電工電子產(chǎn)品灼熱絲試驗技術(shù)分析

高 麗 楊 杰 柯長久

（重慶海關(guān)技術(shù)中心 重慶 400020）

概述

非金屬材料的灼熱絲試驗是通過模擬電工電子產(chǎn)品在故障條件下造成的灼熱效應(yīng)，適用于評定電工電子產(chǎn)品及部件、零件和元件的著火危險。灼熱絲是由特制的電阻絲制成的環(huán)，通過施加不同大小的電流，可以讓灼熱絲達(dá)到預(yù)先設(shè)置的試驗溫度。然后在規(guī)定的條件下使灼熱絲的頂端與試驗樣品接觸，不同的試驗溫度代表了不同的嚴(yán)酷等級，再通過觀察試驗結(jié)果，判定電工電子產(chǎn)品暴露于電熱源中的耐起燃性能力或起燃后的耐火焰蔓延能力[1]。

灼熱絲試驗是電工電子產(chǎn)品一項重要的測試，但由于試驗步驟較為繁瑣，試驗人員常在具體的細(xì)節(jié)上面出現(xiàn)疏漏，并最終導(dǎo)致試驗結(jié)果出現(xiàn)偏差。本文將認(rèn)真梳理灼熱絲試驗的每一個關(guān)鍵步驟的難點(diǎn)，以提高試驗操作的規(guī)范性和試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1 試驗裝置

1）灼熱絲

灼熱絲是用外徑為4.0 mm±0.07 mm（彎曲前）的鎳/鉻（>77 % Ni/20±1 % Cr）絲[2]制成的，如圖1所示。灼熱絲頂端的溫度應(yīng)使用熱電偶測量。熱電偶標(biāo)稱直接應(yīng)為1.0 mm。熱電偶絲應(yīng)適合溫度高達(dá)960 ℃的條件下連續(xù)運(yùn)行。

圖1 灼熱絲形狀

熱電偶被安裝在灼熱絲頂端背后已鉆好的小孔里，保持緊密貼合。應(yīng)保持熱電偶頂端和鉆孔底部的熱接觸。焊接點(diǎn)應(yīng)位于鎧裝套內(nèi)并盡可能地靠近頂端。

2）試驗箱

試驗箱的容積至少為0.5 m3；試驗箱內(nèi)表面盡量為深色，且在試驗位置上，試樣受光不超過20 lx，如果光照過強(qiáng)，可能會導(dǎo)致細(xì)小的火焰被忽略，從而影響觀察者判斷是否起然；試驗箱應(yīng)在無通風(fēng)環(huán)境下運(yùn)行，且試樣安裝在距離試驗箱各表面至少100 mm處。

試驗箱應(yīng)裝有排氣裝置，如排氣扇，以便排出可能有毒的燃燒廢氣物。但需要注意的是，在試驗中，排氣扇應(yīng)當(dāng)關(guān)閉。

3）計時器

計時器是用來衡量灼熱絲施加到樣品的時間；以及灼熱絲移開后，火焰或灼熱持續(xù)的時間，所以計時器會對測試結(jié)果產(chǎn)生直接影響，計時裝置應(yīng)有≤0.2 s的分辨率。

2 準(zhǔn)備工作

1）預(yù)處理

試驗前，木板和包裝絹紙均需經(jīng)過預(yù)處理。將其放置在溫度15～35℃，相對濕度45～75 %的大氣環(huán)境下放置至少24 h，且試驗應(yīng)在試樣從該條件下移出的30 min內(nèi)完成。

2）鋪底層

鋪底層是為了評定從試驗樣品上落下的燃燒或者灼熱顆粒是否會引起火焰蔓延。在具體測試中需在一塊木板（平滑且最小厚度為10 mm）的上表面緊裹一層包裝絹紙，置于灼熱絲施加到試樣的作用點(diǎn)下方200±5 mm處。包裝絹紙單位面積質(zhì)量為12～30 g/m2。

3 試驗的過程及難點(diǎn)

3.1 退火處理

一個新的灼熱絲在應(yīng)用于試驗之前應(yīng)在至少120 A的電流中退火至少10 h?？偟耐嘶饡r間是可以累計的。若使用新灼熱絲前忽略了該步驟，既不符合標(biāo)準(zhǔn)的要求，也有可能會影響到試驗的結(jié)果。

3.2 灼熱絲的更換

在試驗中，試驗人員常常會忽視更換灼熱絲這一步驟。在試驗之前，應(yīng)當(dāng)檢查灼熱絲頂部。當(dāng)灼熱絲尺寸測量值降低到初始值的97.5 %時，應(yīng)對灼熱絲及時進(jìn)行更換。舉例進(jìn)行說明：如圖2所示，比如初次使用的灼熱絲直徑A為4 mm，過段時間后再次進(jìn)行試驗前，需對灼熱絲尺寸重新進(jìn)行測量。如測量值為3.9 mm，此時已經(jīng)降低為初始值4 mm的97.5 %，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5169.10-2017的要求，就需要更換灼熱絲。

圖2 灼熱絲尺寸

3.3 灼熱絲的維護(hù)

每次試驗完成后，觀察灼熱絲頂部若留有前次樣品的殘余物，可以用鋼絲球及時清除，并檢查灼熱絲頂部是否有裂紋。

3.4 灼熱絲溫度的校驗

灼熱絲試驗的關(guān)鍵步驟包括對溫度的校驗，需要使用純度至少為99.8 %，面積約2 mm2和厚度約0.06 mm的銀箔來校驗。當(dāng)銀箔開始熔化時，溫度計應(yīng)該顯示960±10 ℃。這一步至關(guān)重要，應(yīng)該嚴(yán)格控制溫度的范圍，如果銀箔的熔化溫度超出970 ℃，會導(dǎo)致灼熱絲實際試驗溫度偏低，如果銀箔的熔化溫度低于950 ℃，會導(dǎo)致灼熱絲實際試驗溫度偏高，都會嚴(yán)重影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.5 灼熱絲的施加過程

1）試驗的環(huán)境

試驗時，應(yīng)滿足試樣在溫度15～35 ℃，相對濕度≤75 %的實驗室環(huán)境下進(jìn)行試驗。試驗時，應(yīng)嚴(yán)格控制溫濕度條件，如果樣品周邊的空氣濕度過大或者空氣流動較大，都會在熱交換的過程中帶走一部分灼熱絲的熱量，從而導(dǎo)致灼熱絲溫度偏低，進(jìn)而影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2）灼熱絲施加的位置

除另有規(guī)定外，灼熱絲的頂端應(yīng)施加在試樣最薄之處，而且離試樣上邊緣最好不少于15 mm。

3）灼熱絲的溫度

灼熱絲施加的溫度T℃應(yīng)在以下溫度中選?。?50 ℃、600 ℃、650 ℃、700 ℃、750 ℃、800 ℃、850 ℃、900 ℃、960 ℃，且應(yīng)當(dāng)留意溫度的容差范圍。當(dāng)550 ℃≤T≤ 750 ℃范圍內(nèi)，溫度容差為±10 ℃；當(dāng)800 ℃≤ T≤960 ℃范圍內(nèi)，溫度容差為±15 ℃。

4）施加的力和速度

灼熱絲施加的力和速度都應(yīng)精準(zhǔn)控制，以防止過強(qiáng)的撞擊力對試驗是否起燃結(jié)果的影響。灼熱絲應(yīng)保持水平，且在移動時應(yīng)保持對試樣施加0.95±0.10 N的力。灼熱絲接近和撤離速度約為10～25 mm/s。且接近的速率應(yīng)在接觸試樣時接近0。

5）施加的深度和時間

灼熱絲的頂端進(jìn)入并穿透試樣的深度應(yīng)限制在7.0 ±0.5 mm內(nèi)。灼熱絲施加時間為30±1 s。當(dāng)達(dá)到施加時間后，為避免試樣進(jìn)一步受熱，應(yīng)將灼熱絲和試樣慢慢分開。

6）熱輻射效應(yīng)

在灼熱絲頂端接觸到試樣之前，應(yīng)為試樣和灼熱絲之間提供至少5 cm的距離或者用適當(dāng)?shù)钠帘挝铮员苊庠嚇邮艿綗彷椛涞挠绊憽?/p>

4 觀察和測量

在施加灼熱絲tA（30±1 s）期間及其后30 s內(nèi)，觀察試樣，試樣周圍的部件和位于試樣下方的鋪底層是否起燃；以及從灼熱絲頂端施加到試樣開始，至所有火焰熄滅的持續(xù)時間tE。

5 結(jié)果判定

要判定試驗樣品是否通過了T℃的灼熱絲試驗，需要符合下列條件之一：

1）沒有起燃；

2）雖然發(fā)生了起燃，但在移開灼熱絲后的30 s內(nèi)熄滅，且鋪底層未起燃。

6 結(jié)論

本文認(rèn)真梳理和分析了灼熱絲試驗的幾大關(guān)鍵步驟及難點(diǎn)，從試驗準(zhǔn)備、硬件設(shè)施、預(yù)處理、試驗過程等細(xì)節(jié)入手，進(jìn)行了深入研究。著重分析了灼熱絲更換、溫度校驗、灼熱絲施加過程三大關(guān)鍵步驟和操作難點(diǎn)，以幫助試驗人員把握試驗的操作規(guī)范，避免試驗失敗，從而提高試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。