¿Cómo verificar la integridad del sello del núcleo metálico de un calentador de PFA mediante la detección de fugas de helio a 80 grados?

La ruta más frecuente para la infiltración de humedad y una posible falla a tierra es el sello del núcleo metálico de un calentador de PFA-donde el elemento calefactor interno sale de la funda de PFA. La integridad del sello debe verificarse a temperatura de trabajo ya que la expansión térmica puede abrir orificios microscópicos que no están presentes a temperatura ambiente. La prueba de fugas de helio a 80 grados (temperatura de funcionamiento normal) proporciona una medida cuantitativa y no destructiva de la integridad del sello. El método: bombear el anillo entre la funda de PFA y el núcleo metálico (o simplemente el núcleo mismo si es hueco) y luego rociar helio alrededor del sello y observar un espectrómetro de masas. Un calentador nuevo es adecuado si su tasa de fuga es<1 × 10−6 mbar·L/s at 80 °C. Higher leak rates (>1x10-5 mbarL/seg) señalan un fallo temprano. Las pruebas de temperatura identificarán fallas que se abren solo cuando los componentes del calentador se expanden de manera diferente.

¿Por qué realizar la prueba a 80 grados (no a temperatura ambiente)?
El PFA (CTE 110-120 ppm/grado) y el núcleo metálico (CTE 14-17 ppm/grado) crecen a velocidades significativamente diferentes. La expansión diferencial para una interfaz de sello de 20 mm de largo a 80 grados es ΔL=( _PFA – _metal) × L × ΔT=(110e-6 – 16e-6) × 20 × 60=94e-6 × 20 × 60=0.113 mm. Un desplazamiento relativo de este tipo de 0,1 mm puede abrir un espacio minúsculo que se cierra a temperatura ambiente. Una prueba de fugas a temperatura ambiente en un sello no significa que pasará una prueba a 80 °C. La prueba a 80 grados equivale a condiciones operativas reales.

Método: El calentador se precalienta en un horno a 80 grados durante 1 hora antes de realizar la prueba. O haga funcionar el calentador a baja potencia (10 % nominal) para autocalentarse a 80 °C mientras enfría la región del sello (para evitar el sobrecalentamiento del sello). Durante la prueba, el PFA en las proximidades del sello no deberá exceder los 100 grados.

Procedimiento para la prueba de fuga de helio
Equipo requerido:

Detector de fugas por espectrómetro de masas de helio (Pfeiffer, Agilent, etc.)

Bomba de vacío capaz de 10-3 mbar

Pistola pulverizadora de helio con orificio fino

Horno o fuente de calor a 80 grados.

Paso a paso:

Selle el acceso al núcleo Si el núcleo metálico es hueco (común en calentadores tubulares), selle un extremo con un conector de vacío. Si el núcleo es sólido, se debe acceder al espacio anular entre el núcleo y el PFA a través de un puerto en la sección fría.

Evacue el interior del núcleo o el espacio anular al que está conectado el detector de fugas. Evacuar a < 10-2 mbar.

Calentar a 80 grados . - Coloque el calentador en un horno (aire) o caliéntelo con cinta calefactora alrededor de la porción fría. Mantenga a 80 grados durante 30 minutos.

Rocíe helio: usando el cañón rociador, rocíe helio en la interfaz del sello (donde el PFA se encuentra con el núcleo metálico o donde el núcleo sale del PFA). También rocíe la soldadura de la tapa del extremo, si la hay, y cualquier otra junta.

Monitor de tasa de fuga: tasa de fuga en mbar·L/s en el espectrómetro de masas. Un pico indica una fuga en el área rociada.

Requisitos de aceptación de un calentador nuevo:

< 1 x 10-6 mbar.L/s @ 80°C - Excellent, hermetically sealed.

1 × 10-6 a 1 × 10-5 - Adecuado para uso industrial general.

1 × 10⁻⁵ a 1 × 10⁻⁴ – Marginal; puede fallar temprano en servicio húmedo.

1 X 10 -4 Rechazado; fuga grande o aparente.

Resultados e interpretación
Tasa de fuga a 80 grados (mbar L/s) Diámetro de orificio equivalente (μm) Vida útil esperada (años, 80% HR) Acción<1 x 10-6<0.1>10Aceptar, mejor calidad
1 × 10⁻⁶ – 5 × 10⁻⁶ 0,1–0.3 5–10 Aceptar como estándar
5 × 10⁻⁶ – 1 × 10⁻⁵ 0,3–0.5 3–5 Está bien solo para ambiente seco
1 × 10-5 – 5 × 10-5 0.5–1.0 1–3 Marginal – reject for critical >5 × 10-5 >1.0 <1 Reject – will fail early
Sitios típicos de fugas en calentadores de PFA
Ubicación, causa de la fuga, identificación de la fuga
Extremo frío (punto de salida del núcleo) Mala adherencia del metal al PFA Spray He en el fondo del núcleo.
Soldar la tapa del extremo de PFA Fusión parcial Spray He la circunferencia de la tapa
Acoplamiento de brida moldeada Espacio de contracción del moldeado Spray He en la transición de brida a funda
Pozo del termopozo (si corresponde) Fondo delgado Rocíe He agrietado en la abertura del termopozo
Ajuste de compresión Férula no apretada Rocíe He en las puntadas correctas
Campo de ejemplo
Un fabricante de semiconductores exigió una prueba de fuga de helio a 80 grados para todos los calentadores de PFA entrantes. Un lote de 20 calentadores sobrevivió a las pruebas de temperatura ambiente (< 1 × 10⁻⁷ mbar·L/s). At 80°C 5 of 20 showed leak rates of 2-8 x 10 -5 mbar.L/s. We returned these 5 heaters to the supplier. The 15 passing heaters in the field had a 2% failure rate over 3 years. The firm had previously seen 15% failure rates with untested heaters. The helium test at temperature paid for itself in terms of downtime.

Conclusión: prueba a 80 grados, no a temperatura ambiente.
Helium leak testing at 80°C allows to confirm the integrity of the metal core seal of a PFA heater and to find faults that are not visible at ambient temperature due to the differential thermal expansion of PFA and metal. Leak rate < 1 × 10⁻⁶ mbar·L/s at 80°C means a hermetic seal of the heater for long term service in humid or corrosive conditions. Rates >1 × 10⁻⁵ mbar·L/s predicen un fracaso temprano (1-3 años). Para aplicaciones críticas (semiconductores, farmacéuticas, alta humedad) pruebas de fugas de helio a 80 grados con aceptabilidad<1 x 10-6 mbar.L/sec is required. A few hours of testing time can save you years of failures. Heat seals expand. Gaps open. Moisture gets in. seal tight heat test last long. Helium knows where the leaks are. Listen to it.