环境试验的重要性及环境试验设备的有关问题

1　环境试验的目的及其重要性
　　随着我国工业生产的快速发展和军用装备的改进，对产品的质量和可靠性要求越来越高，因而对可靠性研究必不可少的设备─环境试验设备的品种、质量的要求也更多更高。特别是海湾战争显示了武器装备在战争中的重要作用，也促使了我国军事科技和武器装备的研究、试验和发展。
　　国内外的部分统计资料表明，武器装备发生故障或损坏的原因一半以上是由于使用该产品时的环境因素引起的，如表1：
国　家 中 　 美 　
产　品 机载产品 沿海基地使用的产品 同一种175架飞机中31种产品两年故障分析 F/A-18大黄蜂飞机
因环境因素引起的故障 52.7% 52% 52% 51%
其中：温度(高低温)
　　　振动
　　　潮湿
　　　砂尘
　　　盐雾
　　　低气压
　　　冲击 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
可见，环境因素对军用装备非常重要，有不可忽视的影响，为了使军用产品有很好的环境适应性，从而提高其使用可靠性，不仅在开发研制阶段，就是在使用阶段都必须进行环境试验。
　　对一般电工、电子产品，由各种环境因素引起的失效比例统计如图1示：
可见一般电工、电子产品由环境因素引起的失效与上表的统计是差不多的。
　　环境试验是将产品暴露在天然或人工模拟环境中，从而对其实际上可能遇到的贮存、运输和使用条件下的性能作出评价的试验，简单说是对产品进行环境适应性的试验。
　　环境试验的目的：
1.1　探索和确定单一或多个环境因素对产品的影响，考核产品的环境适应性；
1.2　作为产品的型式试验项目之一，或产品的验收试验， 看其是否符合规定的环境要求，产品是否合格，作为产品接收或拒收的决策依据。
1.3　作产品环境应力筛选（ESS）试验，筛选出不合格的或有潜在缺陷的产品，从而提高产品的可靠性。
　　环境试验可分外场试验及实验室试验：
　　(1) 实验室试验：一般在实验室内进行，又叫人工模拟试验， 是用人工的方法创造出某种气候环境或机械环境，将试品在此环境中试验。人工模拟试验具有与大气暴露试验相似的模拟性，并有加速性，可大大缩短试验时间，且其环境应力、负载条件的施加都可严格控制在容差范围内，保证全部试验在受控条件下进行，故重现性好，有可比性，其缺点是受到设备的限制，一般是试验一些体积较小，重量较轻的产品，且有时对非常真实的综合环境的模拟性较差。
　　(2) 外场试验，可分为天然暴露试验和现场试验：
　　① 天然暴露试验：将产品或材料在自然气候条件下暴露，考核其环境适应性，试验样品一般不工作，试验的时间很长，往往需要多年后才能评估其结果，这种试验准确、严格、真实、其结论比较权威，此种试验多为国家或大的工业集团采用。
　　② 现场试验：由于实验室设备受到各种限制，许多军用装备不可能在实验室中进行各种环境试验，即使能够试验，实验室试验也不可能完全真实的模拟现场的使用环境，因此无法进行真实的考核，所以不仅大设备，就是能在实验室进行环境试验的小设备也需要进行现场环境试验，以补充实验室的不足，充分验证军用装备在现场使用环境中是否会损坏或能否正常工作。在海湾战争开始前，美军装备在沙特作战前线曾进行过为时不短的现场试验，发现了不少装备不适应现场环境的问题，经研究处理后，大大提高了装备的可靠性，美军标MIL－STD－0810E中明确规定要安排工作环境验证试验，将实验室与现场结合起来，交替使用实验室试验和现场试验有助于加快研制进度和降低研制成本，并使环境因素对装备的影响减到最小，使装备的可靠性大大提高。
　　现场试验的优点是真实、可靠，能起到实验室起不到的作用。缺点是试验环境条件不能保证在受控条件下进行，故其试验条件和试验结果的重现性较差。
2　用于环境应力筛选（ESS）的环境试验设备　　
　　[ HT〗 环境试验主要是考核产品的环境适应性，用于确认设计，ESS是一个筛选程序，用于考核产品的零部件、材料和制造工艺，需要暴露产品的潜在缺陷以及可能发生在现场的其它性质的失效，ESS要求100％的产品作暴露试验，而不能随机抽样，因为产品的潜在缺陷是随机的，只有100％的试验才能保证筛选的有效性。
　　对产品进行环境应力筛选的关键：
　　(1) 环境应力的最佳水平，必须适合于强制产品的缺陷变为失效。
　　(2) 应力必须不超过产品电气和机械性能的极限，不应使无缺陷的产品失效或减少产品的有效寿命。
　　作为用于ESS的环境试验设备，其环境应力的大小应能满足以上要求，显然比常规的环境试验设备要求高。
　　ESS的型式有温度循环、随机振动、高温、热冲击、 低温、湿热、 低气压、综合环境等。根据美国环境科学学会（IES）等单位的研究资料，说明温度循环是筛选最有效的形式，其次是随机振动，所以我国电子产品的ESS试验按GJB 1032《电子产品环境应力筛选》推荐采用温度循环和随机振动两种试验方法。
　　温度循环不仅筛选最有效，且对试品加载应力均匀，在执行程序和修改程序方面有较大的灵活性：筛选时间较大多数其它形式短。
　　ESS温度循环试验有三个要求：
　　(1) 温度极限的温差尽可能大：高低温之间的温差≥100℃，而不管产品预定的使用极限，只要产品不引起不必要的危险，且不使无缺陷的产品破坏。
　　(2) 温度极限之间的温度速率必须尽可能快，通常≥5℃/min，以产生最佳应力水平，且多次循环，而不危害无缺陷的产品。
　　(3) 试品上的风速最好≥3m/s，以使试品表面温度尽量接近箱温。
　　能满足以上要求的试验设备才能作为ESS温度循环试验设备，显然，一般作环境试验的高低温试验箱都不能满足，重庆四达实验仪器厂生产有满足ESS温度循环试验的设备，可在＋100℃至－55℃之间进行交变， 其温度变化速率可达5℃ /min，8℃/min,10℃/min。
　　用随机振动作ESS试验需时较短，对暴露产品的机械缺陷特别有效，如脱焊、虚焊等，随机振动费用太贵，仅管如此，仍被认为比其它振动型式好，并经常采用，如果费用允许，可与温度循环组成综合试验进行筛选。