鄧銳，陳波

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東　廣州　510610）

宇航用線纜高溫掛重試驗方法

鄧銳，陳波

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東廣州510610）

首先，分析了電線電纜在高溫掛重試驗后的失效形式和失效原因；其次，介紹了電線電纜高溫掛重試驗平臺的搭建方法；然后，通過試驗比對,確定了高溫箱的選擇方法、不影響試驗結果的芯棒的粗糙度和去掛重的時間；最后，總結了高溫掛重試驗的試驗規(guī)范，對于今后線纜高溫掛重試驗的開展具有一定的借鑒和指導意義。

電線電纜；高溫掛重試驗；試驗方法

0　引言

宇航用電線電纜是輸送電能、傳遞信息和制造各種電機、電器、儀表和導彈等設備所不可或缺的基礎材料，其能夠為國家電力產(chǎn)業(yè)和通信產(chǎn)業(yè)提供基礎設施，因而被廣泛地應用于我國經(jīng)濟和國防建設中。近年來，隨著宇航用電線電纜需求的快速增長，宇航用電線電纜得到了迅速的發(fā)展，此發(fā)展趨勢對線纜的質(zhì)量提出了更高的要求，同時也對宇航用電線電纜的檢測提出了更高的要求。長期以來，宇航用電線電纜高溫掛重試驗存在檢測標準規(guī)定得過于簡單等問題，因此，本文對宇航用線纜高溫掛重試驗的方法進行了研究，針對目前線纜高溫掛重試驗中出現(xiàn)的問題，通過試驗比對，得到了一套較詳細的線纜高溫掛重檢測方法。

1　電線電纜高溫掛重試驗后的失效形式

大量的檢測試驗表明，電線電纜在高溫掛重試驗后的失效形式主要有4種，分別為電線電纜受壓處絕緣開裂、電線電纜表面損傷、電線電纜絕緣彎曲處脆裂和電線電纜高溫掛重試驗后進行絕緣耐壓試驗時被擊穿。

電線電纜受壓處絕緣開裂又分為線纜絕緣受壓處有小塊缺口、線纜絕緣受壓處有折痕、線纜絕緣受壓處撕裂和線纜絕緣受壓處有狹長缺口幾種類型，如圖1所示。通過分析發(fā)現(xiàn)，電線電纜受壓處絕緣開裂的原因主要有：芯棒表面的粗糙度達不到要求、表面存在較多和較大的毛刺、線纜絕緣在高溫老化試驗過程中承受極限高溫時處于軟化的狀態(tài)和毛刺與芯棒不規(guī)則地劃痕劃傷電線絕緣；芯棒同軸度不夠，在某處存在半徑較小的現(xiàn)象，從而導致線纜處于更嚴酷的試驗條件下，進行了 “過應力試驗”；在試驗過程中去掛重的時間太晚，且芯棒太粗糙，線纜在恢復過程中受力撕裂，導致導體裸露。

圖1　電線電纜受壓處絕緣開裂的失效現(xiàn)象

電線電纜表面損傷又分為電線電纜絕緣表面有規(guī)則的劃痕和電線電纜絕緣表面有凹坑兩種類型，如圖2所示。通過分析發(fā)現(xiàn)，電線電纜表面受損的原因主要有：在線纜高溫掛重試驗前的準備工作（例如：剝線）中，或者在線纜的搬運及掛重過程中，線纜被尖銳物品劃傷，試驗后劃痕擴大、裂開；線纜材料本身含有雜質(zhì)，在材料成型時雜質(zhì)附著在電線絕緣上，有部分雜質(zhì)顆粒較大，容易在外部目檢的檢驗項目中發(fā)現(xiàn)，有些微小雜質(zhì)不明顯，通過高溫掛重試驗后會暴露；線纜在運輸過程中或在試驗的準備階段中，有沙粒或灰塵殘留在電線的絕緣表面上，經(jīng)過高溫試驗后暴露缺陷。

圖2　電線電纜表面損傷的失效現(xiàn)象

2　電線電纜高溫掛重試驗平臺的搭建

搭建電線電纜高溫掛重試驗平臺的具體步驟如下所述。

2.1高溫箱的選擇

高溫試驗箱是進行宇航用電線電纜高溫掛重試驗的主要儀器設備，現(xiàn)有的高溫試驗箱按照鼓風方式可分為立式鼓風高溫箱、臥式鼓風高溫箱和無鼓風高溫箱3種類型，其中，立式鼓風高溫箱的風機在高溫箱的正上方，風機較小，風葉不大；臥式鼓風高溫箱的風機在高溫箱的側面，風機較大，風葉較大，風力較強勁；無鼓風高溫箱一般應用于溫度不高的使用環(huán)境中，內(nèi)箱體采用昂貴的材料，用于熱輻射導熱。

2.2試驗對象的選擇

本文的研究成果適用于所有型號規(guī)格的宇航用電線電纜高溫掛重試驗。

2.3輔助材料設計加工

a）試驗用金屬芯棒的設計

金屬芯棒的表面粗糙度的選擇：表面粗糙度一般可用Ra表示，常用的金屬芯棒的表面粗糙度可按加工精度分為Ra100 μm、Ra50 μm、Ra25 μm、Ra12.5 μm、Ra6.3 μm、Ra3.2 μm、Ra1.6 μm、Ra0.8 μm、Ra0.4 μm等幾個等級，本文加工了Ra12.5 μm、Ra6.3 μm、Ra3.2 μm、Ra1.6 μm、Ra0.8 μm 4個等級的金屬芯棒。

b）試驗掛重用砝碼的設計加工

本文加工了重量為0.057～1.81 kg的各種標準規(guī)定的標準化重量砝碼，可基本滿足各類型電線電纜高溫掛重試驗的檢測需求。

c）試驗用標準化支撐架的設計

試驗用支撐架的設計如圖3-4所示。

圖3　臥式高溫箱用支撐架設計圖

圖4　臥式高溫箱用支撐架三維圖

3　高溫試驗箱內(nèi)箱設計分析及電線電纜比對試驗

3.1立式高溫箱與臥式高溫箱的箱內(nèi)實測數(shù)據(jù)與模擬結果對比

為了比對兩種使用不同鼓風方式的高溫箱在各個溫度點的均勻度，本文測量了兩個高溫箱內(nèi)的不同區(qū)域在100℃、150℃、200℃、250℃、300℃等幾個溫度點的實測溫度值。實測值證明，溫度在200℃以下時，兩種高溫箱都可以滿足要求；當溫度超過200℃時，臥式高溫試驗箱可以滿足均勻度的要求，立式高溫箱無法滿足要求。

3.2使用不同粗糙度的金屬芯棒進行比對試驗

本文使用粗糙度等級為Ra12.5 μm、Ra6.3 μm、Ra3.2 μm、Ra1.6 μm、Ra0.8 μm的金屬芯棒進行對比試驗，每個粗糙度等級的芯棒選用同一型號的180根電線進行比對試驗，試驗結果如表1所示。

表1　不同粗糙度等級比對試驗結果

通過試驗驗證發(fā)現(xiàn)，當掛重試驗棒的表面粗糙度達到0.8 μm時，基本不會損傷樣品。因此，界定不影響本試驗的結果的試棒表面粗糙度的大小為Ra0.8 μm。

3.3使用不同去掛重時間的比對試驗

本文按照標準要求，按照不同的去掛重時間進行比對試驗，試驗結果如表2所示。

表2　不同去掛重時間比對試驗結果

通過試驗驗證發(fā)現(xiàn)，在開箱門后25～30 min時，溫箱溫度降到100～120℃，此時去掛重最好，基本不會影響試驗結果。

4　高溫掛重試驗試驗規(guī)范總結

本規(guī)范應用于電線電纜高溫掛重試驗，適用于線纜高溫老化試驗和交聯(lián)程度驗證試驗。

4.1設備的選擇

a）高溫試驗箱的選擇：高溫箱溫度量程應滿足要求，溫箱內(nèi)各區(qū)域溫度偏差不高于±2℃。試驗溫度高于210℃時，使用臥式高溫試驗箱；試驗時電線掛重較輕（低于0.113 kg）且溫度上限要求不高于200℃時，使用立式高溫試驗箱；如果試驗掛重較輕但試驗溫度超過200℃，則使用臥式高溫箱同時調(diào)整側面鼓風速度，不使用無鼓風高溫試驗箱進行此試驗。

b）輔助材料的選擇：按照溫箱內(nèi)箱的實際尺寸加工標準形狀的支撐架，按照標準要求選擇標準金屬芯棒與掛重砝碼。

c）高溫試驗箱、耐壓儀必須計量合格并且在計量有效期內(nèi)。

4.2試驗準備

a）如果試驗樣品為電線，則檢查樣品無損傷后進行表面清潔處理；如果試驗樣品為電纜，則首先進行電纜的護套剝離，然后使用顯微鏡仔細檢查，確保樣品進行高溫試驗前無人為劃傷后，再進行清潔處理。

b）配備一套標準的掛重砝碼，以便于試驗時按照線纜規(guī)范標準選擇合適的掛重。

c）選擇表面粗糙度為Ra0.8 μm的金屬芯棒，如果沒有Ra0.8 μm的金屬芯棒或者Ra0.8 μm的芯棒出現(xiàn)了劃痕、老化等現(xiàn)象，則貼一塊光滑氟塑料薄膜在金屬芯棒上，以防止芯棒對樣品的高溫創(chuàng)傷。4.3試驗過程

a）樣品按照規(guī)定在支撐架上掛好，預熱高溫試驗箱到規(guī)定溫度。

b）高溫試驗箱達到規(guī)定溫度后開箱，把試樣放入高溫試驗箱內(nèi)，按照標準規(guī)定保持相應的時間。

c）達到規(guī)定時間后，半開箱門冷卻25～30 min，箱內(nèi)溫度在100℃左右時去掛重，使樣品在無張力的情況下冷卻至室溫。

d）在室溫下，將試樣一端固定在試棒上，另一端掛重，試棒的直徑與所掛重量與掛重質(zhì)量一致，轉動試棒，使試樣全部卷繞在試棒上，然后反向卷繞，如此稱為一次卷繞，共卷繞2次，卷繞時電線間應緊密接觸，取下試樣檢查絕緣表面，應無開裂。

e）將卷繞的試樣按規(guī)定進行電壓檢查，加壓時間參照產(chǎn)品標準規(guī)定。

5　結束語

電纜電線高溫掛重試驗是檢測電線電纜耐高溫性能的重要考核項目，但是，現(xiàn)有的試驗標準卻存在對此試驗操作規(guī)定地過于簡單的問題。因此，本文對宇航用線纜高溫掛重試驗方法進行了研究，針對目前線纜高溫掛重試驗中出現(xiàn)的問題，通過試驗比對，得到了一套較詳細的線纜高溫掛重檢測方法，具有較強的借鑒價值。

[1]機械工業(yè)部上海電纜研究所.航空電線電纜試驗方法電壓試驗：GJB 17.2-84[S].

[2]機械工業(yè)部標準化研究所.航空航天用含氟聚合物絕緣電線電纜通用規(guī)范：GJB 733A-2000[S].

[3]機械工業(yè)部標準化研究所.航空航天用鍍銀銅導體聚四氟乙烯-四氧乙烯共聚物絕緣輕型電線電纜詳細規(guī)范：GJB 773A/23-2000[S].

[4]STEPHEN Schoppe，GLENN Robertson.Evolving counterfeit component threats and industry mitigation efforts[EB/ OL].[2016-03-28].http：//sildegur.com/doc/1256565/ counter-feits-inspection.

[5]HENRY Livingston.Avoiding counterfeit electronic components-part 2 observations from recent counterfeit detection experiences[EB/OL].[2016-03-28].http：//www. docin.com/P-1502141768.html.

High Temperature Hanging Weight Test Method of Aerospace Wire and Cable

DENG Rui，CHEN Bo
（CEPREI，Guangzhou 510610，China）

Firstly，the failure modes and failure causes of wire and cable after high temperature hanging weight test are analyzed.Secondly，the construction method of high temperature hanging weight test platform of wire and cable is introduced.Thirdly，through test comparison，the selection method of high temperature box，the roughness of mandrel which doesn't affect the test results and the time of hanging weight are determined.Finally，the specifications of high temperature hanging weight test are summarized，which has a certain reference and guiding significance for the development of high temperature hanging weight test of wire and cable.

wire and cable；high temperature hanging weight test；test method

TM 246+.9;TB 24

A

1672-5468（2016）04-0001-04

10.3969/j.issn.1672-5468.2016.04.001

2016-01-29

鄧銳 （1986-），男，江西贛州人，工業(yè)和信息化部電子第五研究所元器件檢測中心助理工程師，從事元器件可靠性檢測研究工作。