強(qiáng)小龍，吳植強(qiáng)，唐青平，陳長艷，湯祖青，李旻

1.廣西壯族自治區(qū)醫(yī)療器械檢測中心，廣西 南寧 530021；2.廣西壯族自治區(qū)食品藥品審評查驗(yàn)中心，廣西 南寧 530029

引言

檢測實(shí)驗(yàn)室委員會（Committee of Testing Laboratories，CTL）是國際電工委員會電工產(chǎn)品和元器件測試和認(rèn)證體系（International Electrotechnical Commission for Conformity Testing and Certification of Electrical Equipment，IECEE）的技術(shù)分支機(jī)構(gòu)，是由一些國家的CB檢測實(shí)驗(yàn)室（按IECEE規(guī)則被接受的檢測實(shí)驗(yàn)室）的技術(shù)專家參與的技術(shù)論壇，在IECEE的國家認(rèn)證機(jī)構(gòu)（National Certification Bodies，NCBs）成員的職責(zé)下運(yùn)作。CTL由來自各NCB和CB實(shí)驗(yàn)室的代表組成，負(fù)責(zé)處理測試程序，并解釋技術(shù)要求、測試條件、測試設(shè)備以及比對測試。統(tǒng)一對檢測標(biāo)準(zhǔn)和檢測方法的理解，并最終形成CTL決議[1]。

CTL決議是IECEE實(shí)驗(yàn)室委員會CTL根據(jù)檢測實(shí)驗(yàn)室、制造商等在日常檢測過程中產(chǎn)生的對IEC標(biāo)準(zhǔn)中檢測方法、測試要求和儀器結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的問題，經(jīng)過專家討論而形成的對這些問題的統(tǒng)一解釋和規(guī)定，是測試中必須遵守的技術(shù)要求[2]。

球壓試驗(yàn)是電氣安全領(lǐng)域常見的測試非金屬材料耐熱性的方法之一，用于對受熱損傷后可能影響設(shè)備安全的外殼部件、其他外部絕緣部件、支撐帶危險電壓的絕緣材料（除陶瓷材料外）進(jìn)行考量，以保證上述部件在高溫工作時，有足夠的支撐強(qiáng)度，不造成電氣安全危險[3]。

我國認(rèn)證檢測機(jī)構(gòu)在對電工設(shè)備及其組件和零部件的固體電絕緣材料（除陶瓷以外）進(jìn)行球壓試驗(yàn)時,是依據(jù)GB/T 5169.21-2006《電工電子產(chǎn)品著火危險試驗(yàn) 第21部分：非正常熱球壓試驗(yàn)》（IEC 60695-10-2:2003，F(xiàn)ire hazard testing –Part 10-2: Abnormal heat–Ball pressure test method，IDT），新版國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5169.21-2017《電工電子產(chǎn)品著火危險試驗(yàn) 第21部分：非正常熱 球壓試驗(yàn)方法》（IEC 60695-10-2:2014，F(xiàn)ire hazard testing–Part 10-2: Abnormal heat – Ball pressure test method，IDT）將于 2018年 7月 1日實(shí)施。因此在使用GB/T 5169.21-2017《電工電子產(chǎn)品著火危險試驗(yàn) 第21部分：非正常熱 球壓試驗(yàn)方法》進(jìn)行產(chǎn)品認(rèn)證檢測的同時，認(rèn)證檢測機(jī)構(gòu)有必要及時跟蹤、了解并使用有關(guān)IEC 60695-10-2：2014第三版標(biāo)準(zhǔn)的CTL決議。

1 CTL DSH2075決議內(nèi)容介紹

針對IEC 60695-10-2:2014，2018年CTL全體會議通過了CTL DSH2075決議。該決議主要對球壓試驗(yàn)的設(shè)備、壓痕測試判定結(jié)果進(jìn)行了補(bǔ)充說明和要求。CTL決議DSH 2075的內(nèi)容，見表1。

CTL DSH2075決議指出進(jìn)行球壓試驗(yàn)的烘箱應(yīng)為空氣溫度分布符合IEC 60216-4-1標(biāo)準(zhǔn)要求的單室烘箱，但并不要求烘箱強(qiáng)制通風(fēng)。對于壓痕直徑，當(dāng)最大壓痕直徑和最小壓痕直徑之間的差值大于0.2 mm，應(yīng)重新進(jìn)行測試。在觀察到直徑差異較大的情況下，壓痕的非圓形性質(zhì)應(yīng)與結(jié)果報告。當(dāng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求與IEC 60695-10-2或與此決議不一致時，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求應(yīng)高于IEC 60695-10-2和該決議的要求。

2 球壓試驗(yàn)關(guān)鍵點(diǎn)解析

2.1 球壓試驗(yàn)裝置

（1）負(fù)載裝置：總負(fù)載為（20±0.2）N，壓力球的直徑為（5±0.05）mm。

（2）試驗(yàn)樣品支座：將試驗(yàn)樣品剛性支撐在水平位置；具有足夠的強(qiáng)度來支撐加載裝置；具有足夠大的質(zhì)量，以防止在從烘箱放置和取出試驗(yàn)樣品期間試驗(yàn)裝置的溫度顯著降低。在試驗(yàn)樣品支座測試面中心以下大約3 mm處安裝一個單獨(dú)的熱電偶，可以有效檢查樣品支座的溫度不會顯著偏離試驗(yàn)溫度[5]。

IEC 60695-10-2:2014增加了球壓裝置球的尺寸允許誤差：（5±0.05）mm；取消了原標(biāo)準(zhǔn)中對試樣支座的尺寸要求。試驗(yàn)前，建議采用千分尺或游標(biāo)卡尺對規(guī)定設(shè)備進(jìn)行仔細(xì)復(fù)查和校對，設(shè)備直徑、高度和位置是否符合要求，球壓儀的球面部分是否發(fā)生磨損或凹凸，支架表面是否光滑，當(dāng)發(fā)現(xiàn)不符合設(shè)備，應(yīng)立即更換或采取相應(yīng)措施[6]。還應(yīng)注意核查負(fù)載裝置的重量、樣品支座放置是否水平、烘箱周圍是否存在震動和沖擊源。

2.2 烘箱

IEC 60695-10-2:2014增加了對烘箱的要求，規(guī)定烘箱應(yīng)是單室的，空氣溫度分布符合IEC 60216-4-1的要求，溫度偏差不超過±2℃；達(dá)到熱平衡后放入樣品，樣品的放置應(yīng)在盡可能短的時間內(nèi)完成且不超過30 s。IEC 60695-10-2:2014標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：烘箱能在5 min內(nèi)恢復(fù)至設(shè)定溫度的±2℃內(nèi)，且溫度過沖不超過5℃。能力驗(yàn)證的經(jīng)驗(yàn)表明，選擇不同回溫速度的烘箱也是影響球壓試驗(yàn)結(jié)果的主要因素之一[7]。CTL DSH2075決議提出，球壓試驗(yàn)不要求烘箱必須強(qiáng)制通風(fēng)。具有強(qiáng)制通風(fēng)功能的烘箱和不具有強(qiáng)制通風(fēng)功能的烘箱均可以用來進(jìn)行球壓試驗(yàn)。

2.3 光學(xué)測量裝置

IEC 60695-10-2:2014修改了放大倍數(shù)要求，原標(biāo)準(zhǔn)為10～20倍，新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定光學(xué)測量儀器應(yīng)具有至少10×的光學(xué)放大倍數(shù)，與經(jīng)過校準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)或十字叉絲線的測量臺儀器使用，并增加了分辨率不超過0.1 mm的要求。

2.4 環(huán)境

試驗(yàn)樣品應(yīng)在溫度在15℃～35℃之間，相對濕度在45%～75%之間的環(huán)境下放置至少24 h。對于材料來說，若其機(jī)械特性顯著受水分含量或溫度的影響，可以規(guī)定更精確的預(yù)處理?xiàng)l件。應(yīng)確保烘箱周邊無震動和沖擊源，否則會導(dǎo)致壓痕形狀不規(guī)則。試驗(yàn)時烘箱外的環(huán)境溫濕度也應(yīng)受控，以確保烘箱能夠穩(wěn)定工作，更好的保證烘箱內(nèi)的溫度控制平穩(wěn)。

2.5 試驗(yàn)樣品

從產(chǎn)品上切割獲得樣品，應(yīng)確保上下表面盡量平行，厚度至少為2.5 mm。如果樣品上下表面不平行，即使試驗(yàn)支座臺面水平，也會因?yàn)闃悠窚y試面不水平得到不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的非正圓壓痕導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。如果試驗(yàn)樣品表面不平整的話，會導(dǎo)致兩種情況：① 樣品表面接收到垂直作用力會小于（20±0.2）N負(fù)載裝置的重量；② 樣品表面接收到垂直作用力會沿樣品表面產(chǎn)生分力，從而導(dǎo)致壓痕形狀不規(guī)則。以上兩種情況均會導(dǎo)致不準(zhǔn)確的測量結(jié)果[8]。如必要，可用疊加兩個或多個試樣來獲得這個厚度，但必須保證測試時堆疊的樣品間無相對滑動。如果從產(chǎn)品上取得試驗(yàn)樣品不可行，則用一片同樣的材料作為試驗(yàn)樣品，試件應(yīng)采用適當(dāng)?shù)腎SO方法制造，例如按照ISO 294系列鑄造和注塑成型，按照ISO 293或ISO 295進(jìn)行壓縮模塑，或傳遞模塑成需要的形狀。試驗(yàn)樣品應(yīng)是邊長最小為10 mm的方形平面或者直徑最少為10 mm的圓形平面，厚度為（3.0±0.5）mm。

2.6 試驗(yàn)過程

（1）試驗(yàn)樣品預(yù)處理：試驗(yàn)樣品應(yīng)在溫度在15℃～35℃之間，相對濕度在45%～75%之間的環(huán)境下放置至少24 h。

（2）試驗(yàn)裝置預(yù)處理：試驗(yàn)樣品支座和負(fù)載裝置的預(yù)熱時間由24 h，變更為至少3 h，烘箱顯示的溫度，應(yīng)通過在試驗(yàn)樣品支座的中心，在試驗(yàn)樣品支座表面下方大約3 mm處安裝一個熱電偶來監(jiān)測球壓負(fù)載裝置及支座的實(shí)際溫度值，當(dāng)它們的溫度都達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的穩(wěn)定狀態(tài)時，預(yù)熱過程才可以結(jié)束[9]。樣品支座放置時應(yīng)確保支座平面水平，否則會直接導(dǎo)致壓痕形狀為非正圓形狀，使試驗(yàn)失敗。

（3）達(dá)到熱平衡后在盡可能短的時間內(nèi)放入樣品，避免開門時間過長，樣品應(yīng)置于樣品支座的近似中心，快而穩(wěn)地加載負(fù)責(zé)裝置，避免引起負(fù)載的振動和轉(zhuǎn)動。負(fù)載裝置應(yīng)保持在試樣上60+20 min。球壓裝置放入高溫箱后，應(yīng)監(jiān)測振動情況。水平垂直振幅是否可接受，如振幅過大，應(yīng)找出振源并作相應(yīng)處理[10]。

（4）負(fù)載裝置移除后應(yīng)在10 s內(nèi)將樣品浸入溫度為20℃±5℃的水中保持（6±2）min，然后從水中取出試驗(yàn)樣品并去除可見水分，在3 min內(nèi)測量如圖1所示的尺寸d，尺寸d是能測量出的壓痕的清晰邊界之間的最大距離。在舊版標(biāo)準(zhǔn)IEC 60695-10-2:2003中規(guī)定壓痕尺寸d不應(yīng)包括材料的變形，并且明確規(guī)定了壓痕端點(diǎn)的位置。但由于準(zhǔn)確測量尺寸d在技術(shù)上幾乎不可能，新版標(biāo)準(zhǔn)IEC60695-10-2:2014也對該規(guī)定進(jìn)行了修改，規(guī)定d為可分辨的樣品壓痕最大直徑，見圖1[11]。顯然，新標(biāo)準(zhǔn)中判定壓痕直徑測量的可操作性更強(qiáng)了。

圖1 尺寸d的測量（例）

2.7 壓痕直徑測量

使用符合標(biāo)準(zhǔn)IEC 60695-10-2:2014要求的光學(xué)測量儀器，對壓痕直徑d進(jìn)行測量，為了便于精確測量出壓痕直徑，可通過在試驗(yàn)樣品表面著色的方法以得到清晰的壓痕邊界。測量過程中應(yīng)通過調(diào)節(jié)光學(xué)測量儀的焦距，確定正確的壓痕邊界。對于透明材料的樣品，壓痕可以用光學(xué)投影儀來測量。測量時，應(yīng)來回調(diào)整投影儀的焦距，當(dāng)調(diào)到合適的位置時，投影儀上會顯示出一道模糊的光環(huán)，這時繼續(xù)調(diào)節(jié)焦距，把光環(huán)的外邊界調(diào)掉讓光環(huán)的內(nèi)邊界調(diào)清楚，這時測得的值就是壓痕直徑。對于非透明材料的樣品，壓痕可以用讀數(shù)顯微鏡來測量。如果聚焦后，有些方向還是不太清楚，此時應(yīng)考慮外加光源給壓痕進(jìn)行補(bǔ)光，使整個壓痕圖形能清楚看出來，這樣測量的壓痕更準(zhǔn)確[12]。在實(shí)踐中許多材料是透明材料反光性能不佳，在這種情形下可以用熒光筆或者其他色筆均勻地在壓痕處涂抹，然后用電筒燈斜射增加不同反射區(qū)域間的光澤差異，從而迅速準(zhǔn)確的測量出壓痕數(shù)值[13]。根據(jù)IEC 60695-10-2:2014CTL決議DSH 2075，在獲得壓痕為非正圓形的情況下，最大壓痕直徑和最小壓痕直徑之間的差值不能超過0.2 mm。如果差值大于0.2 mm，應(yīng)重新進(jìn)行測試。在觀察到直徑差異較大的情況下，壓痕的非圓形性質(zhì)應(yīng)與結(jié)果報告。一個非圓形壓痕可能表明一個非標(biāo)準(zhǔn)條件，如設(shè)備或試驗(yàn)樣品的移動，不均勻的材料如玻璃鋼，或烘箱附近外部振動[14]。IEC 60695-10-2標(biāo)準(zhǔn)中未規(guī)定最大壓痕直徑和最小壓痕直徑之間的差值為多少時試驗(yàn)結(jié)果可接受，這導(dǎo)致在實(shí)際工作中相同材料，試驗(yàn)操作方法不同、試驗(yàn)人員不同時得到的球壓值不同的情形很常見，不利于標(biāo)準(zhǔn)化和結(jié)果統(tǒng)一。由此可見CTL決議對于檢驗(yàn)檢測的重要性。

近年來，計(jì)算機(jī)圖像獲取和處理技術(shù)、激光技術(shù)的出現(xiàn)，為球壓試驗(yàn)壓痕的測量提供了更有效和方便的測量手段[15]。

2.8 人員

球壓試驗(yàn)測試人員應(yīng)能夠正確理解和把握標(biāo)準(zhǔn)要求，熟悉試驗(yàn)操作，具備一定的經(jīng)驗(yàn)，能夠把握試驗(yàn)關(guān)鍵點(diǎn)，同時試驗(yàn)人員還應(yīng)及時跟蹤了解并使用有關(guān)IEC 60695-10-2標(biāo)準(zhǔn)的CTL決議，制定相應(yīng)的操作規(guī)范，正確貫徹標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.9 其他

GB/T 5169.21-2017標(biāo)準(zhǔn)增加了對測溫系統(tǒng)準(zhǔn)確度要求：溫度應(yīng)由小于100℃時精確度為±2 K和大于或等于100℃時精確度為±3%的裝置進(jìn)行測量。首選方法是將K型或J型熱電偶插入試樣支座，以測量溫度[16]。

3 討論

新版國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5169.21-2017《電工電子產(chǎn)品著火危險試驗(yàn) 第21部分：非正常熱 球壓試驗(yàn)方法》將于2018年7月1日實(shí)施。本文結(jié)合CTL決議DSH 2075和IEC60695-10-2:2014新版標(biāo)準(zhǔn)對球壓試驗(yàn)的要求，從9個方面對球壓試驗(yàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行了分析和總結(jié)，使球壓試驗(yàn)的測量更為科學(xué)、準(zhǔn)確，希望能得到同行的批評指正。球壓試驗(yàn)看似簡單，但從樣品準(zhǔn)備、試驗(yàn)預(yù)處理到試驗(yàn)結(jié)束的整個過程中，需要注意的細(xì)節(jié)很多，同時，在對壓痕的測量中，方法的選擇、儀器的使用等都對測量結(jié)果有直接的影響，實(shí)驗(yàn)室應(yīng)根據(jù)自身的條件選擇最適合的測試方法[17]。

4 結(jié)論

在使用新標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5169.21-2017《電工電子產(chǎn)品著火危險試驗(yàn) 第21部分：非正常熱 球壓試驗(yàn)方法》進(jìn)行產(chǎn)品認(rèn)證及檢驗(yàn)檢測時，認(rèn)證檢測機(jī)構(gòu)及時跟蹤、了解并使用有關(guān)IEC60695-10-2第三版標(biāo)準(zhǔn)的CTL決議，學(xué)習(xí)新版標(biāo)準(zhǔn)與舊版標(biāo)準(zhǔn)的差異，掌握球壓試驗(yàn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對于進(jìn)行球壓試驗(yàn)檢驗(yàn)檢測工作意義重大。