球壓試驗

伍仁庫

摘 要：介紹球壓試驗的設備、樣品制作、試驗過程及壓痕測量方法。

關健詞：球壓試驗；壓痕；測量

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.241

球壓試驗作為驗證證材料性能的項目，影響試驗結果的因素又多，球壓試驗常被作為試驗室間的比對試驗項目。本文從球壓試驗所需的設備、樣品制作、試驗條件及測量方法等方面介紹球壓試驗的過程。

1 設備

進行球壓試驗需要的設備有：單室烘箱、球壓裝置、樣品支座、熱電偶、光學測量裝置。所有設備都應確保在校準有效期內使用。

球壓試驗不認為是一種老化試驗，因此可以使用帶或不帶強制對流的單室烘箱。為確保加熱箱的指示溫度與箱內實際溫度一致，需另外使用熱電偶測量樣品附近的溫度或試驗樣品支座的溫度。

如圖1所示，是一個半徑為2.5mm的壓力球，最終可施加20N±0.2N的作用力到樣品上（包括壓力球的質量）的球壓裝置。

試驗支座具有平滑的表面和足夠的強度、能將試品剛性支撐在水平位置、有足夠的重量防止在烘箱內放置和取出樣品時出現試驗支座溫度明顯下降的情況。通常高度為100mm和直徑為50mm的實心鋼柱體是合適的。

2 樣品

樣品的表面是否光滑平整會影響壓痕的形狀。假設垂直作用到樣品上的力為F，當樣品與支座平面成β角，則作用在樣品表面上的力變為FCosβ，小于垂直時的作用力F，因而造成了垂直作用在樣品表面上的力減小，還沿著樣品表面產生一個分力，使壓痕的形狀向分力方向傾斜導致壓痕不規則，降低了試驗的準確度。

從產品上切割試驗樣品應上下部表面大致平行且厚度≥2.5mm，如果厚度不夠可以疊加。試驗樣品邊長最小為10mm的方形平面或直徑至小為10mm的圓形平面。如果從產品上直接切割有困難，則可用一片同樣的材料作為試驗樣品，材料片的厚度為3.0mm±0.5mm，應確保用于生產這塊樣品的材料和加工方法與產品相同。具體到小型斷路器來說，直接從產品上制作切割難于滿足球壓試驗的要求，因此用同樣材料制作的樣品是可行的。

3 試驗條件與過程

試驗開始前，樣品應在溫度15℃～35℃之間，相對濕度45%～75%之間至少放置24h，進行預處理。GB/T 10963.1-2005中規定有兩種情況需要進行球壓試驗：（1）把載流部件和保護電路部件保持在其位置上所必需的由絕緣材料制成的外部部件需在（125±2）℃下進行；（2）把外殼內的保護導線的接線端子保持在位置上所必須的絕緣材料部件需在（70±2）℃下進行。目前國內常見的小型斷路器DZ47-63來說只有第一種情況適用。

試驗溫度直接影響試驗結果，為了減少支座對試驗結果的影響，試先將球壓裝置和樣品支座一并放入烘箱，設定溫度為125℃，在該溫度下保持24h或達到熱平衡為止。試驗溫度由單室烘箱來控制，需滿足±2℃的精度要求，由于試驗支座的影響，不能確保樣品與支座接觸面的溫度跟單室烘箱的指示溫度一致。因此在試驗樣品支座的中心安裝一個熱電偶，在試驗過程中用熱電偶實時監測樣品附近的溫度不顯著偏離試驗溫度。

箱內溫度達到125℃且熱平衡后可開箱放入樣品，此時箱內溫度會急劇下降，為減少開箱造成的溫度波動幅度應盡可能縮短開箱時間。在烘箱加熱前，可準備兩塊樣品，其中一塊樣品作為模擬，預先將球壓裝置放在樣品及支架上，根據其擺動的情況對其位置作適當的調整，當放入正式樣品時微調即可，以減少開箱的時間。

4 測量

壓痕測量是最重要也是最難的一步。GB/T 5169.21-2006中規定經過60min～62min后，從樣品上移開球壓試驗裝置，在10s內將試品浸入溫度為20℃±5℃的水中保持6min±2min，然后從水中取出樣品并去除所有水份。

理論上壓痕直徑為兩切點的間距，切點是球壓裝置末端的球面于壓痕凹面的幾何相切。測量時應扣除材料變形部分的尺寸，常見的壓痕形式有圓形和非圓形兩種，如圖2所示。

要確定壓痕的邊界需依賴于測量手段。需選用具有合適亮度的讀數顯微鏡，讀數顯微鏡應具有10倍以上的放大倍數且應有目鏡劃分尺、十字交叉和分劃雙刻線，需有照明裝置來保證壓痕表面的光線。GB/ T5169.21-2006規定需在從水中移出的3 min內測量壓痕直徑，可在樣品將取出前將顯微鏡調整好，以便在規定時間內完成壓痕的測量。在實際操作，不可能有如圖2 所示這種理想的壓痕和邊界，可以采用有色印油涂在壓痕上加深壓痕邊界。

近年來，計算機圖像獲取和處理技術、激光技術的出現，為球壓試驗壓痕的測量提供了更有效和方便的測量手段。

5 結束語

要確保球壓試驗結果的準確性并不容易，需多考慮試驗過程中的各種因素，尤其是壓痕邊界的確定，對于異形的壓痕測量點要多想方法和吸收經驗，才能準確地完成該項試驗。

參考文獻：

[1]GB/T10963.1-2005.電氣附件 家用及類似場所用過電流保護斷路器第1部分：用于交流的斷路器[S].

[2]GB/T 5169.21-2006.電工電子產品著火危險試驗第21部分：非正常熱球壓試驗[S].endprint