串聯(lián)諧振式高頻感應(yīng)加熱設(shè)備可靠性探討

成都慶光電器總廠(四川 610500) 徐謙陽(yáng)

一、可靠性設(shè)計(jì)

可靠性設(shè)計(jì)是產(chǎn)品可靠性的關(guān)鍵，如果產(chǎn)品設(shè)計(jì)達(dá)不到產(chǎn)品可靠性指標(biāo)，產(chǎn)品轉(zhuǎn)入生產(chǎn)定型后，再努力也難于生產(chǎn)出高可靠的產(chǎn)品，服務(wù)質(zhì)量再好，也無濟(jì)于事。所以產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，是制造高可靠產(chǎn)品的起點(diǎn)。要特別重視產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)，不能搞邊設(shè)計(jì)邊試制的生產(chǎn)形式，必須嚴(yán)格按《開發(fā)設(shè)計(jì)控制程序》進(jìn)行。

可靠性設(shè)計(jì)的過程，就是對(duì)可靠性指標(biāo)進(jìn)行論證、預(yù)測(cè)、確定和分配過程，對(duì)整機(jī)來講，可靠性設(shè)計(jì)主要包括冗余設(shè)計(jì)、減額設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)、穩(wěn)定性設(shè)計(jì)等，各項(xiàng)可靠性設(shè)計(jì)都要盡可能通過模擬設(shè)計(jì)和等效負(fù)載進(jìn)行模擬試驗(yàn)來驗(yàn)證。盡可能做到元器件的可靠性問題不要留到組件上去解決，組件上的可靠性問題不要留到分機(jī)去解決，分機(jī)上的可靠性問題不要留到整機(jī)上去解決。要做到分段設(shè)計(jì)分段把住可靠性指標(biāo)，使整機(jī)感應(yīng)加熱設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)建筑在扎實(shí)的基礎(chǔ)上。

二、感應(yīng)加熱設(shè)備可靠性設(shè)計(jì)原則

1.可靠性與元件數(shù)量成反比

數(shù)學(xué)模式為

R（t）≈X1X2………Xn

式中 R(t)——整機(jī)可靠度；

X——單個(gè)元件或零件可靠度；

1，2，n——元件或零件數(shù)量。

舉例：某一型號(hào)整機(jī)使用的元件可靠度是一樣的（0.99），但一種由10個(gè)元件組成，而另一種把部分分立元件變?yōu)榧蓧K，使元件數(shù)量變?yōu)?個(gè)。

用式（1）計(jì)算，第一種可靠度R（t）≈0.955（10個(gè)元件）；第二種可靠度R（t）≈0.975（5個(gè)元件）。

由此可見，設(shè)計(jì)電路時(shí)，在不影響性能的情況下盡可能減少元件（零件）的數(shù)量，用集成塊或模塊替代分立元件，達(dá)到減少元件數(shù)量的目的。

設(shè)計(jì)水路時(shí)，應(yīng)盡量減少分支，減少接頭和曲率小的彎頭（盡量避免直角彎和死彎）。

2.短板效應(yīng)（水桶法則）、元件可靠度沒有互補(bǔ)性

在日常工作中，我們常用強(qiáng)弱互補(bǔ)達(dá)到預(yù)期目的，如機(jī)械配合中采用正負(fù)公差的補(bǔ)償以確保產(chǎn)品合格，但可靠度不能這樣，完全是“水桶法則”，只要有一個(gè)元件可靠度低，整臺(tái)設(shè)備的可靠性就被可靠度低的元件鉗制住了。設(shè)備盡管在設(shè)計(jì)、工藝、用材上都比較注意，但是只要有一個(gè)小環(huán)節(jié)出了問題，就造成設(shè)備不能工作。

3.注意關(guān)鍵元件的可靠性設(shè)計(jì)

串聯(lián)諧振式透熱設(shè)備在節(jié)能上有優(yōu)勢(shì)，但是IGBT容易損壞，就以IGBT元件為代表進(jìn)行可靠性分析。晶閘管（可控硅）和IGBT的電流參數(shù)對(duì)比見表1。

表1 晶閘管（可控硅）和IGBT的電流參數(shù)對(duì)比

目前，大容量IGBT可靠性差的原因是：大功率IGBT應(yīng)用實(shí)踐中反映出來的損壞率高的問題，顯然和器件的多芯片并聯(lián)密切相關(guān)，除了不均流導(dǎo)致的電流損壞之外，多芯片并聯(lián)將使器件的電壓可靠性大為降低。原因是并聯(lián)的芯片只要由一個(gè)電壓擊穿，整個(gè)器件就完全失效。器件耐壓的可靠度是各并聯(lián)芯片耐壓可靠度的乘積（前述可靠性與元件數(shù)量成反比），多芯片并聯(lián)的弊端顯而易見。目前最單芯片的電流為75A，600A的IGBT就需要8個(gè)芯片并聯(lián)，與單個(gè)芯片相比，可靠性大幅度下降。實(shí)際上較大功率的IGBT無一例外地采用模塊封裝形式，所以，散熱性能差便是不可避免的事情。

散熱性能差也是造成IGBT可靠性差重要原因之一，解決IGBT可靠性差的補(bǔ)救辦法如下：

（1）加大容量，提高檔次?？紤]到IGBT的過電流能力遠(yuǎn)較晶閘管為差，過流系數(shù)的選擇至少要比晶閘管高出1倍。

（2）散熱環(huán)境良好，采用散熱性能良好的散熱器和冷卻媒質(zhì)。

（3）增加補(bǔ)償電路，應(yīng)該在大功率IGBT回路串聯(lián)一定的電感器，避免通態(tài)短路電流上升率導(dǎo)致的嚴(yán)重后果。

（4）IGBT固定位置便于觀察拆卸。

4.盡量采用成熟技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)件并留有余量

我公司在質(zhì)量改進(jìn)中吃過不少苦頭，其中之一是過分地相信某些廠商的宣傳，電源中某控制元件最初采用繼電器，后來聽說可控硅好，就換成可控硅，結(jié)果顧客反映質(zhì)量倒退了，后來根據(jù)業(yè)務(wù)反映和質(zhì)量分析，發(fā)現(xiàn)可控硅在控制電路的通斷上不如繼電器可靠，決定用繼電器重新替換可控硅，再經(jīng)一段時(shí)間后，業(yè)務(wù)員反映質(zhì)量恢復(fù)到以前情況。通過這個(gè)案例，使我們認(rèn)識(shí)到采用新材料和新技術(shù)一定要慎重，沒有使用前必須先小批量試用，證實(shí)質(zhì)量確實(shí)好才可大批使用。

注意：現(xiàn)在市面上的標(biāo)準(zhǔn)件或標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品（配件）許多是假冒偽劣產(chǎn)品，上面標(biāo)稱是按國(guó)家XXX標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，其實(shí)不然，就算是正規(guī)廠生產(chǎn)的產(chǎn)品，技術(shù)參數(shù)大多數(shù)是負(fù)公差，例如PVC導(dǎo)線，芯線直徑幾乎全是負(fù)公差，電解電容的容量和耐壓值，20世紀(jì)80年代前都高于30%，而現(xiàn)在多低于額定值，甚至低30%。成都某電機(jī)廠的直流電源多年來使用某工廠的，質(zhì)量可信，可是后來直流電源內(nèi)部的濾波電容經(jīng)常壞，不得不將其全部更換成耐壓高1倍的電解電容；但電解電容耐壓低于規(guī)定值，幾乎成為潛規(guī)則，因此設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮該因素，參數(shù)上留有一定余量。

5.盡量使用元件材料可靠性一致性，配套副機(jī)可靠性一致性

不能為追求可靠性，將材料檔次任意提高，公司現(xiàn)在就出現(xiàn)水路中的連接軟管，其承受壓力有的是1MPa，最大也有20MPa的，實(shí)際上1MPa就能滿足使用要求。耐壓20MPa的軟管可靠性肯定高，但價(jià)格也高，造成材料成本增高。元件可靠性一致不但是設(shè)計(jì)的要求，也是商業(yè)要求。還有國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的中頻變壓器，多數(shù)供水壓力為0.2MPa，而多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)的透熱成套設(shè)備供水條件為0.2～0.3MPa，出廠試水安全壓力為0.4～0.6MPa，有時(shí)急需外購(gòu)中頻變壓器時(shí)，不得不對(duì)水路進(jìn)行改制后才能使用，這給配套廠家增加了不少麻煩。

6.對(duì)可靠性差的元件可采用更換方便措施

公司根據(jù)多年質(zhì)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，有些元件可靠性本身就是壽命不長(zhǎng)，如繼電器有觸點(diǎn)壽命，電位器有接觸點(diǎn)氧化導(dǎo)致接觸不良失效時(shí)間，電解電容內(nèi)部電解質(zhì)時(shí)間久了也存在失效（使容量變小）現(xiàn)象。例如某型號(hào)時(shí)間繼電器標(biāo)稱觸點(diǎn)通斷壽命為10萬次，抽檢做可靠性試驗(yàn)，結(jié)果有的觸點(diǎn)動(dòng)作3萬次就失效了。因此，繼電器必須使用接插頭，線包為5V的小型繼電器直接焊在印制板時(shí)最好單獨(dú)，不要與大塊印制板在一起。

7.接插件的可靠性及防錯(cuò)插

接插件使用為單元化組合、批量生產(chǎn)、維修提供極大的方便，但是其故障率是相當(dāng)高的，因?yàn)樵摦a(chǎn)品使用環(huán)境相當(dāng)惡劣，油膩、灰塵很重，這些因素使得插針和插座易造成接觸不良，這些質(zhì)量問題在出廠檢驗(yàn)中是發(fā)現(xiàn)不了的。有時(shí)單獨(dú)拿某個(gè)電路板檢查，什么問題也發(fā)現(xiàn)不了，但是裝上去，工作一段時(shí)間，故障就出來了。解決方法，一是必須使用正規(guī)廠家的接插件，現(xiàn)在供應(yīng)部門為節(jié)約材料成本，喜歡購(gòu)買低價(jià)位的接插件，經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電材質(zhì)彈性不夠，多插幾次接觸就不好了；二是由供方提供可靠性試驗(yàn)報(bào)告；三是盡量少用接插件，用多種顏色線直接搭焊，在印制板上標(biāo)明焊點(diǎn)部位接線顏色（采用軍品安裝方式）；四是在接插座封固定膠，讓油膩、灰塵無法進(jìn)入；五是同一電路板上絕對(duì)不許使用同規(guī)格接插件和沒有方向性的接插件。

8.建立極限參數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)

如：主回路電流密度規(guī)定，接觸點(diǎn)電阻規(guī)定，兩電極連接接觸面積及平整度（接觸率）、加熱箱升溫曲線、感應(yīng)線圈與工件偶合度與節(jié)能曲線圖、銅管電阻率數(shù)據(jù)表、在額定水壓下各種銅管的水阻率數(shù)據(jù)表、不同功率不同頻率使用IGBT的規(guī)定表，設(shè)備功率與水流量關(guān)系曲線圖等。很多電機(jī)廠就有《電機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》等很多資料，如材料、元件，各種曲線圖表，需要什么材料和哪個(gè)生產(chǎn)廠家都有，還有《電機(jī)設(shè)計(jì)程序》，將用戶要求可通過電腦很快計(jì)算出來，如果做不到通知顧客更改參數(shù)，該程序中各種材料導(dǎo)磁率及磁化曲線，各種規(guī)格的銅線的電阻率，凡需要的數(shù)據(jù)都可查，若超過極限參數(shù)，電腦會(huì)告訴你此方案行不通，因此在設(shè)計(jì)上很難出現(xiàn)大的失誤，平時(shí)出現(xiàn)問題多的都是低級(jí)錯(cuò)誤，這一方法值得借鑒。

三、對(duì)熱平衡及水路可靠性探討

1.自身熱能的產(chǎn)生的機(jī)理

任何電器都會(huì)因自耗電能而產(chǎn)生熱量，當(dāng)發(fā)熱量與散熱量處于平衡時(shí)，電器的自身溫度就會(huì)穩(wěn)定到某一數(shù)值，當(dāng)平衡溫度過高時(shí)，電器本身的性能（物理或化學(xué)）發(fā)生變化。超過某個(gè)溫度點(diǎn)，電氣性能將會(huì)受到嚴(yán)重的破壞，如磁性材料居里溫度（常稱居里點(diǎn)）就是明顯的例子。據(jù)有關(guān)資料證實(shí)，半導(dǎo)體的PN結(jié)當(dāng)溫度由50℃升到100℃時(shí)，器件1000h故障率由0.001提高到0.1左右，即故障率提高約100倍，當(dāng)超過某個(gè)溫度時(shí)就失去單向?qū)щ娞匦裕骷氐讚p壞，說明溫度對(duì)可靠性影響重要性，因此，電器設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)，必須將溫度平衡點(diǎn)作為最基本要求輸入。

2.自耗電能分類

感應(yīng)加熱設(shè)備耗能主要有兩種，一是“銅損”，二是“鐵損”。銅損就電器自身存在直流電阻產(chǎn)生的熱量，公式為P=RI2；鐵損為渦流生產(chǎn)的熱量，作為感應(yīng)電源，凡是有交流電場(chǎng)存在，都會(huì)使鐵質(zhì)物質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生渦流，對(duì)加工件來說渦流產(chǎn)生的熱量是期望的，但是非加工件產(chǎn)生的渦流是我們竭力避免的，如鐵質(zhì)機(jī)架、安全罩等。

3.自身熱能主要分布

整流元件、濾波電容、濾波電感、功率管（功放板上MS管、IGBT等）、輸出變壓器、輸出饋線及主回路接頭、感應(yīng)線圈。

4.熱平衡方式

有自身散熱（取決于部件發(fā)熱溫度和自身質(zhì)量（重量）之比）、風(fēng)冷式強(qiáng)迫降溫、水冷式強(qiáng)迫降溫三種方式，散熱效果對(duì)比見表2。

表2 散熱效果比較表

水冷比空冷效果好只是定性的說法，嚴(yán)肅地講，水冷效果與水流量與被冷物質(zhì)的熱傳導(dǎo)性及質(zhì)量比有關(guān)，例如，同樣的感應(yīng)線圈，不同的水流量和進(jìn)水溫度，冷卻效果肯定不一樣。有些技術(shù)人員在設(shè)計(jì)時(shí)，把銅管電流負(fù)荷密度定為150A/mm2是不夠嚴(yán)密的，因?yàn)槿鄙?個(gè)前提（水溫、流量、感應(yīng)線圈重量及接受工件輻射的溫度）。以公司某型號(hào)加熱箱用了4個(gè)月?lián)p壞為例：電源功率為300kW，輸出額定電壓為848V，感應(yīng)圈銅管為10mm×10mm×1mm，經(jīng)計(jì)算有效橫截面積為36mm2，電流負(fù)荷密度為24A/mm2。可見在水冷情況下，這樣的電流負(fù)荷密度是非?？煽康?，但是感應(yīng)線圈還是被燒壞了。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)兩個(gè)問題，一是最后一節(jié)是雙層繞制，熱量不易散發(fā)；二是銅管彎曲不規(guī)范，由方形變成菱形通徑最小處燒斷，即水阻最高的地方最容易損壞。解決方法，對(duì)主要發(fā)熱元件或部件自身功耗引起發(fā)熱的極限溫度計(jì)算，然后用工藝試驗(yàn)進(jìn)行確認(rèn)；對(duì)主要發(fā)熱元件或部件通過強(qiáng)迫冷卻后，達(dá)到的溫度標(biāo)準(zhǔn)，然后用工藝試驗(yàn)進(jìn)行確認(rèn)；需要工藝室，配備必要的儀器和設(shè)備。

5.水路的可靠性

（1）在確定每個(gè)元件或部件需要的水流量，應(yīng)對(duì)其合理分配，并確定總水流量；確定各分流量的管徑，可用總水路和各支水路接流量表的工藝試驗(yàn)確定。確保水流量達(dá)到預(yù)期效果，可用表面溫度法或熱電阻溫度法測(cè)量冷卻水其進(jìn)出口的溫差，從邏輯上講，冷卻水流量越大進(jìn)出溫差越小，其實(shí)不然，當(dāng)水流量超過飽和點(diǎn)時(shí)，進(jìn)出口水溫差變化已不明顯了。最佳流量范圍通過工藝試驗(yàn)獲得，如附圖所示。

（2）水路接頭和焊接點(diǎn)可靠性（防滴漏），主要是焊接頭，波紋管接頭、螺接頭等可靠性，用極限水壓試驗(yàn)和振動(dòng)試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)存在的問題，再采取措施解決。

流量與進(jìn)出水溫差關(guān)系示意

（3）水路材質(zhì)的可靠性，構(gòu)成水路的材料有銅管、鋁散熱器、羅紋接頭、波浪嘴、密封帶、密封膠、塑料軟管等，首先在抗水壓都應(yīng)承受0.6MPa壓力，塑料抗老化方面達(dá)到一定要求，再生膠管絕對(duì)不能，不但抗水壓性能差，而且容易老化?？捎脴O限水壓試驗(yàn)和振動(dòng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)存在的問題，并采取措施解決。

（4）防水垢 是一個(gè)大難題，這是單從設(shè)計(jì)無法解決的，只能通過控制水質(zhì)來解決。

雖然GB/T 10067.1-2005對(duì)水質(zhì)做出過明確規(guī)定，但受條件限制，許多用戶的冷卻水達(dá)不到該標(biāo)準(zhǔn)要求，目前國(guó)內(nèi)該設(shè)備使用冷卻水基本情況如表3。

表3 使用水質(zhì)情況表

水質(zhì)是影響產(chǎn)品可靠性的第一大因素，據(jù)退回公司的產(chǎn)品質(zhì)量信息表明，因顧客使用水質(zhì)不好造成質(zhì)量退比例約占50%，水質(zhì)不好造成的后果有幾種現(xiàn)象：

（1）使用易結(jié)水垢的井水、地表水（硬水）。水垢在公司試機(jī)時(shí)或顧客使用短期內(nèi)是發(fā)現(xiàn)不了，但使用了一段時(shí)間后，水路里面就結(jié)水垢，管路內(nèi)部有水垢后，一是使水路橫截面積減少，增加了水路的水阻，導(dǎo)致水流量減少，影響水路的散熱；二是水垢有隔熱作用，使水冷傳導(dǎo)散熱效果降低。所以水垢對(duì)散熱影響是雙倍的，水垢嚴(yán)重時(shí)把散熱器的容水空間全部占滿，金屬導(dǎo)水管內(nèi)全部被水垢填滿。

（2）冷卻水含有泥砂。將退回公司返修的水冷電纜線折開后，發(fā)現(xiàn)里面全是泥砂，把水路全部堵死。據(jù)說有的用戶為節(jié)約用水成本，只要是水都在用，這樣的水質(zhì)量是無法保證使用可靠性的。

（3）冷卻水含有雜物，造成設(shè)備水路不通。大都是里面有塑料袋、麻繩、青苔等雜物阻塞。該現(xiàn)象大都是使用時(shí)間不長(zhǎng)發(fā)生的，時(shí)間短的甚至在幾個(gè)星期內(nèi)阻塞。

從理論上講水越純效果越好，其實(shí)不然，其一純凈水使用一段時(shí)間后水質(zhì)會(huì)發(fā)生變化，與新自來水沒有什么差別，自來水反復(fù)循環(huán)使用一定時(shí)間后，水質(zhì)照常變壞；其二冷卻水為純凈蒸餾水不含鹽與雜質(zhì)，其冷卻性能不如稍含鹽的水，水中含CaO的含量大于10mg/L（相當(dāng)于1°DH德國(guó)硬度），冷卻效果比純水好，所以以軟水為宜。

冷卻水解決辦法：水質(zhì)主要指標(biāo)達(dá)到pH值7～8.5、電導(dǎo)率＜100μs/cm的要求，冷卻系統(tǒng)要采用全封閉式循環(huán)，在確保感應(yīng)加熱設(shè)備良好冷卻的情況下最大程度地節(jié)能。徹底消除了傳統(tǒng)開放式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的結(jié)垢、微生物生長(zhǎng)、水量消耗大、受環(huán)境影響大、冷卻效果差、怕凍、維護(hù)復(fù)雜等問題。

（5）便于維修，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)不能將水路活接頭處在不便操作和維修的地方。

（6）水路接頭處盡量遠(yuǎn)離電器元件，萬一水泄漏不會(huì)濺漏到電器元件上。

（7）設(shè)計(jì)斷水必?cái)嚯姾蛿嚯姴粩嗨谋Ｗo(hù)裝置，保護(hù)裝置要達(dá)到高精度和高可靠性。

6.對(duì)感應(yīng)加熱的缺陷進(jìn)行研究

作為軍品主要指標(biāo)第一是可靠性，第二才是性能指標(biāo)?？煽啃酝c產(chǎn)品致命弱點(diǎn)（缺陷）緊密相連的。不了解不分析不采取措施來對(duì)付這些缺陷，可靠性設(shè)計(jì)將是一句空話。

該設(shè)備屬A-D-A串聯(lián)振蕩輸出，電路有效率高等優(yōu)點(diǎn)，但也存在著致命弱點(diǎn)。

（1）振蕩電路特別是自振破壞性強(qiáng)，感應(yīng)加熱是靠電磁波傳遞能量的，當(dāng)電磁波能正常傳送出去時(shí)，逆變器能會(huì)正常工作，否則，電磁波將產(chǎn)生回流的反射波，當(dāng)發(fā)射波與反射波形成疊加時(shí)，稱之為“駐波”，最大波幅為入射波的2倍，并倒流到逆變器上，使逆變器上功率管瞬間損壞。所以，設(shè)計(jì)一定防止感應(yīng)線圈或變壓器初級(jí)線圈短路和諧振電容短路或開路時(shí)的保護(hù)裝置。

（2）功率在交替工作時(shí)產(chǎn)生的諧波，若不用專門電路吸收的話，在示波器上會(huì)看到很多尖刺，該尖刺很易造成功率管不規(guī)則的導(dǎo)通，致上下管直通，不僅使逆變功率管電流過大而燒毀，還會(huì)禍及前端電路，使整流管（整流橋）燒壞。

（3）串聯(lián)震蕩輸出的電壓高（可達(dá)3000～4000V），特別是透熱和熔爐是未經(jīng)過變壓器降壓的，在設(shè)計(jì)透熱加熱箱和熔煉爐的輸入端及固定支撐架時(shí)，要充分考慮絕緣性和耐壓性，特別要注意，用做支撐的環(huán)氧玻板的吸潮性能不一樣，只有不吸潮的才能使用。因?yàn)槲睍r(shí)間一久，絕緣下降，會(huì)造成打火，除加熱器不能正常使用外，有時(shí)還會(huì)造成電源嚴(yán)重?fù)p壞。判別方法是：該環(huán)氧玻板使用時(shí)取一塊小料放入水中浸泡24h后涼干，再用耐壓儀測(cè)量。另外，嚴(yán)格按工藝制作，顧客維護(hù)到位。

7.對(duì)保護(hù)裝置可靠性進(jìn)行論證，制定MBTF的標(biāo)準(zhǔn)值（起碼10000nt）

到目前為止，公司對(duì)保護(hù)裝置可靠性試驗(yàn)進(jìn)行了有些實(shí)際工作，但沒有全面覆蓋，其原因是，現(xiàn)在保護(hù)裝置的信號(hào)采樣直接就在工作模塊或集成塊上，執(zhí)行端有些是獨(dú)立的，若完全獨(dú)立保護(hù)裝置做可靠性試驗(yàn)比較容易，非獨(dú)立式做起來難一些。保護(hù)裝置應(yīng)該是高可靠性的，保護(hù)裝置有幾個(gè)指標(biāo)，檢測(cè)靈敏性，反應(yīng)速度、抗干擾、抗振動(dòng)、可靠度（起碼1萬次以上無誤動(dòng)作），保護(hù)裝置的可靠性指標(biāo)要高于被保護(hù)設(shè)備可靠性的數(shù)量級(jí)才行。

四、可靠性設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)化工作

盡管感應(yīng)加熱設(shè)備品種繁多，功能五花八門，但設(shè)計(jì)中必須遵循一定的標(biāo)準(zhǔn)，不能各行其是，尤其是整機(jī)產(chǎn)品。因?yàn)檎麢C(jī)產(chǎn)品是元器件、組件、結(jié)構(gòu)件的集合體，如果不注意標(biāo)準(zhǔn)化工作，不但產(chǎn)品的性能難于達(dá)到，產(chǎn)品的可靠性更難實(shí)現(xiàn)，可以說沒有標(biāo)準(zhǔn)化，也就失去了產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。因此，感應(yīng)加熱設(shè)備的設(shè)計(jì)必須強(qiáng)調(diào)可靠性指標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化審查。感應(yīng)加熱設(shè)備的設(shè)計(jì)要在符合產(chǎn)品性能指標(biāo)和可靠性指標(biāo)前提下認(rèn)真貫徹各類技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、部標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)），有條件的應(yīng)直接采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)時(shí)在標(biāo)準(zhǔn)的具體執(zhí)行中，應(yīng)最大限度地采用標(biāo)準(zhǔn)件，充分考慮元器件、零件、組件的繼承性和互換性。這樣不但有利于專業(yè)化協(xié)作，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)化工藝，縮短設(shè)計(jì)和試制的周期，更有利于產(chǎn)品可靠性指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，也有利于區(qū)間、國(guó)際間的經(jīng)濟(jì)技術(shù)合作。標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容見表4。

表4 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)文件表

五、可靠性設(shè)計(jì)評(píng)審

按9000標(biāo)準(zhǔn)要求的《設(shè)計(jì)開發(fā)輸出評(píng)審》程序進(jìn)行?？煽啃栽O(shè)計(jì)評(píng)審是設(shè)計(jì)研制階段可靠性管理的重要內(nèi)容，其評(píng)審項(xiàng)目如下：

1.滿足顧客要求的項(xiàng)目

（1）性能和外觀能否滿足顧客要求。

（2）能否防止顧客使用不當(dāng)（如避免使用硬水、開關(guān)順序邏輯化）。

（3）在使用條件和一定環(huán)境條件下的工作能力（停電時(shí)不能停水）。

（4）安全性。

（5）是否解決了以往類似設(shè)計(jì)中存在的可靠性問題。

（6）在可靠性指標(biāo)方面是否具備有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

2.可靠性技術(shù)要求有關(guān)項(xiàng)目

（1）關(guān)鍵零部件的可靠性驗(yàn)證。

（2）結(jié)構(gòu)可靠性，耐疲勞程度，易損件壽命。

（3）可靠性預(yù)計(jì)中采用數(shù)據(jù)的置信程度（MBTF的確定）。

（4）設(shè)計(jì)方案及電路的選擇。

（5）故障分析及采用的相應(yīng)措施。

（6）維修性設(shè)計(jì)（可靠些差的元件、部件的更換）。

3.與制造有關(guān)的項(xiàng)目

（1）設(shè)計(jì)的可制造性，包括特殊過程要求，機(jī)械化和自動(dòng)化要求，元器件集成電路和組件的裝配能力。

（2）設(shè)計(jì)的可檢測(cè)性。

（3）選擇原材料、零部件供貨廠的質(zhì)量保證能力。

（4）質(zhì)量檢驗(yàn)規(guī)范及對(duì)質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備的要求。

（5）包裝的安全要求。

六、工藝可靠性

目前民營(yíng)企業(yè)的產(chǎn)品可靠性差主要是由材料差和工藝不過關(guān)造成的，估計(jì)占故障率80%以上，而低級(jí)錯(cuò)誤造成的占主要。其原因是沒有適宜的工藝文件和流程，工裝夾具不齊套，生產(chǎn)設(shè)備性能差，人員素質(zhì)不高等。

（1）錫焊工藝：以前電子部權(quán)威數(shù)字統(tǒng)計(jì)，電路焊點(diǎn)引起的故障率占15%，主要表現(xiàn)在焊點(diǎn)的虛焊、假焊，雙層印制通孔的孔化膜氧化后斷開。

（2）銅焊工藝：公司編制了專門銅焊工藝文件和檢驗(yàn)方法，以杜絕漏水現(xiàn)象。

（3）壓接工藝：電氣方面使用的接線排，用螺釘加彈墊平墊，用鈕力電動(dòng)起子；電氣主回路螺栓堅(jiān)固度，水路方面，壓接頭、螺接頭，快換接頭等，存在問題相當(dāng)多，今后能否通過振動(dòng)試驗(yàn)提前發(fā)現(xiàn)壓接質(zhì)量問題，另外將確保壓接質(zhì)量，列入安裝人員操作規(guī)范。

（4）布線工藝：信號(hào)線不得與220V電源線捆在一起，電流密度大的導(dǎo)線不得與其他線捆在一起，并盡量靠近散熱好的金屬機(jī)殼。

（5）銅管加工成型模，或購(gòu)置專用彎管工具。

（6）打結(jié)料的固化成型模。

（7）工序檢測(cè)及其設(shè)備；主要是增設(shè)水路的壓力和流量的測(cè)量及可調(diào)裝置。

（8）進(jìn)出水管外部分別用紅蘭顏色標(biāo)志，正負(fù)電源分別用紅蘭顏色標(biāo)志。

七、可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)

該試驗(yàn)僅限于高頻電源，對(duì)其成套設(shè)備如加熱箱、熔煉爐、送料機(jī)等可靠性試驗(yàn)必須在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，其試驗(yàn)方法暫不在此文討論。

1.可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)的類別

（1）可靠性篩選試驗(yàn) 在大量摸底測(cè)定試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用各種有效辦法，剔除不符合規(guī)范要求的不可靠產(chǎn)品，保留合格可靠產(chǎn)品的一種試驗(yàn)，可靠性篩選的主要特點(diǎn)是百分之百的產(chǎn)品經(jīng)過試驗(yàn)，試驗(yàn)是非破壞性的，適合剔除批量生產(chǎn)和批量使用的早期失效產(chǎn)品，它雖然不能提高產(chǎn)品的固有可靠性，但能提高批量產(chǎn)品的可靠性（如：產(chǎn)品高溫老練試驗(yàn)就是最常用的方法）。

（2）可靠性測(cè)定試驗(yàn) 是評(píng)價(jià)產(chǎn)品的可靠性時(shí)采用的一種摸底試驗(yàn)，其主要特點(diǎn)是：抽樣按規(guī)定實(shí)行試驗(yàn)，試驗(yàn)項(xiàng)目可以是單項(xiàng)目也可以是全項(xiàng)目；紀(jì)錄試驗(yàn)結(jié)果，了解產(chǎn)品可靠性實(shí)際水平；適合于確定產(chǎn)品可靠性有關(guān)的特性值；試驗(yàn)應(yīng)力的確定比較靈活；不能作為確定試驗(yàn)產(chǎn)品的可靠性等級(jí)（試制產(chǎn)品常用、只測(cè)數(shù)據(jù)不做判定）。

（3）可靠性驗(yàn)證（鑒定和交收）試驗(yàn) 為了檢查和驗(yàn)證產(chǎn)品的可靠性是否按標(biāo)準(zhǔn)在規(guī)定的條件下已經(jīng)達(dá)到某規(guī)定的可靠性指標(biāo)而采用的試驗(yàn)，或者說，是證明產(chǎn)品可靠性指標(biāo)是否符合規(guī)定的可靠性要求而進(jìn)行的試驗(yàn)。該試驗(yàn)常用于產(chǎn)品驗(yàn)收、設(shè)計(jì)定型、生產(chǎn)定型和產(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)證鑒定。對(duì)元器件而言，有壽命試驗(yàn)，對(duì)整機(jī)而言，有MBTF（平均無故障工作時(shí)間）試驗(yàn)?？煽啃栽囼?yàn)不是隨意的，而是受標(biāo)準(zhǔn)的約束，樣品試驗(yàn)的結(jié)果代表了整批產(chǎn)品的可靠性水平。樣品的抽取是在穩(wěn)定生產(chǎn)的批量中隨機(jī)進(jìn)行，產(chǎn)品可靠性指標(biāo)等級(jí)是預(yù)先確定的，如AQL值等。

（4）例行試驗(yàn) 對(duì)連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)的經(jīng)過篩選合格的產(chǎn)品，按有關(guān)技術(shù)條件規(guī)定，定期進(jìn)行常規(guī)的質(zhì)量抽查考核試驗(yàn)；做出合格與否的判定，在時(shí)間允許時(shí)作為產(chǎn)品最終能否人庫(kù)、出廠的依據(jù)。該試驗(yàn)的結(jié)論最大作用是能比較系統(tǒng)地、權(quán)威地確定該批產(chǎn)品的質(zhì)量水平，對(duì)質(zhì)量改進(jìn)提供證據(jù)（此項(xiàng)適合大批量產(chǎn)品）。

（5）環(huán)境試驗(yàn) 一般分為三種，第一種是溫度、濕度氣象環(huán)境因素試驗(yàn)，第二種是振動(dòng)、沖擊機(jī)械環(huán)境試驗(yàn)；第三種是復(fù)合試驗(yàn)，包括溫度、濕度、壓力、鹽霧、氣味、雨、風(fēng)、日照、振動(dòng)、沖擊、離心、拉力、彎曲、焊接性等（出口海運(yùn)產(chǎn)品必須做鹽霧試驗(yàn)）。

2.可靠性試驗(yàn)計(jì)劃

可靠性試驗(yàn)計(jì)劃是企業(yè)必不可少的，是企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃的一個(gè)組成部分，其程序如下：

（1）確定試驗(yàn)計(jì)劃的目的 調(diào)查產(chǎn)品可靠性實(shí)力，可靠性維持試驗(yàn)，判定產(chǎn)品合格與否，產(chǎn)品可靠性定級(jí)，合同特定要求，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行驗(yàn)收、確認(rèn)。

（2）可靠性試驗(yàn)方案 對(duì)電子整機(jī)而言有以下兩種：MBTF試驗(yàn)中采用標(biāo)準(zhǔn)型概率比序貫試驗(yàn)方案；MBTF試驗(yàn)中采用定時(shí)截尾試驗(yàn)方案（此法比較常用），例如：假設(shè)某產(chǎn)品nt=3000，失效數(shù)r≤3，抽50臺(tái)在工作狀態(tài)下連續(xù)運(yùn)行，若60h內(nèi)只有3臺(tái)失效，就判定該產(chǎn)品合格。若出現(xiàn)4臺(tái)失效，則判該批產(chǎn)品不合格。故障若可通過調(diào)節(jié)性能恢復(fù)正常工作的不判作故障，可靠性試驗(yàn)程序和計(jì)劃，試驗(yàn)方案確定后，就要確定詳細(xì)的試驗(yàn)程序，生產(chǎn)企業(yè)常用表格形式出現(xiàn)，并將程序和計(jì)劃編排在一起，第一步做什么，第二做什么，每一步達(dá)到什么要求，人員、設(shè)備、工裝夾具準(zhǔn)備，試驗(yàn)內(nèi)容、時(shí)間，測(cè)試項(xiàng)目、測(cè)試條件、判別標(biāo)準(zhǔn)等，試驗(yàn)完后對(duì)結(jié)果做出結(jié)論，該結(jié)論的符合性還需要質(zhì)量部門的負(fù)責(zé)人簽字認(rèn)可。

（3）可靠性試驗(yàn)方法：電子元器件失效試驗(yàn)方法（略）；電子整機(jī)可靠性MBTF試驗(yàn)方法。

八、使用可靠性

（1）用戶保持水質(zhì)符合要求：用水質(zhì)測(cè)試儀（型號(hào)SX－650）、pH值測(cè)試儀（型號(hào)PHB－3）對(duì)冷卻水質(zhì)定期測(cè)量，水質(zhì)主要指標(biāo)達(dá)到pH值7～8.5，電導(dǎo)率＜100uS/cm的要求，外觀要求無色透明，無懸浮物等即可。

（2）用戶按使用說明書要求，用除垢劑或草酸對(duì)水路內(nèi)部要進(jìn)行定期清洗，清洗后更換新的循環(huán)冷卻水。

（3）用戶按設(shè)備要求保證水壓相對(duì)穩(wěn)定。

（4）如發(fā)現(xiàn)水管老化應(yīng)立刻更換水管。

（5）用戶保證設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)突然停水時(shí)有應(yīng)急供水系統(tǒng)。

（6）用戶讓電源盡量避開粉塵和油污嚴(yán)重的環(huán)境。

（7）用戶必須嚴(yán)格按使用說明要求進(jìn)行規(guī)操作機(jī)內(nèi)應(yīng)保持清潔，定期用毛刷和壓縮空氣清除電路板和其他部件上的灰塵。

（8）對(duì)感應(yīng)圈連接板、主機(jī)與變壓器連接的高頻電纜線接頭應(yīng)經(jīng)常用砂紙打磨、酒精清潔，保持良好的電接觸。

（9）采取防震振措施，如在設(shè)備四周設(shè)如防振溝，設(shè)備底座增加防振的彈性腳墊等。

九、管理措施

（1）簽合同嚴(yán)格把關(guān)：凡是有影響使用可靠性的條款拒不接受。例如：顧客不能滿足冷卻水質(zhì)的不訂；顧客要求苛刻的合同不訂；顧客要求不清楚的不訂；成套設(shè)備未經(jīng)過評(píng)審的不訂，常規(guī)品改制而無批量的不訂。

（2）規(guī)定100kW以上的設(shè)備均要搭配冷卻水箱，以確保設(shè)備正常運(yùn)行。若顧客不具備冷卻軟水條件，又不搭配公司冷卻水箱所簽訂合同，不承擔(dān)保修。

（3）編制安裝規(guī)程，成立專業(yè)安裝隊(duì)伍，負(fù)責(zé)安裝復(fù)雜成套設(shè)備，培訓(xùn)顧客操作人員。簽合同時(shí)對(duì)氣溫低有結(jié)冰的地區(qū)顧客應(yīng)有防凍措施。業(yè)務(wù)員要學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單安裝、日常維護(hù)和定期清理水垢操作，并能指導(dǎo)用戶操作。制作光盤，將安裝、日常維護(hù)和定期清理水垢的知識(shí)告訴顧客，業(yè)務(wù)員或片區(qū)維修人員定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決并做好記錄。