在真空系统中,性能的衰减是常见现象,尤其是那些用于生产的设备,随着时间的流逝,它们几乎不可避免地会遇到真空度下降的问题,而泄漏是造成这一现象的常见原因。
较大的泄漏通常很容易被发现,比如真空腔体压力下降速度异常或极限压力明显高于正常值。然而,小的泄漏可能难以察觉,因为真空泵可以轻易处理泄漏气体,导致真空计读数仍处于正常范围。即便如此,小的泄漏仍可能引入意外气体(如氧气),这些气体可能对某些工艺过程(如镀膜工艺)产生严重影响。因此,无论真空系统的压力是否明显下降,定期进行泄漏检测都是必要的。
真空腔室的内壁或腔室内壁附着的污染物在真空下会持续释放气体,这种现象称为放气。当真空腔室内部存在死空间,并且该死空间通过一个狭长的通道与腔室内部连通时,死空间内的气体在真空下也会缓慢释放出来,形成类似于放气或泄漏的现象,通常称为虚漏。
真实的泄漏可以通过检漏设备找到,而放气可以通过清洗真空腔体内表面来解决。虚漏一旦产生,很难被发现,需要在设计和制造时尽量避免容易产生虚漏的结构或工艺,如螺纹连接(可使用空心螺栓)、长狭缝或毛细管、两侧满焊的腔体焊接(较厚的壳体建议真空侧满焊大气侧断续焊)等。
判断真空系统是否存在真实泄漏
压降曲线分析
真空系统的历史数据是了解大型真空系统性能的宝贵工具。经验丰富的技术人员会保留历史数据,通过将当前的压降曲线与系统处于良好状态时的上一个循环进行比较,可以快速判断问题原因。例如,如果存在真实的泄漏,从外部漏入腔室的气体将导致腔体的压力下降到比正常极限压力偏高的位置时便不再下降或下降极慢,压降曲线类似于上图最上方曲线。存在放气或虚漏时,气体缓慢释放并且放气率越来越小,系统能达到原来的极限压力但是达到极限压力的时间明显变慢,压降曲线与上图中间那条曲线类似。
压升测试
压升测试也称为保压测试或保真空测试。在真空下关闭真空泵和腔室之间的阀门,放气、虚漏或泄漏会造成腔室的压力升高(反弹)。将压力增加除以经过时间,可以计算出真空系统的压力上升速率,并绘制成曲线。压力上升和下降的速度通常以Pa/hr表示,对于一般的工业真空设备,保压测试时,超过1Pa/hr的压升率就需要调查和解决问题,有些高真空的设备,需要0.5Pa/hr甚至更低的压升率。如果多次测量的压升率基本恒定不变,那么很可能系统有真实的泄漏,随着时间的推移,其压升率下降,即系统压力的增加速度会随着时间的推移而减慢,则暗示有虚漏或放气(可能也有小的泄漏)。