FAQ - Leak-testing

Signalen zijn onder meer afkeur die niet reproduceerbaar is, verschillen tussen operators of shifts, een nulwaarde die geleidelijk verschuift, grenswaarden die in de loop van de tijd zijn aangepast zonder onderbouwing, of veldklachten op producten die de test hebben doorstaan. Ook het ontbreken van trending is een risico: zonder historie is niet zichtbaar of een afwijking uit het product, de fixture, de afdichting of het instrument komt. Beoordeel daarom niet alleen de leak tester, maar de complete meetketen: testobject, opspanning, afdichtingen, slangen, koppelingen, testrecept, temperatuurcondities en kalibratiestatus. Een capabel proces moet rond de reject-limiet aantoonbaar stabiel en reproduceerbaar beslissen.

Begin bij de functionele lekgrens: het lekdebiet waarbij het product tijdens gebruik, opslag of de beoogde levensduur niet meer aan zijn functie voldoet. Die grens kan bijvoorbeeld voortkomen uit maximaal toegestaan drukverlies, binnendringen van vocht, verlies van medium, contaminatierisico of een klantspecificatie. De productielimiet moet vervolgens rekening houden met de meetonzekerheid en spreiding van de complete testcel. Wordt de reject-limiet exact gelijk gezet aan de functionele grens terwijl de meting zelf spreiding heeft, dan neemt het risico op foutieve afkeur of doorgelaten producten toe. Leg de grenswaarde daarom altijd vast samen met testdruk, testmedium, eenheid, testcondities en de aantoonbare capability van het meetsysteem.

In leak testing worden meerdere eenheden naast elkaar gebruikt. Bij dezelfde referentiecondities geldt als praktische relatie: 1 mbar·l/s = 1 cm³/s = 1.000 mm³/s en 1 Pa·m³/s = 10 mbar·l/s. Een sccm is een standaardkubieke centimeter per minuut en komt overeen met ongeveer 1,67 × 10⁻² mbar·l/s, mits dezelfde standaardcondities worden gehanteerd. Alleen de eenheid omrekenen is echter niet altijd voldoende: een lekwaarde is gekoppeld aan drukverschil, temperatuur, gas en het stromingsregime in het lekpad. Noteer daarom in een specificatie niet alleen een getal, maar ook referentiemedium, testdruk en relevante referentiecondities. Zo voorkomt u factorfouten en onjuiste vergelijkingen tussen leveranciers of testmethoden.

De juiste methode volgt uit het product en de functionele eis, niet uit een voorkeur voor een bepaald instrument. Belangrijke selectiegegevens zijn het inwendige volume, de toegestane lekwaarde, test- en bedrijfsdruk, beschikbare cyclustijd, materiaal en vervormbaarheid, temperatuurcondities en de vraag of alleen een integrale lekwaarde of ook de lekpositie nodig is. Pressure decay en differentiële druk zijn sterk voor veel gesloten volumes; flow- of massflowmeting is aantrekkelijk bij grotere of variabele volumes; vacuümtesten past bij onderdruk of inwaartse lekkage; tracergas komt in beeld bij zeer kleine lekken of wanneer lokalisatie nodig is. De beste keuze wordt daarom gemaakt op basis van haalbare detectiegrens én reproduceerbaarheid binnen de beschikbare productietijd.

Bij pressure decay wordt het drukverloop van het testobject rechtstreeks gevolgd nadat het is gevuld en geïsoleerd. De methode is robuust en breed toepasbaar wanneer het meetsignaal ruim boven ruis, drift en thermische effecten ligt. Bij differentiële drukmeting wordt het testobject vergeleken met een gesloten referentievolume. Invloeden die beide zijden in vergelijkbare mate ondervinden, zoals delen van de omgevings- of sensordrift, kunnen daardoor grotendeels worden onderdrukt. Dat maakt differentieel meten interessant bij kleine lekken, kleine volumes of korte detectietijden. De keerzijde is dat het referentievolume, de fixture en de thermische toestand zeer goed beheerst moeten zijn. Bij ruime grenswaarden of grote volumes levert de extra complexiteit niet altijd praktische winst op.

Bij flowmeting wordt bepaald hoeveel gas nodig is om een ingestelde testdruk in stand te houden. Daardoor ontstaat rechtstreeks een flowwaarde en is de interpretatie minder afhankelijk van een berekende drukverandering over een bepaald volume en een bepaalde tijd. Flow- of massflowmeting is daarom vaak aantrekkelijk bij grotere testvolumes, variabele volumes, relatief grotere lekken of toepassingen waarin een korte productietijd zwaar weegt. Bij zeer kleine lekken in een klein en stabiel volume kan een goed uitgevoerde differentiële drukmeting juist gevoeliger zijn. Ook bij flowmeting blijven fixturelekkage, temperatuur, drukregeling en stabilisatie van het product belangrijk. De methodekeuze moet daarom worden beoordeeld op het complete meetbereik en de gewenste procescapability, niet alleen op de nominale sensorspecificatie.

Een vacuümtest is logisch wanneer het product in bedrijf onder onderdruk staat, wanneer inwaartse lekkage het relevante faalmechanisme is of wanneer overdruk het product ongewenst zou belasten of vervormen. Het testobject wordt geëvacueerd en vervolgens geïsoleerd; een drukstijging in de meetfase kan wijzen op instroming van gas. De methode vraagt extra aandacht voor ontgassing, restvocht en materialen die onder vacuüm damp of gas afgeven, omdat dit eveneens als drukstijging zichtbaar kan worden. Voor extreem kleine lekken wordt vacuüm vaak gecombineerd met een tracergasmethode en een detector. De keuze tussen vacuüm pressure-rise, flow of tracergas hangt af van de gevraagde detectiegrens, het productvolume, materiaalgedrag en de beschikbare cyclustijd.

Luchtgebaseerde pressure-decay- en flowmethoden zijn zeer geschikt voor een groot deel van de industriële productietesten. Hun praktische ondergrens wordt echter steeds sterker bepaald door temperatuurverandering, volumeverandering, sensordrift en fixtureverlies naarmate de toegestane lekwaarde kleiner wordt. Wanneer het functionele lek veel kleiner is dan deze achtergrondinvloeden, kan een tracergasmethode noodzakelijk worden. Daarbij wordt een detecteerbaar gas gebruikt om zeer kleine lekken integraal te meten of lokaal op te sporen. De omslag ligt niet bij één universele lekwaarde: productvolume, cyclustijd, druk, materiaal, temperatuurstabiliteit en de gekozen meetopstelling zijn minstens zo bepalend. Voer daarom eerst een haalbaarheidsanalyse uit voordat lucht als methode wordt uitgesloten of tracergas wordt voorgeschreven.

Helium is breed inzetbaar voor zeer gevoelige tracergastesten en wordt vaak gebruikt in vacuümkamers of met een sniffer. Waterstof wordt in industriële leak detection vaak als forming gas met stikstof toegepast; de exacte concentratie en veiligheidsmaatregelen moeten passen bij de installatie en lokale voorschriften. Andere tracergassen kunnen relevant zijn wanneer procescondities, gasbeschikbaarheid of gaskosten daar aanleiding toe geven. De keuze wordt bepaald door de vereiste detectiegrens, achtergrondconcentratie, veiligheid, materiaalcompatibiliteit, cyclustijd, mogelijkheid tot gasterugwinning en de vraag of een integraal lek of de exacte lekpositie moet worden gevonden. Vergelijk daarom niet alleen de detectorgevoeligheid, maar de totale testmethode inclusief vullen, stabiliseren, terugwinnen en ventileren.

Sniffing wordt gebruikt om tracergas dat uit een product treedt lokaal te detecteren. Het grote voordeel is dat de lekpositie kan worden gevonden, waardoor de methode geschikt is voor engineering, reparatie en gerichte inspectie. Bij accumulation wordt het product in een gesloten omgeving geplaatst en wordt het ontsnapte tracergas gedurende een bepaalde tijd verzameld; daarna wordt de concentratiestijging gemeten. Een integrale vacuümkamertest meet het totale lek van het complete product in een geëvacueerde kamer en kan een zeer lage detectiegrens halen. Welke methode geschikt is, hangt af van de gewenste gevoeligheid, cyclustijd, automatiseringsgraad en de vraag of lokalisatie nodig is. Voor 100%-productiecontrole is een geautomatiseerde integrale methode vaak beter reproduceerbaar dan handmatig sniffen.

Bij Ultra High Purity is dichtheid slechts één deel van de eis. Het testsysteem mag het product of de gasweg ook niet verontreinigen met deeltjes, vocht, koolwaterstoffen of andere ongewenste stoffen. Daarom moeten testmedium, aansluitingen, slangen, fixtures en reinigingswijze passen bij de vereiste cleanliness. Dead volume, materiaalkeuze, oppervlakteconditie en uitgassing krijgen extra aandacht, zeker bij componenten voor hoogzuivere, reactieve of corrosieve procesgassen. Voor zeer lage lekspecificaties wordt vaak helium leak testing toegepast, maar de acceptatiegrens blijft productspecifiek en moet uit de functionele of klantspecificatie volgen. Een UHP-testopstelling moet dus zowel meetkundig betrouwbaar als procesmatig schoon en reproduceerbaar zijn.

Semiconductor- en UHP-gassystemen werken met zeer hoge eisen aan gaszuiverheid en systeemintegriteit. Een klein lek kan niet alleen medium laten ontsnappen, maar ook lucht, vocht of andere contaminanten in een procesgasstroom brengen. Helium is hiervoor geschikt als tracergas omdat het inert is en met een massaspectrometer zeer gevoelig kan worden gedetecteerd. Bij een inboard test wordt het component of systeem geëvacueerd en wordt helium langs potentiële lekpunten aangeboden; bij een outboard test wordt het object met helium gevuld en wordt extern gesniffed. Welke methode en grenswaarde worden gebruikt, hangt af van component, verbindingstype, procesrisico en de geldende productspecificatie. Voor semiconductor-toepassingen is ook de cleanliness van de testopstelling zelf onderdeel van de kwaliteitsborging.

Temperatuur is een van de grootste verstorende factoren bij drukgebaseerde leak testing. Tijdens het vullen warmt het testgas door compressie op; daarna koelen gas, product en fixture weer af. Ook warme onderdelen uit een las-, reinigings-, giet- of ander productieproces kunnen tijdens de meting nog thermisch veranderen. Daardoor verandert de druk zonder dat er daadwerkelijk gas lekt. Stabilisatie is daarom geen verloren wachttijd, maar een onderdeel van de meetmethode. De benodigde tijd hangt af van volume, testdruk, materiaal, wanddikte, fixture en temperatuurverschillen. Verbeteringen zijn mogelijk door de vulstrategie te optimaliseren, dead volume te verkleinen, producttemperatuur beter te beheersen, fixtures thermisch stabiel te ontwerpen en waar passend differentiële meting of temperatuurcompensatie toe te passen.

Begin niet automatisch met het verkorten van de detectietijd. In veel leaktestprocessen wordt de totale cyclustijd vooral bepaald door vullen, drukbalans en stabilisatie. De grootste winst zit dan in het verminderen van dead volume, het optimaliseren van vulflow en testdruk, kortere en stijvere leidingen, een passende fixture, beperking van productvervorming en een betere thermische uitgangssituatie. Pas daarna wordt bekeken hoeveel detectietijd nodig is om voldoende scheiding tussen goede en afgekeurde producten te houden. Een snellere test is alleen een verbetering wanneer de capability rond de reject-limiet overeind blijft. Optimaliseer daarom op basis van meetdata: verkort fasen stapsgewijs en controleer steeds herhaalbaarheid, drift, false-reject-risico en scheiding tussen referentie-good en referentie-fail.

De oorzaak ligt vaak buiten de sensor. Veelvoorkomende bronnen zijn beschadigde of vervuilde afdichtingen, variërende aanlegkracht van de fixture, lekkende snelkoppelingen, elastische slangen, onnodig dead volume, productvervorming, temperatuurverschillen, restvocht en onvoldoende stabilisatietijd. Ook een product dat niet steeds op exact dezelfde wijze wordt opgespannen kan meetspreiding veroorzaken. Controleer bij instabiliteit daarom systematisch van buiten naar binnen: eerst de referentieproducten, fixture en gasweg, vervolgens het testrecept en de omgevingscondities en pas daarna het instrument. Trending van nulmetingen en referentielekken helpt om langzaam oplopende slijtage te herkennen. Een stabiele leaktestcel is een combinatie van goed meetinstrument, goed pneumatisch ontwerp en reproduceerbare producthandling.

High-tech en semiconductor componenten combineren vaak kleine interne volumes, zeer lage lekgrenzen, hoge cleanliness-eisen en kostbare of kritische procesmedia. Daardoor kan een kleine afwijking in fixturevolume, afdichting, producttemperatuur of achtergrondgas al relatief veel invloed hebben op het meetresultaat. Bij vacuüm- en UHP-componenten spelen daarnaast uitgassing, materiaalkeuze, metalen afdichtingen, oppervlakteconditie en contaminatie een belangrijke rol. Een geschikte testopstelling minimaliseert dead volume, gebruikt reproduceerbare aansluitingen, beheerst temperatuur en testmedium en voorkomt dat de test zelf vervuiling introduceert. Voor productieomgevingen komen daar automatische receptselectie, serienummerkoppeling, traceerbare testdata en periodieke verificatie bij. De testmethode moet daarom vanaf het ontwerp worden afgestemd op zowel de lekeis als de cleanliness- en integratie-eisen van het proces.

Een betrouwbare leaktestcel moet aantoonbaar onderscheid kunnen maken rond de gekozen reject-limiet. Dat wordt beoordeeld met representatieve goede en afgekeurde producten en, waar mogelijk, gekalibreerde referentielekken. Afhankelijk van het kwaliteitssysteem kunnen MSA-methoden zoals Gauge R&R en capability-indicatoren zoals Cg/Cgk worden gebruikt om herhaalbaarheid, reproduceerbaarheid en bias te beoordelen. Neem niet alleen het instrument mee: operator, fixture, afdichting, productpositie, temperatuur en testrecept zijn onderdeel van het meetsysteem. Herhaal de beoordeling na relevante wijzigingen aan hardware, software, fixture of testparameters. Het doel is niet uitsluitend een goede statistische score, maar aantonen dat de totale testcel onder productiecondities consequent dezelfde kwaliteitsbeslissing neemt.

Bij kalibratie wordt de meetwaarde van een instrument of meetketen vergeleken met een herleidbare referentie en wordt de afwijking vastgesteld. Verificatie is een tussentijdse controle waarmee wordt bevestigd dat het systeem nog binnen de afgesproken prestaties werkt, bijvoorbeeld met een master- of referentielek. Validatie gaat verder: daarbij wordt aangetoond dat de complete testmethode in de werkelijke toepassing geschikt is om het product volgens de functionele eis goed of af te keuren. Een recent gekalibreerd instrument kan dus onderdeel zijn van een ongeschikte testcel wanneer de fixture, temperatuur of het testrecept onvoldoende beheerst is. Voor een robuust kwaliteitsproces zijn alle drie nodig, elk met een eigen doel, frequentie en acceptatiecriterium.

Er bestaat geen universeel kalibratie-interval. Het interval volgt uit productkritikaliteit, productievolume, historische drift, gebruiksintensiteit, omgevingscondities en eisen van klant of kwaliteitssysteem. Tussen formele kalibraties is verificatie met een gekalibreerd referentielek of master product waardevol. Daarmee worden afwijkingen in de meetketen en problemen met fixture, afdichtingen of aansluitingen eerder zichtbaar. De frequentie kan per shift, dagelijks of volgens een risicogebaseerd schema worden vastgesteld. Registreer en trend de uitkomsten zodat oplopende drift zichtbaar wordt voordat die de reject-limiet of productbeslissing beïnvloedt.

Voor een onderbouwd voorstel zijn minimaal nodig: testobject en inwendig volume, functioneel faalmechanisme, maximaal toegestane lekwaarde met eenheid en referentiemedium, test- en bedrijfsdruk, beschikbare cyclustijd, productievolume en producttemperatuur. Daarnaast zijn materiaal, vervormbaarheid, aansluit- en afdichtgeometrie, eventuele proof- of functietest, automatisering en interfaces belangrijk. Voor UHP-, high-tech- en semiconductor-toepassingen komen daar cleanliness, toegestane testmedia, vacuümniveau, uitgassing, materiaal- en oppervlaktespecificaties en eventuele cleanroomcondities bij. Voor integratie tellen ook serienummerkoppeling, datalogging, traceerbaarheid, MES/PLC-communicatie en relevante normen of klantspecificaties mee. Zijn nog niet alle gegevens beschikbaar, dan kan vaak met een tekening, representatieve producten en de functionele eis al worden bepaald welke meetprincipes realistisch zijn.