环境应力可导致产品设备失效,已被制造业普遍认知。为了提升产品的质量,相关技术人员和制造企业对环境应用与产品失效的关系进行了详细的研究。针对产品设备的环境试验可分为三类:机械环环境试验、气候环境试验、综合环境试验。其中,机械环境试验主要包括振动、冲击、碰撞、恒加速、嗓音等内容;气候环境试验主要包括温度、湿度、低气压、盐雾、淋雨、霉菌、太阳辐射、尘埃等内容;综合环境试验则包括机械环境和气候环境相结合的各种环境因素。因此综合环境试验对于检测产品的失效率最为全面、有效。
一、温度、湿度、振动应力与失效的关系
(一)温度应力与失效的关系
温度应力是引起产品失效的最主要的因素,主要是由高温带来的老化、热积聚、迁移、蔓延,以及由低温带来的低温易脆问题,还有因温度循环或温度冲击带来的产品膨胀或收缩。
(二)湿度应力与失效的关系
温度过高造成的潮湿环境也会引起产品失效。在潮湿环境里,材料吸附空气中的水分引起膨胀、强度降低、性能变化,就会使产品设备的绝缘材料电气性能下降,导致设备受到腐蚀、发生短路、产生霉菌。
(三)振动应用与失效的关系
振动应力对产品设备产生的共振,会使产品设备产生位移,致使产品设备出现松动、分离、接触不良、磨损、疲劳变形、开裂断裂等问题。
二、温度、湿度、振动三种应力综合施加与产品失效的关系
根据长期以来对温度、湿度、振动三种应用与产品失效关系的研究发现,这三种环境应力中的任何一种施加在产品上,都可以引发产品的失效故障,而如果三种环境应力同时施加在产品上,则可使产品失效的几率上升3-5倍。而这些环境应力的综合作用,由于综合情况不同,所造成的故障表现也各不相同。
比如,在进行温度循环对产品内部的影响试验时,由于材料热膨胀系数的差异,使产品的结构发生伸缩,导致部件结合部发生松动,此时增加环境湿度,潮气就会顺着缝隙侵入产品设备内部,使结合部与连接处的摩擦系数降低。如果再施加振动应力,那么就会产生不同于三种环境应用试验的新的失效结果。因此,针对这三种环境应力与产品失效关系的试验,最有效的方法还是进行综合试验。
三、温、湿、振三综合试验技术的应用
(一)振动应力
在设备运行的过程中,选择24h进行振动应力试验,随机抽取25%的工作循环时间施加振动应力,振动应力的振动循环时间为3h。
(二)温度、湿度应力
将产品试验时的温度控制在22℃,温度控制在25%。然后开始进行试验,首先将温度快速降至-50℃,持续1.75h后升至-32℃;
用3.25 h的时间将温度降至-34.5℃;
用13h的时间将温度升至-28℃;
用5h的时间将温度升至22℃。
将温度保持在22C,相对湿度调到25%~75%;
用2h的时间将温度升到25℃,相对湿度升到95%;
用10h的时间将温度升到29℃,此时相对湿度保持95%不变:
用5h的时间将温度降至25℃,此时相对湿度保持95%不变;
用2h的时间将温度降至22℃,相对湿度降到25%~75%;
用2h的时间将温度升至25℃,相对湿度降到65%;
用12h的时间将温度升至48℃,相对湿度降到25%;
将温度升到60℃,相对湿度升到95%,在这个条件下保持2h,之后将温度降至48℃;
用6h的时间将温度降至22℃,相对湿度降到25%~75%。通过以上步骤,使温、湿、振三综合试验在海军水面舰船外部安装的设备可靠性测试中充分了解设备的情况。以还原设备所处环境的温、湿、振三综合环境的试验,对试验部面在不同试验条件下产生的反应,可以将相关数据作为不断优化设备设计的依据。
四、温、湿、振三综合环境试验技术的应用方向
(一)产品的可靠性强化试验技术
温、湿、振三综合环境试验技术中对于产品的可靠性强化的试验技术,可以使技术人员了解产品对于哪一类型的环境应力存在结构与功能上的薄弱环节,并针对故障定位找到造成产品失效的原因,从中分析出改进工艺与设计,使产品的环境适应性与可靠性能不断加强。通过进行试验→发现故障→问题分析→工艺改进→再次试验→新问题发现→再分析→再改进→再试验的不断往返过程,使产品应对环境应力的能力不断强化,最终在产品研制阶段将产品存在的薄弱环节完全消除,使产品的设计与制作工艺技术达到成熟状态。
(二)温、湿、振三综合环境试验技术的发展趋势
以往针对产品环境应力的试验技术主要采用的是环境模拟技术与效应模拟技术,虽然目前这些技术仍然存在一定的应用空间,但是随着温、湿、振三综合环境试验技术的不断完善,未来终将成为产品环境应用试验的主流技术;
温、湿、振三综合环境试验技术的试验重点,主要集中于对产品设计制造薄弱环节与潜在故障的查找、分析方面,并成为多种技术手段相结合的试验技术。
五、结语
温、湿、振三综合试验是高度还原设备的使用环境,从而利用温度、湿度、振动的变化,激发产品故障,从中发现产品存在的设计、技术缺陷,从而不断完善相关设计和制造工艺,使产品在实际的应用中具备更强的抗环境影响的功能。就本文介绍的温、湿、振三综合试验技术的应用,可以看出该试验是提高产品可靠性的非常重要的手段。
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