環(huán)境適應性試驗項目的選擇

戴宜樂

（福建省產品質量檢驗研究院，福州 350002）

環(huán)境適應性試驗項目的選擇

戴宜樂

（福建省產品質量檢驗研究院，福州 350002）

介紹低氣壓試驗、高低溫試驗、濕熱試驗、IP防護等級試驗、振動試驗、沖擊和碰撞試驗、鹽霧試驗等試驗項目的考核目的和相應試驗參數(shù)，分析上述試驗項目的適用范圍。并根據(jù)當前產品的發(fā)展狀況，簡單介紹環(huán)境試驗項目的組合和試驗順序。

低氣壓；高溫和低溫；濕熱；IP代碼；振動；沖擊和碰撞；鹽霧

考核產品環(huán)境適應性試驗項目一般可依據(jù)產品的標準：企標/行標/國標/國軍標或相應適用的標準，電工電子產品總體可參照GB/T 2421.1-2008《電工電子產品環(huán)境試驗 概述和指南》、GB/T 2421.2-2008《電工電子產品環(huán)境試驗 規(guī)范編制者用信息 試驗概要》和GB 2423系列標準。不同類型的試驗有其不同的目的，要想讓試驗達到預定的目標，應當考慮試驗項目的完整性、試驗條件的合理性、試驗項目和試驗順序的科學性以及采用的試驗方法和具體試驗程序的可重現(xiàn)性四大因素。除試驗項目、試驗條件、試驗程序的選擇和確定及試驗方法的選擇，還應考慮各試驗項目之間相互影響和順序安排，正確排列試驗項目的順序，保證試驗準確性和合理性。有關GB 2423系列標準和環(huán)境試驗的相關國標在實際應用中有著很重要指導意義。下面就實際產品檢驗工作來談談一些心得。

1.見試驗項目的選擇及實際標準的應用

1.1.氣壓試驗

大氣壓的降低對產品的機械性能和電氣性能會有很大影響,有時會導致產品的破壞。大氣壓的降低會導致散熱產品的溫升增加，這是由于大氣密度的降低使散熱產品周圍也將發(fā)生變化。大氣壓的降低對密封產品也會產生影響，壓差使密封件破裂造成產品失效。低氣壓對產品的影響是正常大氣條件下無法模擬的，因此必須進行低氣壓試驗。高海拔地區(qū)使用的產品和機載設備對低氣壓試驗考核尤為重要。

低氣壓試驗可依據(jù)標準GB 2423.21-2008《電工電子產品環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法 試驗 M：低氣壓試驗方法》GB/T 2423.25-2008《電工電子產品環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法 試驗 Z/AM：低溫/低氣壓綜合試驗方法》、GB/T 2423.26-1992《電工電子產品環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法 試驗 Z/BM：高溫/低氣壓綜合試驗方法》等系列指標要求。這些標準對試驗方法，嚴酷等級、試驗目的，試驗條件都做了具體規(guī)范，低于（86～106）KPa標準大氣壓為低氣壓，氣壓從（1～84）KPa 10個等級，相當海拔1000m以上，試驗時間可選擇為幾分鐘、2h、4h、16h，若有其它環(huán)境需要可以選擇高溫/低溫/濕熱指標，因為高溫/低溫和濕熱試驗疊加將大大增強低壓試驗效果，這樣可以據(jù)產品具體要求更貼切來選擇考核指標達到試驗目的。如蓄電池產品密封性的考核，顯示器低氣壓使用考核都常用低氣壓試驗。

1.2.溫和低溫試驗

高溫和低溫試驗是最常見的一種環(huán)境試驗項目。低溫試驗對產品產生的影響主要使材料變成脆硬性，致使破損開裂，強度降低，潤滑作用減小，電子元器件性能引起變化等。高溫試驗對產品的影響主要表現(xiàn)在改變材料的物理性能和尺寸，不同的材料膨脹不一致使零件粘結，潤滑劑外流使?jié)櫥芰p失，電器元器件過熱損壞，電子電路穩(wěn)定性改變等。如對帶有塑膠件的產品這二項試驗就很能夠暴露問題。高溫和低溫試驗試驗一般安排在一套試驗的早期，且為相鄰順序，這樣既能夠考核耐高溫和低溫能力也能夠達到耐溫變試驗的效果。

高溫和低溫試驗依據(jù)國標GB/T 2423.1-2008 《電工電子產品環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法 試驗 A：低溫試驗方法》和GB/T 2423.2-2008 《電工電子產品環(huán)境試驗第2部分：試驗方法 試驗 B：高溫試驗方法》。有散熱樣品溫度漸變和非散熱樣品溫度漸變所做的規(guī)定來選擇，分為高溫工作和低溫工作試驗、高溫存儲和低溫存儲試驗，據(jù)實際樣品所屬是否散熱用工作和存儲兩種不同溫度點和產品狀態(tài)來進行合適的考量。高溫和低溫工作試驗的溫度嚴酷度一般低于存儲類溫度5～10℃。在實際檢測中先進行工作試驗考核后再做關機狀態(tài)下存儲試驗，對于部分大電流、高發(fā)熱的電器產品，其高溫工作試驗可以代替高溫存儲試驗，因為其工作時溫度已經(jīng)超出其存儲溫度極限，故只需進行高溫工作試驗即可。常見的高溫工作試驗溫度有：40℃、50℃，高溫存儲試驗溫度有：50℃、55℃，低溫工作試驗溫度有：0℃、－10℃、－20℃。低溫存儲試驗溫度有：－20℃、－40℃，工作試驗時間2h~4h~8h, 存儲試驗8h~16h~24h。通常高溫和低溫試驗能夠暴露出產品的缺陷如：外殼變形，電性能故障不能正常運行等，從而達到整改目的。如產品高溫可靠性試驗也是高溫工作試驗一種。

高低溫組合也是常見的試驗項目，多用來更嚴酷考核產品內外結構性能和電性能。a)溫度沖擊試驗－溫度突變Na是目前常用來考核元器件和材料一種試驗。高低溫沖擊試驗是通過快速溫變來達到考核產品的目的，因為屬于非工作狀態(tài)高低溫沖擊試驗的指標的上、下限多采用高、低溫存儲試驗的上、下限，可參照試驗樣品在高、低溫存儲試驗中獲得的的溫度響應特性等信息。b)溫度變化試驗－溫度漸變Nb常用來考核整機試驗。在試驗中產品按要求可處于工作狀態(tài)，因此溫度變化試驗的上、下限往往使用高、低溫工作試驗的上、下限。這二項試驗參照的標準有GB/T 2423.22-2002《電工電子產品環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法 試驗N：溫度變化》等，根據(jù)實際要求選擇高溫點和低溫點，滯留時間，溫變速率，循環(huán)次數(shù)定試驗等級。

1.3.熱試驗

濕熱試驗是用來評價試驗樣品的耐濕熱能力，在濕熱條件下，試樣的金屬材料易受到腐蝕和某些材料因吸水而變形，電器產品絕緣性能受影響而不能正常工作等。為了評價樣品防潮材料防潮作用，依據(jù)國標GB/T 2423.3-2006《電工電子產品環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法 試驗Cab：恒定濕熱試驗》和GB/T 2423.4-2008《電工電子產品環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法 試驗Db：交變濕熱（12h＋12h）》要求,對于密封或半密封的產品，如果吸附和吸收起主要作用，則使用恒定濕熱試驗。如果主要是凝露影響產品的性能或由呼吸現(xiàn)象加速水蒸氣的滲透作用，常采用交變濕熱試驗。恒定濕熱和交變濕熱的選用可根據(jù)產品的類型而定。有滲透而無呼吸作用時，可根據(jù)產品的類型及其應用，試驗結果基本一致時，應采用恒定濕熱試驗。如多數(shù)計算機類產品大都采用恒定濕熱試驗考核，電氣成套設備則多用交變濕熱試驗考核。

恒定濕熱試驗通常分為濕熱工作試驗和濕熱存儲試驗兩種不同溫度點和相對濕度的試驗，濕熱存儲試驗比濕熱工作試驗的溫度點和相對濕度高，試驗時間一般為48h。交變濕熱試驗是高濕度和溫度循環(huán)變化的組合，一般有2種嚴酷等級，高溫點是40℃和55℃，一個循環(huán)周期是24h,據(jù)需要選擇循環(huán)周期數(shù)。

1.4.P防護等級試驗

IPXX防護等級（防固體物質侵入、灰塵、、水(雨)侵入）表示產品外殼防護等級，有關IPXX等級一系列物體試具、防塵和防水試驗是考核產品外殼和殼內設備對環(huán)境條件的防護措施及防止與外殼外部危險運動部件的接觸。這也是常見的一種樣品外殼密封性能考核手段。

防護等級試驗依據(jù)標準GB 4208-2008《外殼防護等級（IP代碼）》要求，第一位特征數(shù)字X：（1~6）是對固體異物包括灰塵進入的防護等級，從1~4防止固體異物進入到5/6防灰塵，防異物等級逐漸提高。IP5X 和IP6X防塵試驗是防止灰塵進入樣品產生灰塵覆蓋層和嚴重的磨蝕，從而考核其密封性能。第二位特征數(shù)字X：（1~8）是外殼防進水的防護等級，從1~4防滴水、淋水、濺水到5/6防噴水及7/8防潛水，防水等級逐漸提高，一般IPX5和IPX6防噴水試驗比較常見的嚴酷試驗等級。進行防水試驗的帶機殼的產品，試驗后不得進水產生有害影響，從而考核其密封性能。一般把防塵、防水試驗放置在高溫試驗之后，這樣可以考核產品是否在高溫中發(fā)生形變，更有效反映在溫度影響下的密封性能。

1.5.動試驗

振動試驗是最常見力學環(huán)境試驗，目的是確定試驗樣品在使用或運輸期間可能經(jīng)受諧波形式的振動或隨機振動等條件時出現(xiàn)的機械薄弱環(huán)節(jié)和性能下降情況，振動主要產生于各類運輸工具上的旋轉力、脈動力和擺動力，也可能由機械或地震現(xiàn)象引起。可用來確定樣品結構完好性和研究樣品動態(tài)特性。

振動試驗對產品的影響主要表現(xiàn)在緊固件的松動,密封失效出現(xiàn)裂紋和斷裂,帶電元件間接觸和短路,導線摩擦等。會加速破壞電子元件的焊接和結構，嚴重時會振掉元件。由振動引起的應力的累積結果可能在其它環(huán)境條件(如高溫、低溫、濕度等)的共同作用下影響設備性能?？梢娺@項試驗的重要性。

振動試驗分為正弦振動和隨機振動，如圖1所示。

對于正弦振動試驗來說，整機產品振動試驗頻率范圍多在低頻段，如計算機產品標準GB/T 9813-2000《微型計算機通用規(guī)范》最嚴酷等級3組規(guī)定頻率范圍為（10~58~10）Hz ，振幅為0.15mm；（58~150~58）Hz，加速度20m/s2；58Hz是交越頻率。元器件和材料振動試驗頻率范圍則多為高頻段，如高頻率點達到(1000~3000)Hz。通常試驗參數(shù)可依據(jù)GB/T 2423.10-2008《電工電子產品環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法 試驗Fc:振動（正弦）》來選擇。

隨機振動試驗多用于運輸產品考核，一般運輸條件考核選用低頻段、低能量加速度譜密度值；劇烈運動產品如飛機上使用產品則選用高頻段、高能量加速度譜密度值來考核，依據(jù)GB/T 2423.56-2006《電工電子產品環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法 試驗Fh：寬帶隨機振動（數(shù)字控制）和導則》來選定頻率范圍，加速度譜密度和持續(xù)時間。

1.6.擊試驗和碰撞試驗

沖擊試驗和碰撞試驗屬于力學環(huán)境試驗。對產品的影響是產生機械應力，這些應力使樣品立即損壞損傷，主要表現(xiàn)在材料疲勞,電性能損傷、結構松動和零部件磨損等。

圖1.

沖擊試驗模擬設備和元器件在使用或運輸中可能受到少數(shù)非重復性機械沖擊的效應，揭示應用中經(jīng)受非重復性機械沖擊試樣機械弱點和性能下降情況，來確定樣品結構完好性。沖擊試驗的指標由加速度、脈沖持續(xù)時間、沖擊次數(shù)三個參數(shù)來確定，波形選用半正弦波。沖擊試驗加速度值較高，沖擊次數(shù)短一般規(guī)定每方向3次或每面3次，可參照標準GB 2423.5-1995《電工電子產品環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法 試驗Ea和導則：沖擊》選擇合適的嚴酷等級。

碰撞試驗模擬設備和元器件在使用或運輸中可能受到的類似重復性機械沖擊的效應，揭示重復性機械沖擊所引起累積損傷和性能下降情況，用來確定樣品結構完好性。碰撞試驗的指標由加速度、脈沖持續(xù)時間、碰撞次數(shù)三個參數(shù)來確定，波形選用半正弦波。碰撞試驗加速度值較低，碰撞次數(shù)較長常見的有規(guī)定每方向1000次，可參照GB 2423.6-1995《電工電子產品環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法 試驗Eb和導則：碰撞》選擇合適的嚴酷等級。

沖擊和碰撞試驗在溫度試驗和振動試驗之后進行，可以暴露溫度、振動和沖擊/碰撞綜合環(huán)境作用下的失效，可以使氣候環(huán)境產生缺陷更顯現(xiàn)。沖擊驗和碰撞試驗可以針對具體情況選其中一項進行試驗，沖擊試驗和碰撞試驗量級與振動試驗量級相比并不嚴酷，那么沖擊和碰撞試驗可以從試驗序列中去掉。

1.7.霧試驗

鹽霧試驗是最常見一種大氣腐蝕試驗，對考核使用在沿海產品、海上船載設備抗腐蝕能力尤為重要。實際檢驗考核的有產品的外殼（涂層）、電路板焊點、金屬結構件和配件等，因為鹽的沉積和滲透會有潛在的破壞作用，產生腐蝕失效或短路，據(jù)國標GB/T 2423.17-2008《電工電子產品環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法 試驗Ka:鹽霧》規(guī)定的指標：溫度（35±2）℃，濃度（5±1）%氯化鈉溶液，PH值（6.5~7.2），選擇噴霧時間做中性鹽霧試驗，時間長短根據(jù)樣品的材料和鍍層決定，時間越長嚴酷等級越高。若有要求交變鹽霧試驗可據(jù)GB/T 2423.187-2000《電工電子產品環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法 試驗Kb:鹽霧，交變（氯化鈉溶液）》要求，中性鹽霧試驗與濕熱試驗結合選擇X組指標進行試驗。

值得注意的是鹽霧試驗樣品應與其它試驗的樣品分開，不能用同一樣品，否則試驗結果不好界定。

如綜上所述試驗外，還有一些試驗如：跌落試驗、太陽輻射試驗（光照試驗）、霉菌試驗等就不一一贅述?？己水a品環(huán)境適應能力就要選擇合適的項目和指標，才能達到有效目的。

2.關各試驗項目的順序和組合

為了更全面有效考核產品，試驗的組合形式愈來愈多，各種試驗條件交替或同時施加試驗樣品，考察產品承受能力和弱點?，F(xiàn)在環(huán)境試驗項目的組合形式的開展就增加許多，有高低溫沖擊、高低溫循環(huán)、交變濕熱、交變鹽霧、交變溫濕度、溫度—低氣壓、溫度—濕度—低氣壓、高溫—振動、低溫—振動、溫度—濕度—振動、溫度—低氣壓—振動等以上多個環(huán)境因素中的二綜合、三三綜合、四綜合及多綜合試驗等。各類組合試驗方法和指標可以參照相關標準，如國標GB/T 2423.34-2005《電工電子產品環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法 試驗Z/AD:溫度/濕度組合循環(huán)試驗》、GB/T 2423.35-2005《電工電子產品環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法 試驗Z/AFc:散熱和非散熱的試驗樣品低溫/振動（正弦）綜合試驗》、GB/T 2423.36-2005《電工電子產品環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法 試驗Z/BFc:散熱和非散熱的試驗樣品高溫/振動（正弦）綜合試驗》、GB/T 2423.102-2008《電工電子產品環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法 試驗：溫度（低溫、高溫）/低氣壓/振動（正弦）綜合》、GB/T 2423.60-2008《電工電子產品環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法 試驗Z/ABMFh：溫度（低溫、高溫）/低氣壓/振動（隨機）綜合》等都有明確說明和規(guī)定。

圖2.

除了以上單一或組合環(huán)境試驗對產品的考核外，環(huán)境試驗項目的順序對產品影響是很大的。因此要重視選擇排列順序?？筛鶕?jù)產品的特性和使用要求來排列合理項目順序。要考慮所側重的因素，是考慮各項環(huán)境試驗影響效果還是考慮環(huán)境試驗項目之間相互影響，還是疊加效應。國標GB/T 2421.1-2008《電工電子產品環(huán)境試驗 概述和指南》、GB/T 2421.2-2008《電工電子產品環(huán)境試驗 規(guī)范編制者用信息 試驗概要》提供了電工電子產品一般環(huán)境試驗項目順序：低溫、高溫、溫度劇變、沖擊、振動、空氣壓力、交變濕熱、恒定濕熱、腐蝕（鹽霧）、IP防護等級（防塵、固體物質侵入、水(雨)侵入），國軍標GJB l50《軍用設備環(huán)境試驗方法》和美軍標 MIL－STD－810C 中也提供的不同類別設備環(huán)境試驗項目的順序。可以在這些順序的基礎上結合各種原則和考慮因素設計各類產品環(huán)境試驗項目順序，各種產品標準和企標也是參照以上試驗順序來擬定的，評價某項試驗和其它環(huán)境因素的累積作用時，一般首先進行這項試驗。如果想要盡可能利用各試驗作用之間的疊加效應，就要看前后試驗損傷是否會擴展，是否能暴露組合效果。若評價一項試驗能力在經(jīng)受極端氣候因素或力學試驗后是否失去作用,則在這些試驗后進行該項試驗。我們在實際檢測通常采用一套電類產品常規(guī)環(huán)境適應性試驗順序如圖2。

按這套試驗就可大致評價出一般電類產品承受環(huán)境適應性的能力。以上試驗項目順序僅供參考，可據(jù)實際需要項目可進行添加或刪減，試驗順序合理調換以達到最有效試驗效果。

3.結

總之環(huán)境試驗項目發(fā)展很快，形式多樣，名目繁多，只有合理選擇并參照相關標準定好嚴酷等級，并合理排列好各試驗項目順序才能達到預想效果。

[1] GB/T 2421.1-2008，電工電子產品環(huán)境試驗 概述和指南[S].

[2] GB/T 2421.2-2008，電工電子產品環(huán)境試驗 規(guī)范編制者用信息 試驗概要[S].

[3] GB/T 9813-2000，微型計算機通用規(guī)范[S].

[4] GB 2423.21-2008，電工電子產品環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法 試驗 M：低氣壓試驗方法[S].

[5] GB/T 2423.1-2001，電工電子產品環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法試驗 A：低溫試驗方法[S].

[6] GB/T 2423.2-2001，電工電子產品環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法試驗 B：高溫試驗方法[S].

[7] GB/T 2423.3-2006，電工電子產品環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法試驗Cab：恒定濕熱試驗[S].

[8] GB/T 2423.4-2008，電工電子產品環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法試驗Db：交變濕熱（12h+12h）[S].

[9] GB 4208-2008，外殼防護等級（IP代碼）[S].

[10] GB/T 24 23.10-2008，電工電子產品環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法 試驗Fc：振動（正弦）[S].

[11] GB/T 2423.56-2006，電工電子產品環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法試驗Fh：寬帶隨機振動（數(shù)字控制）和導則[S].

[12] GB 2423.5-1995，電工電子產品環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法 試驗Ea和導則：沖擊[S].

[13] GB 2423.6-1995，電工電子產品環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法 試驗Eb和導則：碰撞[S].

[14] GB/T 24 23.17-2008，電工電子產品環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法 試驗Ka：鹽霧[S].

How to Choose the Test Items of Environmental Adaptability

DAI Yi-le
（Fujian Inspection and Research Institute for Product Quality，F(xiàn)uzhou 350002）

The assessment aim and the corresponding parameters of the environmental test items(eg. Low air pressure test, dry heat and cold test, damp heat test, degress of protection provied by enclosure,vibration test, shock and bump test, salt mist test). Analyze applicable scope of the test items. And according to the situation of the current product, introduce the order and combination of the test items.

low air pressure；dry heat and cold；damp heat；IP code；vibration；shock and bump；salt mist

TM206

A

1004-7204（2012）03-0034-05

戴宜樂，工程師，主要從事電子電器產品環(huán)境適應性測試工作。