Kunskap om Tätkrav och Metoder minskar våra problem med läckage.

 

"Vårt företag har sett det som sin uppgift att bredda förståelsen och fördjupa kunskaperna inom problematikområdet läckage. Vi har huvudsakligen rört oss inom bilindustrin men också sett att inom andra industigrenar är andelen av alla reklamationer av samma storleksordning. Siffror som 60 % är tämligen vanliga. Detta borde göra läckagefrågan högprioriterad."

 

Vad fick oss att starta verksamhet med inriktning på ett så speciellt ämnes­område?

Det började för ca femton år sedan med att jag ställde mig frågan "Finns det något beräkningsunder­lag för att få fram ett värde för ett gasflöde som korrele­rar mot vätsketätt?"

Anledningen var att jag ansåg att specifikationer som "tätt" - "inget synligt läckage" - "tätprovas" - "inget tryckfall vid provning med luft" - osv inte kunde betraktas som seriösa. Till och med uttrycket "absolut tätt" förekommer på tekniska underlag. Anledningen för att sätta ett krav bör vara att det skall kunna mätas för att på detta sätt ge möjlighet att styra vår kvalitét.

Jag sökte information inom litteraturen men fann ganska snart att det inte fanns något skrivet inom området. Det fanns mycket information angående både gas- och vätskeflöden men jag fann ingenstans beskrivet om "översättnin­gar" mellan gasflöden och vätskeflöden då vätskeflödet närmade sig noll dvs. när det i populär mening är "tätt". Därför började jag själv undersöka om det fanns någon möjlighet att finna ett beräkningsunderlag. Jag anser att det finns ett behov av att ha deferentie­rade tätkravsspecifikationer. Vi kan enkelt övertyga oss om att olika vätskor läcker olika mycket genom ett givet hål och därför blir också olika hålstorlekar täta för olika vätskor. Detta observerar vi för tex olja och bensin. Vi observerar också skillnader i läckage mellan olika temperaturer på vätskan.

 

Vad har undersökningarna lett fram till?

Vi kan idag presentera ett beräk­nings­underlag där vi beaktar olika paramet­rar av betydelse för tätkravet. I dessa parametrar ingår vätskans viskositets­konstant och temperatur, materialet genom vilken vätskan inte kan tillåtas läcka, vätskans tryck, materialtjock­lek, testgasen (vanligen luft), testgasens tryck, influens av vibra­tion samt också varje enskilt företags uppfatt­ning och bedömning av begreppet Fitness for use. Det är faktiskt så att vi inte kan tala om ett absolut mått på vad vi menar med "tätt" utan olika bedömningar kan komma ifråga för olika företag. Därför kan man i dag se olika krav för samma produkt hos  underleve­ratörer som levererar till olika bilföretag.

 

När beräkningsunderlaget nu är tillgängligt kan man då använda sig av detta inom alla industrigrenar för att på detta sätt förbättra kvalitén på ett enkelt sätt?

Industrigrenens inriktning har ingen betydelse i sammanhanget däremot så måste vi konstatera att enbart ett korrekt krav inte hjälper långt. Emellertid har ett tätkrav givit oss möjlighet att mäta och därigenom kan vi börja med att skaffa oss mätinstru­ment med vars hjälp vi kan skilja godkända från underkända detaljer. Något enkelt sätt att förbättra kvalitén känner jag inte till, förmodligen därför att det inte finns någon enkel väg.

 

Du talar om mätinstrument. Då antar jag att det finns ett stort urval och att leverantörerna kan ge kunden den lösning han behöver.

Så långt att det finns ett flertal instrument med olika både metoder och med olika noggrannhet och upplösning har du nog helt rätt. Däremot är det nog inte så lätt för leverantören att ge kunden den rätta lösningen. Ingen leverantör har alla metoderna i sitt sortiment och därför har han av förståliga skäl svårt att vara helt objektiv. Detta kan naturligtvis leda till att kunden inte får den metod eller lösning som är den bästa i varje enskilt fall. Enda sättet att råda bot för detta dilemma är att kunden skaffar sig så mycket kunskap att han själv kan avgöra vilken metod eller vilken typ av instrument han skall använda. En annan vanlig situation är att det inte finns någon metod som är helt utprovad för applika­tionen, även om samtliga ingående delar var för sig tidigare är kända. Nu är det ytterst svårt för leveran­tören att utan kundens medver­kan lösa hela problem­ställ­ningen och här har kundens kunskapsnivå en avgörande betydelse. Om leveran­tören arbetar på agenturbasis tillkommer hans kommuni­kations­svårig­heter med sin huvudman vilken oftast är den som kommer att utveckla lösningen. Återigen kommer kunskaps­nivån hos slutanvän­daren att bli avgörande för resultatet och här har jag funnit att min utbildningen kan hjälpa till för att förbättra och förenkla utvärder­ingen och leda fram till lämpliga lösningar.

 

Den utbildning du bedriver, mot vilka industrigrenar presenteras den?

I första hand har jag arbetat med bilindustrin där man tidigt uppmärk­sam­made problemställningen. De tillverkar var för sig ett stort antal produkter och i varje bilmodell ingår ett stort antal komponenter. I en bil finns, från den enkla till den mer kompli­cerade, mellan 400 och 800 detaljer som har någon form av tätkrav. Det är detaljer vi alla känner till som motorblock, topplock, förgas­are, oljefilter, bränsletankar, kylare, värmare, bromscylindrar, bromsrör, servopumpar, batterier, spolarvätskebe­hållare osv, men också komponenter som lyktor, takluckor, påfyllningslock, fälgar osv.                                                                                          

Det är också en bransch där man måste beakta både kosmetiska läckage som säkerhetsläckage. Man har så väl läckage­problematiken som diffusions­problema­tiken att ta hänsyn till. Dessutom har man i sin analys funnit att läckage är ett stort problem, kanske det största individuella problemet. Det är hos de flesta bilfabrikan­ter vanligt att läckage svarar för mellan 50% till 70% av alla reklamationer. Därför har det blivit naturligt för oss att ha ett utbyte i dessa kvalitétsfrågor.

 

Inom vilka bilkoncerner har du drivit utbildning?

Jag tycker nog att du frågar i fel tempus. Utbildning i kva­litétssamman­hang blir aldrig färdig. Det är ett axiom att kvalitét börjar och slutar med utbildning i ett ständigt krets­lopp. Om man inte klart inser behovet av utbildning när man rör sig i sfären kring kvalitét och kvalitétsför­bättring blir det vare sig det ena eller det andra. Bilindustrin är förmodligen ledande i detta tänkesätt då man lärt av den japanska konkurren­sen.

 

Min utbildning förutom den svenska hemma­marknaden med Scania och Volvo sker hos Rover och Jaguar i England och hos Chrysler i USA, tillsammans med sina underleverantörer.

 

Det är min målsättning att införa korrekta specifikationer för tätkrav på samtliga ingående komponenter där ett behov av krav föreligger. Jag vill att tätkravsspecifikationen skall bli lika naturlig att sätta som vilket annat kvalitetskrav som helst tex rakhet, rundhet, ytfinhet osv. Jag tycker att det vore naturligt att tätkravsspecifikationen har sin hemvist i det allmänna kvalitétsbegreppet.

 

Om du ägnar dig så mycket åt bilindust­rin finns det då plats för övrig industri?

Jag har full sysselsättning men då det handlar om samma kunskaps­område tycker jag inte att jag hamnar i någon konfliktsitution. Det har inte varit min mening eller inriktning att bli medlem i bilfamiljen, det har bara blivit så. Den enda industri som tillkommit som samlat begrepp är försvarsindustrin. Här har man samma frågeställningar som bilindustrin. Man tillåter inte vätska att läcka ut eller in (tändrör eller bilkylare), man tillåter inte gas att läcka ut eller in (sikten för vapen eller klimat­anläggnin­gar). Inom försvarsindustrin tillkom­mer emellertid en frågeställning. Produkterna skall lagras under lång tid och emballaget skall då säker­ställa att produkten har utlovad kvalitét efter lagringsti­den. Här rör det sig om både en läckage­risk, som kan beräknas och bedömas på samma sätt som görs för bilindustrins läckage, samt en diffusion (diffusions­problema­tiken finns inom bilindustrin men då enbart inom klimatanläggningar och bränsletankar av plast). Läckage och diffusion måste behandlas var för sig då det är olika fysikaliska storheter som styr. Den sammanlagda effekten av de båda blir senare det som bestämmer både diffusionskravet och tätkravsspe­cifikationen. Samtliga industrigrenar har full användning av de grundläggande kunskaperna som rör bestämmandet av tätkravsspeci­fika­tionen och teknologin bakom metodval.

 

Men är det inte stor skillnad mellan olika industringrenar vad gäller takttider och möjlighet att prova ?

Naturligtvis är det stora skillnader, men jag upplever den faktiska skillna­den mellan olika produkter som oändligt mycket större än skillna­den mellan olika filosofiska inrikt­nin­gar i kvalitétsarbetet, sättet att beräkna tätkrav eller provningsmeto­diken.

Vad gäller sättet att bedriva kvali­tét­sarbete så hittar man namn som Crosby, Juran, Deming eller Ichikawa och Tagushi inom all annan industri. Det är samma metodik hos biltillver­kare, hotel, banker, ammunitionstill­verkare, flygbolag osv. Därför är det för mig naturligt att inse och förstå att ingen indu­stri utgör något undantag. Om man har stickprovs­kontroll eller allkontroll finns alltid en fråga om säkerhetsaspekter i bakgrun­den. Kan man säkerställa denna aspekt på annat sätt kan man mycket väl ha stickprov. Tillvägagångssättet för stickprovskon­troll finns väl beskrivna i kvalitétshandböcker och troligen kan en provtagningsplan som MIL-STD-105 D användas med fördel. Ett flertal andra provtag­ningsplaner finns och principerna finns också utförligt beskrivna i kvali­tétshand­böcker. Man bör kanske tillägga att då man bestämmer ett så kallat AQL-värde (All Quality Level) så är detta en förplik­telse ifrån början att man skall producera felaktiga produkter. Detta leder normalt inte till någon kvalitétsförbätt­ring utan ett bevarande av status quo. Här tillåter man att produktionsappa­raten sätter standarden. Detta påstående är för många en svårig­het att acceptera, men inte mindre sann. Blir man tvingad till accept kan trots allt provtag­ningsplanen ge värde­full hjälp.

 

Kontroll tillgriper man för att säkerställa att kunden får en vara eller tjänst som överensstämmer med hans eller hennes förväntningar. Därför är det naturligtvis viktigt att kraven är satta så att det ges fullgoda förutsättningar att producera denna vara. Trots att detta görs förekommer det att kunden inte är nöjd. Kan du ge någon synpunkt på detta?

Detta är en av hörnstenarna i kvali­tétsresonemanget. Kundens förväntnin­gar skall ge oss kravet. Det är därför viktigt att kravet kan sättas så korrekt som möjligt. Därefter är det av samma vikt att man kan kontrollera kravets efterlevnad. Det är då också nödvändigt att all kontrollutrustning kan kalibreras och kontrol­leras, givetvis måste det också göras. Detta kan tyckas onödigt att påpeka men det är alltför vanligt att i synnerhet tätkon­trollanläggningar inte kalibre­ras och kontrolleras. Det förekom­mer till och med kontrollanläggningar som saknar denna möjlighet. Om man nu har ett felaktigt satt krav, en felaktig provmetod eller ett felaktigt kalibre­rat instrument så kan detta leda till att kunden får en vara som inte överensstämmer med förväntningar­na. Grunden för kontrollen är kravet. Det är därför nödvändigt att man mäter i överensstämmelse med kravet. Hur är det annars möjligt att veta när det går åt skogen? Vad gäller tätkontroll är det ofta förekommande att krav och metod skiljer sig åt.

Fel tillkommer av två skäl: brist på kunskap eller brist på uppmärksamhet. Brist på kunskap kan mätas och åtgärdas med kända och beprövade medel. Brist på uppmärksam­het är ett sinnestill­stånd och här är det fråga om en attitydför­ändring hos individen själv.

 

Det du säger är ju allmängiltigt kvalitétsresonemang. Finns det för lite kunskap i kvalitétsfrågor inom indust­rin?

Självfallet finns det kunskap inom området kvalitét. Frågan är snarare om inte kunskapen kan bli bättre eller framför allt om attityden hos männi­skorna kan förändras. Vad gäller tätkontroll och tätkravsspecifikatio­ner upplever jag det som om dessa frågor hamnar utanför kvalitétsresone­manget och här finner jag nog att kunskaps­nivån har en del brister. Den går ju alltid att för­bättra, så det finns ingen anledning att misströsta. Det startas inom allt fler företag kvalitétsför­bättringsprogram och där skulle det vara glädjande om fler valde "mitt" ämnesområde. Läckage är den enskilt största rubriken för alla reklamationer och kvalitéts­kostnaden för denna är enorm. Det vore tillfreds­ställande om tex Phil Crosby's bok "Quality is free" dammades av och användes inom kvalitétsförbätt­ringspro­jekten. Börja med analysen "the quality management maturity grid" och fortsätta med de kända "fjorton stegen".

 

Det är således din ambition att väcka kvalitétsavdelningarna runt om i industrin för ämnet tätkrav och tätkontrollmetoder?

Kvalité och kvalitéts­förbättringar startar inte på någon kva­litétsavdel­ning, utan hos individer. Kvalitétsför­bättring har inga chanser att lyckas om inte individen inser och förstår att den är nödvändig. Det är därför mer intressant att nå grupper utanför detta område. Konstruktionsavdelningen där kravet sätts, inköp där upphandlingen sker, arbetsledning där styrningen utgår, osv men främst ledningen som är ansvarig för den totala kvalitén. Utan ledningens medverkan och förståelse kommer ingen förbättring att äga rum. Den felfria produkten blir till då den är planerad, den dåliga kommer till av sig själv.

 

Är våra produkter täta ?

Om man inte har några krav vet man då när det går snett?

 

Läckage är troligen den största enskilda felorsaken i industrin. Vi har krav att våra produkter skall vara täta. Täthet är emellertid ett relativt begrepp. Vi måste därför klart specifi­cera vad vi avser med "tätt". För att kunna utföra en meningsfull kontroll måste vi ha ett krav att mäta emot. För att kunna beräkna och fastställa en tätkravs­specifikation utgår vi ifrån några olika förekommande varianter av läckagemöjligheter.

Vi börjar med att studera de läckage­risker som föreligger med gasläckage. Vi kan kanske inte tillåta att gas läcker in eller ut ur produkten. Exempel på en sådan produkt kan vara, en ölburk eller en klimatanläggning. I ölburken kan ett gasläckage ge upphov till att ölet är avslaget redan innan burken öppnas. I klimatanläggningen förorsakar ett gasläckage en försämrad funktion. I bägge fallen är det enkelt att faställa kravet, då vi kan beräkna den maximalt tillåtna gasför­lusten per tidsenhet, som kan anses vara skälig för att produkten inte skall förlora sin smak respektive mista sitt prestanda. I bägge nämnda exempel har vi en trycksatt produkt och läckageriktningen blir därför innifrån och ut. Om produkten är vakuumsatt kan läckage­riktningen endast vara utifrån och in. Samma beräkningsgrunder gäller även i detta fall. Sammanfattningsvis gäller att specifi­kationer för gas­läckage kan fastställas utan svårigh­et.

 

I många fall kan man vid kontroll av tätheten använda den gas som är innesluten i produkten eller trycksätta med samma gas vid kontrolltillfället. I andra fall måste man av provningstekniska skäl använda en annan gas. I detta fall måste en omräkning göras. I kontrollsammanhang används termerna "primärmedia" och "sekundärmedia" där primärmedia är den gas eller vätska som är utgångspunkten för produktens tätkravsberäkning. Sekundärmedia är den gas eller vätska som anges som produktens tätkrav. Omräkning från en gas till en annan gas är enbart beroende på gasernas respektive viskocitetskonstant.

Tät­kravsspecifikation kan uttryc­kas som ett maximalt tillåtet flöde, vid ett givet tryck, vid given temperatur och med given gas. Flöde uttrycks alltid som tryck*volym/tidsen­het. Användbara storheter kan vara mBar*l/s, atm*cm3/s, std*cc/s, torr*l/s eller Pa*m3/s beroende på vilken storhet man väljer att använda för tryck.
(1 Pa*m3/s = 1 Watt)

Noteras måste att det inte är möjligt att hävda att "ingen" gas tillåts läcka. Det finns tekniska möjligheter att mäta gasläckage ned till storleks­ordningen 1*10-13 mBar*l/s detta i sin tur motsvarar ett läckage av 1 cm3 fri gas under en tidsrymd av 300 000 år. Med "inget" gasläckage avses i så fall ett värde bättre än detta, men absolut täthet kan ändå inte garanteras.    

 

När vi försöker att specificera kravet för vätsketätt blir övningen lite mer komplicerad. Det visar sig att olika människor och olika företag inte har samma uppfattning om vad som avses med vätske­tätt. Det går inte att fast­ställa något absolut mått. Låt oss antaga att vi har en hydraulcylinder vars tätning mot kolvstången skall vara "tät". Vad som här anses vara tätt kan variera beroende på vem som tillfrå­gas. Kolvstången måste ha sin smörjning annars kommer den att skära. Detta måste betraktas som ett oljeläckage och kan vara den nedre gränsen i uppfattning. Någon vill hävda att hydraulcylin­dern inte får sjunka från sitt utskjutna läge för att förhindra att skada kan åsamkas. Här kan oljeläckaget beräknas som den volym­förlust som kan accepteras för att sjunkningen inte över­skrider det acceptabla. Någon vill hävda att ett oljeläckage ser illa ut då dammpartik­lar kan samlas i den utläckta oljan eller att utläckt olja är skadlig för miljön. I de relaterade fallen har vi ett stort omfång av uppfattningar. Vi har miljöaspekter, säkerhets­risker, funktionskrav och kosmetiska krav. Något av dessa krav kommer att bli det som kommer att diktera det slutliga tätkravet. Liknande resonemang kan föras för de flesta produkter.

 

Låt oss studera ett antal givna hål av olika storlek klassificerade som gasflöde vid ett givet tryck. Vid trycksättning av dessa hål med en valfri vätska med samma tryck kommer vi att finna att vi har ett antal flöden av fallande storlek från det största till det minsta hålet. I några av hålet får vi inget flöde alls. Någonstans i skalan har vi en hålstorlek som är kritisk för den använda vätskan och för det givna trycket. Ökar vi trycket kommer vi att förflytta oss nedåt på hålskalan och ytterligare något hål kommer att börja läcka.

Genom hålet försöker vi nu att pressa igenom den givna vätskan och studerar botten av hålet samtidigt som vätsketrycket ökas mycket långsamt. Då vi kan se att vätskan håller på att tränga in i hålet noterar vi trycket. Då trycket ytterligare höjs börjar vätskan att transporteras ett litet stycke upp i hålet och avstannar. Ytterligare en liten tryckhöjning flyttar vätskan ytterligare en bit osv. Då vätskan nått ända upp till kanten av hålet noterar vi trycket. Det tryck vi letar efter är det tryck som inte förmår att pressa ut vätskan helt genom hålet. Tiden för tryckhållningen vi använder för vårt prov skall vara ca ett dygn. Provet upprepas med ett antal olika hålstorlekar och resultatet kan presenteras i kurvform. De två kurvor som presenteras beskri­ver två gränser för vad som kan betraktas som "vätsketätt". Proven kan sedan upprepas med ett flertal olika vätskor, vid ett antal olika tempera­turer, i ett antal olika material, med och utan vibration av olika amplitud och frekvens osv.

 

På detta sätt har det varit möjligt att få fram ett beräk­ningsunderlag som kan användas för tätkravs­beräkningar. De två kurvorna kan relateras till olika företags uppfattning av det i kvalitétssammanhang använda engelska begreppet "Fitness for use".

 

Beräkningsunderlaget beaktar ett antal skilda parametrar som: vätskans dynamiska viskositet, dess ytspänning och temperatur, vätskans tryck, materialet genom vilken vätskan kan misstänkas läcka, materialtjocklek, materialets vibration, testgasens viskosi­tet vid olika temperaturer, gastrycket samt det enskida företagets uppfattning av "Fitness for use". Beräkningsunderlaget gör det möjligt att fastställa ett korrekt tätkrav, för de fall man har utgångspunkten att en vätska inte kan tillåtas att tränga ut eller in i en produkt.

 

Vad som beskrivits om gasläckage och vätsketätt gäller läckage styrda av absoluttrycket och där flödeskaraktäri­stiken är laminär eller turbulent. Dessa typer av läckage måste behandlas skilt från vad vi benämner gasdiffusion. Diffusionen styrs av partial­trycket och flödeskaraktäri­stiken är moleky­lär. Det är alltså fullt möjligt att ha en diffusion från ett lägre till ett högre absoluttryck. Dock gäller att diffusio­nen för gasen i fråga alltid går från ett högre till ett lägre partialtryck. Diffu­sionen fastställs på sedvanligt känt sätt och gäller nästan uteslutande materialval. Efter utvärdering kan man sedan välja det material som erfordras. Fast­ställandet av diffusionskravet får inte inverka på tätkravet. Dessa båda krav är helt oberoende av varandra och kan dessutom inte i produktionen mätas eller kontrolleras samtidigt.

 

Efter ett ingående studium av riskerna för läckage och bedömandet av det mest kritiska delmomentet kan tätkravs­speci­fikationen fastställas. Det fast­ställda kravet kommer senare att behandlas som en ingående parameter vid framtagandet av den för applika­tio­nen bästa kon­trollmetoden. Kravet får under inga som helst omständighe­ter manipuleras för att passa för de metoder man väljer för sin kontroll. Kravet är det mått man har bedömt och fastställt med hänsyn tagande till enbart de ingående kvalitéts­kra­ven. Till detta skall slutligen nämnas att om vi ämnar att försöka följa inten­tionerna som stipuleras i ISO-9000 standard och inte enbart låta denna ambition vara en läpparnas bekännelse så finns ett antal punkter i nämnda standard som ställer krav. Om man följer ISO-9000 standard och beskriven teknik för tätkravsberäkning ökar möjlig­heterna att på ett meningsfullt sätt genomföra en planerad kvalitétskon­troll. Det korrekta kravet är förutsättningen för en effektiv kontroll på samma sätt som den gamla seglartermen säger:

 

Om du inte vet vart du skall spelar det ingen roll var ifrån det blåser.

 

Det finns en metod för varje typ av tätkrav.

 

När det beräknade och fastställda tätkravet för en produkt finns till­gängligt kan vi börja med utredandet av vilken mätmetod som skall användas. Vi måste inledningsvis definiera vad som avses med begreppet "tätkontroll". Vid tätkontroll vill man fastställa huruvida produkten uppfyller det ställda tätkravet. Vi måste därför få svar på frågan "Hur mycket läcker det?" - "Läcker det mer eller mindre än vår acceptansnivå dvs tätkravet?" Det ligger helt i linje med påståendet att allting läcker och att det enbart är en fråga om "Hur mycket?"

 

Låt oss också inledningsvis beröra en metod som används frekvent inom industrin. Den första handlar om metodiken att en trycksatt produkt nedsänks i ett vattenbad och en okulär besiktning av eventuella luftbubb­lor  fäller avgörandet huruvida produkten kan anses vara tät eller inte, bubbelmetoden. Bubbelmetoden är ingen tätkontroll­metod. Det är en läcksökn­ingsme­tod och svarar snarare på frågan; "Var läcker det?". Bris­terna i metoden är att den inte ger något mått på läckaget mer än ett visst antal bubblor per tidsenhet, utan att storleken av bubb­lorna finns angiven. Oftast påstår man att ingen bubbla får komma under en tidsrymd av säg 10 sekunder. Med detta avses således att vi tillåter en bubbla på 11 sekunder. Vi låter med en metod som denna enbart metodens känslighet sätta kravet och detta står klart i strid med ISO-9000 där helt klart uttrycks starkare normer för kravangivelsen. En annan synpunkt är att trycket får en klart domine­rande roll för upplösningen av mätnoggrannhe­ten. Vid nedsänkning i vatten kommer först eventuella hål att fyllas med vatten då kapilärkraf­ten verkar. För att pressa ut vattenpe­laren ur hålet erfordras en ganska ansenlig kraft varefter luften bildar bubblorna. Detta innebär att tidsin­tervallet från provets början fram till den första bubblans uppkomst rimligen saknar intresse. Däremot är inter­vallet mellan bubblorna av mycket större intres­se. Bub­belme­todens förträfflig­het ligger enbart inom rubriken "läcksök­ning" medan den för tätkon­troll måste anses som tämligen omöjlig.

 

METODER FÖR TÄTKONTROLL.

Metoder för tätkontroll kan indelas i två huvudgrupper. Spårgas­mätande och tryckmätande. De spårgasmä­tande metoderna i sin tur kan delas in i två undergrupper. Mätning i vacuum och mätning i atmosfärstryck. De tryckmä­tande metodernas undergrupper är mätning enligt referensmätningsprin­cipen och mätning enligt absolut­trycksprincipen. Varje metod har sina fördelar och nackdelar. De har olika upplösning och mätnog­grannhet. De är olika lämpliga för olika typer av applikationer.

Det är många likheter mellan att val av tätkontrollmetod och val av ett par skor. Människor har olika stora fötter och olika behov. Därför finns på marknaden skor av olika storlekar, olika design, skor för innebruk, för utebruk, för dans, för promenader, skor för vinterbruk, skor för sommar­bruk. Det finns skor för specialbruk som motion, bergsklättring, skidåkning osv. Det borde vara lika naturligt att bemöda sig att väja rätt tätkon­troll­metod som att välja rätt skotyp. För att välja metod måste vi först ha inblick i varje metods möjlighet och begränsning. Att utgå ifrån leveran­törens broschyrer är i de allra flesta fall inte till­räckligt. Det finns alltför många broschyrer med felaktiga och i bland rent lögnaktiga prestanda­uppgifter. Det finns uppgifter om takttider på ca en till två sekunder, som senare visar sig vara mättiden. Mättiden är enbart en del av takt­ti­den. Takttider gives utan att uppgift om upplösningen är omnämnd. Det finns uttryck som "minsta läckage" kan upptäckas utan att någon uppgift ges om den begrepps­apparat som leveran­tören har. Det finns påstå­enden om att metoden ersätter bubbel­tekniken utan att vare sig tätkravet eller den nämnda läcksöknings­metodens detekterbarhet sätts i relation med det beskrivna instrumentet prestanda. I kvalitéts­världen är det inte möjligt att leva med så svävande och i bland helt felaktiga förutsättningar som ges på ett flertal av marknadens broschyr­er. Kunskapen om den enskilda metoden måste ökas hos slutbrukaren för att kunna höja den tekniska nivån på dialogen med leverantörerna av tätkon­trollanlägg­ningar.

 

SPÅRGASMÄTANDE METODER MÄTNING I VACUUM.

Spårgasmätande metoden med mätning i vacuum kan vara gällande för praktiskt taget varje gastyp. I praktiskt bruk förekommer enbart en gas, helium. Instrumenttypen är alltid en masspek­trometer. Masspek­trometerns funktion är beroende av ett lågt tryck för att fungera. Inne i masspektrometerhuvudet är trycket i storleksord­ningen 5*10-5 mBar. Det åstadkomms genom användande av en förvacuumpump i kombination med en diffusionspump eller en turbopump.

 

I mätkammaren som innesluter den produkt som skall provas är trycket högre än i masspektrometerhuvu­det, dock fortfarande vakuum. Trycket kan vara högre på grund av den led­ningsförmågan (=konduktansen) i förbindelseledningen mellan mätkammare och masspektrometern. Upplösningen för instrumentet uttrycks alltid vid det optimala tryckför­hållan­det. Detta förhållande uppnås då trycket i mätkammaren överensstäm­mer med den i masspek­trometern inbyggda förvakuumpum­pens lägsta pumpnivå. Vid ett tryck av 1*10-2 mBar upphör pumpens pumpförmåga. Om trycket i mätkammaren nu är lika med pumpens kan minsta detekterbara flöde bestämmas. För masspektrometrar som arbetar med flytande kväve ligger detta värde på ca 1*10-12 mBar*l/s och  för de masspek­tro­metrar som arbetar utan flytande kväve på ca 1*10-10 mBar*l/s.

Om trycket i mätkammaren höjs så kommer upplösningen att sjunka proportionellt med trycket. Så kommer upplösningen för en masspektrometer arbetande utan flytande kväve att vara ca 1*10-5 mBar*l/s vid atmos­färstryck. Upplösningen för masspektro­meterhu­vudet ändras emeller­tid inte. Förklaringen till detta ligger enbart i förvakuumpum­pens pumptryck.

 

RIKTIG KALIBRERING ÄR NÖDVÄNDIG.

Kalibre­ringsmetodiken är därför oerhört viktig. En placering av kalibrerings­läckan måste ske i anslutning till mätkammaren. Om den placeras på något annat ställe, där trycket inte överen­stämmer med mätkam­marens, kan detta i extremfall leda till att ett fel av upp till 100 000 gånger uppkommer. Den på instru­mentet monterade anslutnings­porten för kalibreringsläckan sitter alltid i nära anslutning till förvakcuumpumpen och masspek­trometerhuvudet och således i ett område där trycket skiljer sig från mätkamma­rens. Denna an­slutnings­port är i huvudsak avsedd för inställ­ning av instru­mentet. I produktions­apparaten är vi betydligt mer intress­erade av att hela anläggni­ngen är kalibrerad något som också uppmärk­sam­mats i standarden ISO-9000. Vid mätning enligt vakuumprincipen är alltid mättiden lika lång oavsett tätkravet. Däremot förändras taktti­den på grund av vakuumpumpningstiden ned till det mättryck som erfordras för att kunna detektera det satta kravet. Den egentliga mättiden är i storleks­ord­ningen en till tre sekunder. Det mått som presenteras på instrumentet vid denna metod är det kontinuerliga läckflödet.

 

MÄTNING I ATMOSFÄRSTRYCK.

Vid mätning av den accumulerande koncentrationen av spårgas används metodiken mätning med atmos­färstryck i mätkammaren. Här finns ett stort antal olika mätintrumentsprinciper tillgäng­liga. De vanligaste är masspektrometern (=samma som i föregående princip men genom att utnyttja ledningskonduktan­sen kan instru­mentet användas även i atmosfärstryck. Dock blir upplösningen försämrad med ca 100 000 gånger helt i enlighet med teorin) och spårgasen är helium. Det finns varmtrådsinstrument i huvudsak avsedd för freoner. EC-instrument (=Electron Capturing) använda för t.ex SF6, samma typ av instrument används som brandvarnare. IR-instrument (=Infra Red) används ganska frekvent för detekte­ring av t.ex CO2. Förutsätt­ningen för en bra mätning är att bakgrunden är ren. Detta innebär att vi måste försöka elimenera spill av vår spårgas genom god ventilation.

 

GASINBLANDNING.

För att kunna använda spårgasmetoder måste produkten vara fylld med den spårgas vi detekterar till en gi­ven och kontrollerbar koncentration. Detta kan ske antingen genom att produkten naturligt innehåller spår­gasen eller genom att introducera den vid förpacknings­tillfället. Koncentrationen av gasen måste hållas mycket väl kontrollerad då ett fel i koncentrationen omedelb­art ger ett fel i mätresultatet. Problemet ökar med minskad gaskon­cent­ration. Vid inblandningar ned mot en eller två procent blir mätningarna hasardbe­tonade.

Vid mätning enligt vakuumprincipen måste ytterligare en förutsätt­ning vara att produkten tål en tryckskillnad av ett Bar, relativt sett. Mätkammaren kan alltid ge förpackningen ett "back up" stöd, men vi måste alltid säker­ställa att vi inte förstör produkten. Om produkten inte tål en så stort tryckskillnad kan vi använda me­toden mätning i atmosfärstryck. Om produkten då inte är fylld med ett övertryck kan vi vakuumsätta utsidan av produkten, för att på detta sätt skapa en tryckskillnad mellan ut- och insidan. Detta sker enklast med en luftcylinder som också får tjäna som en del av vår mätkammare. Vi drar först ut cylin­dern och låter gasen under given tid passera ut genom de eventu­ella läckorna. Därefter skjuts kolven tillbaks och detektorn kan mäta koncentrationsök­ningen.

 

TRYCKMÄTANDE METODER.

För de tryckmätande metoderna gäller att absoluttryckmätning är den enklaste formen. Mätdonen är i regel tryckvakter eller manometrar. Provningsförloppet är enkelt och går i princip ut på att registrera en tryckför­ändring från provets början till dess slut. Den tryckförändring som registreras blir ett mått på eventuellt läckage. Här måste emellertid konstateras att en tryckförändring kan uppstå inte enbart genom ett läckage utan i lika stor grad genom en volymförändring hos produkten eller hos verktyget som används vid prov­ningen. En annan faktor som är stort begränsande för mätnoggrannheten är den temperaturför­ändring som uppstår vid expansion eller kompression av testgasen. Man måste vid all tryckmät­ning försöka att eliminera de störande faktorerna så att enbart läckage ger signal. Till detta kommer begräns­ningarna för mätdonen. Vi kan aldrig påräkna bättre upplösning än 0,1% av mätdonets totala tryck. Detta beroende på eftersläpning i instrumentet (=hysteresen)  och den minimalt erforderliga volymenförändringen  (=deplacementsvolymen) i mätdonet.

 

FLÖDESMÄTARE.

För att nå bättre upplösning kan flödesmätare av typen "dynamic flow­meter" användas. Inte heller här kan man sluta sig till att flödet härrör från enbart läckage utan såväl volym­förändringen som temperaturkänslig­heten är kvar.

 

REFERENSMÄTNING.

För att kunna bemästra dessa störningar brukar man använda sig av referensmätningsprincipen. Dess mätförlopp går i korthet ut på att en referensvolym trycksä­tts på samma sätt som provob­jektet. Efter en stabili­seringspe­riod börjar så mätningen genom att en differential­mätvakt placeras mellan provob­jektet och referens­volymen. Genom detta förfarande kan man till stora delar elimi­nera inverkan från såväl volymför­änd­ringen som temperaturföränd­ringen. Att påstå att de är helt eliminerade måste betraktas som lögn, eller i alla fall vårdslöst hanterande av san­ningen. Upplösningen blir nu drama­tiskt mycket bättre och vi kan mäta tryckföränd­ringar ned till 1 Pascal. Det finns även en del instru­ment där man även vid referens­mät­ningsprincipen använder sig av "dynamic flowmeter". Upplös­ningen för denna instrumenttyp är i stort sett li­ka som för mätvakts­typen. De beskrivna mätprin­ciperna kan användas både i vacuum som i över­tryck. De kan användas både i mät­kammare och vid direkt trycksätt­ning av provobjektet.

 

 UTBILDNING.

Inom ett teknikområde med stort utbud av olika mätprinciper och med flera leverantörer erfordras att slut­användaren har stor kunskap om de förekommande metodernas fördelar och nackdelar. Kunskapen hos slutanvändaren är nödvändig för att säkerställa att en fullgod kvalitétsnivå uppnås.

Inom ämnesområdena för fast­ställandet av ett korrekt tätkrav samt teknologin bakom mätmeto­diken för läckage driver Triton AB utbildning för konstruktörer, kvalitétsingenjörer och produktionsingenjörer.

 

Val av mätmetod kräver kunskap.

Vid val av lämplig utrustning är naturligtvis metodens upplös­ning,dvs den minsta detekterbara läckan, av betydelse. Att enbart beakta upplösningen kommer emellertid inte att lösa hela problemställningen. Förusättningarna bestämms i första hand av provobjektet. Om provobjektet är elastiskt kommer svårigheter med verktygsarran­gemanget i den kontrollfixtur som erfordras att bli stora. Valet av någon tryckmätande ut­rustning kommer också att försvåras, då man i denna typ av utrustning förutom läckage mäter även volym­förändring.  

 

Att enbart välja mätmetod med utgångs­punkt från metodernas respektive upplösning är alldeles för enkelt. Här kommer en mängd övriga aspekter upp till bedömning. Produktens känslighet för volymförändring måste noggrannt undersökas och om inte en fixturlös­ning med synnerligen god uppbackning av produkten kan göras talar mycket i riktning mot spårgasmätning.

 

FIXTURARRANGEMANG.

Vid konstruktion av en fixtur är det väsentligt att man beaktar behovet av ett lämpligt uppbackningsstöd för produkten. Avtät­ningsmaterialet måste ha ett riktigt beräknat metalliskt stopp som förhindrar att avtätnings­materialet ger upphov till oönskad volymförändring i samband med tryckmätning. Det är vid spårgas­mä­tande metoder viktigt att samma utformning arrangeras men nu mer av det faktum att polymermaterial absorberar spårgas som kan påverka nästa provningscykel. Att alla mått på det metalliska stoppet samt tjockleken och hårdheten på avtätningsmaterialet är beräknade med utgångspunkt från provobjektets profildjup i avtätningsytan är av stor vikt. Om inte en korrekt beräkning görs kommer detta att kunna på­verka mätresultatet i negativ riktning.

 

UTBILDNING.

I samband med val av metod bör också beaktas behov av utbildning av såväl operatö­rer som kvalitétsper­sonal och under­hållsbehovet för de olika metoderna är av olika storhet. Om valet faller på de spårgas­mätande metoderna kommer detta behov att vara särskilt stort. Om det i produktion är viktigt att få kvali­tétsuppföljning med dokumenterade trendanalyser, eller om man räknar med att ha variabelkontroll måste instru­mentets signalgivning erbjuda denna möjlighet. Här duger inte enbart "godkänd" eller "underkänd" som svar. Automa­tiserings­grad är också en fråga som väntar på svar. Innan man gör valet om eventuell stick-provskontroll måste en ganska omfattande undersökning göras. Denna undersökning bör undersöka stan­dardav­vikelse, trendanalys, medelvärde, spridning osv.

 

KALIBRERING.

Oavsett metodval måste ytterligare en gång framhållas vikten av att en korrekt kontroll av anläggningen och kalibrering med god spårbarhet utföres. Att använda sig av så kallade masterde­taljer (=preparerade provobjekt med referensläckage) är i sammanhanget helt förkast­ligt. Ej heller kan man använda sig av något "hemmagjort" masterhål om detta inte klart kan kalibre­ras och betrak­tas som spårbart. Att kalibre­ringen skall omfatta hela anläggningen och inte enbart instrumentet behöver särskilt påpekas.

Nu skall också hållas i minnet att en överensstämmelse mellan kravet och metodvalet måste föreligga. Om dessa divergerar är det åtminstone fel på en av dem. Likheten utesluter emeller­tid inte fel på bägge.

 

STEG MOT EN KVALITETSFÖRBÄTTRING AV LÄCKANDE PRODUKTER.

För att anstängningar i en förbättrad kvalitét i avseende på läckageproblematiken skall bli verkningsfulla bör ett planmässigt genomförande arrangeras.

 

STANDARD.

Som första steg i allt arbete som handlar om kvalitét behöver man en refererande standard. Därför föreslås att en standard antages.

 

 

Fastställa ett beräknat tätkrav.

För att kunna genomföra ett meningsfullt kontrollarbete erfordras ett krav att mäta eller att kontrollera emot. Saknas det krav har man ingen aning om var

kvalitétsnivån befinner sig. Tätkravet måste beaktas på samma sätt som alla andra fastställda krav.

Utvärdering av de i dag förekommande metoderna. De metoder som i dag används måste, för att ge en uppfattning om den faktiska situationen för kontroll­möjligheten, utvärderas. Därefter får ställning tas till huruvida det krävs en uppdate­ring.

 

Kalibrering.

Alla mätmetoder måste ha en fullgod kalibrering för att kunna göra anspråk på att få kallas mätmetod. I detta avsende är tätkontrollmetoder inget undantag. Saknas kalibrering måste detta åtgärdas.

 

 

Verktyg och fixturer.

Om excisterande verktyg eller fixturer inte har: Metalliska stopp, avtätningsmaterial med hårdhet och tjock­lek beräknade efter profildjupet på produktens avtätningsyta och korrekt kompression av tätningsmaterialet, bör detta åtgärdas.

 

Utbildning.

Produktkonstruktören måste ha kunskapen hur han sätter ett korrekt tätkrav. Produktionsingenjören bör ha ingående kunskap om metodernas principiella uppbyggnad samt hur en korrekt och fullgod kalibrering utförs. Verktygskonstruktören bör ha sin kunskap inom området som handlar om beräkning av avtätningsarr­angemanget. Kvalitétsingenjören måste vara in­formerad om alla ingående kunskapsområdena för att i sitt arbete kunna utnyttja mätvärdena för styrning­sändamål. Om det anses att all involverad personal inte har tillräcklig kunskap i frågor som rör problematiken kring tätkrav eller teknologin bakom tätkontrollmetodiken bör detta åtgärdas.