نشت‌یابی سیلندرهای گاز با هلیوم؛ روش علمی، ایمن و دقیق برای صنایع حساس

نشت‌یابی صنعتی به ویژه در سیلندرهای تحت فشار، جایی که ایمنی و کارایی سیستم‌ها در اولویت قرار دارد، نیازمند روش‌های دقیق و پیشرفته‌ای است. تست نشتی هلیوم به عنوان یکی از روش‌های برتر و مطمئن، با استفاده از این گاز به عنوان گاز ردیاب ( tracer gas)، امکان شناسایی نشتی‌های بسیار کوچک را فراهم می‌کند. این روش نه تنها دقت بالایی دارد، بلکه با رعایت استانداردهای بین‌المللی، ریسک‌های مرتبط با نشتی‌های پنهان را به حداقل می‌رساند.

در این مقاله، به بررسی جامع تست نشتی در سیلندرها می‌پردازیم، از ویژگی‌های گاز هلیوم گرفته تا تجهیزات، روش‌ها، کاربردها و محدودیت‌ها. هدف، ارائه راهنمایی تخصصی برای مهندسان و متخصصان نشت‌یابی صنعتی است تا بتوانند از این فناوری برای بهبود کیفیت و ایمنی محصولات استفاده کنند.

تست نشتی هلیوم چیست و چگونه انجام می‌شود؟

این تست یک تکنیک غیرمخرب (Non-Destructive Testing – NDT) است که برای شناسایی و مکان‌یابی نشزتی در سیستم‌های بسته مانند سیلندرهای گاز و مایعات تحت فشار به کار می‌رود. این روش بر پایه اصل استفاده از هلیوم به عنوان گازی با نفوذپذیری بالا و قابل تشخیص دقیق بنا شده است. در صنایع گازی، جایی که حتی نشتی‌های میکروسکوپی می‌تواند حوادث جدی به دنبال داشته باشد، تشخیص نشت گاز با هلیوم به عنوان یک استاندارد طلایی شناخته می‌شود.

تاریخچه این روش به دهه ۱۹۴۰ بازمی‌گردد، زمانی که از این گاز برای تست‌های هوافضا استفاده شد. امروزه، با پیشرفت فناوری سنسورها، تست نشتی هلیوم در نشت‌یابی صنعتی سیلندرها، از جمله سیلندرهای اکسیژن، هیدروژن و گازهای فشرده، کاربرد گسترده‌ای دارد. این تست نه تنها نشتی‌های گازی را شناسایی می‌کند، بلکه برای مایعات نیز مفید است، زیرا نشتی‌های احتمالی در درزها و اتصالات را قبل از پر کردن سیلندر با مایعات خطرناک آشکار می‌سازد. اهمیت این روش در کاهش هزینه‌های تعمیراتی و جلوگیری از آلودگی محیطی نهفته است. مطالعات صنعتی و گزارش‌های شرکت‌های تولیدی نشان داده‌اند که به‌کارگیری این تست می‌تواند نرخ خرابی محصولات را به‌طور چشمگیری کاهش دهد (در برخی موارد تا حدود ۹۰٪). البته این مقدار به شرایط خط تولید و نوع محصول وابسته است.

در ادامه، به بررسی دلایل استفاده از این گاز و تجهیزات لازم می‌پردازیم تا درک کاملی از این فرآیند به دست آید.

چرا از هلیوم برای تست نشتی استفاده می‌کنیم؟

در تست نشتی سیلندرهای گاز، انتخاب نوع گاز ردیاب نقش تعیین‌کننده‌ای در دقت، ایمنی و سرعت تشخیص دارد. در میان گزینه‌های موجود، این گاز به دلیل ساختار سبک، بی‌اثر و پایدار خود، بهترین گزینه برای شناسایی نشتی‌های بسیار ریز در تجهیزات تحت فشار است.
ویژگی اصلی این گاز، نفوذ بالا از ریزترین منافذ و قابلیت تشخیص دقیق توسط سنسورهای مخصوص است؛ عاملی که باعث می‌شود حتی نشتی‌های میکروسکوپی در بدنه یا اتصالات سیلندر شناسایی شوند.

در فرآیند نشت‌یابی صنعتی، استفاده از هلیوم چند مزیت کلیدی دارد:

• دقت بسیار بالا: به دلیل اندازه کوچک مولکول‌های هلیوم، این گاز می‌تواند از مسیرهایی عبور کند که برای سایر گازها قابل عبور نیست.
• ایمنی بالا: هلیوم غیرقابل اشتعال و غیرسمی است، بنابراین در حین تست، هیچ خطر انفجار یا واکنش شیمیایی ایجاد نمی‌کند.
• پایداری در شرایط فشار و دما: تغییرات محیطی تأثیر اندکی بر رفتار هلیوم دارند، بنابراین نتایج تست قابل اعتماد و تکرارپذیر خواهند بود.
• کاهش نویز پس‌زمینه: چون مقدار هلیوم در هوای محیط بسیار پایین است، احتمال تداخل نتایج با گازهای اطراف به حداقل می‌رسد.

در مقایسه با گازهایی مانند نیتروژن، آرگون یا هیدروژن، این گاز از نظر ایمنی عملیاتی و هم از نظر دقت تشخیص عملکرد بهتری دارد.
برای مثال، هیدروژن هرچند سبک است اما خطر اشتعال‌پذیری دارد؛ نیتروژن و آرگون نیز به دلیل وزن بالاتر و نفوذ کمتر، نمی‌توانند نشتی‌های بسیار کوچک را آشکار کنند.

به همین دلیل، در تست‌های کنترل کیفیت سیلندرهای گاز، هلیوم به‌عنوان گاز مرجع و استاندارد طلایی نشت‌یابی صنعتی شناخته می‌شود. این گاز با عبور از ریزترین شکاف‌ها، به اپراتور اجازه می‌دهد تا کوچک‌ترین نشت‌ها را قبل از بروز خطر شناسایی و رفع کند — بدون آن‌که ساختار یا ایمنی سیلندر تغییر کند.

در جدول زیر، مقایسه‌ای بین گازهای رایج ارائه شده است:

ویژگی	هلیوم	هیدروژن	نیتروژن	آرگون
جرم مولکولی (g/mol)	۴	۲	۲۸	۴۰
نفوذپذیری	بسیار بالا	بالا	متوسط	پایین
ایمنی (غیرقابل اشتعال)	بله	خیر	بله	بله
غلظت در جو (ppm)	۵.۲۴	۰.۵۵	۷۸۰۰۰۰	۹۳۴۰
نرخ تشخیص نشتی (حداقل)	۱۰^{۱۲-}	۱۰^{۱۰-}	۱۰^{۸-}	۱۰^{۹-}

این جدول نشان می‌دهد که هلیوم در دقت و ایمنی برتر بوده و علاوه بر اینکه قابل بازیافت است، هزینه‌های عملیاتی را در نشت‌یابی صنعتی کاهش می‌دهد. در نهایت، سرعت انتشار این گاز (سرعت صوت حدود ۱۰۰۰ m/s  در دمای اتاق) اجازه می‌دهد تست‌ها در زمان کوتاه‌تری انجام شود، که برای خطوط تولید حیاتی است.

پس از درک دلایل استفاده از آن، نوبت به تجهیزات می‌رسد که پایه اجرای موفق تست نشتی را تشکیل می‌دهند.

تجهیزات مورد نیاز برای تست نشتی

برای انجام تست در سیلندرها، مجموعه‌ای از تجهیزات تخصصی لازم است که هر کدام نقش کلیدی در دقت و ایمنی فرآیند ایفا می‌کنند. این تجهیزات شامل سنسورها، اتصالات و دستگاه‌های پرکننده هستند و باید با استانداردهای صنعتی سازگار باشند. انتخاب تجهیزات مناسب می‌تواند نرخ خطا را تا ۹۵% کاهش دهد.

سنسورهای تشخیص هلیوم

سنسورهای تشخیص هلیوم، که اغلب بر پایه طیف‌سنج جرمی (Mass Spectrometer) عمل می‌کنند، قلب تپنده تشخیص نشت گاز هستند. این سنسورها که هلیوم را از طریق یونیزاسیون و جداسازی مغناطیسی شناسایی می‌کنند، در دو نوع ثابت برای آزمایشگاه و قابل حمل برای سایت‌های صنعتی موجودند. در نشت‌یابی صنعتی سیلندرها، سنسورهای قابل حمل ترجیح داده می‌شوند زیرا امکان تست در محل را فراهم می‌کنند. کالیبراسیون منظم با استانداردهای نشتی (Leak Standards) ضروری است تا دقت حفظ شود.

نحوه عملکرد MSLD:

دستگاه تشخیص نشتی طیف‌سنج جرمی هلیوم (MSLD) برای اندازه‌گیری فشار جزئی هلیوم در یک سیستم خلاء طراحی شده‌اند.

1. گازها از طریق مسیر نشت (در صورت وجود) به داخل دستگاه مکش می‌شوند.
2. گازها در یک منبع یونی (Ion Source) یونیزه می‌شوند.
3. یون‌های حاصله شتاب داده می‌شوند و وارد یک میدان مغناطیسی می‌شوند.
4. میدان مغناطیسی باعث می‌شود که یون‌ها بر اساس نسبت جرم به بار (Mass-to-Charge Ratio) خود خم شوند.
5. دقت دستگاه بر روی یون‌های هلیوم (با جرم اتمی ۴) متمرکز است. سنسور (Detector) تنها یون‌های آن را ثبت می‌کند و سیگنال ناشی از آن‌ها را به نرخ نشت تبدیل و نمایش می‌دهد.

این دقت تفکیک جرمی است که MSLD را قادر می‌سازد تا این گاز را حتی در حضور سایر گازها تشخیص دهد.

نازل‌ها و اتصالات

نازل‌ها و اتصالات، که از مواد مقاوم مانند استیل ضدزنگ یا تفلون ساخته می‌شوند، برای هدایت این گاز به نقاط مشکوک به نشتی طراحی شده‌اند.

شیرها و لوله‌کشی خلاء: باید از شیرها و اتصالات با کیفیت بالا مانند اتصالات KF یا ISO استفاده شود تا اطمینان حاصل شود که خود سیستم اتصالی دستگاه نشت ندارد و تنها نشت سیستم تحت آزمایش اندازه‌گیری می‌شود.

پمپ‌های خلاء: سیستم MSLD معمولا شامل یک سیستم پمپاژ داخلی شامل پمپ‌های پشتیبان مانند پمپ روتاری و پمپ‌های با خلاء بالا مانند پمپ توربومولکولی است تا فشار لازم برای عملکرد طیف‌سنج جرمی را فراهم آورد.

نازل‌های اسپری با قطر ۰.۵ تا ۲ میلی‌متر، فشار را به طور یکنواخت توزیع می‌کنند و از نشتی‌های کاذب جلوگیری می‌نمایند. اتصالات نیز باید با استاندارد ISO 19825 سازگار باشند تا در فشارهای بالا تا ۳۰۰ بار دوام بیاورند. در تست سیلندرها، استفاده از اتصالات سریع (Quick Couplings) زمان راه‌اندازی را کاهش می‌دهد. انتخاب نازل مناسب بر اساس اندازه سیلندر حیاتی است؛ برای سیلندرهای بزرگ، نازل‌های با زاویه پهن توصیه می‌شود.

دستگاه‌های پرکننده گاز و اسپری

به‌طور کلی دستگاه‌های پرکننده، هلیوم را با غلظت بالا یا مخلوط با نیتروژن به سیلندر تزریق می‌کنند. اما به بیان دقیق‌تر باید گفت، بسته به روش تست، تجهیزات زیر مورد نیاز است:

• منبع گاز هلیوم: سیلندرهای هلیوم گرید بالا معمولا خلوص 5N یا بالاتر به همراه رگولاتورهای دقیق برای تنظیم فشار گاز ردیاب.
• نازل‌های اسپری (Spray Nozzles): در روش‌های خلاء، برای اسپری کردن هلیوم در سطح خارجی قطعه تحت آزمایش استفاده می‌شوند.
• پروب‌های استشمام (Sniffer Probes): در روش‌های فشار (Sniffing)، برای جمع‌آوری هلیوم فرار کرده از سطح قطعه تحت فشار استفاده می‌شوند. این پروب‌ها به یک سنسور مجزا متصل می‌شوند که ممکن است بخشی از MSLD اصلی یا یک دستگاه مستقل باشد.

درنهایت باید گفت که با استفاده از تجهیزات مناسب، می‌توان به بهترین شکل یکی از روش‌های اجرایی را انتخاب و پیاده کرد. این روش‌ها در بخش بعدی توصیف می‌شوند.

روش‌های انجام تست نشتی

تست می‌تواند به دو روش اصلی اجرا شود که هر کدام مزایا و محدودیت‌های خود را دارند و برای کاربردهای خاصی مناسب‌ترند. انتخاب روش به ماهیت قطعه (سیلندر، محفظه، خط لوله)، حساسیت مورد نیاز و حجم قطعه بستگی دارد.

تست نشتی با سنسور هلیوم (Helium Leak Detector)

این روش معمولا به دو صورت تست خلاء (Vacuum Testing) و تست استشمام (Sniffing Test) انجام می‌شود و بالاترین حساسیت را ارائه می‌دهد.

روش خلاء  (Vacuum Mode or Spray Testing): در این روش قطعه تحت آزمایش مانند یک سیلندر یا یک محفظه به سیستم MSLD  متصل شده و تخلیه (Evacuated) می‌شود تا به یک سطح خلاء معین برسد. برای این کار اپراتور، گاز هلیوم را در سطح خارجی قطعه اسپری می‌کند. اگر نشتی وجود داشته باشد، هلیوم از طریق سوراخ نشت وارد فضای خلاء شده و توسط پمپ‌های MSLD  مکش و تشخیص داده می‌شود. این روش، بیشترین حساسیت را دارد و به محل‌یابی دقیق (Localization) نشت کمک می‌کند.

روش استشمام  (Sniffing Mode): در این روش قطعه تحت آزمایش با گاز he یا مخلوطی از آن در فشار مثبت بالاتر از اتمسفر پر می‌شود. به این ترتیب که اپراتور از یک پروب استشمام (Sniffer Probe) استفاده می‌کند تا سطح خارجی قطعه را پیمایش (Scan) کند. در صورت وجود نشتی، هلیوم فرار کرده و توسط پروب مکش شده و به سنسور هدایت می‌شود.

این روش برای محلیابی سریع نشت در سیستم‌های بزرگ یا خطوط لوله تحت فشار استفاده می‌شود، اما حساسیت آن به دلیل آلودگی پس‌زمینه (Background Contamination) و پراکندگی این گاز در هوا، معمولا کمتر از روش خلاء است.

تست نشتی با روش گاز پرکننده و اسپری

این عنوان به نوعی زیرمجموعه‌ای از تست خلاء است و می‌تواند به روش تست محیطی (Envelope Test) نیز اشاره داشته باشد که برای تعیین نرخ نشت کلی (Integral Leak Rate) قطعه مورد استفاده قرار می‌گیرد. به این ترتیب که قطعه مورد آزمایش مثلا یک سیلندر که از قبل با هلیوم پر شده است در یک محفظه سخت (Rigid) یا انعطاف‌پذیر (Flexible)  مانند چادر پلاستیکی یا محفظه خلاء قرار داده می‌شود. هلیوم فرار کرده از قطعه در داخل این محفظه جمع می‌شود. پس از یک دوره زمانی مشخص، گاز درون محفظه تحلیل شده و غلظت هلیوم در آن توسط یک سنسور حساس اندازه‌گیری خواهد شد. این روش برای تست‌های حجمی (High-Volume Testing) در خطوط تولید و تعیین نرخ نشت کلی مناسب است، اما محل دقیق نشت را مشخص نمی‌کند.

روش تست	هدف اصلی	حساسیت	کاربرد معمول
خلاء (اسپری)	محل‌یابی نشت، اندازه‌گیری کمی	بسیار بالا (10−12 mbar⋅L/s)	محفظه‌های خلاء، سیلندرهای کوچک، قطعات هوافضا
استشمام	محل‌یابی سریع نشت	متوسط تا بالا (10−8 mbar⋅L/s)	خطوط لوله بزرگ، سیستم‌های تحت فشار، تانک‌ها
محیطی/تجمعی	اندازه‌گیری نرخ نشت کلی (Integral)	بالا (10−7 تا 10−5 mbar⋅L/s)	تست تولید انبوه، پکیج‌های مهر و موم شده

مراحل آماده‌سازی سیلندر یا تجهیز برای تست

آماده‌سازی دقیق، نقشی حیاتی در تضمین اعتبار و صحت نتایج تست دارد. برای تست نشتی یک سیلندر یا تجهیز، مراحل زیر باید به دقت طی شوند:

1. نظافت و تمیزکاری: ابتدا سطح خارجی و داخلی قطعه باید از هرگونه آلودگی، روغن، رطوبت یا ذرات خارجی که می‌توانند به‌طور موقت مسیرهای نشت را مسدود کنند کاملا پاک‌سازی شود.
2. تخلیه  (Evacuation): اگر تست قرار است به روش خلاء صورت گیرد، باید قطعه کاملا تخلیه شده تا به سطح خلاء لازم برسد و از تداخل گازهای پس‌زمینه مانند هوا و بخار آب جلوگیری شود. این مرحله برای اطمینان از خلوص هلیوم ورودی به MSLD ضروری است.
3. پر کردن با هلیوم  (Charging): در روش استشمام، سیلندر با گاز هلیوم تا فشار عملیاتی یا فشار تست ایمن پر می‌شود. در روش خلاء، ممکن است محفظه خارجی با هلیوم پر شود.
4. کالیبراسیون و بررسی سیستم: قبل از شروع تست واقعی، سیستم تشخیص هلیوم (MSLD) باید با استفاده از یک نشت استاندارد(Calibrated Leak Standard)  که دارای نرخ نشت مشخص و قابل ردیابی است، کالیبره شود. این امر دقت و قابلیت اطمینان اندازه‌گیری را تضمین می‌کند.

فرآیند کالیبراسیون، که معمولا توسط یک گواهی‌نامه نشت استاندارد تأیید می‌شود، حیاتی‌ترین گام برای تضمین اعتبار نتایج در نشت‌یابی صنعتی است.

استانداردها و نکات ایمنی در تست نشتی هلیوم

رعایت استانداردها و ایمنی در نشت‌یابی صنعتی الزامی است. تست نشتی هلیوم باید با پروتکل‌های جهانی همخوانی داشته باشد تا اعتبار نتایج حفظ شود.

استانداردهای بین‌المللی

تست نشتی هلیوم توسط سازمان‌های استاندارد بین‌المللی متعددی به رسمیت شناخته شده و روش‌های اجرایی آن مستند گردیده‌اند:

• ISO 20485 -تشخیص نشت با گاز ردیاب: این استاندارد یک راهنمای جامع برای انتخاب روش مناسب و تعیین نرخ نشت ارائه می‌دهد و تست هلیوم را در بر می‌گیرد.
• ASTM E493 -روش استاندارد برای تست نشتی با طیف‌سنج جرمی: این استاندارد به طور خاص روش‌های استفاده از MSLD را برای تشخیص نشت گاز هلیوم در تجهیزات تحت خلاء یا فشار مثبت پوشش می‌دهد.
• SAE J2973 -تست نشتی سیستم‌های تهویه مطبوع خودرو: این استاندارد خاص، استفاده از هلیوم یا گاز فرمینگ را برای تست نشتی در سیستم‌های HVAC خودرو تعیین می‌کند.

رعایت این استانداردها برای تضمین قابلیت ردیابی (Traceability)، تکرارپذیری (Repeatability) و مقایسه‌پذیری (Comparability) نتایج تست در سطح جهانی ضروری است.

این استانداردها نرخ نشتی قابل قبول را تعریف می‌کنند. جدول زیر خلاصه‌ای ارائه می‌دهد:

استاندارد	دامنه کاربرد	نرخ نشتی حد آستانه
ASTM F2391	سیلندرها و بسته‌بندی	۱۰^{۹-}sccs
ISO 4233	سیستم‌های تحت فشار	۱۰^{۱۰-} mbar·L/s
NASA STD-7012	هوافضا و نظامی	۱۰^{۷-} atm·cc/s

نکات ایمنی و حفاظت فردی

با وجود اینکه هلیوم یک گاز بی‌اثر و غیرسمی است، استفاده از آن در سیستم‌های تحت فشار یا خلاء همچنان نیازمند رعایت نکات ایمنی است.

1. خطرات فشار بالا: سیلندرها و تجهیزات تحت آزمایش باید طبق دستورالعمل‌های ایمنی برای کار با فشار بالا (High-Pressure Safety) آماده و کنترل شوند.
2. آسفیکسی  (Asphyxiation): در صورت استفاده از حجم‌های بزرگ هلیوم در فضاهای بسته، احتمال جایگزینی اکسیژن (Oxygen Displacement) و خطر خفگی وجود دارد. پس تهویه مناسب محیط تست الزامی است.
3. نشت‌های استاندارد: هنگام کار با نشت‌های استاندارد، باید دقت شود که این نشت‌ها اغلب شامل مخزن‌های تحت فشار کوچک هستند و باید با احتیاط جابه‌جا شوند.
4. تجهیزات حفاظت فردی (PPE): استفاده از دستکش، عینک ایمنی و لباس کار مناسب، به‌ویژه در هنگام اتصال و جدا کردن خطوط تحت فشار، ضروری است.

همچنین همه اپراتورها باید آموزش‌های ایمنی معتبر مطابق قوانین را گذرانده باشند. ایمنی در تشخیص نشت گاز حیاتی است، پس لازم است قبل از هر تست، چک‌لیست ایمنی بررسی شود. این نکات ریسک را به صفر می‌رسانند.

کاربردهای صنعتی تست نشتی هلیوم

تست نشتی هلیوم به عنوان یک روش پیشرفته در نشت‌یابی صنعتی، در طیف وسیعی از صنایع کاربرد دارد. این تکنیک نه تنها برای شناسایی نشتی‌های کوچک در سیستم‌های تحت فشار مفید است، بلکه در فرآیندهای تولیدی که نیاز به حفظ خلأ یا جلوگیری از آلودگی دارند، نقش کلیدی ایفا می‌کند.

برهمین اساس کاربردهای آن از صنایع سنگین مانند نفت و گاز تا بخش‌های حساس مانند نیمه‌هادی و پزشکی گسترش یافته است. بر اساس گزارش‌های صنعتی، استفاده از این روش می‌تواند نرخ شکست تجهیزات را تا ۹۵% کاهش دهد، زیرا امکان تشخیص زودهنگام مشکلات را فراهم می‌کند.

صنایع گاز و سیلندرهای تحت فشار

در صنایع گاز، تست نشتی هلیوم برای بررسی سیلندرهای تحت فشار مانند سیلندرهای اکسیژن، هیدروژن، نیتروژن و گازهای فشرده ضروری است. این روش نشتی‌های احتمالی در شیرها، جوش‌ها و اتصالات را شناسایی می‌کند، که در پیشگیری از حوادث انفجاری بسیار موثر است.

این کاربرد در استانداردهای ایمنی مانند DOT (Department of Transportation) الزامی است. علاوه بر این، در خطوط لوله گاز طبیعی و پالایشگاه‌ها، روش استشمام با هلیوم برای تشخیص نشتی‌های زیرزمینی یا در اتصالات پیچیده استفاده می‌شود، که دقت بالایی در محیط‌های چالش‌برانگیز ارائه می‌دهد.

صنایع پزشکی و آزمایشگاهی

در بخش پزشکی، تشخیص نشت گاز با هلیوم برای تجهیزات مانند سیلندرهای گازهای تنفسی، دستگاه‌های اکسیژن‌ساز و ویال‌های دارویی حیاتی است. نشتی در این سیستم‌ها می‌تواند منجر به آلودگی یا کاهش کارایی شود، بنابراین تست هلیوم برای اطمینان از استریل بودن و حفظ فشار استفاده می‌شود. در آزمایشگاه‌ها، این روش برای تست اتاقک خلاء و تجهیزات تحلیلی مانند طیف‌سنج‌ها اعمال می‌شود، جایی که حتی نشتی‌های کوچک می‌تواند نتایج آزمایش را تحت تأثیر قرار دهد.

برای مثال در تولید واکسن‌ها یا داروهای تزریقی، تست هلیوم بر روی بسته‌بندی‌ها صورت می‌گیرد تا از ورود باکتری‌ها جلوگیری شود. این کاربرد با استانداردهای FDA همخوانی دارد و حساسیت آن تا در محدوده 10⁻¹² mbar·L/s  اجازه می‌دهد نشتی‌های میکروسکوپی شناسایی شوند.

صنایع هوافضا و الکترونیک

صنایع هوافضا از تست نشتی هلیوم برای بررسی مخازن سوخت موشک‌ها، سیستم‌های پیشرانش و کابین‌های هواپیما استفاده می‌کنند. در ناسا، این روش استاندارد برای تست مخازن سوخت و اجزای ماهواره است، زیرا هلیوم می‌تواند در شرایط خلأ فضایی نشتی‌ها را تشخیص دهد. در بخش الکترونیک، تست بر روی مدارهای مجتمع (ICs) و لامپ‌های خلأ انجام می‌شود تا از ورود رطوبت یا گازهای خارجی جلوگیری شود. برای مثال، در تولید نمایشگرهای دیودهای نورافشان آلی (OLED)، تست هلیوم نشتی‌های پوشش حفاظتی (encapsulation) را شناسایی می‌کند، که عمر محصول را افزایش می‌دهد.

صنایع نفت و گاز و خودروسازی

در صنایع نفت و گاز، نشت‌یابی صنعتی با هلیوم برای سکوهای دریایی، خطوط لوله و مخازن ذخیره‌سازی به کار گرفته می‌شود. این روش در محیط‌های خشن مانند سکوهای دریایی، جایی که ایمنی کارگران در اولویت است، نشتی گازهای سمی را شناسایی می‌کند. در صنعت خودروسازی نیز تست بر روی سیستم‌های سوخت‌رسانی، رادیاتورها و سیستم‌های تهویه مطبوع انجام می‌شود تا استانداردهای انتشار آلاینده‌ها رعایت گردد. به عنوان مثال، شرکت‌های خودروسازی مانند فورد از تست هلیوم برای بررسی بسته‌های باتری خودروهای الکتریکی استفاده می‌کنند تا از نشتی الکترولیت جلوگیری شود.

صنایع هسته‌ای و نیمه‌هادی

در صنعت انرژی هسته‌ای، تست هلیوم برای راکتورها و سیستم‌های خنک‌کننده ضروری است، زیرا نشتی می‌تواند منجر به انتشار مواد رادیواکتیو شود. استاندارد ایزو 4233 برای تست‌های داغ هلیوم در این بخش طراحی شده است. در صنایع نیمه‌هادی، تست نشتی هلیوم برای محفظه‌های خلأ و تجهیزات لیتوگرافی به کار گرفته می‌شود، جایی که حفظ خلأ مطلق برای تولید تراشه‌های پیشرفته حیاتی است. این کاربردها دقت فرآیندهای تولیدی را افزایش داده و هزینه‌های تعمیرات را کاهش می‌دهند.

جدول زیر خلاصه‌ای از کاربردها و مزایای کلیدی ارائه می‌دهد:

صنعت	کاربرد اصلی	مزیت کلیدی
گاز و سیلندرها	تست شیرها و جوش‌ها	جلوگیری از انفجار
پزشکی و آزمایشگاهی	تست آمپول‌ها و محفظه‌ها	حفظ استریل بودن
هوافضا و الکترونیک	تست مخازن سوخت و مدارهای مجتمع	عملکرد در شرایط خلأ
نفت و گاز	تست خطوط لوله و سکوهای دریایی	ایمنی در محیط‌های خشن
خودروسازی	تست سیستم‌های تهویه مطبوع و بسته‌های باتری	رعایت استانداردهای انتشار آلاینده‌ها
هسته‌ای و نیمه‌هادی	تست راکتورها و تجهیزات لیتوگرافی	دقت بالا در فرآیندهای حساس

این کاربردها نشان‌دهنده انعطاف‌پذیری تست نشتی هلیوم در بهبود ایمنی و کارایی صنعتی هستند.

مزایا و محدودیت‌های تست نشتی با هلیوم

تست نشتی هلیوم مزایای قابل توجهی دارد که آن را به روشی برتر در تشخیص نشت گاز تبدیل کرده، اما محدودیت‌هایی نیز وجود دارد که باید در نظر گرفته شوند. در ادامه، مزایا و محدودیت‌ها را با جزئیات بیشتر بررسی می‌کنیم، همراه با مثال‌های عملی:

مزایا

مزایای تست نشتی هلیوم عمدتا به دقت، ایمنی و کارایی مربوط می‌شود.

حساسیت بالا: هلیوم به دلیل جرم مولکولی کم و نفوذپذیری بسیار مناسب، قادر است نشتی‌های میکروسکوپی را شناسایی کند؛ نشتی‌هایی که روش‌های دیگر مانند آزمون حباب توانایی تشخیص آن‌ها را ندارند. این ویژگی در صنایع حساسی مانند هوافضا، جایی که حتی یک نشتی کوچک می‌تواند پیامدهای فاجعه‌باری داشته باشد، اهمیت حیاتی دارد.

غیرمخرب بودن: این تست بدون آسیب رساندن به تجهیزات انجام می‌شود و قابلیت ادغام در خط تولید را دارد، به همین دلیل زمان توقف فرآیند تولید به حداقل می‌رسد.

سرعت و دقت: فرآیند تست معمولاً در چند دقیقه تکمیل می‌شود و با استفاده از حسگرهای طیف‌سنج جرمی، نرخ خطای کاذب بسیار پایین است. همچنین به دلیل غلظت بسیار کم هلیوم در جو (۵٫۲۴ بخش در میلیون)، نویز پس‌زمینه به حداقل می‌رسد و دقت اندازه‌گیری افزایش می‌یابد.

ایمنی: هلیوم گازی غیرقابل اشتعال، غیرسمی و بی‌اثر است؛ بنابراین هیچ‌گونه خطر انفجار یا واکنش شیمیایی ایجاد نمی‌کند. علاوه بر این، امکان بازیافت هلیوم تا حدود ۹۵ درصد وجود دارد که به کاهش هزینه‌ها کمک می‌کند، به‌ویژه در سیستم‌های صنعتی بزرگ.

و درنهایت اینکه وجود روش‌های متنوع مانند آزمون خلأ و روش استنشاقی، امکان استفاده از این تست را در محیط‌ها و شرایط گوناگون فراهم می‌سازد.

محدودیت‌ها

با وجود همه مزایا، این روش محدودیت‌هایی دارد که می‌تواند چالش‌برانگیز باشد. برای مثال:

هزینه بالا: این گاز گران‌قیمت است (به دلیل کمبود جهانی) و تجهیزاتی مانند آشکارسازهای نشتی می‌توانند بین ۱۰ هزار تا ۱۰۰ هزار دلار هزینه داشته باشند. این مسئله در صنایع کوچک یا تست‌های کم‌حجم مشکل‌ساز است.

نیاز به تخصص:‌ اپراتورها باید آموزش دیده باشند و کالیبراسیون منظم تجهیزات الزامی است، که خود باعث افزایش زمان و هزینه می‌شود.

حساسیت به آلودگی: وجود آلاینده‌های خارجی مانند گرد و غبار یا روغن می‌تواند نتایج تست را مختل کند، بنابراین محیط آزمایش باید کاملاً تمیز باشد.

محدودیت‌های عملی: در محیط‌های باز یا بادخیز، روش استنشاقی کارایی کمتری دارد و در این شرایط نیاز به استفاده از محفظه‌های خلأ خواهد بود.

احتمال تخریب نمونه: در برخی موارد خاص، مانند تست‌های مربوط به بسته‌بندی‌های پزشکی، ممکن است نمونه پس از انجام آزمایش غیرقابل استفاده شود.

همچنین کمبود جهانی هلیوم به دلیل وابستگی به استخراج از گاز طبیعی می‌تواند زنجیره تأمین را مختل کند.

جدول زیر مقایسه‌ای از مزایا و محدودیت‌ها ارائه می‌دهد: 

مزایا	محدودیت‌ها
حساسیت بالا برای شناسایی نشتی‌های میکروسکوپی	هزینه بالای گاز هلیوم و تجهیزات
غیرمخرب و قابل ادغام در خط تولید	نیاز به اپراتور متخصص و کالیبراسیون منظم
سرعت و دقت زیاد در چند دقیقه	حساسیت به آلودگی محیط (گرد و غبار، روغن)
ایمنی بالا؛ غیرقابل اشتعال و غیرسمی	کارایی کمتر در محیط‌های باز و بادخیز
امکان بازیافت هلیوم تا ۹۵٪	کمبود جهانی هلیوم و اختلال در تأمین
انعطاف‌پذیری در روش‌ها (خلأ و استنشاقی)	احتمال تخریب نمونه در برخی تست‌ها

جمع‌بندی و نتیجه‌گیری

تست نشتی سیلندر با این گاز خنثی روش پیشرفته و مطمئن برای تشخیص نشت گاز و مایعات است که به‌عنوان یک روش فنی درخشان در عرصه نشت‌یابی صنعتی، یکپارچگی و ایمنی سیستم‌های تحت فشار، خلاء و محفظه‌های مهر و موم شده را تضمین می‌کند. استفاده از هلیوم، با توجه به اندازه اتمی بسیار کوچک، ماهیت بی‌اثر و غلظت پایین در اتمسفر، امکان دستیابی به حساسیت‌های بی‌نظیر را فراهم آورده است.ابزارهای تخصصی مانند طیف‌سنج جرمی هلیوم (MSLD) و روش‌های گوناگون مانند تست خلاء (اسپری) و تست محیطی (تجمعی)، مهندسان را قادر می‌سازد تا نرخ نشت را به صورت کمی و دقیق اندازه‌گیری و محل نشت را در قطعاتی که نیاز به بالاترین سطح آب‌بندی دارند شناسایی کنند. رعایت استانداردهای بین‌المللی مانند ISO و ASTM و همچنین پروتکل‌های ایمنی فشار، برای تضمین کیفیت و اعتبار نتایج در این فرآیند حیاتی است. در نهایت، با وجود چالش‌هایی مانند هزینه اولیه و پدیده پرمیشن، مزایای دقت و اطمینان در بلندمدت، تست نشتی هلیوم را به یک سرمایه‌گذاری ضروری در کنترل کیفیت برای هر صنعت حساس تبدیل کرده است.

سوالات متداول