球壓試驗中壓痕直徑d的判斷與測量

許家峰

摘要：文中主要根據球壓試驗方法的國家標準、國際電工委員會（IEC）標準和檢測實驗室委員會（CTL）決議等文件要求，分析和探討在球壓試驗中的關鍵參數壓痕直徑d的判斷，以及在實際試驗中對壓痕直徑d的測量。

關鍵詞：球壓試驗;壓痕直徑d;CTL決議

Judgment and Measurement of Impression Diameter D in Ball Pressure Test

XU Jia-Feng

（Fujian Institute of Product Quality Inspection， Fuzhou 350002， Fijian， China）

Abstract： This paper mainly analyzes and discusses the judgment of the key parameter indentation diameter D in the ball pressure test and the measurement of the indentation diameter D in the actual test according to the requirements of the national standard of the ball pressure test method， the International Electrotechnical Commission （IEC） standard and the resolution of the testing laboratory Committee （CTL）.

Key Words： Ball pressure test; Impression diameter D; CTL Decision

1引言

球壓試驗是電工電子產品著火危險試驗系列中的一部分，文中以GB/T 5169.21—2017《電工電子產品著火危險試驗第21部分：非正常熱球壓試驗方法》[1]球壓試驗方法為基礎，結合 IEC 60695-10-2：2014《著火危險試驗》[2]和IECEE CTL DSH 0391D 決議要求的內容，分析和探討在球壓試驗中的壓痕直徑d的判斷，以及在實際試驗中使用不同儀器對壓痕直徑d的測量。

2 球壓試驗檢驗依據

球壓試驗主要依據：GB/T 5169.21—2017《電工電子產品著火危險試驗 第21部分：非正常熱 球壓試驗》、IEC 60695-10-2：2014《Fire hazard testing –Part 10-2： Abnormal heat – Ball pressure test method》和IECEE CTL decision sheet 391D決議，此外還應參考IECEE OD-5014 儀器精度限值和IECEE IEC GUIDE 115不確定度導則等文件。

3試驗方法

3.1試樣取樣及預處理

成品試驗的取樣應從成品上切取，厚度至少為2.5mm，上下表面大致平行，如有必要，只要試驗前各面之間不會有明顯移動，可疊加兩個或更多部件以達到這個厚度。試樣應為邊長至少10mm的方形或直徑至少10mm的圓形。將試樣放置在溫度為15℃～35℃，相對濕度為45%～75%的大氣環境下至少24h。

3.2烘箱和試驗裝置預熱

試樣支座和負載裝置應在試驗溫度下預熱最少3 h。

3.3試樣、試驗裝置的放置

將試樣放置在試樣支座大致中間的位置，確定其上表面是水平的。輕輕地將壓力球放在試樣大致中間的位置。確保試驗期間壓力球除了向下移動之外，不會存在其他情況。

3.4試樣的后處理

負載裝置應保持在試樣上60min+2min后，將負載裝置移走，然后在10s內將試樣放在20℃±5℃的水中（浸沒）6min±2min;最后從水中移出，并去除所有水跡，在3min內測定尺寸d。

3.5試驗中應注意的細節

IECEE CTL decision sheet 391D 決議中規定，如果壓痕是非圓形的，測量到的壓痕直徑d最大直徑，最長和最短直徑之間相差不應超過0.2mm。

4 壓痕直徑d的判斷與測量

4.1 壓痕直徑d的定義

GB/T 5169.21—2017《電工電子產品著火危險試驗第21部分：非正常熱球壓試驗》中對壓痕直徑d的定義：能測量出從壓痕的一端清晰邊界到另一端清晰邊界之間的最大距離。CTL DSH_0391D 2015決議未對壓痕直徑d作其他解釋。但在IFM組織的20E26 BALL PRESSURE TEST 球壓試驗能力驗證最終報告中，IFM指出：球壓試驗的目的是只測量由球直接形成的壓痕，此外，測量的最大壓痕應該是5mm或更少。所以壓痕直徑d的邊緣應該是球壓試驗裝置和材料直接接觸形成的清晰邊界，不應包括材料的變形。

4.2 壓痕直徑d的判斷

當壓痕直徑較大，除了有一圈較清晰邊緣外，其周圍還有明顯凹陷，該壓痕在光學測量儀器下會形成多個光圈，不易直接判斷壓痕邊緣，這種情況下應采用輔助方法判斷壓痕邊緣，采用較清晰的內側邊緣測量壓痕直徑d。

當壓痕直徑較小，邊緣較清晰，周圍無其他明顯凹陷，在光學測量儀器上只會形成一個清晰的邊緣，直接測量即可。

4.3 確定壓痕邊界的輔助方法

如果壓痕直徑d存在爭議，則需要更為清晰的壓痕邊界，以便準確測量其壓痕直徑d，可以使用以下兩種輔助方法確定壓痕邊界，即橫剖面法和涂色法。

4.3.1 橫剖面法

橫剖面法是通過觀測樣塊的橫剖面確定壓痕的清晰邊界的一種方法。首先應使用合適的方法，如鋒利的切割機將樣塊從壓痕最大直徑處切開，應保證切割完的樣塊橫剖面的壓痕直徑是最大直徑，且切割過程未對壓痕造成破壞。然后將橫剖面上的毛刺清理干凈，放置在光學測量儀器上，通過模擬球壓的球頭和樣塊的接觸痕跡，可確定壓痕直徑的邊界，最后通過確定的邊界即可直接在光學測量儀器上直接測量其直徑d。

橫剖面法適用于多種類型的壓痕邊界確定，特別是外圍有較大凹陷和周圍有向上隆起的復雜壓痕，但應充分評估由于切割對測量結果造成的影響;對于一些直徑較小的壓痕，因為切割的過程可能會對壓痕造成破壞，從而影響壓痕直徑測量的準確度，故不推薦使用橫剖面法確定此類壓痕的邊界。

4.3.2 涂色法

涂色法是在樣塊表面涂上對比色以清晰化壓痕邊界的一種方法。應采用合適的涂料，如紅色印章油，將涂料均勻涂抹在一定有寬度的平直筆頭上，然后將筆頭均勻緩慢刷過壓痕表面，使樣塊表面著色，與未著色的壓痕內部形成對比，使樣塊在光學測量儀器上能比較清晰的顯示邊界。

涂色法適用于壓痕直徑較小，且樣塊表面僅出現一個壓痕邊界的壓痕邊界確定，對于外圍有較大凹陷和周圍有向上隆起的復雜壓痕，涂色法可能會誤導壓痕邊界確定。

5 測量儀器的選擇

GB/T 5169.21—2017《電工電子產品著火危險試驗 第21部分：非正常熱 球壓試驗》規定：光學測量裝置應有至少10倍的光學放大倍率，并與經過校準的分辨率不超過0.1mm的網或成十字線測量臺一起使用。照明裝置可用于照亮施加過壓力球的表面。實驗室常用的測量儀器有讀數顯微鏡和視頻測量儀。

5.1讀數顯微鏡的使用

（1）將讀數顯微鏡置于被測試品之上，壓痕應盡量放置于物鏡正下方，調節調焦環使試樣的壓痕成像清晰。

（2）調整讀數滾輪，使分劃板上的十字交叉線對準壓痕邊界的一端，讀出初始點讀數A，如圖8所示。

（3）調整讀數滾輪，使分劃板上的十字交叉線對準壓痕邊界的另一端，讀出終讀數B，如圖9所示。

（4）計算測量值=（A-B）/物鏡放大倍數。

5.2視頻測量儀的使用

（1）將試樣放置于測量儀的載物臺，調節鏡頭焦距使試樣的壓痕成像清晰。

（2）在屏幕上選取壓痕邊緣，進行測量，如圖10所示。

6 結語

球壓試驗中，壓痕直徑d的判斷與測量是試驗中的關鍵步驟，對壓痕直徑較小，邊緣較清晰，周圍無明顯凹陷的壓痕，在測量儀器上只會形成一個清晰的邊緣，直接測量即可。對壓痕直徑較大，除了有一圈較清晰邊緣外，其周圍還有輕微凹陷的壓痕，應以較清晰的內側邊緣為壓痕直徑d。

參考文獻

[1]電工電子產品著火危險試驗第21 部分：非正常熱球壓試驗：GB/T 5169.21-2006[S].[2]2014《Fire hazard testing-Part 10-2：Abnormal?heat-Ball pressure test method》：IEC 60695-10-2：[S].