Comment les détecteurs de fuites à l'hélium sont-ils utilisés dans le cadre des tests industriels et intégraux

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Test d'enveloppe sous vide - Test de fuites intégral

Les tests d'enveloppe sous vide sont des tests de fuites intégraux utilisant de l'hélium en tant que gaz de test, dans lesquels l'échantillon de test est enfermé soit dans une enveloppe rigide (généralement métallique), soit dans une enveloppe en plastique léger. L'hélium qui entre ou sort (selon la nature du test) de l'échantillon testé est transmis à un détecteur de fuites à l'hélium, où il est mesuré. Les tests d'enveloppe sont effectués soit avec l'échantillon testé pressurisé à l'hélium (Fig. 5.4c), soit avec l'échantillon testé évacué (Fig. 5.4a). Dans les deux cas, il peut s'avérer nécessaire de convertir la valeur d'enrichissement en hélium (accumulation) en taux de fuite d'hélium standard.

Fig. 5.4 Techniques et terminologie des tests de fuites

a : détection de fuites intégrale ; vide à l'intérieur de l'échantillon
b : détection de fuites locale ; vide à l'intérieur de l'échantillon
c : détection de fuites intégrale (enrichissement du gaz de test à l'intérieur de l'enveloppe) ; gaz de test sous pression à l'intérieur de l'échantillon
d : détection de fuites locale ; gaz de test sous pression à l'intérieur de l'échantillon

Test d'enveloppe - Echantillon testé pressurisé à l'hélium

Test d'enveloppe avec mesure de la concentration et calcul du taux de fuite

Pour déterminer l'étanchéité globale d'un objet de test pressurisé à l'hélium, l'objet doit être enfermé dans une enveloppe rigide ou déformable (en plastique). Le gaz de test sortant des fuites s'accumule de sorte que la concentration d'hélium dans l'enveloppe augmente. Après une période d'enrichissement à déterminer (période de fonctionnement), le changement de concentration à l'intérieur de l'enveloppe est mesuré à l'aide d'un renifleur raccordé à l'unité de détection d'hélium. Le taux de fuite global (taux de fuite intégral) peut être calculé suite à l'étalonnage de la configuration de test avec une concentration de référence, par exemple l'air atmosphérique. Cette méthode permet de détecter même les plus petites fuites globales et convient tout particulièrement aux tests de fuites industriels automatisés. En raison de l'accumulation de gaz, les limites des techniques de reniflage normales sont décalées vers des taux de fuite plus faibles et les conditions ambiantes telles que la température, le débit d'air et la vitesse de traçage du renifleur perdent de leur influence. Lors de l'utilisation d'enveloppes en plastique, il est nécessaire de tenir compte de la perméation de l'hélium à travers l'enveloppe en plastique pendant de longues périodes d'enrichissement.

Mesure directe du taux de fuite avec le détecteur de fuites - enveloppe rigide

Lorsque l'échantillon testé pressurisé à l'hélium est placé dans une chambre à vide rigide, raccordée à un détecteur de fuites à l'hélium, le taux de fuite intégral peut être lu directement au niveau du détecteur de fuites.

Test d'enveloppe avec l'échantillon testé évacué

Enveloppe = « tente en plastique »

L'échantillon testé évacué est entouré d'une enveloppe légère (en plastique), qui est ensuite remplie d'hélium une fois l'air atmosphérique éliminé. Si l'on utilise un sac en plastique en tant qu'enveloppe, il convient de presser le sac contre l'échantillon testé avant de le remplir d'hélium afin d'expulser autant d'air que possible et d'effectuer la mesure avec la charge d'hélium la plus pure possible. Toute la surface extérieure de l'objet testé est en contact avec le gaz de test. Si le gaz de test passe par des fuites et pénètre dans l'échantillon testé, le taux de fuite intégral sera indiqué, quel que soit le nombre de fuites. En outre, il convient d'observer, lors de la répétition des tests dans des zones fermées, que la teneur en hélium de la pièce augmente assez rapidement lorsque l'enveloppe est retirée. L'utilisation de sacs en plastique est donc plus recommandée pour les tests « ponctuels » de grandes installations. L'enveloppe en plastique utilisée est souvent appelée « tente ».

Enveloppe rigide

L'utilisation d'un réservoir de vide solide en tant qu'enveloppe rigide, en revanche, est préférable pour les tests intégraux répétitifs. Lorsque des enveloppes solides sont utilisées, il est également possible de récupérer l'hélium une fois le test terminé.

Test de « bombardement », « stockage sous pression »

Le test de « bombardement » est utilisé pour vérifier l'étanchéité de composants qui sont déjà hermétiquement scellés et qui présentent une cavité interne remplie de gaz. Les composants à examiner (par exemple les transistors, les corps IC, les relais à contacts secs, les interrupteurs à contacts Reed, les oscillateurs à quartz, les diodes laser et autres) sont placés dans un réservoir de pression rempli d'hélium. En fonctionnant avec le gaz de test à une pression relativement élevée (5 à 10 bar) et en laissant le système en place pendant plusieurs heures, le gaz de test (hélium) s'accumule à l'intérieur des échantillons qui fuient. Cette procédure constitue le « bombardement » proprement dit. Pour effectuer le test de fuites, les échantillons sont placés dans une chambre à vide après le « bombardement », de la même manière que pour le test d'enveloppe sous vide. Le taux de fuite global est alors déterminé. Toutefois, les échantillons présentant des fuites importantes perdront leur concentration en gaz de test même lorsque la chambre à vide est évacuée, de sorte qu'ils ne seront pas reconnus comme présentant une fuite lors du test de fuites réel effectué à l'aide du détecteur. C'est pour cette raison qu'un autre test permettant d'enregistrer les très grosses fuites devra être effectué avant le test de fuites dans la chambre à vide.

Tests de fuites industriels

Les tests de fuites industriels utilisant de l'hélium en tant que gaz de test se caractérisent avant tout par le fait que l'équipement de détection de fuites est entièrement intégré à la ligne de fabrication. La conception et la construction de ces unités de test prennent naturellement en compte la tâche à accomplir dans chaque cas (par exemple, test de fuites des jantes de véhicules en aluminium ou test de fuites des fûts métalliques). Dans la mesure du possible, des modules de composants standardisés produits en série seront utilisés. Les pièces à examiner sont acheminées vers le système de test de fuites (test d'enveloppe avec enveloppe rigide et pression positive ou vide à l'intérieur de l'échantillon ; reportez-vous aux sections respectives ci-dessus) par le biais d'un système de convoyeur. Là, elles seront examinées individuellement à l'aide des méthodes intégrales et seront automatiquement déplacées. Les échantillons qui présentent des fuites seront mis de côté.

Quels sont les avantages de la méthode de test à l'hélium ?

Les avantages de la méthode de test à l'hélium, du point de vue industriel, peuvent être résumés comme suit :

Les taux de fuite qui peuvent être détectés avec ce procédé vont bien au-delà de toutes les exigences pratiques.
Le test de fuites intégral, c'est-à-dire le taux de fuite total pour toutes les fuites individuelles, facilite la détection des fuites distribuées microscopiques et spongieuses qui, ensemble, entraînent des pertes de fuite similaires à celles d'une fuite individuelle plus importante.
La procédure et la séquence de test peuvent être entièrement automatisées.
La vérification cyclique et automatique du système de test (autosurveillance) du dispositif garantit une grande fiabilité de test.
L'hélium n'est pas toxique ni dangereux (aucune concentration maximale autorisée ne doit être respectée).
Les essais peuvent être facilement documentés, en indiquant les paramètres et les résultats, sur une imprimante.

L'utilisation de la méthode de test à l'hélium entraîne une augmentation considérable de l'efficacité (les cycles ne durent que quelques secondes) ainsi qu'une augmentation considérable de la fiabilité des tests. De ce fait, et en raison des exigences de la norme EN/ISO 9000, les méthodes de test industrielles traditionnelles (bain-marie, test de bulles de savon, etc.) ont été largement abandonnées.

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