Методы проведения комбинированных испытаний

Разработка методов комбинированных испытаний основывается на знании условий реальной эксплуатации, когда изделие одновремен­но подвергается воздействию нескольких внешних факторов. При этом очевидно, что разработка таких методов должна базироваться на ис­пользовании определенного испытательного оборудования. Хотя выше была обоснована целесообразность комбинированных механических испытаний на совместное воздействие вибрации и линейных ускоре­ний, однако ни серийно выпускаемого испытательного оборудова­ния, ни стандартизированных методов испытаний пока еще нет, по­этому рекомендации по методике их проведения не приводятся.

Рассмотрим принципы, положенные в основу методов комбини­рованных климатических и механоклиматических испытаний, реко­мендуемых стандартами МЭК.

Во всех методах предусматриваются испытания на воздействие изменений температуры. При испытаниях нетепловыделяющих изде­лий температуру в камере в процессе испытаний измеряют с помо­щью контрольных датчиков, входящих в ее конструкцию. При испы­таниях тепловыделяющих изделий необходимо найти температурную измерительную точку на изделии, в которой в последующем должны проводиться измерения температуры. Для определения этой точки изделие размещают в камере, имитирующей «свободный обмен воз­духа», и устанавливают температурный режим, соответствующий за­данной степени жесткости. Осуществляют выдержку в течение вре­мени, требуемого для установления стационарного режима. Находят самую горячую точку на поверхности испытуемого изделия, регист­рируют полученную температуру и принимают эту точку за измери­тельную.

Если не имеется камеры, способной имитировать условия «сво­бодного обмена воздуха» при повышенной температуре, то изделие располагают в камере или помещении, где оно защищено от воздей­ствия солнечного света и сквозняка, включают питание и после дос­тижения теплового равновесия определяют самую горячую точку. Температура в этой точке не должна превышать допустимой темпера­туры нагрева изделия.

Рассмотрим метод испытаний на составное циклическое воздей­ствие температуры и влажности, который рекомендуется применять для ускоренного определения способности изделий выдерживать раз­рушающее воздействие циклических изменений температуры при высокой влажности, чередующихся с воздействием холода. Особен­ностью составных циклических испытаний является непрерывность процесса воздействия различных внешних факторов, в то время как в других случаях при переходе от испытаний на воздействие повышен­ной (пониженной) температуры к воздействию повышенной влажно­сти предусматривается стабилизация изделия, т. е. выдержка его в те­чение определенного времени в нормальных климатических условиях. Этому виду испытаний следует подвергать изделия, в конструкциях которых могут возникать отказы, обусловленные так называемым «ды­ханием» — явлением, отличным от абсорбции и заключающимся в проникновении воды в трещины и зазоры конструкции изделия. При отрицательных температурах вода замерзает, что, как правило, при­водит к отказам. Процесс «дыхания» наиболее часто проявляется в изделиях, имеющих сравнительно большие объемы, заполненные воздухом или газом, а также зазоры между уплотнениями и металли­ческими конструкциями или между уплотнениями и проволочными выводами, допускающие проникновение воды.

Для изделий, опрессованных пластмассой или имеющих детали из пористого материала, характерны явления абсорбции и диффу­зии, поэтому к ним составное циклическое испытание не применя­ется. От других методов оно отличается тем, что помимо цикличес­ких изменений температуры при высокой влажности предусматривается чередование воздействия холодом.

Таким образом, данный вид испытаний по сравнению с другими циклическими испытаниями характеризуется большей жесткостью режима за счет следующих факторов: большего числа колебаний тем­пературы или «всасывания» за некоторый интервал времени; больше­го диапазона температурного цикла; большей скорости изменения тем­пературы в пределах температурного цикла; включения ряда перепадов температур до отрицательных значений и этапов с выдержкой при температуре ниже нуля.

В случае испытаний изделий под электрической нагрузкой выде­ляемое ими тепло не должно вызывать заметного повышения темпе­ратуры камеры и тем самым влиять на режим испытаний.

Процесс испытаний начинается с предварительной выдержки (рис. 7.33), включающей, в зависимости от необходимости, перио­ды сушки, увлажнения, стабилизации и первоначальных измерений. Далее изделия помещают в термовлагокамеру и подвергают установ­ленным воздействиям. Выдержка изделия при внешних воздействиях складывается из десяти циклов «температура—влажность» (если не пре­дусмотрено другое число), продолжительностью 24 ч.

Каждый такой цикл выдержки состоит из нескольких этапов. Различают два вида циклов выдержки с различными этапами воздей — ф,%

80

40

20

ствия влажности и последующим воздействием холода (рис. 7.34, а) и без воздействия холода (рис. 7.34, б).

В течение любых пяти из первых девяти циклов изделия ДОЛЖНЫ быть подвергнуты воздействию холода после воздействия влажности (этапы a—f). Выдержка в условиях холода может проводиться в той же или в отдельной камере. Остальные четыре из первых девяти цик­лов осуществляются без выдержки в условиях холода. В последнем цикле, следующем по окончании этапа «температура—влажность», в камере поддерживаются температура 25±2 °С и относительная влаж­ность 93±3% в течение 3,5 ч, после чего проводятся заключительные измерения.

Заключительные измерения электрических параметров и провер­ка механических характеристик могут проводиться на следующих эта­пах:

• при высокой влажности в последнем цикле;

• непосредственно после извлечения изделий из камеры в усло­виях, аналогичных первоначальным измерениям;

• после периода сушки в нормальных атмосферных условиях в течение 24 ч.

Комбинированно-последовательное испытание на воздействие пони­женных температуры и атмосферного давления, а также влажного тепла в основном предназначено для изделий, применяемых в лета­тельных аппаратах, особенно в неотапливаемых и негерметизирован — ных зонах. При подъеме ЛА, когда температура и атмосферное дав­ление понижаются (первый этап), детали и уплотнения из эластомеров затвердевают и сжимаются, что может привести к отказам. При спуске ЛА атмосферное давление и влажность повышаются, изделия покры­ваются инеем, который при возрастании температуры оттаивает и в виде воды проникает в зазоры, трещины и через уплотнения. В свя­зи с этим рассматриваемые испытания проводятся в два этапа: на первом этапе осуществляют воздействие холода и пониженного ат­мосферного давления, а на втором — пониженного атмосферного давления и влажного тепла.

Распакованное изделие при температуре 20 °С помещают в каме­ру в выключенном состоянии и устанавливают в положении, огово­ренном в нормативной документации.

На первом этапе температуру воздуха в камере понижают со ско­ростью, не превышающей 1 °С-мин.-1, до значения, выбираемого из ряда, предусмотренного для испытаний на воздействие понижен­ной температуры. После достижения заданной температуры и уста­новления теплового стационарного режима проверяют функциони­рование изделия, для чего проводят требуемые измерения. При постоянной низкой температуре понижают атмосферное давление в

-Рь as	Ф,%
Неконтролируемая относительная влажность
24 t, ч
Предпочтительный допуск *__ Разрешаемые допуски — Предпочтительный J—X допуск
t, ч
Разрешаемые допуски
а)
б)

Рис. 7.34. Режим выдержки в условиях влажности: а — с последующей выдержкой в условиях холода;

б — без последующей выдержки в условиях холода

камере со скоростью, не превышающей 15-103 Па — мин.-1, до значе­ния, выбранного из ряда, предусмотренного для испытаний на воз­действие пониженного атмосферного давления. Вновь, как и в пре­дыдущем случае, проверяют функционирование изделия.

На втором этапе при постоянном заданном значении атмосфер­ного давления повышают температуру в камере с приблизительно постоянной скоростью до +30 °С за период времени не более 1 ч и одновременно вводят в камеру пар со скоростью, достаточной для образования инея. После достижения температуры 0—5 °С, когда иней на изделии растает, давление в камере восстанавливают до атмос­ферного за 15—30 мин. При этом температура в камере повышается до температуры в лаборатории или до +30 °С. Поддерживая темпера­туру на заданном уровне и относительную влажность более 95%, про­веряют функционирование изделия.

Испытания завершаются процессом восстановления, при кото­ром изделие остается в камере до тех пор, пока температура не дос­тигнет значения, соответствующего нормальным атмосферным усло­виям. После этого производят внешний осмотр изделия и измеряют все предусмотренные нормативной документацией параметры.

Комбинированные испытания на воздействие повышенной (понижен­ной) температуры и вибрации (синусоидальной) проводятся с целью определения пригодности тепло — и нетепловыделяющих изделий к эксплуатации и транспортированию в условиях воздействия повышен­ной (пониженной) температуры в сочетании с вибрацией. Методика этих испытаний состоит в сочетании методик испытаний на воздей­ствия повышенной (пониженной) температуры и синусоидальной вибрации. Помимо требований нормативной документации на изде­лие необходимыми данными для проведения комбинированных ис­пытаний являются частота механических резонансов изделия и тем­пературная измерительная точка для тепловыделяющих изделий. Указанные данные могут быть получены в ходе соответствующих раз­дельных испытаний на воздействие синусоидальной вибрации и на температурные воздействия. Если же раздельные испытания не про­водились и интересующие данные отсутствуют, то возникает задача их определения. Далее изделие закрепляется на столе вибростенда в камере, причем к креплению предъявляются особые требования по обеспечению тепловой изоляции тепловыделяющих изделий от стола вибростенда. Для выполнения этих требований крепления изготов­ляют из материалов, имеющих низкую удельную теплопроводность.

В нормативной документации на изделие должно быть указано, в каком направлении (направлениях) изделие следует подвергать воз­действию вибрации. Процесс испытаний на воздействие повышен­ной (рис. 7.35) или пониженной (рис. 7.36) температуры и синусо­
идальной вибрации начинают с предварительной выдержки (если это предусмотрено нормативной документацией).

Длительность, ґ*—-—ч испытания

При испытаниях тепловыделяющих изделий определяют темпе­ратурную измерительную точку в каждом изделии и температуру в ней, если она не была получена ранее в процессе испытаний. Про­водят первоначальные измерения параметров (операция I), после чего изделие закрепляют на столе вибростенда в положении, установлен-

б)

Рис. 7.35. Режим комбинированных испытаний на воздействие повышен­ной температуры и вибрации (синусоидальной): а — для нетепловыделяю­щего изделия; б — для тепловыделяющего изделия;…………………………….. — температура

поверхности изделия;————— температура в камере; * — промежуточные

измерения

ном нормативной документацией. Если предусмотрено проведение испытаний изделия на воздействие вибрации в нескольких направле­ниях, то процесс выдержки повторяют для каждого из заданных на­правлений. В случае, если до комбинированных испытаний изделие

б)

Рис. 7.36. Режим комбинированных испытаний на воздействие понижен­

ной температуры и вибрации (синусоидальной): а — для нетепловыделяю­щего изделия; б — для тепловыделяющего изделия; -……………………………………………………………………………………………….. — температура

самой горячей точки на поверхности изделия;—————————————————————————- температура в

камере; * — промежуточные измерения

не подвергалось раздельным испытаниям на воздействие температуры и вибрации, то их следует выполнить в соответствии с установленной методикой. После достижения изделием теплового равновесия его под­вергают воздействию вибрации одним из рекомендуемых методов, ука­занных в нормативной документации на изделие (операция II).

Затем изделие, не меняя его положения, испытывают на воздей­ствие повышенной (пониженной) температуры (операция III) без вибрации. При испытании тепловыделяющих изделий температуру в камере повышают до значения, при котором температура в измери­тельной точке будет отличаться от ранее установленной не более чем на 2К. После этого проверяют работоспособность изделия.

Далее осуществляют комбинированное воздействие вибрации и повышенной (пониженной) температуры. При этом в нормативной документации должно быть указано, в каком состоянии находится изделие: включенном или выключенном (операция ГУ). Через уста­новленный интервал времени проверяют работоспособность изделия, после чего выключают вибрацию, нагрев (охлаждение), а также пи­тание изделия. Изделие остается в камере до момента установления в ней нормальных атмосферных условий (операция V), при которых происходит восстановление (операция VI). В заключение (операция VII) производят визуально внешний осмотр, измеряют параметры и проверяют механические характеристики.

Определенный интерес представляют комбинированные испыта­ния на воздействие тепловлажностного фактора и пыли. В условиях реальной эксплуатации пыль наслаивается в основном в сухом виде. Однако за сухими периодами часто следуют периоды с повышенной влажностью воздуха, поэтому возникает необходимость проверки спо­собности изделия работать в запыленном и влажном состояниях. Рас­смотрим два возможных варианта комбинированных испытаний.

В первом варианте предполагается, что в состав пыли в есте­ственных условиях входят споры плесневых грибов, поэтому после проверки изделия на воздействие пыли целесообразно подвергнуть его в запыленном состоянии испытаниям на грибоустойчивость, но без внесения в камеру дополнительных спор. При оценке результатов испытаний необходимо учитывать свойства изделия в отношении стой­кости к плесневым грибам.

Во втором варианте изделие после испытаний на воздействие пыли помещают в камеру влажности и подвергают испытанию на воздей­ствие повышенной влажности в постоянном режиме. Применение циклического режима с конденсацией влаги нецелесообразно, так как при конденсации влаги частицы пыли могут быть смыты.

При указанном виде испытаний очевидно возрастание пробоев по поверхности. Однако эффективность реализации обоих вариантов

комбинированных испытаний зависит от состава пылевой смеси. Эк­сплуатация изделий в помещениях производственного и бытового на­значений требует включения в состав пылевой смеси органических аэрозолей.

Целесообразность проведения комбинированных испытаний за­висит от стадии жизненного цикла изделия. Очевидно, что на на­чальном этапе разработки изделия целесообразно проверять его на определенные виды воздействия, что позволит быстрее выявить воз­можные причины отказов. Однако уже при реализации доводочных испытаний возможно выполнение комбинированных методов.

Внедрение комбинированных испытаний на стадии производства позволяет сократить их длительность по сравнению с обычными и приблизить процессы воздействия к реальным условиям эксплуата­ции. Практическое применение комбинированных методов испыта­ний требует использования более дорогого и сложного оборудования и средств измерения, а также разработки новых совершенных мето­дов испытаний.

Глава 8