Wozu dient der Helium-Lecktest?

In vielen Industriezweigen ist die Luftdichtheit von Instrumenten und Behältern von entscheidender Bedeutung

Aus diesem Grund wurden viele wissenschaftliche Methoden entwickelt, um etwaige Lecks aufzuspüren.

Der Helium-Lecktest ist aus einer Reihe von Gründen, die wir in diesem Artikel erläutern werden, einer der zuverlässigsten und vielseitigsten Tests.

Was ist ein Helium-Lecktest?

Eine der effektivsten Methoden, um zu testen, ob ein eigentlich luftdichter Behälter tatsächlich undicht ist, besteht in der Verwendung von Tracergasen.

Tracergase sind eine Klasse von Gasen mit spezifischen Eigenschaften, die in den Behälter eingeleitet werden und durch Diffusion im Inneren das Vorhandensein von Öffnungen anzeigen.

Helium ist in dieser Hinsicht besonders effektiv, da es leicht, geruchlos, farblos und hochgradig durchdringend ist und selbst kleinste Risse durchdringen kann, wodurch potenzielle Lecks aufgedeckt werden, die sonst unbemerkt geblieben wären. 

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Welche Sektoren sind vom Helium-Lecktest betroffen?

Auch wenn wir nicht darüber nachdenken, sind wir von Behältern umgeben, die absolut luftdicht , um ihre Funktion zu erfüllen.

Aus diesem Grund sind viele Sektoren von Heliumlecktests betroffen.

Hier sind die wichtigsten.

• Automobilindustrie: Zur Überprüfung von Klimaanlagen, Kraftstofftanks und Abgasanlagen auf Lecks.

• Raumfahrtindustrie Luft- und: Zur Überprüfung der Integrität kritischer Bauteile wie Treibstofftanks und Drucksysteme, um Leckagen in die Atmosphäre zu verhindern.

• Elektronikindustrie: Zur Erkennung von Kältemittelgas- oder -flüssigkeitslecks in elektronischen Geräten wie Kühlschränken oder Klimaanlagen.

• Chemische und pharmazeutische Industrie: Zur Überprüfung der Dichtheit von Behältern, die für empfindliche Chemikalien oder Arzneimittel verwendet werden.

• Energiesektor: Überprüfung der Integrität von Rohrleitungs- und Tanksystemen, die bei der Förderung und dem Transport von Gas oder Öl eingesetzt werden.

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So funktioniert der Helium-Lecktest

Für die ordnungsgemäße Durchführung des Helium-Lecktests ist eine isolierte, kontrollierte und luftdichte Umgebung erforderlich

Hierfür wird häufig eine Thermo-Vakuum-Kammer verwendet , über die wir hier bereits gesprochen haben.

Die zu testende Probe wird in die Kammer gegeben. Anschließend wird Helium eingespritzt und die Ergebnisse werden beobachtet.

Mithilfe eines speziellen Instruments, in der Regel eines Massenspektrometers (über das wir hier gesprochen haben), werden etwaige Lecks erkannt und lokalisiert.

Die spezifischen Verfahren zur Durchführung von Helium-Dichtheitsprüfungen sind in einer Reihe internationaler Normen. Die wichtigsten sind ISO 20484:2017 und ASTM E498/E498M-11.

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Die FDM-Klimakammer für Helium-Lecktests

Wie bei vielen anderen Labortests, die wir auf diesen Seiten besprochen haben, spielen Klimakammern bei Helium-Lecktests eine ergänzende, aber oft grundlegende Rolle

Klimakammern können bei Helium-Lecktests zwei Funktionen erfüllen: Konditionierung und Simulation.

Bei der Konditionierung muss die zu analysierende Probe zunächst auf eine bestimmte Temperatur , um den Test unter optimalen Bedingungen durchführen zu können.

Wir sprechen von Simulation, wenn die Temperaturen während des Tests verändert werden , um ungünstige Umweltbedingungen zu simulieren, denen die Probe während ihres Lebenszyklus ausgesetzt sein wird (denken Sie an Unterwasserrohre).

Die FDM-Klimakammer ist in der Lage, beide Aufgaben perfekt zu erfüllen und ergänzt Helium-Lecktests sowie viele andere wichtige Produkt- und Materialtests.

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Referenzstandards

• MIL-STD-883 Methode 1014 — Dichtheitsprüfung (Fein- und Grobleckage) für Mikroschaltungen
• ASTM E499 — Leckprüfung mittels Massenspektrometer-Lecksuchgerät im Detektorsondenmodus
• ASTM E493 — Dichtheitsprüfung mittels Massenspektrometer im Inside-Out-Tracer-Sondenmodus
• ISO 20486 — Zerstörungsfreie Prüfung — Dichtheitsprüfung — Kalibrierung von Referenzlecks für Gase
• EN 1779 — Zerstörungsfreie Prüfung — Dichtheitsprüfung — Kriterien für die Auswahl von Verfahren und Techniken
• SEMI E10 — Spezifikation für die Definition und Messung der Zuverlässigkeit von Geräten (einschließlich Dichtheitsprüfung für Vakuumwerkzeuge)

Autoritative Quellen

• ASTM E499 — Dichtheitsprüfung von Helium-Massenspektrometern.
• ASNT – Amerikanische Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung.
• AIV – Italienische Vereinigung der Leere.

Häufig gestellte Fragen zur Helium-Leckprüfung

Warum verwendet man Helium als Tracergas?

Helium dient aus vier Gründen als Referenzgas für Lecktests: (1) Kleines Atom (Radius 31 pm) – es durchdringt Lecks, die andere Gase nicht passieren lassen würden; (2) Geringe atmosphärische Konzentration (5,2 ppm) – geringes instrumentelles Hintergrundrauschen; (3) Inert – reagiert nicht mit den Testmaterialien; (4) Ungiftig und nicht entflammbar. Typische Empfindlichkeit Massenspektrometer : bis zu 10⁻¹² mbar·L/s (entspricht einem Molekül pro Sekunde).

Was ist der Unterschied zwischen einem feinen und einem groben Leck?

MIL-STD-883 Methode 1014 erfordert beides: Feinleckprüfung mit Helium zum Nachweis kleiner Leckagen (10⁻⁸ bis 10⁻⁵ atm cm³/s) – das Bauteil wird 2–4 Stunden lang bei 2–3 bar in Helium unter Druck gesetzt und anschließend in einem leeren Spektrometer geprüft. Grobleckprüfung mit Fluorinert FC-40 oder PFE (C₈F₁₈) zum Nachweis großer Leckagen (>10⁻⁴ atm cm³/s) – das Bauteil wird in eine flüchtige Flüssigkeit bei 85 °C eingetaucht, um sichtbare Blasen zu erzeugen. Ohne die Grobleckprüfung würde eine große Leckage übersehen, da das Spektrometer zu schnell „gesättigt“ würde.

Was sind typische Bestehens-/Nichtbestehensgrenzen?

MIL-STD-883-Standardgrenzwerte: Hermetische Bauteile der Klasse S/B < 5 × 10⁻⁸ atm cm³/s He; kommerzielle Bauteile < 10⁻⁷; Herzschrittmacher und implantierbare Geräte < 10⁻⁹ (ISO 5841). Für Brennstoffzellen und Batterien: < 10⁻⁶, um das Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern. Für Kryotanks: < 10⁻⁴ aus Sicherheitsgründen. Die Grenzwerte richten sich nach der erwarteten Lebensdauer und dem Innenvolumen.

Wie kalibriert man einen Helium-Lecksucher?

Bei kalibrierten Referenzlecks (versiegelte mikroporöse Metallkapillaren, NIST/PTB-zertifiziert) misst der Detektor die Helium-Durchflussrate des Referenzlecks (typischerweise 10⁻⁷ bis 10⁻⁴ atm cm³/s) und wendet einen Korrekturfaktor an. Monatliche Primärkalibrierung mit einer Master-Referenz; tägliche Sekundärkalibrierung mit einer Betriebsreferenz. Der Bediener muss gemäß ISO 9712 nach ASNT Level II für Dichtheitsprüfungen qualifiziert sein. Alle Prüfungen werden in Berichten mit Kalibrierrückführbarkeit dokumentiert.