只要钢桶能够满足用户的需求，就是合格的。如果一味追求绝对不漏，不仅劳命伤财，而且也做不到，也没必须做到。因为质量是有成本的，质量越高，成本就会越大。其实满足需求就是最经济又安全的质量。

氦质谱检漏法是专门设置了一下标准漏孔，检验时，用钢桶的实际漏孔与标准漏孔进行比较，如果实际漏孔小于标准漏孔，就判定钢桶是不漏的，如果实际漏孔大于标准漏孔，就判定钢桶是漏的。

那么为什么气泡检漏法做不到呢？原因也很简单，没有认真做！其实国家标准中对气泡检漏法也有比较明确的要求，比如气压值的规定，比如试验时间的规定，只要按照标准的要求进行检漏，也可以达到比较准确的检漏。但是，目前国内的钢桶气泡检漏设备，基本上都不能满足标准的要求，所以，在生产线上安装的气泡检漏机，也只能是检验个大概，粗略地检验钢桶的一次漏率，但达不到100%的准确。

于是，用户要求达到100%的检漏率，就要求制桶企业使用氦质谱检漏机，虽然投资比较大，但为了满足用户要求，也只好采用。

那么，气泡检漏法就真的不能达到准确的检漏吗？答案是否定的。气泡检漏虽然看上去很简单，街边修自行车的都会这一手，但是要达到精准的检漏，却是一门科学。

国内生产线上常见的检漏机

今天，我们带着科学的态度，认真地探究一下气泡检漏法的精髓。

一、气泡检漏法的原理

当漏孔的两侧存在压差时，不溶于显示液的示漏气体就通过漏孔从高压侧向低压侧流动，如果在低压侧施加适当显示液体后，漏孔处将会吹起一个个气泡，从而可以发现漏孔的存在。

用通俗的话说，就是当在钢桶内部充以高压空气时，桶内的压力高到桶外的大气压，如果钢桶的漏孔，桶内的空气就会通过漏孔向桶外排出。这时在漏孔处涂上皂液，皂液就会被排出的空气吹出泡泡，我们就能看到这个地方有漏孔了。

二、产生气泡的条件

我们按照标准的气密检验方法来作为试验条件，即“将钢桶完全浸在水槽中，向桶内充以标准规定压力的气体，并保压规定的时间，然后观察有无气泡产生”。

在这种标准的试验条件下，当被检验的钢桶在大气环境下作气泡检测，气体通过漏孔泄漏时，主要受到三种压力的作用。即当地大气压pa，被检钢桶的漏孔出口至实验液面之间液柱高度产生的压力pg，液体表面张力产生的压力ps。

1、漏孔上方液柱高度产生产压力pg为：

Pg=𝜌gh

式中，𝜌为试验液体的密度；g为重力加速度；h为漏孔在液体中的深度。

2、液体表面张力产生的压力ps，也就是漏孔出口周边上的液体表面张力的总和除以漏孔的截面积。假定漏孔为一长圆柱形状，则：

式中，r0为漏孔截面为圆时的圆半径；𝞪T为液体表面张力系数。

3、被检钢桶在显示液中冒泡的临界压力pr为：

在三种阻力中，大气压pa基本上是一个常数，通常为1atm；液柱高度产生的压力pg是很小的，如果显示液是水，10cm液柱的压力只有0.01atm；液体表面张力产生的压力ps是个变量，漏孔越小它的数值越大。比如对一个壁厚为1mm的钢桶焊缝作气泡检漏，显示液用水，不同漏率R的漏孔所受的液体表面张力的压力ps分别是：

只有那些桶内压力p>pr的被检钢桶，才可能在显示液中冒泡。

三、产生压差的方法

气泡检漏法产生压差的方法常用以下三种。

1、充气示漏法

直接对钢桶内充以干燥而清洁的高压气体来产生压差，再浸入液体中。压差可以在大范围内调整。这也是我们钢桶气泡检漏常用的方法。

2、外真空法

将被检钢桶在大气压下密封后，浸入容器内的液体中，而后再将液体上部的空间抽真空，从而使被检钢桶内外产生最大达近一个大气压的压差。必须注意的是：真空度不宜过高，以不使液体强烈蒸发或沸腾为原则。

3、热槽法

将被检钢桶在大气压下密封后，浸入到热槽内预先加热好的显示液体中，被检钢桶中的压力将因气体受热而上升，使被检钢桶内外产生压差。这个压差一般可达104Pa。也必须注意，液体同样不能产生强烈的蒸发或沸腾，以免影响观测。

就以上三种方法而言，充气示漏法是用得最广泛的一种方法。

充气未漏法是将被检钢桶充以干燥而清洁的气体以后（一般不提倡用管道中的压缩空气直接充气，因为其中含灰尘、油蒸气等污染物太多，容易污染钢桶内壁），在被检钢桶的外表面用显示液将可疑位置覆盖住，同时注意观察气泡形成情况。如存在漏孔，漏孔处漏气就可吹起气泡。被检钢桶可以整个浸泡在液体（水）中，也可以用另外的液体（如肥皂水）对被检钢桶可疑部位进行局部涂覆。

这种方法简单可靠，使用方便，能定出漏孔的位置和大小，成本低。如果被检钢桶内充入1atm的氮气，将它放入水中，用眼睛就可以直接观察到10-2Pa·L/s的漏孔。如果加大充气压力，采用分子量小的气体（如氢气等）和表面张力小、黏度低的显示液体，光线适度并采用低倍显微镜进行观测的话，那么就可以检出10-4~10-5Pa·L/s的微小漏孔来。

这种方法，只要有干燥而清洁的高压气体源、压力表、阀门、自来水就行了。特别是对要求不高，大量生产的钢桶流水线，就更显示出这种方法的优越性。这也是我们为什么在钢桶生产线上通常都用此方法作为标配的原因。

漏孔的大小决定了气泡的大小、影像以及气泡的形成速率。用眼睛直接观察时，一般会出现三种现象：

1、出现气泡小、形成速率均匀、气泡持续时间长的现象，这就意味着漏率范围是10-2~10Pa·L/s。

2、出现随机的大小气泡混合的现象，这意味着漏率范围是10~102Pa·L/s。

3、出现气泡大、形成速率快、持续时间短的现象，这意味着漏率范围是102~103Pa·L/s。

在黏滞流时漏孔对空气的漏率QA为：

在分子流时漏孔对空气的漏率QA为：

若液面气压pF=pA，毛细漏孔一端气泡内压力pb≈pA，故上述二式可改变为：
黏滞流时：

分子流时：

式中：

QA——标准空气同温下的漏率，Pa·L/s；

D——气泡直径，m；

n——气泡形成速率，个/s;

pn——气泡内气体压力，即示漏气体在显示液中冒泡的临界压力，Pa；

pt——检漏时被检钢桶中所充示漏气体绝对压力，Pa；

pA——大气压力，Pa；

𝜂t——示漏气体黏滞系数，Pa·s；

𝜂A——空气的黏滞系数，Pa·s。

利用以上的方法，不仅能用气泡检漏法，检测出漏孔的大小，还能够通过公式计算出准确的漏率来。

在实际应用中，当然不能让检漏工人去这样计算。这个检漏的科学计算方法，是给检漏机设计者用的，当把这个科学的方法用于检漏机的设计中之后，就会出现气泡检漏机的更高级形态来，比如用传感器检测漏孔上的气体速率和大小，或者通过检测钢桶内外压力差的变化等，再通过屏幕显示出漏孔大小和漏率的数据，甚至可以做到自动判断钢桶气泡试验是否合格，从而通过执行系统把漏桶剔出生产线。这是完全可以做到的。如下图所示，为欧美国家使用的气压检漏机。

先进准确的钢桶气密检漏机

四、充气检漏法及注意事项

1、首先要弄清楚被检钢桶能否承受气压？能承受多大气压？以便确定能否采用充气检漏法以及可以充多大压力的气体。

2、检漏前要细致、认真地清理钢桶外表面，以去除焊渣、油污、粉尘，以便疏通漏孔。必要时要对钢桶表面进行轻敲，以弹掉表面的异物粉尘等。

3、检漏场地要光线充足，水槽内背景要阴暗，水要清洁、透明，水面不要有气雾，以免影响观测。

4、被检钢桶一定要充好气后再放入水吕，否则小漏孔可能被阻塞。放入水中之前，先用听音法检查有无大漏（大于1 Pa·L/s），待大漏消除后再放入水中，否则将会影响小漏孔的观察。

5、要认真区别实现漏与虚漏，刚放入槽中的水，因溶有较多的空气，可能在被检钢桶表面形成气泡。被检钢桶本身也易带进空气而形成气泡（比如封闭器部位以及桶底顶凹槽等处）。这些气泡很容易造成漏气的假象，也即虚漏。如果将这些气泡抹去或捅破后，一般它就不再重复出现。而实测则不是这样，捅破后仍然会持续而有规律地出现气泡。这一点，可以用来区别是实漏还是滤漏。

6、被检钢桶在水中要放稳定。要待水面静下来后才能进行气泡观测。

7、观测量，被检钢桶的部位要尽量接近水面，不能浸水太深，以利于气泡的放出和观测方便。

8、发现漏洞，要及时做上不易被水洗掉或难擦掉的标记，以便于被焊。

在实际应用中，为了适用不同的需求，一般情况下，在生产线上全数检漏时，可采用涂覆皂液的方法，可适应生产线的速度。浸水检漏一般适用于对钢桶进行抽样检验或型式试验时采用，因为不需要考虑生产线的速度，从而可以严格按照标准要求的压力值（Ⅰ级钢桶30KPa，Ⅱ级和Ⅲ级钢桶30KPa）和保压5分钟来进行试验，试验结果更准确。