宇航用線纜高溫掛重試驗(yàn)方法

鄧銳，陳波

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東　廣州　510610）

宇航用線纜高溫掛重試驗(yàn)方法

鄧銳，陳波

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東廣州510610）

首先，分析了電線電纜在高溫掛重試驗(yàn)后的失效形式和失效原因；其次，介紹了電線電纜高溫掛重試驗(yàn)平臺(tái)的搭建方法；然后，通過(guò)試驗(yàn)比對(duì),確定了高溫箱的選擇方法、不影響試驗(yàn)結(jié)果的芯棒的粗糙度和去掛重的時(shí)間；最后，總結(jié)了高溫掛重試驗(yàn)的試驗(yàn)規(guī)范，對(duì)于今后線纜高溫掛重試驗(yàn)的開(kāi)展具有一定的借鑒和指導(dǎo)意義。

電線電纜；高溫掛重試驗(yàn)；試驗(yàn)方法

0　引言

宇航用電線電纜是輸送電能、傳遞信息和制造各種電機(jī)、電器、儀表和導(dǎo)彈等設(shè)備所不可或缺的基礎(chǔ)材料，其能夠?yàn)閲?guó)家電力產(chǎn)業(yè)和通信產(chǎn)業(yè)提供基礎(chǔ)設(shè)施，因而被廣泛地應(yīng)用于我國(guó)經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)中。近年來(lái)，隨著宇航用電線電纜需求的快速增長(zhǎng)，宇航用電線電纜得到了迅速的發(fā)展，此發(fā)展趨勢(shì)對(duì)線纜的質(zhì)量提出了更高的要求，同時(shí)也對(duì)宇航用電線電纜的檢測(cè)提出了更高的要求。長(zhǎng)期以來(lái)，宇航用電線電纜高溫掛重試驗(yàn)存在檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定得過(guò)于簡(jiǎn)單等問(wèn)題，因此，本文對(duì)宇航用線纜高溫掛重試驗(yàn)的方法進(jìn)行了研究，針對(duì)目前線纜高溫掛重試驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，通過(guò)試驗(yàn)比對(duì)，得到了一套較詳細(xì)的線纜高溫掛重檢測(cè)方法。

1　電線電纜高溫掛重試驗(yàn)后的失效形式

大量的檢測(cè)試驗(yàn)表明，電線電纜在高溫掛重試驗(yàn)后的失效形式主要有4種，分別為電線電纜受壓處絕緣開(kāi)裂、電線電纜表面損傷、電線電纜絕緣彎曲處脆裂和電線電纜高溫掛重試驗(yàn)后進(jìn)行絕緣耐壓試驗(yàn)時(shí)被擊穿。

電線電纜受壓處絕緣開(kāi)裂又分為線纜絕緣受壓處有小塊缺口、線纜絕緣受壓處有折痕、線纜絕緣受壓處撕裂和線纜絕緣受壓處有狹長(zhǎng)缺口幾種類(lèi)型，如圖1所示。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，電線電纜受壓處絕緣開(kāi)裂的原因主要有：芯棒表面的粗糙度達(dá)不到要求、表面存在較多和較大的毛刺、線纜絕緣在高溫老化試驗(yàn)過(guò)程中承受極限高溫時(shí)處于軟化的狀態(tài)和毛刺與芯棒不規(guī)則地劃痕劃傷電線絕緣；芯棒同軸度不夠，在某處存在半徑較小的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致線纜處于更嚴(yán)酷的試驗(yàn)條件下，進(jìn)行了 “過(guò)應(yīng)力試驗(yàn)”；在試驗(yàn)過(guò)程中去掛重的時(shí)間太晚，且芯棒太粗糙，線纜在恢復(fù)過(guò)程中受力撕裂，導(dǎo)致導(dǎo)體裸露。

圖1　電線電纜受壓處絕緣開(kāi)裂的失效現(xiàn)象

電線電纜表面損傷又分為電線電纜絕緣表面有規(guī)則的劃痕和電線電纜絕緣表面有凹坑兩種類(lèi)型，如圖2所示。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，電線電纜表面受損的原因主要有：在線纜高溫掛重試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作（例如：剝線）中，或者在線纜的搬運(yùn)及掛重過(guò)程中，線纜被尖銳物品劃傷，試驗(yàn)后劃痕擴(kuò)大、裂開(kāi)；線纜材料本身含有雜質(zhì)，在材料成型時(shí)雜質(zhì)附著在電線絕緣上，有部分雜質(zhì)顆粒較大，容易在外部目檢的檢驗(yàn)項(xiàng)目中發(fā)現(xiàn)，有些微小雜質(zhì)不明顯，通過(guò)高溫掛重試驗(yàn)后會(huì)暴露；線纜在運(yùn)輸過(guò)程中或在試驗(yàn)的準(zhǔn)備階段中，有沙?；蚧覊m殘留在電線的絕緣表面上，經(jīng)過(guò)高溫試驗(yàn)后暴露缺陷。

圖2　電線電纜表面損傷的失效現(xiàn)象

2　電線電纜高溫掛重試驗(yàn)平臺(tái)的搭建

搭建電線電纜高溫掛重試驗(yàn)平臺(tái)的具體步驟如下所述。

2.1高溫箱的選擇

高溫試驗(yàn)箱是進(jìn)行宇航用電線電纜高溫掛重試驗(yàn)的主要儀器設(shè)備，現(xiàn)有的高溫試驗(yàn)箱按照鼓風(fēng)方式可分為立式鼓風(fēng)高溫箱、臥式鼓風(fēng)高溫箱和無(wú)鼓風(fēng)高溫箱3種類(lèi)型，其中，立式鼓風(fēng)高溫箱的風(fēng)機(jī)在高溫箱的正上方，風(fēng)機(jī)較小，風(fēng)葉不大；臥式鼓風(fēng)高溫箱的風(fēng)機(jī)在高溫箱的側(cè)面，風(fēng)機(jī)較大，風(fēng)葉較大，風(fēng)力較強(qiáng)勁；無(wú)鼓風(fēng)高溫箱一般應(yīng)用于溫度不高的使用環(huán)境中，內(nèi)箱體采用昂貴的材料，用于熱輻射導(dǎo)熱。

2.2試驗(yàn)對(duì)象的選擇

本文的研究成果適用于所有型號(hào)規(guī)格的宇航用電線電纜高溫掛重試驗(yàn)。

2.3輔助材料設(shè)計(jì)加工

a）試驗(yàn)用金屬芯棒的設(shè)計(jì)

金屬芯棒的表面粗糙度的選擇：表面粗糙度一般可用Ra表示，常用的金屬芯棒的表面粗糙度可按加工精度分為Ra100 μm、Ra50 μm、Ra25 μm、Ra12.5 μm、Ra6.3 μm、Ra3.2 μm、Ra1.6 μm、Ra0.8 μm、Ra0.4 μm等幾個(gè)等級(jí)，本文加工了Ra12.5 μm、Ra6.3 μm、Ra3.2 μm、Ra1.6 μm、Ra0.8 μm 4個(gè)等級(jí)的金屬芯棒。

b）試驗(yàn)掛重用砝碼的設(shè)計(jì)加工

本文加工了重量為0.057～1.81 kg的各種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)化重量砝碼，可基本滿足各類(lèi)型電線電纜高溫掛重試驗(yàn)的檢測(cè)需求。

c）試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)化支撐架的設(shè)計(jì)

試驗(yàn)用支撐架的設(shè)計(jì)如圖3-4所示。

圖3　臥式高溫箱用支撐架設(shè)計(jì)圖

圖4　臥式高溫箱用支撐架三維圖

3　高溫試驗(yàn)箱內(nèi)箱設(shè)計(jì)分析及電線電纜比對(duì)試驗(yàn)

3.1立式高溫箱與臥式高溫箱的箱內(nèi)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果對(duì)比

為了比對(duì)兩種使用不同鼓風(fēng)方式的高溫箱在各個(gè)溫度點(diǎn)的均勻度，本文測(cè)量了兩個(gè)高溫箱內(nèi)的不同區(qū)域在100℃、150℃、200℃、250℃、300℃等幾個(gè)溫度點(diǎn)的實(shí)測(cè)溫度值。實(shí)測(cè)值證明，溫度在200℃以下時(shí)，兩種高溫箱都可以滿足要求；當(dāng)溫度超過(guò)200℃時(shí)，臥式高溫試驗(yàn)箱可以滿足均勻度的要求，立式高溫箱無(wú)法滿足要求。

3.2使用不同粗糙度的金屬芯棒進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)

本文使用粗糙度等級(jí)為Ra12.5 μm、Ra6.3 μm、Ra3.2 μm、Ra1.6 μm、Ra0.8 μm的金屬芯棒進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，每個(gè)粗糙度等級(jí)的芯棒選用同一型號(hào)的180根電線進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1　不同粗糙度等級(jí)比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，當(dāng)掛重試驗(yàn)棒的表面粗糙度達(dá)到0.8 μm時(shí)，基本不會(huì)損傷樣品。因此，界定不影響本試驗(yàn)的結(jié)果的試棒表面粗糙度的大小為Ra0.8 μm。

3.3使用不同去掛重時(shí)間的比對(duì)試驗(yàn)

本文按照標(biāo)準(zhǔn)要求，按照不同的去掛重時(shí)間進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2　不同去掛重時(shí)間比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，在開(kāi)箱門(mén)后25～30 min時(shí)，溫箱溫度降到100～120℃，此時(shí)去掛重最好，基本不會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果。

4　高溫掛重試驗(yàn)試驗(yàn)規(guī)范總結(jié)

本規(guī)范應(yīng)用于電線電纜高溫掛重試驗(yàn)，適用于線纜高溫老化試驗(yàn)和交聯(lián)程度驗(yàn)證試驗(yàn)。

4.1設(shè)備的選擇

a）高溫試驗(yàn)箱的選擇：高溫箱溫度量程應(yīng)滿足要求，溫箱內(nèi)各區(qū)域溫度偏差不高于±2℃。試驗(yàn)溫度高于210℃時(shí)，使用臥式高溫試驗(yàn)箱；試驗(yàn)時(shí)電線掛重較輕（低于0.113 kg）且溫度上限要求不高于200℃時(shí)，使用立式高溫試驗(yàn)箱；如果試驗(yàn)掛重較輕但試驗(yàn)溫度超過(guò)200℃，則使用臥式高溫箱同時(shí)調(diào)整側(cè)面鼓風(fēng)速度，不使用無(wú)鼓風(fēng)高溫試驗(yàn)箱進(jìn)行此試驗(yàn)。

b）輔助材料的選擇：按照溫箱內(nèi)箱的實(shí)際尺寸加工標(biāo)準(zhǔn)形狀的支撐架，按照標(biāo)準(zhǔn)要求選擇標(biāo)準(zhǔn)金屬芯棒與掛重砝碼。

c）高溫試驗(yàn)箱、耐壓儀必須計(jì)量合格并且在計(jì)量有效期內(nèi)。

4.2試驗(yàn)準(zhǔn)備

a）如果試驗(yàn)樣品為電線，則檢查樣品無(wú)損傷后進(jìn)行表面清潔處理；如果試驗(yàn)樣品為電纜，則首先進(jìn)行電纜的護(hù)套剝離，然后使用顯微鏡仔細(xì)檢查，確保樣品進(jìn)行高溫試驗(yàn)前無(wú)人為劃傷后，再進(jìn)行清潔處理。

b）配備一套標(biāo)準(zhǔn)的掛重砝碼，以便于試驗(yàn)時(shí)按照線纜規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)選擇合適的掛重。

c）選擇表面粗糙度為Ra0.8 μm的金屬芯棒，如果沒(méi)有Ra0.8 μm的金屬芯棒或者Ra0.8 μm的芯棒出現(xiàn)了劃痕、老化等現(xiàn)象，則貼一塊光滑氟塑料薄膜在金屬芯棒上，以防止芯棒對(duì)樣品的高溫創(chuàng)傷。4.3試驗(yàn)過(guò)程

a）樣品按照規(guī)定在支撐架上掛好，預(yù)熱高溫試驗(yàn)箱到規(guī)定溫度。

b）高溫試驗(yàn)箱達(dá)到規(guī)定溫度后開(kāi)箱，把試樣放入高溫試驗(yàn)箱內(nèi)，按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定保持相應(yīng)的時(shí)間。

c）達(dá)到規(guī)定時(shí)間后，半開(kāi)箱門(mén)冷卻25～30 min，箱內(nèi)溫度在100℃左右時(shí)去掛重，使樣品在無(wú)張力的情況下冷卻至室溫。

d）在室溫下，將試樣一端固定在試棒上，另一端掛重，試棒的直徑與所掛重量與掛重質(zhì)量一致，轉(zhuǎn)動(dòng)試棒，使試樣全部卷繞在試棒上，然后反向卷繞，如此稱為一次卷繞，共卷繞2次，卷繞時(shí)電線間應(yīng)緊密接觸，取下試樣檢查絕緣表面，應(yīng)無(wú)開(kāi)裂。

e）將卷繞的試樣按規(guī)定進(jìn)行電壓檢查，加壓時(shí)間參照產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

5　結(jié)束語(yǔ)

電纜電線高溫掛重試驗(yàn)是檢測(cè)電線電纜耐高溫性能的重要考核項(xiàng)目，但是，現(xiàn)有的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)卻存在對(duì)此試驗(yàn)操作規(guī)定地過(guò)于簡(jiǎn)單的問(wèn)題。因此，本文對(duì)宇航用線纜高溫掛重試驗(yàn)方法進(jìn)行了研究，針對(duì)目前線纜高溫掛重試驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，通過(guò)試驗(yàn)比對(duì)，得到了一套較詳細(xì)的線纜高溫掛重檢測(cè)方法，具有較強(qiáng)的借鑒價(jià)值。

[1]機(jī)械工業(yè)部上海電纜研究所.航空電線電纜試驗(yàn)方法電壓試驗(yàn)：GJB 17.2-84[S].

[2]機(jī)械工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)化研究所.航空航天用含氟聚合物絕緣電線電纜通用規(guī)范：GJB 733A-2000[S].

[3]機(jī)械工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)化研究所.航空航天用鍍銀銅導(dǎo)體聚四氟乙烯-四氧乙烯共聚物絕緣輕型電線電纜詳細(xì)規(guī)范：GJB 773A/23-2000[S].

[4]STEPHEN Schoppe，GLENN Robertson.Evolving counterfeit component threats and industry mitigation efforts[EB/ OL].[2016-03-28].http：//sildegur.com/doc/1256565/ counter-feits-inspection.

[5]HENRY Livingston.Avoiding counterfeit electronic components-part 2 observations from recent counterfeit detection experiences[EB/OL].[2016-03-28].http：//www. docin.com/P-1502141768.html.

High Temperature Hanging Weight Test Method of Aerospace Wire and Cable

DENG Rui，CHEN Bo
（CEPREI，Guangzhou 510610，China）

Firstly，the failure modes and failure causes of wire and cable after high temperature hanging weight test are analyzed.Secondly，the construction method of high temperature hanging weight test platform of wire and cable is introduced.Thirdly，through test comparison，the selection method of high temperature box，the roughness of mandrel which doesn't affect the test results and the time of hanging weight are determined.Finally，the specifications of high temperature hanging weight test are summarized，which has a certain reference and guiding significance for the development of high temperature hanging weight test of wire and cable.

wire and cable；high temperature hanging weight test；test method

TM 246+.9;TB 24

A

1672-5468（2016）04-0001-04

10.3969/j.issn.1672-5468.2016.04.001

2016-01-29

鄧銳 （1986-），男，江西贛州人，工業(yè)和信息化部電子第五研究所元器件檢測(cè)中心助理工程師，從事元器件可靠性檢測(cè)研究工作。