美狮贵宾会

技术文章

IEC 68-2-17 試驗方法 Q：密封性

IEC 68-2-17 試驗方法 Q：密封性 

IEC 68-2-17 Test Q：Sealing 

前言 

本試驗分為Qa、Qc、Qd、Qf、Qk、Ql、Qm與Qy等八種試驗方法，其目的分述如下： 

試驗Qa：決定軸襯、轉軸及類似產品密封處的有效性。  
試驗Qc：決定具空間可填充氣體之試件(如試件內沒有完全充滿填充物)，其密封的有效性。  
試驗Qd：決定有填充液試件之密封有效性。  
試驗Qf：測試試件浸漬於規定的時間與壓力條件下，試件的防水性與密封的有效性。  
試驗Qk：以追蹤氣體及質譜儀量測動態洩漏率，確認試件的密封性。  
試驗Ql：決定試件密封的有效性，其電器特性受到液體浸入之影響。  
試驗Qm：藉累積洩露氣體以測量細漏；或者使用易於從空氣中分離出之追蹤氣體，藉探針以偵測洩漏。例如，硫磺或鹵素氣體。  
試驗Qy：決定具空間可填充氣體(空氣或鈍氣)之試件的密封程度，例如：內部沒有完全充滿填充物之元件。本試驗對大量生產元件之自動測試頗有幫助。  
範圍 

試驗Qa：軸襯、轉軸及墊圈的密封性試驗適用於粗漏的檢出。  
試驗Qc：以氣體洩漏檢驗容器的密封性，可檢出大於100、10或1Pa‧cm3/s(10-3，10-4或10-5 bar‧cm3/s)範圍的洩漏率。方法1及方法3僅適用於當填充物可承受完全減壓與加壓的情況下，不會有歪斜或永久性物理損傷的試件。方法2適用於因熱而產生壓力差的試件，壓力差則於試件的最高操作溫度時測定。  
試驗Qd：容器的密封性，填充液的洩漏試驗，適用於等效標準洩漏率約1 Pa‧cm3/s(=10-5bar‧cm3/s)以上的檢出。本方法的檢出靈敏度取決於在試驗溫度下液體的動黏度以及洩漏的檢出方法。  
試驗Qf：適用於元件、裝備或其他試件水密性試驗。  
試驗Qk：追蹤氣體配合質譜儀的密封性試驗，適用於1Pa‧ cm3/s(=10-5bar‧cm3/s)以下的洩漏率的檢出。但是對於約10-3Pa‧cm3/s(=10-8bar‧cm3/s)以下的洩漏率，須十分注意試驗結果的解釋。  
方法1：除非在檢出階段以前，經過適當的中和處理，否則僅適用於小體積試件，其含有高殘留量吸附性的氦(例如繐帶，接續部份，有機物質，塗料等等)，不會損害試件表面影響試驗結果。 

方法2：適用於試件在製造或試驗需要時所填充的混合物，含有高比例的氦氣。 

方法3：(噴射罩方法)適用於試件安裝在嵌板上。 

試驗Ql：適用於空氣洩漏率大於1Pa‧cm3/s(=10-5 bar‧cm3/s)的洩漏檢出。  
試驗Qm：適用於任一能承受內部加壓之試驗，可偵測洩漏率大於10-8Pa‧m3/s(=10-7bar‧cm3/s)之情況。  
試驗Qy：適用於空氣洩漏率低至約10-5Pa‧m3/s(=10-4bar‧cm3 /s)的洩漏檢出。本試驗僅適合在試驗中能承受必要減壓條件之元件，且不受到永久變形或損壞，如洩漏程度改變或內部容積小於或等於5cm3。  
本規範計有八種密封性試驗，詳如圖1所示。 

限制 

試驗Ql僅適用於能耐高壓之試件。 

測試步驟 

試驗Qa  
試件安裝於小型密封的試驗箱內，其中裝有空氣導入噴嘴、空氣管及壓力調整閥，如圖2所示。  
接著將空氣壓入密封試驗箱內，達到試驗規定的空氣壓力。再將箱浸入相關規範所規定試驗溫度的液體。試件有洩漏情形時，可觀察到從這部份噴出氣泡流。  
其操作步驟如下：先將容器內的液溫調整至試驗溫度，然後在實驗進行中，不斷的攪拌液體，使液體溫度維持均勻。再將試驗箱內的空氣加壓至試驗條件所規定的壓力。將試驗箱謹慎的浸入液體，藉著升至表面的氣泡流，洩漏的位置立刻被顯現出來。為了使試件的溫度達到穩定，適當的放置時間是必要的。因收集器的漏斗開口部浸入液體中，故所有氣泡流自漏斗開口上升進入收集管。必須使收集管保持垂直，並維持漏斗開口部於校正時候的浸漬深度。收集管的標度，以cm3的單位校正，洩漏率的計算是以一定時間中液體的上部界面所沉下的量而測定。測定結果以cm3/hr表示。  
試驗Qc：分為下列三種方法。  
方法1  
試驗箱所含的浸盤需能真空，並且浸盤必須含足夠的液體，使得試件封裝的最上表面，能夠在液面下10mm以上的深度進行試驗。試驗用液體需維持在15℃與35℃之間。在消除真空以前，浸盤需能排除液體，或是從液體中移出試件。  
試件浸於試驗用液體內時，其密封處應位於最上面。試驗箱內的壓力，在一分鐘內需減少至1kPa(10mbar)或是依相關規範的規定。若無不合格的情形，再保持此壓力一分鐘或是依相關規範所規定的時間。  
試件有多面的密封處，需依照(b)之規定將各面置於最上部分別試驗。  
不合格的判定基準係在試驗中的任一時間觀察，有明確的氣泡流出，或有兩個以上的大氣泡，或是附著的氣泡會增大。  
方法2  
浸盤必須含足夠的液體，使試件完全浸入，待測的密封處，其最上部份須浸入10mm以上。  
液體的溫度須維持在高於試件周遭最大操作溫度的1℃～5℃或是依相關規範所規定的溫度。  
溫度15℃～35℃的試件浸於試驗用液體內時，其密封處應位於最上面，其浸入時間需至少為10分鐘或為相關規範所規定的時間。  
試件有多面的密封處，需依照(c)之規定將各面置於最上部分別試驗。  
不合格的判定基準係在試驗中的任一時間觀察，有明確的氣泡流出，或有兩個以上的大氣泡，或是附著的氣泡會增大。  
方法3：含兩個階段。  
階段1：在室溫中進行，試件須封入真空/壓力(vacuum /pressure) 的容器，而減壓至 100 Pa (1mbar)，並且維持一小時。之後，在保持真空的狀況下，將浸液注入容器內，使試件完全浸在液體中。接著依表1的條件，將試件加壓。 

經過最低浸漬時間以後，消除壓力，此時試件仍保持於液中。接著將試件從液中取出，在室溫條件下，放置3±1分鐘或相關規範所規定的時間，使試件乾燥，再進行階段2的試驗。 

階段2：個別標準若無特別規定，則使用方法2，但是試驗用液體溫度為125℃±5℃。自試件浸入後，須立即觀察試件，觀察時間則為30秒或為相關規範所規定的時間。 
試驗Qd  
試驗前須清除試件上的油脂等髒污，使得洩漏的填充液能夠與其他物質明確的識別。至於試驗前之測定則不予規定。  
試驗時先將試件放入空氣循環式的試驗箱內，加熱到試件表面的溫度高於試件周圍最大操作溫度1℃～5℃。試件應置於最適當位置，以利檢出洩漏。  
試件在試驗箱內，其溫度依上述規定，維持時間依測試條件之規定，之後自試驗箱內取出試件。  
試件有兩面以上的密封面，各面依次向下依上述方法試驗每一面。最後以目視檢查試件有無液體洩漏。除了相關規範所規定外，須無洩漏。相關規範須規定檢出方法。  
試驗Qf  
依據規範之規定，進行試件外觀目視、電性及機械檢驗，確認所有的密封處已被正確安裝。再按規定進行試驗前調節。試驗時試件需置於規範所規定之位置，並且須完全進入水槽或高壓水槽。若無其他規定，則使用低表面張力的水。  
試件須置於如表2所規定之水柱高度或相對應之壓力差。使用水槽時，規定水柱高的測定，須在試件的最高點到水面的距離。使用高壓水槽時，水壓須調整至表2所示的對應壓力差。  
試驗時間依測試條件中之規定選擇適用值進行，試件與水的溫度須為15℃～35℃。試驗中水與試件之溫度差須儘可能小，而不超過5℃。  
若無另外之規定時，則在浸漬實驗中，應將試件的可動部份開關切掉，並且停止可動部份，使試件處於完全停止動作之狀態。接著擦拭試件或使用室溫之空氣吹風，使試件完全乾燥。最後依規範之規定，以目視檢查試件之外觀，並做電性及機械檢驗。檢查水的浸入。  
試驗Qk  
方法1(製造過程中未充氦氣的試件)  
試驗前應清潔試件以除去所有會遮蔽洩漏的沾污，例如油脂、指紋、助焊劑或塗料。清潔之後，將試件放入烘箱乾燥，以除去所有遮蔽洩漏的的溶劑痕跡、毛細管作用凝結物等。  
本試驗對試驗前應測試之項目不予規定。  
試驗項目及測量洩漏率的容許值，列於表3，係依規範所規定之嚴厲度及試驗方法，為試件內容積的函數。  
試驗時，先將試件放入密封的試驗箱。若規範所規定之最大浸漬壓為200kPa(2bar)(絕對值)以內，則選擇下列程序中的一種：  
將箱內的壓力，減壓到絕對值為0.1～1kPa(1～10mbar)。  
以氦氣掃掠箱內。  
若規範所規定之浸漬壓超過200kPa(2bar)，則不可使用上述兩方法。若無其他規定時，則箱內需充滿濃度95%以上(分壓比)的氦氣，且由表3選擇加壓的壓力(絕對壓)及時間。壓力不可超過規範所規定之最大壓力。  
試件從壓力容器中取出之後，須放置在標準大氣壓力條件下，以除去外表面所吸附的氦氣，而避免最終量測中的寄生信號，亦可使用乾燥氣體吹乾。  
將試件移入連接洩漏檢測系統之試驗箱，減壓到質譜儀能夠正常動作。而洩漏檢測系統必須藉著與校正的標準洩漏率的比較，而定出氦氣的測量洩漏率(R)，此值必須小於規範所規定之嚴厲度(θ)而相對於列在表3之洩漏率的最大值。測量洩漏率(R)的量測，最好是從壓力容器中取出之後，除了考慮氦氣的離脫效果，而需要較長的換氣時間外，應於30分鐘以內完成。  
最後必須使用適合的方法，來檢驗粗漏的不存在。  
方法2(於製造過程中或試驗需要需將氦氣封入試件)  
試驗前將試件封裝在濃度25%以上(分壓比)的氦氣之中，並且須定期檢查，以確認氦氣的濃度符合規定。若有必要，規範應規定安裝之條件。  
本試驗對試驗前應測試之項目不予規定。  
至於最終量測，需將試件移入連接洩漏檢測系統之試驗箱，減壓到質譜儀能夠正常動作。而洩漏檢測系統必須藉著與校正的標準洩漏率的比較，而定出氦氣的測量洩漏率(R)，本測定，除非另有規定，須在試件密封後三十分鐘以內完成。  
應用下列公式可將測量洩漏率(R)換算為時間常數(θ)：  
θ=2.7 nVPa/R 

其中，V：試件的內容積(cm3) 

n：所使用的氣體混合物中，氦氣的實際濃度(%，分 壓比) 

Pa：大氣壓(105Pa或1bar) 

R：氦氣的測量洩漏率(Pa‧cm3/s或bar‧cm3/s) 

θ：時間常數(s) 

規範須規定最小時間常數或最大許可之等效標準洩漏率(L)，時間常數之建議值為2×105s或2×104s。 

最後必須使用適合的方法，來檢驗粗漏的不存在。  
方法3(適用於試件安裝在嵌板)  
試驗前應清潔試件以除去所有會遮蔽洩漏的沾污，例如油脂、指紋、助焊劑或塗料。清潔之後，將試件放入烘箱乾燥，而除去所有遮蔽洩漏的的溶劑痕跡、毛細管作用凝結物等等。  
接著進行試驗之測試。先以閥將量測孔與試驗箱密封隔離，使試驗箱真空，當壓力低到足以使質譜儀正確動作時，連接試驗箱至質譜儀。記錄無氦氣注入時，由質譜儀所產生的誤差信號。以參考氦氣洩漏量檢驗質譜儀的正確功能。  
試驗時將試件置於量測孔之上，打開隔離閥使試件暴露於真空中。檢驗低壓仍能使質譜儀正確作用，並且繼續抽真空，直到誤差信號穩定在約為以前所記錄的值為止。  
方法a：以充滿氦氣的柔韌性的袋子(例如塑膠製品)包住試件的外表面。記錄質譜儀的讀數。 

方法b：以細微的低壓氦氣噴吹試件的所有外表面。記錄質譜儀的讀數。氦氣壓力應參考規範所規定之壓力。 

最後藉著與參考洩漏量的比較，並且扣除了誤差信號，而決定測量洩漏率(R)。  
試驗Ql  
試驗前應依相關規範之規定執行目視檢查、電性及機械檢驗。  
試驗時壓力容器需含規範所規定的試驗用液體。參考物為酒精或含清潔劑之水。  
試驗用液體須在標準大氣的條件或依規範所規定之溫度下進行試驗。  
試件置於壓力容器中時，需能被液體完全浸漬。  
壓力容器內之壓力必須升壓至相關規範所規定的值，此處壓力依試件之構造而定，一般不超過500kPa(50N/cm2)。  
試驗時間依規範之規定，但通常均在16小時以內。在特別情況下，如使用低壓力時，時間可延長為24小時。  
壓力容器內的壓力降至大氣壓力後，將試件自容器中取出。  
試驗後，試件依規範之規定以清潔液洗淨，並在室溫下以鼓風機進行迅速吹乾。依規範規定之置放時間進行復原。  
試驗後依規範之規定進行目視檢查試件外觀，並做電性及機械檢驗。  
試驗Qm：分為累積試驗與探針試驗兩種方法。  
方法1：累積試驗。  
依規範之規定將試件加壓，充填之氣體若欲再使用，則加壓前須抽真空。  
依規範之規定，等待一段時間使洩漏率達穩定狀態。  
於適當位置套上外鞘以決定測定容積並測量在時間t0時追蹤氣體之初始濃度C0。  
視感度而於一段時間後，測定在時間t1時之終結濃度C1。此試驗亦可用已知臨界值之測試計測定，實際上先令初始濃度為零，然後將探針每隔一段等距的時間放入待測體中，直到信號出現為止。  
藉使用校正圖週期性核對，量測之讀值可轉換為濃度，試件之洩漏率R可由下列公式計算出:  
R=Vm(C1-C0)/(t1-t0)‧10-6Pe 

其中， 

R：洩漏率，單位為Pa‧m3/s 

Vm ：量測之容積，單位為m3 

t1-t0：時間間隔，單位為秒(s)。 

C1及C0：追蹤氣體濃度，單位為cm3/m3。 

Pe：試件外表面之壓力，單位為105Pa。 

方法2：探針試驗  
依規範之規定將試件加壓，充填之氣體若欲再使用，則加壓前須抽真空。  
依規範之規定，等待一段時間使洩漏率達穩定狀態。  
慢慢地將探針移至試件表面，特別是在最有可能洩漏的附近(例如焊接點、兩部份間之連接點)，若產生信號的話，要注意探針的相對位置。通常本法乃是用以偵測前述累積試驗之洩漏位置；事先須進行試驗前調節。  
若找到洩漏位置，則試驗即完成。  
試驗Qy  
先將空氣進入閥打開，試件置於試驗櫃中密封妥當，將進氣閥關閉後，進行抽真空工作，直到試驗櫃中壓力到達3～4kPa之間，再將幫浦閥門關閉，記錄時間與試驗櫃中壓力上升變化之關係，由結果可算出洩漏率。 

測試條件 

試驗Qa  
方法A：依相關規範所規定的方向加壓，壓力為  
100kPa(10N/cm2)～110kPa(11N/cm2) 

方法B：各方向加壓，壓力為  
100kPa(10N/cm2)～110kPa(11N/cm2) 

試驗Oc：分為下列三種方法：  
方法1：浸漬液體需能覆蓋試件達10mm以上，溫度為15℃～35 ℃，壓力在1分鐘內需減少至1kPa。  
方法2：浸漬液體需能覆蓋試件達10mm以上，試件溫度為15℃～35℃，液體溫度需高出試件達1～5℃。  
方法3：詳如4.(2)c.。  
試驗Qd：試驗嚴厲度係以試件維持在試驗溫度的時間來表示，分別為：10min，1h，4h，24h，48h。  
試驗Qf：試驗時間依規範之規定，優先適用值為30min，2h，24h。試驗時間依測試條件中之規定選擇適用值進行，試件與水的溫度須為15℃～35℃。試驗用水與試件之溫度差須儘可能小，而不超過5℃。  
試驗Qk  
方法1(製造過程中未充氦氣的試件)  
試驗嚴厲度應選自表3，若規定表3以外之數值，則必須同時規定所有相關試驗條件。 

試驗Ql：一般而言，壓力視試件結構而定，但不得超過500kPa(50N/cm2)，本試驗法之最高靈敏度為1Pa‧cm3/s(10-5bar‧cm3/s)。  
試驗Qm：詳如4.(7)。  
試驗Qy：試件在試驗櫃中之真空度應在3～4kPa之間。  
試驗設置 

試驗Qa  
試驗設置詳如圖2密封試驗箱與圖3密封試驗設備所示。透明斗附有長的收集管，其尾端以玻璃栓封住。將栓子打開的漏斗浸入液體，待收集管內充滿液體後關閉栓子。收集管保持垂直，將漏斗口移至試件上以收集氣泡流。氣泡上升，經過漏斗的頸部進入收集管，並收集於上端，而使得收集管內之液柱下降，液柱高的降低速率即為洩漏率，可用校正過的刻度及計時器量測，空氣的洩漏率以單位時間之體積表示。 
試驗Qc：分為下列三種方法  
方法1：試驗液體必須具下列特性。  
20℃時的動黏度：25×10-6m2/s(25cSt)  
50℃時的動黏度：9×10-6m2/s(9cSt)  
周圍蒸氣壓：<10Pa(10-4bar)  
最適當的液體為可抽出氣體的油。可以使用含潤濕促進劑的水或於20℃時的動黏度不超過25×10-6m2/s(25cSt)的任一適當液體，此時，必須注意本試驗的靈敏度將會減弱。因為液體有沸騰的可能性，所以必須有減壓的限制。  
方法2  
在選擇本試驗法之前，必須考慮試件熱效應的評估。例如，注意洩漏通路的開放及(或)開關。本試驗使用之含潤濕促進劑的水，可用於90℃以下的試驗溫度，對於較高之試驗溫度，應使用具有動黏度為0.3×10-6m2/s(0.3cSt)之液體，一般為四氟化碳類(fluorocarbons)。試驗槽容積必須至少為試件體積的十倍以上。 

方法3  
本試驗法使用之含浸液，其動黏度在室溫時，必須為0.4×10-6m2/s(0.4cSt)，沸點約為60℃，並且在沸騰時具有低的汽化熱，使得在進行第2階段時，於試驗內部可以急速的產生蒸氣。一般所使用的液體為四氟化碳類(fluorocarbons)以配合階段2所使用的液體。例如，環全氟二丙基乙醚(cyclic-pe rfluoro-dipropyl-ether)或全氟-N-乙烷(perfluoro-N-hexane)。  
浸漬液體使用以前，先用濾紙過濾。試驗須在換氣良好的場所進行。使用含部份氟化物的浸漬液體時，由於來自水份及溶解油脂的污染，而招致額外的危險，以及可能會損傷試件的記號或元件。  
試驗大型試件時，若洩漏的大小及浸漬時間與壓力的組合，使得試件可以充滿浸漬液體而於階段2會非常快速的汽化，則可能會發生爆炸的危險。所以在單獨使用方法2時必須能夠確認此種洩漏。  
必須注意不可使浸漬液體溢出至加熱板上，因為液體被熱乾時，會蒸發出有毒的氣體。  
試驗Qd：試驗時試件的溫度須稍高於最高操作溫度一些，以檢驗試件的填充液洩漏。  
試驗Qf：本試驗設置為一水槽，將試件沈浸在水槽中規定的深度，或是浸入高壓水槽中，使試件能夠浸在規定的壓力之中，試驗後，檢驗試件水的浸入及特性的變化。  
試驗Qk：本試驗設置為能密封之壓力容器與試驗用液體及氦氣質譜儀。  
試驗Ql：本試驗設置為壓力容器與試驗用液體。  
試驗Qm：除壓力容器與試驗用液體外，尚須偵測用之探針。  
試驗Qy：本試驗設置如圖4所示。  
其他 

名詞定義：  
洩漏率(leak rate)  
在定溫與已知壓力差條件下，單位時間內流經裂縫之乾燥空氣量。 

標準洩漏率(standard leak rate)  
在溫度與壓力差為標準條件時的洩漏率。 

本試驗之標準條件：溫度為25℃，壓力差為105Pa(1bar)。 

測量洩漏率(measured leak rate，(R))  
以規定的試驗用氣 體，在規定的條件下所測得之試件洩漏率。 

測量洩漏率的測定，通常以氦氣為試驗氣體，於25℃，壓力差為105Pa(1bar)的情況下量測。 

為了與其他試驗方法所求出的洩漏率比較，洩漏率須換算為等效標準洩漏率。 

等效標準洩漏率(equivalent standard leak rate，(L))  
以空氣為試驗用氣體時，試件的標準洩漏率。 

洩漏時間常數(θ)(time constant of leakage)  
當壓力差的初期變化率保持定值時，洩漏處的局部壓力差達到平衡時所需的時間。亦即，時間常數等於試件內容積與等效標準洩漏率的商。 

粗漏(gross leak)  
等效標準洩漏率大於1Pa‧cm3/s(=10-5 bar‧cm3/s)的洩漏。 

細漏(fine leak)  
等效標準洩漏率小於1Pa‧cm3/s(=10-5 bar‧cm3/s)的洩漏。 

虛漏(virtual leak)  
由於緩慢釋出吸收或吸附的氣體，而造成類似性的洩漏。 

測漏計(leakage meter)(試驗Qm)  
此設備包括用以取樣混合氣體之探針以及能顯示試件內特定氣體濃度刻度之表。 

量測之容積(volume of measurement)[Vm](試驗Qm)  
包含收集洩漏之不透氣外鞘與試件間之容積。在此容積內，若追蹤氣體濃度小時，則其外鞘可以不完全密封。 

洩漏檢測器(leak detector)(試驗Qm)  
此設備包括用以取樣混合氣體之探針，以及能感應到特定氣體並且在此特定氣體濃度達到預定臨界值時能以聲音或可見之方式發出信號之裝置。 

探查(probing)(試驗Qm)  
為了測出洩漏位置，以洩漏檢測器之探針沿著試件緩慢移動之動作。 

　 

表1：浸漬條件   
試件容積  最低絕對壓力  最低浸漬時間  
cm3  kPa(bar)  (hr)   
0.1以下  600kPa(6bar)  1   
0.1以上  300kPa(3bar)  2   

　 

表2：水柱高度或相對應之壓力差   
水柱高度(m)  在25℃對應壓力差(kPa)   
0.15  1.47   
0.40  3.91   
1.00  9.78   
1.50  14.7   
4.00  39.1   
6.00  58.7   
10.00  97.8   
15.00  147.0
美狮贵宾会