环境适应性试验项目的选择

戴宜乐

（福建省产品质量检验研究院，福州 350002）

环境适应性试验项目的选择

戴宜乐

（福建省产品质量检验研究院，福州 350002）

介绍低气压试验、高低温试验、湿热试验、IP防护等级试验、振动试验、冲击和碰撞试验、盐雾试验等试验项目的考核目的和相应试验参数，分析上述试验项目的适用范围。并根据当前产品的发展状况，简单介绍环境试验项目的组合和试验顺序。

低气压；高温和低温；湿热；IP代码；振动；冲击和碰撞；盐雾

考核产品环境适应性试验项目一般可依据产品的标准：企标/行标/国标/国军标或相应适用的标准，电工电子产品总体可参照GB/T 2421.1-2008《电工电子产品环境试验 概述和指南》、GB/T 2421.2-2008《电工电子产品环境试验 规范编制者用信息 试验概要》和GB 2423系列标准。不同类型的试验有其不同的目的，要想让试验达到预定的目标，应当考虑试验项目的完整性、试验条件的合理性、试验项目和试验顺序的科学性以及采用的试验方法和具体试验程序的可重现性四大因素。除试验项目、试验条件、试验程序的选择和确定及试验方法的选择，还应考虑各试验项目之间相互影响和顺序安排，正确排列试验项目的顺序，保证试验准确性和合理性。有关GB 2423系列标准和环境试验的相关国标在实际应用中有着很重要指导意义。下面就实际产品检验工作来谈谈一些心得。

1.见试验项目的选择及实际标准的应用

1.1.气压试验

大气压的降低对产品的机械性能和电气性能会有很大影响,有时会导致产品的破坏。大气压的降低会导致散热产品的温升增加，这是由于大气密度的降低使散热产品周围也将发生变化。大气压的降低对密封产品也会产生影响，压差使密封件破裂造成产品失效。低气压对产品的影响是正常大气条件下无法模拟的，因此必须进行低气压试验。高海拔地区使用的产品和机载设备对低气压试验考核尤为重要。

低气压试验可依据标准GB 2423.21-2008《电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验 M：低气压试验方法》GB/T 2423.25-2008《电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验 Z/AM：低温/低气压综合试验方法》、GB/T 2423.26-1992《电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验 Z/BM：高温/低气压综合试验方法》等系列指标要求。这些标准对试验方法，严酷等级、试验目的，试验条件都做了具体规范，低于（86～106）KPa标准大气压为低气压，气压从（1～84）KPa 10个等级，相当海拔1000m以上，试验时间可选择为几分钟、2h、4h、16h，若有其它环境需要可以选择高温/低温/湿热指标，因为高温/低温和湿热试验叠加将大大增强低压试验效果，这样可以据产品具体要求更贴切来选择考核指标达到试验目的。如蓄电池产品密封性的考核，显示器低气压使用考核都常用低气压试验。

1.2.温和低温试验

高温和低温试验是最常见的一种环境试验项目。低温试验对产品产生的影响主要使材料变成脆硬性，致使破损开裂，强度降低，润滑作用减小，电子元器件性能引起变化等。高温试验对产品的影响主要表现在改变材料的物理性能和尺寸，不同的材料膨胀不一致使零件粘结，润滑剂外流使润滑能力损失，电器元器件过热损坏，电子电路稳定性改变等。如对带有塑胶件的产品这二项试验就很能够暴露问题。高温和低温试验试验一般安排在一套试验的早期，且为相邻顺序，这样既能够考核耐高温和低温能力也能够达到耐温变试验的效果。

高温和低温试验依据国标GB/T 2423.1-2008 《电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验 A：低温试验方法》和GB/T 2423.2-2008 《电工电子产品环境试验第2部分：试验方法 试验 B：高温试验方法》。有散热样品温度渐变和非散热样品温度渐变所做的规定来选择，分为高温工作和低温工作试验、高温存储和低温存储试验，据实际样品所属是否散热用工作和存储两种不同温度点和产品状态来进行合适的考量。高温和低温工作试验的温度严酷度一般低于存储类温度5～10℃。在实际检测中先进行工作试验考核后再做关机状态下存储试验，对于部分大电流、高发热的电器产品，其高温工作试验可以代替高温存储试验，因为其工作时温度已经超出其存储温度极限，故只需进行高温工作试验即可。常见的高温工作试验温度有：40℃、50℃，高温存储试验温度有：50℃、55℃，低温工作试验温度有：0℃、－10℃、－20℃。低温存储试验温度有：－20℃、－40℃，工作试验时间2h~4h~8h, 存储试验8h~16h~24h。通常高温和低温试验能够暴露出产品的缺陷如：外壳变形，电性能故障不能正常运行等，从而达到整改目的。如产品高温可靠性试验也是高温工作试验一种。

高低温组合也是常见的试验项目，多用来更严酷考核产品内外结构性能和电性能。a)温度冲击试验－温度突变Na是目前常用来考核元器件和材料一种试验。高低温冲击试验是通过快速温变来达到考核产品的目的，因为属于非工作状态高低温冲击试验的指标的上、下限多采用高、低温存储试验的上、下限，可参照试验样品在高、低温存储试验中获得的的温度响应特性等信息。b)温度变化试验－温度渐变Nb常用来考核整机试验。在试验中产品按要求可处于工作状态，因此温度变化试验的上、下限往往使用高、低温工作试验的上、下限。这二项试验参照的标准有GB/T 2423.22-2002《电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验N：温度变化》等，根据实际要求选择高温点和低温点，滞留时间，温变速率，循环次数定试验等级。

1.3.热试验

湿热试验是用来评价试验样品的耐湿热能力，在湿热条件下，试样的金属材料易受到腐蚀和某些材料因吸水而变形，电器产品绝缘性能受影响而不能正常工作等。为了评价样品防潮材料防潮作用，依据国标GB/T 2423.3-2006《电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验Cab：恒定湿热试验》和GB/T 2423.4-2008《电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验Db：交变湿热（12h＋12h）》要求,对于密封或半密封的产品，如果吸附和吸收起主要作用，则使用恒定湿热试验。如果主要是凝露影响产品的性能或由呼吸现象加速水蒸气的渗透作用，常采用交变湿热试验。恒定湿热和交变湿热的选用可根据产品的类型而定。有渗透而无呼吸作用时，可根据产品的类型及其应用，试验结果基本一致时，应采用恒定湿热试验。如多数计算机类产品大都采用恒定湿热试验考核，电气成套设备则多用交变湿热试验考核。

恒定湿热试验通常分为湿热工作试验和湿热存储试验两种不同温度点和相对湿度的试验，湿热存储试验比湿热工作试验的温度点和相对湿度高，试验时间一般为48h。交变湿热试验是高湿度和温度循环变化的组合，一般有2种严酷等级，高温点是40℃和55℃，一个循环周期是24h,据需要选择循环周期数。

1.4.P防护等级试验

IPXX防护等级（防固体物质侵入、灰尘、、水(雨)侵入）表示产品外壳防护等级，有关IPXX等级一系列物体试具、防尘和防水试验是考核产品外壳和壳内设备对环境条件的防护措施及防止与外壳外部危险运动部件的接触。这也是常见的一种样品外壳密封性能考核手段。

防护等级试验依据标准GB 4208-2008《外壳防护等级（IP代码）》要求，第一位特征数字X：（1~6）是对固体异物包括灰尘进入的防护等级，从1~4防止固体异物进入到5/6防灰尘，防异物等级逐渐提高。IP5X 和IP6X防尘试验是防止灰尘进入样品产生灰尘覆盖层和严重的磨蚀，从而考核其密封性能。第二位特征数字X：（1~8）是外壳防进水的防护等级，从1~4防滴水、淋水、溅水到5/6防喷水及7/8防潜水，防水等级逐渐提高，一般IPX5和IPX6防喷水试验比较常见的严酷试验等级。进行防水试验的带机壳的产品，试验后不得进水产生有害影响，从而考核其密封性能。一般把防尘、防水试验放置在高温试验之后，这样可以考核产品是否在高温中发生形变，更有效反映在温度影响下的密封性能。

1.5.动试验

振动试验是最常见力学环境试验，目的是确定试验样品在使用或运输期间可能经受谐波形式的振动或随机振动等条件时出现的机械薄弱环节和性能下降情况，振动主要产生于各类运输工具上的旋转力、脉动力和摆动力，也可能由机械或地震现象引起。可用来确定样品结构完好性和研究样品动态特性。

振动试验对产品的影响主要表现在紧固件的松动,密封失效出现裂纹和断裂,带电元件间接触和短路,导线摩擦等。会加速破坏电子元件的焊接和结构，严重时会振掉元件。由振动引起的应力的累积结果可能在其它环境条件(如高温、低温、湿度等)的共同作用下影响设备性能。可见这项试验的重要性。

振动试验分为正弦振动和随机振动，如图1所示。

对于正弦振动试验来说，整机产品振动试验频率范围多在低频段，如计算机产品标准GB/T 9813-2000《微型计算机通用规范》最严酷等级3组规定频率范围为（10~58~10）Hz ，振幅为0.15mm；（58~150~58）Hz，加速度20m/s2；58Hz是交越频率。元器件和材料振动试验频率范围则多为高频段，如高频率点达到(1000~3000)Hz。通常试验参数可依据GB/T 2423.10-2008《电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验Fc:振动（正弦）》来选择。

随机振动试验多用于运输产品考核，一般运输条件考核选用低频段、低能量加速度谱密度值；剧烈运动产品如飞机上使用产品则选用高频段、高能量加速度谱密度值来考核，依据GB/T 2423.56-2006《电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验Fh：宽带随机振动（数字控制）和导则》来选定频率范围，加速度谱密度和持续时间。

1.6.击试验和碰撞试验

冲击试验和碰撞试验属于力学环境试验。对产品的影响是产生机械应力，这些应力使样品立即损坏损伤，主要表现在材料疲劳,电性能损伤、结构松动和零部件磨损等。

图1.

冲击试验模拟设备和元器件在使用或运输中可能受到少数非重复性机械冲击的效应，揭示应用中经受非重复性机械冲击试样机械弱点和性能下降情况，来确定样品结构完好性。冲击试验的指标由加速度、脉冲持续时间、冲击次数三个参数来确定，波形选用半正弦波。冲击试验加速度值较高，冲击次数短一般规定每方向3次或每面3次，可参照标准GB 2423.5-1995《电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验Ea和导则：冲击》选择合适的严酷等级。

碰撞试验模拟设备和元器件在使用或运输中可能受到的类似重复性机械冲击的效应，揭示重复性机械冲击所引起累积损伤和性能下降情况，用来确定样品结构完好性。碰撞试验的指标由加速度、脉冲持续时间、碰撞次数三个参数来确定，波形选用半正弦波。碰撞试验加速度值较低，碰撞次数较长常见的有规定每方向1000次，可参照GB 2423.6-1995《电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验Eb和导则：碰撞》选择合适的严酷等级。

冲击和碰撞试验在温度试验和振动试验之后进行，可以暴露温度、振动和冲击/碰撞综合环境作用下的失效，可以使气候环境产生缺陷更显现。冲击验和碰撞试验可以针对具体情况选其中一项进行试验，冲击试验和碰撞试验量级与振动试验量级相比并不严酷，那么冲击和碰撞试验可以从试验序列中去掉。

1.7.雾试验

盐雾试验是最常见一种大气腐蚀试验，对考核使用在沿海产品、海上船载设备抗腐蚀能力尤为重要。实际检验考核的有产品的外壳（涂层）、电路板焊点、金属结构件和配件等，因为盐的沉积和渗透会有潜在的破坏作用，产生腐蚀失效或短路，据国标GB/T 2423.17-2008《电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验Ka:盐雾》规定的指标：温度（35±2）℃，浓度（5±1）%氯化钠溶液，PH值（6.5~7.2），选择喷雾时间做中性盐雾试验，时间长短根据样品的材料和镀层决定，时间越长严酷等级越高。若有要求交变盐雾试验可据GB/T 2423.187-2000《电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验Kb:盐雾，交变（氯化钠溶液）》要求，中性盐雾试验与湿热试验结合选择X组指标进行试验。

值得注意的是盐雾试验样品应与其它试验的样品分开，不能用同一样品，否则试验结果不好界定。

如综上所述试验外，还有一些试验如：跌落试验、太阳辐射试验（光照试验）、霉菌试验等就不一一赘述。考核产品环境适应能力就要选择合适的项目和指标，才能达到有效目的。

2.关各试验项目的顺序和组合

为了更全面有效考核产品，试验的组合形式愈来愈多，各种试验条件交替或同时施加试验样品，考察产品承受能力和弱点。现在环境试验项目的组合形式的开展就增加许多，有高低温冲击、高低温循环、交变湿热、交变盐雾、交变温湿度、温度—低气压、温度—湿度—低气压、高温—振动、低温—振动、温度—湿度—振动、温度—低气压—振动等以上多个环境因素中的二综合、三三综合、四综合及多综合试验等。各类组合试验方法和指标可以参照相关标准，如国标GB/T 2423.34-2005《电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验Z/AD:温度/湿度组合循环试验》、GB/T 2423.35-2005《电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验Z/AFc:散热和非散热的试验样品低温/振动（正弦）综合试验》、GB/T 2423.36-2005《电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验Z/BFc:散热和非散热的试验样品高温/振动（正弦）综合试验》、GB/T 2423.102-2008《电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验：温度（低温、高温）/低气压/振动（正弦）综合》、GB/T 2423.60-2008《电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验Z/ABMFh：温度（低温、高温）/低气压/振动（随机）综合》等都有明确说明和规定。

图2.

除了以上单一或组合环境试验对产品的考核外，环境试验项目的顺序对产品影响是很大的。因此要重视选择排列顺序。可根据产品的特性和使用要求来排列合理项目顺序。要考虑所侧重的因素，是考虑各项环境试验影响效果还是考虑环境试验项目之间相互影响，还是叠加效应。国标GB/T 2421.1-2008《电工电子产品环境试验 概述和指南》、GB/T 2421.2-2008《电工电子产品环境试验 规范编制者用信息 试验概要》提供了电工电子产品一般环境试验项目顺序：低温、高温、温度剧变、冲击、振动、空气压力、交变湿热、恒定湿热、腐蚀（盐雾）、IP防护等级（防尘、固体物质侵入、水(雨)侵入），国军标GJB l50《军用设备环境试验方法》和美军标 MIL－STD－810C 中也提供的不同类别设备环境试验项目的顺序。可以在这些顺序的基础上结合各种原则和考虑因素设计各类产品环境试验项目顺序，各种产品标准和企标也是参照以上试验顺序来拟定的，评价某项试验和其它环境因素的累积作用时，一般首先进行这项试验。如果想要尽可能利用各试验作用之间的叠加效应，就要看前后试验损伤是否会扩展，是否能暴露组合效果。若评价一项试验能力在经受极端气候因素或力学试验后是否失去作用,则在这些试验后进行该项试验。我们在实际检测通常采用一套电类产品常规环境适应性试验顺序如图2。

按这套试验就可大致评价出一般电类产品承受环境适应性的能力。以上试验项目顺序仅供参考，可据实际需要项目可进行添加或删减，试验顺序合理调换以达到最有效试验效果。

3.结

总之环境试验项目发展很快，形式多样，名目繁多，只有合理选择并参照相关标准定好严酷等级，并合理排列好各试验项目顺序才能达到预想效果。

[1] GB/T 2421.1-2008，电工电子产品环境试验 概述和指南[S].

[2] GB/T 2421.2-2008，电工电子产品环境试验 规范编制者用信息 试验概要[S].

[3] GB/T 9813-2000，微型计算机通用规范[S].

[4] GB 2423.21-2008，电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验 M：低气压试验方法[S].

[5] GB/T 2423.1-2001，电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法试验 A：低温试验方法[S].

[6] GB/T 2423.2-2001，电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法试验 B：高温试验方法[S].

[7] GB/T 2423.3-2006，电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法试验Cab：恒定湿热试验[S].

[8] GB/T 2423.4-2008，电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法试验Db：交变湿热（12h+12h）[S].

[9] GB 4208-2008，外壳防护等级（IP代码）[S].

[10] GB/T 24 23.10-2008，电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验Fc：振动（正弦）[S].

[11] GB/T 2423.56-2006，电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法试验Fh：宽带随机振动（数字控制）和导则[S].

[12] GB 2423.5-1995，电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验Ea和导则：冲击[S].

[13] GB 2423.6-1995，电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验Eb和导则：碰撞[S].

[14] GB/T 24 23.17-2008，电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验Ka：盐雾[S].

How to Choose the Test Items of Environmental Adaptability

DAI Yi-le
（Fujian Inspection and Research Institute for Product Quality，Fuzhou 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

戴宜乐，工程师，主要从事电子电器产品环境适应性测试工作。