三防設計及其在數字對講機結構設計中的應用

陳勇 CHEN Yong；徐中亮 XU Zhong-liang

（廣州海格通信集團股份有限公司，廣州 510663）

（Guangzhou Haige Communications Group Incorporated Company，Guangzhou 510663，China）

0 引言

21世紀，數字對講機是現代指揮專用的主要無線通信方式，在實際的工作狀態中，所發生的故障約一半是由環境因素導致的，其中90%以上是由溫度、鹽霧、濕度、霉菌和振動造成的。換句話說，設備的可靠性與環境因素有著重大關系。

在電子通信行業中，三防設計一般定義為防潮熱設計、防鹽霧設計和防霉菌設計。電子裝備的“三防”性能，已成為系統整機重要的性能指標之一。隨著現代通信技術的高速發展，工程師越來越重視三防設計，采用三防技術設計的數字對講機，能有效降低設備的故障率，提高產品可靠性和適應使用環境能力。因此，加強產品的三防結構設計，減小環境對設備性能的影響，是產品設計中的重要環節。

1 結構設計對產品性能的影響

專用數字對講機使用環境比較惡劣，采用三防技術設計的產品可適應野戰的高低溫，潮熱，鹽霧等嚴酷氣候條件，并且能夠長期穩定、可靠地工作。三防結構設計是三防設計完善與否的關鍵之一[1]，通過結構設計體現出三防設計的要求。因此，在電子設備的產品設計中，整機結構設計是否合理，不僅決定產品的成本高低，同時影響產品的使用性能。

當前，數字對講機的結構設計存在諸多缺陷，主要體現以下方面：

①密封性差，防水防潮性能弱，導致對講機在雨天或者潮濕氣候條件下不能正常使用；②材料選擇或者工藝處理不當，導致產品在鹽霧環境使用時不能有效抵抗鹽霧腐蝕，甚至斷裂；③我國南方及沿海地區氣候較潮濕，產品放置一段時間后就會發霉。

為解決上述不合理問題，需將三防設計的原則和方法融入結構設計中，從而提高對講機的環境可適應性，機械性能以及電氣性能。

2 三防結構設計

三防技術是涉及結構設計、電子元器件裝配以及工藝和生產技術管理等內容的綜合性系統工程[2]，其中結構設計為主要內容。運用三防設計的原則和方法，解決數字對講機結構設計存在的不合理問題，主要考慮如下幾點：

2.1 防潮熱結構設計 在三防設計中，防潮熱設計主要是防水設計。數字對講機由于體積小、重量輕、電子元器件之間的間隙小，其采用的防潮熱設計方法如下：

①優選防火、防銹蝕的合金材料；②在數字對講機表面涂覆保護層以防止銹蝕；③整機采用外殼密封防水，將電子元器件與周圍環境隔離，不與外界的空氣、水或其他腐蝕介質接觸。

依照《GB4208-93電子產品外殼防護等級》標準，手持式數字對講機屬于外殼結構防水且不怕腐蝕的小型通信設備，其整機的防水等級為IPX7。為便于更快、更直觀地檢測產品的氣密性，采用充氣檢測法代替浸漬試驗。表1為數字對講機氣密檢測的試驗參數。

表1 氣密檢測的試驗參數

為達到要求的防水等級，數字對講機結構設計時主要采用防水圈、防水雙面膠及局部封膠等防水形式。如果防水等級要求比較高，可采用二次啤塑及超聲波焊接方式防水[3]。以手持式數字對講機為例，具體防水結構設計如下：

①受話器前腔的出聲孔使用防水透氣膜，既起到防水作用，也可以透氣透聲。

②采用硅橡膠密封圈防水方式。1）前殼和中殼以及中殼和后蓋配合處采用截面為圓形，邵氏硬度為45±5°的硅橡膠密封圈防水，使數字對講機成為一個密閉的腔體；2）功能旋鈕和中殼局部配合處采用O型圈密封；3）硅膠按鍵周圈設計的半圓型凸臺與前殼配合起到防水作用。

③采用防水膠的密封方式。如視窗玻璃和前殼，充電座周圈與后蓋之間的配合面可以采用3M雙面防水膠，以起到密封防水作用。

④電池上，下殼體材料都為PC或ABS，通過超聲波焊接的方式，將電池上下殼體焊接為一整體，同樣可以達到良好的密封防水效果。

2.2 防鹽霧腐蝕的結構設計 鹽霧環境會引起手持式數字對講機的腐蝕，甚至影響整機的使用性能。按照《GB/T2423.17電子產品防鹽霧測試》的試驗方法：需要將對講機放置在氯化鈉含量為5±1%的鹽溶液，溫度為35±2℃的試驗箱中，承受連續噴霧時間為48h的試驗，且連續噴霧每24h檢測一次鹽霧的沉降率和pH值。試驗結束后，檢測噴霧后收集液的pH值是否在6.5～7.2范圍內，并將設備在正常的試驗大氣條件下放置48h，然后進行全面直觀檢查及性能檢測，如果沒有任何鹽霧腐蝕跡象，樣品試驗合格。圖1所示，鹽霧試驗樣品為鎂合金AZ91B，采用陽極氧化處理，可以抗連續鹽霧試驗48h。

圖1 陽極氧化的鎂合金AZ91B鹽霧試驗

防鹽霧設計的原則是：①選用耐鹽霧腐蝕性材料，金屬一般選擇合金為最佳；②元器件要有一定的覆蓋層防護；③合理的結構設計。依上述設計原則，在結構設計方面主要考慮以下3點：

①優選耐鹽霧腐蝕材料。由于工作環境惡劣，對講機設計需要優選耐蝕性強的材料。相較鎂合金，鋁合金本身耐蝕性強，一般大氣條件下，鎂合金需要加保護層，而鋁合金只有在嚴酷的大氣條件下才加保護層[4]。如表2所示，鋁合金和鎂合金在不同的后處理方式下的抗鹽霧試驗時間對比，其中鍍層厚度均為7μm。

表2 鎂合金與鋁合金鹽霧試驗時間

②采用表面涂覆層保護。1）由于緊固螺釘的十字槽處易磨損，應使用奧氏體不銹鋼，如：0Cr18Ni9(304)、0Cr17Ni12Mo2(316)并鈍化處理，滿足強度要求同時也可以通過中性鹽霧試驗48h無腐蝕；2）外露的充電觸點選用黃銅材料，且表面覆蓋層采用鍍金方式，鍍層厚度為3μm；3）鋁合金LY12殼體可以采用陽極導電氧化→磷化底漆→噴褐綠色塑粉。

③設計合理的結構。考慮涂裝和維修的方便，設計時盡可能采用簡單、合理的結構方式。例如，前殼需要暴露在外，設計時采用開放式的百葉窗結構形式，可以避免殘余水分積聚和灰塵積存，起到良好防護作用。

2.3 防霉菌設計 在濕熱環境中，對講機極易遭受霉菌侵蝕，因此，防霉設計是濕熱環境下對講機環境防護設計的重要內容。數字對講機采用鋁合金材料，霉菌試驗僅作外觀檢查，試驗周期28天。其具體測試內容：在溫濕度交變環境下進行，每24h循環一次。植入試驗要求菌種，試驗結束時，立即檢查樣品表面霉菌生長情況，按表3評定試驗結果。

表3 長霉等級

由于工作環境的特殊性，數字對講機在結構設計上的防霉菌措施是：①選用抗霉菌性能強材料。優選不易發霉的鋁合金材料；②加入防霉劑和合理的表面涂覆。比如橡膠表面需要添加水楊銑苯胺的防霉劑，而金屬外殼表面可以噴涂防霉漆，既美觀又可以防霉；③防霉包裝、密封。金屬外殼密封前，零部件用強紫外線進行照射，同時密封的內腔充入高濃度的臭氧，防止和抑殺霉菌，能起到有效防護作用。

3 結論

三防技術是一項復雜且與結構設計緊密聯系的系統工程，隨著新技術、新材料、新工藝的廣泛應用，“三防技術體系”得到逐步完善。結構設計師在設計產品時應考慮整機的三防設計要求，大大提升產品的環境適應能力。如今，隨著人們對產品質量的要求越來越高，采用三防設計的數字對講機逐步走進人們日常生活中。

[1]劉欣，劉繼芬.三防技術分析與應用[J].電子工藝技術，2010,31(6):354-357.

[2]王健石，胡克全,吳傳志.電子設備結構設計手冊[M].北京:電子工業出版社,1993.

[3]盛海華，王李芳.電子產品的防水方式設計[J].應用技術，2013,10:191.

[4]邱成悌，趙惇殳,將全興.電子設備結構設計原理[M].南京:東南大學出版社,2001.