環境試驗的重要性及環境試驗設備的有關問題

1　環境試驗的目的及其重要性
　　隨著我國工業生產的快速發展和軍用裝備的改進，對產品的質量和可靠性要求越來越高，因而對可靠性研究*的設備─環境試驗設備的品種、質量的要求也更多更高。特別是海灣戰爭顯示了武器裝備在戰爭中的重要作用，也促使了我國軍事科技和武器裝備的研究、試驗和發展。
　　國內外的部分統計資料表明，武器裝備發生故障或損壞的原因一半以上是由于使用該產品時的環境因素引起的，如表1：
國　家        中        　        美        　
產　品        機載產品        沿?；厥褂玫漠a品        同一種175架飛機中31種產品兩年故障分析        F/A-18大黃蜂飛機
因環境因素引起的故障        52.7%        52%        52%        51%
其中：溫度（高低溫）
　　　振動
　　　潮濕
　　　砂塵
　　　鹽霧
　　　低氣壓
　　　沖擊        42        40        55        40
        21.6        27        20        27
        19        19        19        19
        7.8        14        6        6
        3.9        /        /        4
        3.6        /        /        2
        2.1        /        /        2
可見，環境因素對軍用裝備非常重要，有不可忽視的影響，為了使軍用產品有很好的環境適應性，從而提高其使用可靠性，不僅在開發研制階段，就是在使用階段都必須進行環境試驗。
　　對一般電工、電子產品，由各種環境因素引起的失效比例統計如圖1示：
可見一般電工、電子產品由環境因素引起的失效與上表的統計是差不多的。
　　環境試驗是將產品暴露在天然或人工模擬環境中，從而對其實際上可能遇到的貯存、運輸和使用條件下的性能作出評價的試驗，簡單說是對產品進行環境適應性的試驗。
　　環境試驗的目的：
1.1　探索和確定單一或多個環境因素對產品的影響，考核產品的環境適應性；
1.2　作為產品的型式試驗項目之一，或產品的驗收試驗， 看其是否符合規定的環境要求，產品是否合格，作為產品接收或拒收的決策依據。
1.3　作產品環境應力篩選（ESS）試驗，篩選出不合格的或有潛在缺陷的產品，從而提高產品的可靠性。
　　環境試驗可分外場試驗及實驗室試驗：
　?。?） 實驗室試驗：一般在實驗室內進行，又叫人工模擬試驗， 是用人工的方法創造出某種氣候環境或機械環境，將試品在此環境中試驗。人工模擬試驗具有與大氣暴露試驗相似的模擬性，并有加速性，可大大縮短試驗時間，且其環境應力、負載條件的施加都可嚴格控制在容差范圍內，保證全部試驗在受控條件下進行，故重現性好，有可比性，其缺點是受到設備的限制，一般是試驗一些體積較小，重量較輕的產品，且有時對非常真實的綜合環境的模擬性較差。
　　（2） 外場試驗，可分為天然暴露試驗和現場試驗：
　?、?天然暴露試驗：將產品或材料在自然氣候條件下暴露，考核其環境適應性，試驗樣品一般不工作，試驗的時間很長，往往需要多年后才能評估其結果，這種試驗準確、嚴格、真實、其結論比較，此種試驗多為國家或大的工業集團采用。
　　② 現場試驗：由于實驗室設備受到各種限制，許多軍用裝備不可能在實驗室中進行各種環境試驗，即使能夠試驗，實驗室試驗也不可能*真實的模擬現場的使用環境，因此無法進行真實的考核，所以不僅大設備，就是能在實驗室進行環境試驗的小設備也需要進行現場環境試驗，以補充實驗室的不足，充分驗證軍用裝備在現場使用環境中是否會損壞或能否正常工作。在海灣戰爭開始前，美軍裝備在沙特作戰前線曾進行過為時不短的現場試驗，發現了不少裝備不適應現場環境的問題，經研究處理后，大大提高了裝備的可靠性，美軍標MIL－STD－0810E中明確規定要安排工作環境驗證試驗，將實驗室與現場結合起來，交替使用實驗室試驗和現場試驗有助于加快研制進度和降低研制成本，并使環境因素對裝備的影響減到zui小，使裝備的可靠性大大提高。
　　現場試驗的優點是真實、可靠，能起到實驗室起不到的作用。缺點是試驗環境條件不能保證在受控條件下進行，故其試驗條件和試驗結果的重現性較差。
2　用于環境應力篩選（ESS）的環境試驗設備　　
　　[ HT〗 環境試驗主要是考核產品的環境適應性，用于確認設計，ESS是一個篩選程序，用于考核產品的零部件、材料和制造工藝，需要暴露產品的潛在缺陷以及可能發生在現場的其它性質的失效，ESS要求100％的產品作暴露試驗，而不能隨機抽樣，因為產品的潛在缺陷是隨機的，只有100％的試驗才能保證篩選的有效性。
　　對產品進行環境應力篩選的關鍵：
　　（1） 環境應力的*水平，必須適合于強制產品的缺陷變為失效。
　?。?） 應力必須不超過產品電氣和機械性能的極限，不應使無缺陷的產品失效或減少產品的有效壽命。
　　作為用于ESS的環境試驗設備，其環境應力的大小應能滿足以上要求，顯然比常規的環境試驗設備要求高。
　　ESS的型式有溫度循環、隨機振動、高溫、熱沖擊、 低溫、濕熱、 低氣壓、綜合環境等。根據美國環境科學學會（IES）等單位的研究資料，說明溫度循環是篩選zui有效的形式，其次是隨機振動，所以我國電子產品的ESS試驗按GJB 1032《電子產品環境應力篩選》推薦采用溫度循環和隨機振動兩種試驗方法。
　　溫度循環不僅篩選zui有效，且對試品加載應力均勻，在執行程序和修改程序方面有較大的靈活性：篩選時間較大多數其它形式短。
　　ESS溫度循環試驗有三個要求：
　?。?） 溫度極限的溫差盡可能大：高低溫之間的溫差≥100℃，而不管產品預定的使用極限，只要產品不引起不必要的危險，且不使無缺陷的產品破壞。
　?。?） 溫度極限之間的溫度速率必須盡可能快，通常≥5℃/min，以產生*應力水平，且多次循環，而不危害無缺陷的產品。
　?。?） 試品上的風速≥3m/s，以使試品表面溫度盡量接近箱溫。
　　能滿足以上要求的試驗設備才能作為ESS溫度循環試驗設備，顯然，一般作環境試驗的高低溫試驗箱都不能滿足，東莞市宏展環境科技有限公司生產有滿足ESS溫度循環試驗的設備，可在＋100℃至－55℃之間進行交變， 其溫度變化速率可達5℃ /min，8℃/min,10℃/min。
　　用隨機振動作ESS試驗需時較短，對暴露產品的機械缺陷特別有效，如脫焊、虛焊等，隨機振動費用太貴，僅管如此，仍被認為比其它振動型式好，并經常采用，如果費用允許，可與溫度循環組成綜合試驗進行篩選。