진공 펌프의 기밀성은 조립할 때 볼트를 조이는 것만으로 얻어지는 것이 아닙니다. 같은 도면이라도 주입 온도가 수십 도 차이 나고, 시효 처리를 한 번 덜 하고, 밀봉면 평면도가 몇 마이크로미터 초과하면 마지막에는 같은 현상으로 나타납니다. 펌프가 어떤 압력에서 멈추거나, 배기 시간이 시제품보다 한참 길어지는 것입니다. 펌프 본체는 이 사슬의 출발점이며, 기밀성은 주조와 기계 가공 두 공정에서 이미 확정되고, 조립은 그것을 드러낼 뿐입니다.
먼저 두 지표를 분리합니다: 빠르게 빼는 것과 어디까지 내려가는 것
펌프 본체 누설은 사용자에게 두 가지 다른 증상으로 보이고, 계산 방식도 다릅니다.
배기 시간은 t = (V / S) × ln(p0 / p1)로 추정합니다. DPL-2V18을 예로 들면 정격 배기 속도 17 m³/h는 4.72 L/s에 해당하며, 8 L 챔버를 1013 mbar에서 1 mbar까지 배기할 때: t = (8 / 4.72) × ln(1013 / 1) ≈ 11.7 s입니다. 이 수치는 용적과 배기 속도에만 관련되며, 펌프 본체가 새는지 여부는 전단 배기 속도에 큰 차이를 만들지 않습니다.
극한 압력은 다른 문제입니다: p = Q / S, Q는 챔버로 들어오는 총 기체 부하(누설 + 재료 방출 기체 + 공정 방출 기체)이고, S는 유효 배기 속도입니다. DPL-2V18은 극한 압력 1×10⁻³ mbar로 표기되어 있으며, 이를 역산하면 허용 부하 Q = 1×10⁻³ × 4.72 ≈ 4.7×10⁻³ mbar·L/s입니다. 누설률이 이 선을 넘으면 펌프 자체가 아무리 좋아도 명목 극한 압력에 도달할 수 없습니다. 따라서 진공 펌프 기밀성의 판정 기준은 “눈으로 보아 새지 않는다"가 아니라 이 Q의 선입니다.
주조 단계: 기공과 수축공은 정밀 가공 시 저절로 사라지지 않습니다
사이트에서 생산 중인 회전 베인 펌프와 루츠 펌프의 재질은 주철 / 주조 알루미늄으로 표기되어 있습니다. 회주철 주조품은 GB/T 9439-2010 「회주철 주조품」에 따라 인장 강도, 경도와 금속 조직을 검사합니다; 흑연 형태와 기지 치밀도는 주조품 가공 후 표면 품질과 압력 지지 능력을 직접 결정합니다. 벽 두께 차이가 큰 펌프 본체는 두꺼운 벽과 얇은 벽의 경계에서 수축공이 생기기 쉽습니다.
침투 탐상(GB/T 18851.1)은 표면으로 열린 결함만 검출할 수 있습니다; 내부 기공, 수축공, 슬래그 혼입은 X선 또는 산업용 CT로 확인해야 하며, 알루미늄 합금 주조품의 방사선 검사에는 흔히 GB/T 11346을 인용합니다. 이 두 종류 결함의 처리 방식은 전혀 다릅니다: 표면으로 열린 것은 보수할 수 있지만 내부의 것은 보수할 수 없습니다.
진공 압력 함침은 종종 “보수 공정"으로 여겨지지만, 연결된 기공에만 유효하고 폐쇄 기공, 슬래그 혼입, 콜드 셧에는 효과가 없습니다. 함침 전에 먼저 기공 연결성 판단을 해야 하고, 함침 후에는 누설률로 재측정해야 합니다. 그렇지 않으면 가압 시험에서도 그대로 새게 됩니다—이는 생산 라인에서 재작업량이 높은 흔한 원인입니다.
기계 가공 단계: 밀봉면 평면도가 거칠기보다 결과를 더 크게 좌우합니다
펌프 본체와 엔드 커버의 접합면은 개스킷 또는 O링이 균일하게 압축될 수 있는지를 결정합니다. 평면도는 GB/T 1958-2017 「제품 기하학적 기술 사양(GPS) 기하 공차 검사 및 검증」에 따라 3차원 좌표 측정기의 격자점 스캔으로 평가합니다.
업계 검사 기준에서 평면도는 밀봉성의 주도 요인이고, 거칠기는 미세 접합에만 영향을 줍니다: 개스킷 압축량은 미세 봉우리를 흡수할 수 있지만 전체 휨은 흡수할 수 없습니다. 평면도가 공차를 벗어나면 볼트 예압이 아무리 커도 개스킷을 균일하게 소성 변형시킬 수 없고, 국부 간극이 부압에서 관통 누설 경로를 형성합니다.
휨의 원인은 대부분 내부 응력입니다. 주조품 탈사 후 시효 처리를 하지 않거나, 두꺼운 벽 부품에 시효 처리를 한 번만 하면, 황삭 가공으로 금속층을 깎아낸 뒤 응력이 재분포되어 정밀 가공이 끝난 밀봉면이 몇 주 안에 천천히 변형됩니다. 규범적인 방법은 주조 후 시효 처리 한 번, 황삭 가공 후 한 번 더 보충하는 것입니다. 주철은 내부 응력 방출이 느리고, 주조 알루미늄은 가공 응력에 더 민감하므로 둘의 시효 주기는 같은 파라미터를 공유할 수 없습니다.
조립 전 압력 상승법 예비 선별: 계산 가능한 판정 기준
압력 상승법은 밸브를 닫은 뒤 압력이 시간에 따라 변하는 것을 측정하며, 누설률은 Q = V × (Δp / Δt)로 계산합니다. V는 L, Δp는 mbar, Δt는 s를 사용해 mbar·L/s를 얻습니다. 온도 변동이 클 때는 보정해야 하며, 정적 압력 상승법의 보정 공식은 Q = V × {[p2 × (T1 / T2)] − p1} / (t2 − t1)입니다(국가 연마재·연마공구 품질검사검측센터가 공개한 방법 설명).
계산 예: 조립 후 펌프 본체 폐쇄 챔버 V = 8 L, 밸브를 닫고 300 s 방치했을 때 압력이 초기값에서 0.40 mbar 상승했습니다.
- 실측 누설률 Q = 8 × 0.40 / 300 = 1.07×10⁻² mbar·L/s;
- DPL-2V18의 경우 허용값 4.7×10⁻³ mbar·L/s이며, 실측값은 허용값의 2.3배입니다;
- p = Q / S로 추산하면 이 펌프의 극한 압력은 약 2.3×10⁻³ mbar에 머물러 규격의 1×10⁻³ mbar에 도달하지 못합니다.
반대로 하면 현장 판정 기준을 정할 수 있습니다: 8 L 챔버에서 300 s 내 압력 상승이 Q허용 × Δt / V = 4.7×10⁻³ × 300 / 8 ≈ 0.18 mbar를 넘지 않아야 예비 선별을 통과한 것으로 봅니다.
같은 판정 기준을 대형 펌프에 적용할 수 없습니다. DPL-V630B는 배기 속도 640 m³/h(50Hz)로 177.8 L/s에 해당하고, 가스 밸러스트를 닫은 상태의 극한 압력은 ≤8×10⁻² mbar이며, 허용 부하는 0.08 × 177.8 ≈ 14.2 mbar·L/s입니다; 같은 8 L, 300 s에서 허용 압력 상승은 533 mbar인데, 이 수치는 이미 선별 의미를 잃었습니다. 대형 펌프는 압력 상승 판정을 하지 않고 바로 헬륨 검사 정량으로 진행합니다.
누설과 방출 기체도 구분해야 합니다. 같은 Δp에 필요한 Δt가 회차마다 길어지면 벽면 방출 기체가 감소하는 것이고, Δt가 거의 변하지 않아야 실제 누설입니다. 측정 전 건조, 건조 기체 퍼지, 게이지 튜브 앞 콜드 트랩 설치는 모두 수증기라는 간섭원을 억제하기 위한 것입니다.
헬륨 검사 정량: 감도 차이는 3~4 오더
압력 상승법의 전체 감도는 대략 10⁻⁴ ~ 10⁻⁶ Pa