Решая производственную задачу КГ конкретного изделия, специалист-практик должен однозначно ответить на главный вопрос: герметично изделие или нет? Причем решать такую задачу необходимо технологичным, надежным и, по возможности, производительным и дешевым методом. Рассматривая классификацию и свойства методов КГ [1,2], приходишь к выводу, что большинство методов решают задачу поиска течи (сквозного дефекта), а на главный вопрос КГ могут ответить практически только два: манометрический и пузырьковый (метод «аквариума»). Но, может быть, они настолько совершенны, чтобы преодолеть все многообразие изделий и требований, предъявляемых к их КГ? Отнюдь. Пузырьковый метод, несмотря на простоту и доступность, позволяет контролировать лишь изделия ограниченных размеров и простой конфигурации, причем из материалов, для которых вода не является агрессивной средой. Этот метод субъективен и не может быть использован для создания автоматизированных систем КГ. Манометрический метод в этом плане более универсален, но и его универсальность ограничена конструктивными особенностями контролируемых изделий, о чем будет сказано ниже. Его чувствительность при контроле крупногабаритных изделий неудовлетворительна. КГ железнодорожных цистерн, например, проводится манометрическим методом с чувствительностью порядка 1000Вт, следствие такого контроля – огромные потери и низкая безопасность при транспортировании энергетических ресурсов.

Для решения задачи КГ часто рекомендуют использовать течеискательные методы, обладающие повышенной чувствительностью, но это, пожалуй, их единственное достоинство. Потребность в специальных газах, других расходных материалах, сложное и дорогостоящее оборудование, высокая квалификация контролера и трудоемкость процесса – этот неполный перечень недостатков резко снижает доступность и привлекательность течеискательных методов. Цитата из [2] «…трудоемкость производственного контроля герметичности во многих отраслях промышленности весьма значительна и составляет 15…25% от общей трудоемкости изделий». Именно такие ужасные цифры мы получим, если задачу КГ изделий будем решать течеискательными методами.

Другая проблема. О ней несколько подробнее. Все изделия можно разделить на две группы: замкнутые и незамкнутые. Первые изделия в отличие от вторых не позволяют создавать в их полости от внешнего источника избыточное давление и тем самым сильно осложняют их КГ. Примером замкнутого изделия может служить закатанная консервная банка. Казалось бы, с задачей КГ таких изделий вполне может справиться манометрический метод, если установить изделие в технологическую камеру и в ней создать рабочее давление. К сожалению, нет. Манометрический камерный метод обладает парадоксальным техническим свойством – «дальнозоркостью». Это свойство позволяет выявлять малогабаритные замкнутые изделия с микроскопическими дефектами и не позволяет – с более крупными. Удивительно, но такой же «болезнью» страдают и все газоаналитические течеискательные методы, причем в еще большей степени. На практике, как правило, КГ таких изделий проводят пузырьковым методом, поместив изделие в горячую жидкость и создав таким образом небольшое избыточное давление в его полости. Известно, что при малом избыточном давлении пузырьковый метод малоэффективен, поэтому для повышения его эффективности предварительно опрессовывают изделие газом в сосуде при давлении 300…500кПа в течении 5…20ч. А вот это, заметим, выручает далеко не всегда: при сбросе давления из сосуда произойдет такой же сброс давления и из негерметичного изделия, да и не каждое изделие может выдержать указанное давление. Для повышения чувствительности КГ замкнутых изделий обращаются за помощью к дорогостоящим течеискательным методам, требующих, между прочим, такой же опрессовки, только уже в специальном пробном газе. Из-за «дальнозоркости» эти методы не могут выявлять изделия с серьезными сквозными дефектами, поэтому необходимо дублировать их пузырьковым методом. Высокая трудоемкость и сложность такого двойного контроля – вне сомнения, однако вызывает большое сомнение его достоверность. Действительно, убедившись в отсутствии в изделии микро- и макродефектов, имеем ли мы право называть его герметичным, если в нем могут оказаться дефекты средней величины?

Итак, следует признать, что в арсенале промышленности отсутствует эффективное инструментальное средство КГ замкнутых изделий. О масштабах озвученной проблемы можно судить по тому факту, что огромное число герметизированных изделий пищевой промышленности, фармакологии и ряда других отраслей не могут быть подвергнуты прямому КГ, хотя по условиям обеспечения их безопасности и качества такой контроль необходим. Чтобы подтвердить актуальность и остроту проблемы, побываем на нескольких предприятиях.

Промышленная технология консервирования продуктов предусматривает проверку закаточных машин с целью обеспечения надежной герметизации тары. Проводят ее не менее трех раз в смену следующим образом. В открытую банку для консервирования наливают серный эфир (горючая и опасная для здоровья жидкость с резким неприятным запахом), устанавливают на банку крышку и закатывают. Испаряющийся в банке эфир создает в ней избыточное давление, банку помещают в горячую воду и определяют ее герметичность пузырьковым методом. Если получен положительный результат, закаточная машина считается исправной в части обеспечения герметичности тары. С логикой такого косвенного контроля можно согласиться. Но что делать с партией явно некачественной продукции, если при очередной проверке выяснится, что технологическое оборудование не обеспечивает герметичности? Использование серного эфира на предприятиях пищевой промышленности идет в разрез с обеспечением санитарно-технической безопасности производства и работающего персонала. Известны случаи травматизма, когда стеклянная банка с эфиром взрывалась в руках у рабочего. По поводу серного эфира можно добавить, что это расходный материал, требующий определенных финансовых затрат. Пузырьковый метод из-за субъективности не всегда дает однозначный ответ о герметичности изделия, он не исключает и ошибки контролера. В последнее время развивается технология консервирования мясных и рыбных продуктов с использованием мягкой тары, что делает проблематичным КГ готовой продукции даже указанным косвенным методом.

На современном предприятии по производству напитков в лаборатории по контролю качества среди большого числа импортных контрольно-измерительных приборов можно обнаружить обычное ведро с водой. Именно в нем все тем же пузырьковым методом контролируют качество укупоривания бутылок, но не всех, а только пластиковых с газированным напитком. Все другие не контролируются, или «контролируются» методом переворачивания бутылки. Последний метод практикуется и в центрах по сертификации продуктов.

Специфика пиротехнических изделий такова, что они после контакта с водой не могут быть использованы по прямому назначению. При производстве таких изделий применяют выборочный КГ, основанный на точном взвешивании изделий до и после длительной выдержки их в воде. Поэтому на предприятиях по производству ответственной пиротехнической продукции бракуют всю партию изделий, если в результате выборочного контроля обнаружат хотя бы одно негерметичное изделие, а вместо забракованной партии изготавливают новую. Таким образом, отсутствие «сухого» метода КГ, позволившего бы осуществить сплошной контроль партии замкнутых изделий, может приводить и приводит к ощутимым материальным убыткам для предприятий, производящих герметизированные замкнутые изделия с указанной спецификой.

В конце прошлого года небольшое московское предприятие «ПиР-ПАК» готовилось к пуску первой в России автоматизированной линии по нарезке и упаковке голландского сыра. Ввиду быстрой микробиологической порчи продукта линия включала в себя оборудование для его упаковки в герметичные мягкие пакеты с углекислым газом, а технология производства требовала периодического КГ готовой продукции. Западный партнер предложил купить у него серийно выпускаемую стационарную аппаратуру, способную регистрировать утечки углекислого газа из замкнутых изделий (напомним, что течеискательные методы не обеспечивают достоверный КГ), однако стоила такая аппаратура 35 тысяч евро и оказалась предприятию не по карману. Другие инструментальные методы были неизвестны, а пузырьковый метод по понятным причинам вызывал недоверие. Трудно предположить, чем бы закончилась эта история, если бы представители столичного предприятия не обратились за помощью в отечественную фирму «ТЕХНО-АС», где в то же самое время было завершено создание нового средства КГ – индикатора герметичности ИГР-2М. Индикатор по всем параметрам удовлетворил представителей «ПиР-ПАК» и был принят в эксплуатацию.

Индикатор представляет собой моноблочный пневмоэлектронный прибор настольного типа весом 2,8кг. Он содержит пульт управления, информационный экран, систему создания вакуума и избыточного давления воздуха с диапазоном -70…+250кПа и программный измерительный модуль с разрешением 0,01кПа. Питание прибора осуществляется от внешней сети через адаптер или от автономного источника, потребляемая мощность – 0,15Вт.

Индикатор реализует два метода КГ: известный манометрический и новый – объемно-манометрический. Новый метод позволяет проводить контроль малогабаритных изделий произвольной конструкции, в том числе и замкнутых. Основу метода составляет измерение давления в незамкнутом изделии или в камере с замкнутым изделием. Принципиальное отличие объемно-манометрического метода КГ от других заключается в том, что герметичность изделия оценивается не по одному, а по двум критериям: по изменению давления и по его величине. Второй критерий определяется экспериментально при помощи эталонного изделия. Данное усовершенствование полностью решает проблему инструментального КГ замкнутых изделий.

Техника КГ малогабаритных изделий включает две простейшие операции: при помощи индикатора создают на стенках изделия рабочий перепад давления и нажимают на кнопку пульта управления. Получив команду, электронный модуль автоматически по заранее введенным в его программу параметрам контроля (критериям) определяет герметичность изделия и выдает результат контроля на экран, дублируя его соответствующими световыми и звуковыми сигналами. Введение в программу индикатора параметров контроля – одноразовая операция для партии идентичных изделий. Диапазон вводимых параметров достаточно широк и это дает возможность управлять чувствительностью индикатора, повышая его универсальность.

Индикатор можно смело назвать первым по-настоящему универсальным средством КГ. Реализуя два метода, он способен осуществить контроль не только произвольных малогабаритных, но и любых других изделий, включая крупногабаритные. Высокая разрешающая способность измерительного модуля позволяет при контроле таких изделий повысить чувствительность или уменьшить время, которые в настоящее время неудовлетворительны из-за использования грубых шкальных манометров. Возможности и универсальность индикатора таковы, что любое изделие от запаянной ампулы с лекарством до железнодорожной цистерны могут быть подвергнуты КГ.

Поскольку малогабаритные изделия по своей номенклатуре и численности значительно превосходят крупногабаритные, то можно говорить и об автономности индикатора, не требующего внешнего источника сжатого газа или вакуумного насоса при КГ малогабаритных изделий. Эта его отличительная особенность позволяет легко оптимизировать процесс производства герметизированных изделий на многих предприятиях, в том числе и машиностроительных. Покажем, как организован КГ при производстве, например, газогенераторов – относительно простых узлов, входящих в состав сложных и ответственных машиностроительных комплексов. Каждый такой узел в процессе изготовления требует более десяти процедур по КГ. Каждая процедура включает в себя оформление сопроводительного документа, транспортирование на участок пневмоиспытаний, КГ пузырьковым методом с использованием сжатого воздуха от заводской компрессорной установки, сушку при повышенной температуре, вновь оформление документа, транспортирование в цех для дальнейшего изготовления или ремонта. Применение автономного и безопасного прибора непосредственно на рабочем столе сборщика ведет к исчезновению 4-5 из перечисленных операций, повышению объективности контроля, экономии средств, да и участок пневмоиспытаний со стационарным стендом может оказаться ненужным. Уверенность сборщика в достоверности контроля всегда может быть подтверждена самим прибором в режиме самотестирования или при помощи эталонного изделия. А если вдруг потребуется найти место дефекта, то это можно сделать опять же на рабочем месте тем же пузырьковым методом, ведь источник сжатого воздуха под рукой.

Сказанное выше, а также результаты сравнительных исследований в ряде НИИ и успешная эксплуатация индикатора на промышленных предприятиях доказывают, что создано современное инструментальное средство неразрушающего контроля качества с новыми возможностями по усовершенствованию производственных процессов и по решению общих проблем в области КГ.

Литература.
  1. 1. ГОСТ 24054-80. Изделия машиностроения и приборостроения. Методы контроля герметичности.
  2. 2. Неразрушающий контроль. Том 2. М., Машиностроение, 2003г., под. редакцией В.В. Клюева.