雷达产品密封检漏技术分析

雷达产品密封检漏技术分析

雷党刚江海东朱春临王传伟

(中国电子科技集团公司第三十八研究所，合肥安徽230031)

摘要：本文主要分析了当前雷达领域主要结构件及液冷组件、微波器件等产品的现有检漏方法，并对漏孔、漏率、检漏方法、泄漏机理进行了综述，对检漏技术未来在雷达行业领域内发展提出了建议。

关键词：真空差压；气密性；密封；检漏；氦质谱检漏

1引言

随着雷达产品的技术更新，越来越多的雷达器件要求系统密封，系统的密封性能对于雷达产品的正常工作起着重要作用。随着雷达产品从地面走向航空航天，其密封可靠性成为保证航空、航天产品系统安全的关键性能之一。必须将雷达系统的密封性能提高到和航空、航天行业同等重要的地位来看待。

雷达器件如：波导天线单元、空气板线、同轴线、馈源喇叭、高功率馈线传输腔体、充气波导、液冷组件、液冷管路、液压系统等都对其密封性能提出了要求，另外雷达产品包括大量的微波组件、玻璃绝缘子、低频连接器、射频连接器、元器件、TR组件、延迟放大组件、变频电路、电源模块等，这些都对其密封性提出了严格要求。在实际产品生产制造过程中常会由于选用的检测方法不合适或者检测方法不科学而引起产品在实际制造过程中造成渗漏，选用的标准方法也没有明确的规定，如液冷组件的检漏目前还是以充水、充气检漏为主，以一定压力下保压一定时间看是否泄漏，大型封闭结构件的焊缝检漏主要以充气涂肥皂水目视检验为主，这些方法主要依赖检验员肉眼来观察，这样就容易引起误判，或者由于个人的主观因素造成判定结果不一致，所以有必要对密封及其检测技术进行系统的研究，以改进现有的检测方法，更好的保障雷达产品的可靠运行。

2雷达结构密封及其意义

密封及其检测技术是一门涉及力学、热学、材料学、摩擦学、物理和化学、电子学、信息科学等多学科交叉的边缘基础学科，在军工电子产品领域，系统的密封性对保证装备运行稳定起着重要作用。系统发生泄漏是雷达部件制造和使用过程中常见的故障,若不能及时排除就会严重威胁雷达的运行安全，甚至会发生灾难性事故。有时一些电讯组件常会由于微小的液体渗漏而造成组件内部打火放电，从而烧毁重要器件，而对雷达的威力性能产生影响。而在雷达等军工电子产品制造、维护和修理时，传统的密封和泄漏检测工艺过程复杂，技术难度较大，是电子产品制造和维修过程中的一大难题。针对军工电子产品不同的使用要求，选取高效合理的密封和检漏方法，并制定相应的检漏标准，从而更好地控制产品密封质量，提高检漏精度和效率，改善雷达密封结构制造、使用和维修的经济性和安全性，对保障雷达等军工装备的使用性能、安全性和可靠性具有重要的现实意义。

密封是阻止流体（气体、液体）介质通过结构缝隙、空穴、孔洞从一个部位流向另一个部位及渗漏到密封结构之外的措施。雷达产品密封的目的是防止结构漏油、漏气、漏水和腐蚀，满足结构、系统的使用性、安全性、可靠性和长寿命的要求。

雷达密封结构分为油密结构、气密结构、水密结构及其它密封结构几类。

油密结构是指能保证燃油、润滑油、液压油等油类液体不从结构中泄漏或不从外部流入、渗漏到结构内的结构。油密结构包括：

（1）整体油箱、燃油箱舱、副油箱等油箱结构，用于保证行程和安全；

（2）雷达支撑腿、液压撑杆、燃油系统、液压系统、润滑油系统等管路系统（特别是其连接接头和连接法兰等部位），用于保证发动机、系统等正常工作；

（3）起落架缓冲支柱等其他油密结构，用于保证飞机结构功能实现(如起落架缓冲支柱用于保证飞机起降)、安全和可靠性。

气密结构指能保证空气等工作气体介质不从结构中泄漏或不从外部流入、渗漏到结构内的结构。气密结构包括：

（1）气密座舱（如客舱、驾驶舱），用于保证在飞行过程中在飞机中形成一个乘客及机组人员的正常和安全的生活环境；

（2）空调管路等，用于保证舱内适宜的环境，满足人员舒适的要求；

（3）航空气动系统等，用于保证系统功能实现；

（4）TR组件壳体、变频电路、电连接器、玻璃绝缘子、延迟放大组件、航空轮胎、仪器仪表、航空电子等其他气密结构，用于保证组件、元器件功能实现及飞机安全和可靠性。

水密结构指能保证水汽、雨水、海水等水液不从外部流入、渗漏到结构内的结构或不从结构中泄漏的结构。例如，雷达液冷组件、液冷管路、雷达骨架、转台、天线阵子等，水上飞机的水密隔舱、浮筒等水密结构，可以保证飞机水上起降、停放功能；飞机的座舱（客舱、驾驶舱）需要保证对水的密封性，以满足飞机在雨天的正常飞行；而消防用飞机配备的密封水箱则可保证飞机能运送足够的水去灭火。

另外，航空电子元器件、机载设备和航空仪器仪表、机载导弹、机载雷达、舰载雷达、弹载雷达、侦察卫星等在贮存和使用过程中，需要防止空气、水汽、液体等外部介质渗入或本身自带工作介质泄漏，以保证其使用功能实现、安全、可靠性及长寿命要求。雷达结构密封除防止泄漏外，还具有保证结构耐腐蚀、绝缘、防爆等功能。

密封技术除应用于雷达产品使用过程外，在其制造过程中也涉及到密封问题，这类问题包括：

（1）复合材料结构，如在热压罐成型、真空辅助RTM（树脂传递模塑）、RFI（树脂膜渗透成形）等制造过程中要用到密封技术；

（2）超塑成型-扩散连接结构及蠕变成形结构，其成形设备及模具要保证密封；

（3）扩散焊、真空烘箱、真空钎焊、平行缝焊机、电子束焊接、手套箱激光焊接及等离子焊接等真空环境下实现的结构，所需真空工作室及手套箱要保证良好的密封性；

（4）磁控溅射等表面工程结构，需要应用密封严密的真空室；

（5）数控加工等制造过程中要用到保证密封性能的真空吸附工装结构等。

3泄漏机理

影响泄漏的因素主要包括：压力、温度、冲击、振动、堵塞、化学腐蚀、水堵等。

检漏的六要素为检测压力、漏率、等效内容积和检测节拍、重复性和再现性、最小可检漏率等。根据经验，在负压检漏方式下，温度变化对检漏结果的影响较小，检测压力的变化对检漏结果的影响最大。

泄漏的机理主要包括物理漏孔、微纳漏孔和分子漏孔。例如由于焊缝裂纹或气孔引起的泄漏属于物理漏孔（孔径数量级为1~1000um）；由于材料的疏松和工艺的不合理其存气量和放气量较大，表现为水检测试合格，气密检和氦检不合格，此类属于微纳漏孔，其孔径的数量级为0.1~1um之间；由于材料的特性所决定的泄漏为分子漏孔，例如氦气分子对于石英玻璃具有微穿透作用（孔径数量级为0.001~0.1um）。

泄漏可分为3大类:外漏、内漏和两漏。外漏与内漏之和通常称为两漏，气密检漏显示的结果是两漏值。检漏的目的主要是检测外漏，外漏是由于工件壳体有贯穿的裂纹或微小的孔，流体在容器内外压力差的作用下向外泄漏，内漏是由于被测工件有无数不贯穿的裂纹和气泡和材料的存放气性能差，造成抽不到要求的低真空度；加压后，压力下降过快；水检时无气泡，或微小气泡附着工件表面不增大和不冒出水面。

铝铸件的泄漏量一般为（2ml/min）/kg，灰铸铁件（0.5ml/min）/kg,薄壁热交换器（1.5ml/min）/l（1000ml）。

4泄漏的度量与单位

一般使用漏率作为泄漏的度量与单位。

通常所说的漏率是指在环境温度为23℃时，漏孔的一端压强为1.01×105Pa，而另一端为真空状态时，单位时间内流过漏孔的气体量。该值容易受环境温度、漏孔两端压差和气体种类等因素的影响。

水检泄漏单位一般使用N个气泡/min（约定气泡直径为5mm），例如雷达液冷组件的检漏一般使用水检，将充气组件浸入水中观察是否有气泡，如有则判断为泄漏；

汽车挂车气控装置泄漏单位为kPa，气密标准单位为ml/min，在制冷行业泄漏单位为g/y(1克/年，即一年泄漏冷媒R134a一克)；

国际标准泄漏单位为Pa.m3/s（内容积为1立方米，内外压力相差为100kPa，因泄漏压力1秒下降1帕斯卡“ISO3530-19979（B）”），如微波组件壳体、TR组件封焊后、绝缘子、连接器的漏率根据容积不同一般要求不小于10-7Pa.m3/s-10-10Pa.m3/s不等。

气密性检漏与其它方式泄漏单位转换一般按照表1规则进行：

表1气密性检漏与其他方式泄漏单位转换规则一般工业产品的漏率范围可参考表2所示，漏率要求依次从低到高。

表2工业产品的漏率范围（Pa.m3/s）5检漏方法

雷达产品中，不同的结构其密封性要求是不同的。例如数字阵列模块、微波器件等液冷组件对焊缝的密封要求很严，其焊接部位不允许有任何轻微渗漏发生，一旦发生泄漏就会引起内部组件打火，从而造成电子元器件损坏，设备性能降低或失效。而有些非液冷组件允许存在一定程度的轻微漏气现象，但漏气量必须符合设计规定。

为了对雷达结构、元器件的密封性能进行检验和评估，需要对结构进行泄漏检测。泄漏检测简称检漏，通常称密封试验。

检漏是指检测是否泄漏、或查找泄漏位置(定位)、或测量漏率大小(定量)、或3者兼有的方法和过程。

检漏属于无损检测范畴。在雷达产品生产制造装配过程中，检漏既是工艺手段，又是检验方法。现代检漏的概念认为漏是绝对的，不漏是相对的，不同的产品有不同的漏率要求。因此，检漏的任务不仅是检测工件漏或不漏，而且要给出漏率多少（定量检漏），以评估漏率是否在允许的范围内；同时还需要确定漏点位置（定位检漏），以便进行修补。

检漏方法的分类方式很多，按照检漏原理分类主要包括：气泡法检漏、压力变化检漏、声波检漏、渗透检漏、流量法检漏、质谱检漏、卤素检漏、光学检漏、红外检漏、放射性同位素检漏、真空计检漏、放电管检漏、氨比色检漏、离子泵检漏法、产品直接检漏；按检漏漏率分为粗检漏和细检漏；按产品类型分为密闭产品检漏和非密闭产品检漏；按检漏目的分为定位检漏、定量检漏、定性检漏；按检漏压力状态分为正压检漏、负压检漏、常压检漏。

先进检漏方法的发展趋势是数字化、自动化、高灵敏度、高效率、低成本、更高的安全和环境友好（绿色化）。

雷达领域常用的检漏方法有：水检目视检漏、电火花检漏法、透光检漏、氟油检漏、气泡检漏法、透光检漏法、压力变化检漏法、煤油渗透检漏法、淋雨试验、卤素检漏法、超声波法、质谱检漏法、直压检漏、流量检漏和差压检漏等。表3为各检漏方法的优、弱势对比。

涉及焊缝的密封的检漏方法主要有正压法、负压法、磁粉探伤、超声波探伤、渗透探伤、涡流探伤、γ射线探伤、煤油试验、热红外成像探伤、相控阵仪探伤、着色检验探伤、X光射线探伤。正压法又包括压降法、水浸检测和定点检测三种方式。

压降法通过压力仪表测试压力变化情况来判断泄漏量的大小，进而推断出该设备的泄漏程度，但不能就泄漏点进行明确定位。

水浸检测是在设备内压力达到正压后将其浸没于水中，通过观测气泡的情况，来判断泄漏的位置和大小，适用于小型复杂腔体密封件的检测，可较精确地确定泄漏点的位置，又称为气泡法，对于大型设备需要足够大的水槽，同时设备的起吊和搬运相对困难，人员的观测也不容易靠近和操作，且此法要注意充气压力的控制，压力过低对微漏点不会产生气泡，压力过大会对设备本身和操作人员产生安全隐患。需根据被检容器的设计情况确定合适的压力范围。

定点测试即在设备内部达到正压后，采用肥皂水对所有接口和焊缝进行涂抹，当有泄漏时，会发现明显的气泡产生，通过气泡的大小和频率可以明显地定位漏点和明确泄漏量的大小，此法也是气泡法的一种。

负压法是在设备密封情况下，进行抽真空，与正压法正好相反的操作，可通过压升率、丙酮检漏法、氦气质朴检漏仪完成泄漏的判断和确定。负压法的检测精度较高，适合对气密性要求很严格的器件进行检测，但是只能检测较小器件的检测，对于体积较大的器件由于压氦罐和抽真空罐的体积限制则不方便检测。

雷达领域常用的传统检漏方法存在着灵敏度低、效率低、操作人员劳动强度大、有安全隐患、难以量化、成本高和检漏标准不统一等不足，进而会导致雷达结构的密封可靠性不足，影响产品使用性能的发挥。差压检漏在重复性、精度和可靠度等方面都有较大优势，选择检漏方式时可重点考虑。

6真空差压式气密检漏技术

真空差压式气密检漏仪工作时，首先向被测物和基准物同时抽负压，把容器抽到一定压强后，切断充气回路。如果被测物有泄漏，则容器内压强会升高，通过检测被测容器与标准容器的压差随时间的变化率，可计算出被测容器的泄漏流量，从而判定被测物是否泄漏。

真空差压式气密性检漏仪主要由计算机测量显示系统、压力传感器、平衡阀、球阀、加压排气阀、真空源、基准物、通讯接口和气路模块等主要部件组成。

检测过程共分抽气、平衡、测试和泄压等4个阶段。抽气阶段，加压排气阀、基准物和被测物端的排气阀同时打开，真空源接入开始抽真空;平衡阶段，加压排气阀关闭，切断真空源，基准物和被测物端的排气阀打开，确保被测物和基准物内压力相等;测试阶段，加压排气阀、基准物和被测物端的排气阀同时关闭，达到设定时间后，仪器自动判定检测结果;泄压阶段，加压排气阀、基准物和被测物端的排气阀同时打开，被测物和基准物与大气相通，内部恢复正常压强。

采用真空差压式气密检漏仪代替常用的水检目视判定法后，壳体不会产生形变，表面不会锈蚀，且能提高生产效率，检测准确率高，应用方便，为检漏提供了灵敏可靠的检测手段，具有很高的使用价值。

在雷达液冷组件产品的制造过程中，焊接完成后需要进行检漏，一般采用目视水检，检漏强度大，可以考虑采用差压检漏法对焊接完成后的壳体进行初步检漏，检漏通过则继续进行后续加工，检漏未通过再采用水浸目视检测确定具体的漏点位置，对漏点位置进行补焊。进行精加工后再次采用差压检漏法进行检漏，通过后装配内部元器件。而且差压检漏法不需要引入液体，只需要充入气体，可以解决安装元器件后无法浸水检测的问题。

微波器件，液冷组件的密封质量直接决定了长期运行条件下是否有冷却液渗漏等严重问题发生，需要从检漏方法上提高检测的准确性。从理论上来看，绝对不泄露的容器是没有的，同时由于液体粘度系数是气体的上百倍，漏气的组件不一定会漏液，因此，泄漏判定的标准尤为重要。需要通过数据的积累制定液冷组件的检漏标准，来判断是否会对产品的实际使用产生危害。

7影响因素分析

在使用时，以下因素会影响真空差压式气密检漏仪的检测效果。

管路的密封性能:各管道接口处及密封嘴的气密性状况，会严重影响检测结果，若气路的密封性无法得到保障，检漏工作将变得毫无意义；

真空源的稳定性:真空源不稳定，会造成数据的重复性较差，且不同真空度下漏孔形变不同，产生泄漏量也不同，为此，需要在真空源端增加减压阀；

配套夹具和下压装置:配套工装的自动化程度，决定了检测效率的高低，夹具的设计要保证被测物无形变；

各阶段的时间参数设置：各阶段时间参数不同，泄漏量、检测结果的可靠性、检测效率等都会相应改变，设置时需要综合考虑，大量实验进行优化，以达到最佳检测效果；

判定标准的制定:在气密性检测中，判定标准即产品在一定时间内的泄漏量，判定标准是经验值，它的制定直接决定了漏率和检测结果的可靠性，在实际生产中需要积累大量数据，以制定最优判定标准

8结论

在军工电子领域特别是雷达行业，传统的水检目视检漏、氦质谱检漏等气密试验、水密试验或油密试验存在着灵敏度低、效率低、操作人员劳动强度大、有安全隐患、没有量化等缺点，难以满足新一代雷达高密封高可靠性的要求。在国内雷达产品的设计、制造、使用和维护中急需采用先进的检漏方法对现有的检漏方法进行补充和改进，建议采取以下实施措施：

（1）积极推动先进检漏技术的交流和应用；

（2）加快雷达行业检漏方法标准的制订；

（3）大力开展先进检漏方法的工程应用研究；

（4）开展雷达密封结构先进检漏规范的制定和应用；

（5）积极开展和参加专业检漏人员的培训和资质认证。

参考文献

[1]康婷婷，李延涛，真空差压检漏技术在锂离子电池行业的应用，电池，2013，43（4），245-246；

[2]许国康，面向先进检漏技术的航空产品密封实现及保证，航空制造技术，2013，20（3），103-108；

[3]周社柱、平强，真空设备检漏及探伤，真空，2013，50（1），52-55；