球压试验中压痕直径d的判断与测量

许家峰

摘要：文中主要根据球压试验方法的国家标准、国际电工委员会（IEC）标准和检测实验室委员会（CTL）决议等文件要求，分析和探讨在球压试验中的关键参数压痕直径d的判断，以及在实际试验中对压痕直径d的测量。

关键词：球压试验;压痕直径d;CTL决议

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

球压试验是电工电子产品着火危险试验系列中的一部分，文中以GB/T 5169.21—2017《电工电子产品着火危险试验第21部分：非正常热球压试验方法》[1]球压试验方法为基础，结合 IEC 60695-10-2：2014《着火危险试验》[2]和IECEE CTL DSH 0391D 决议要求的内容，分析和探讨在球压试验中的压痕直径d的判断，以及在实际试验中使用不同仪器对压痕直径d的测量。

2 球压试验检验依据

球压试验主要依据：GB/T 5169.21—2017《电工电子产品着火危险试验 第21部分：非正常热 球压试验》、IEC 60695-10-2：2014《Fire hazard testing –Part 10-2： Abnormal heat – Ball pressure test method》和IECEE CTL decision sheet 391D决议，此外还应参考IECEE OD-5014 仪器精度限值和IECEE IEC GUIDE 115不确定度导则等文件。

3试验方法

3.1试样取样及预处理

成品试验的取样应从成品上切取，厚度至少为2.5mm，上下表面大致平行，如有必要，只要试验前各面之间不会有明显移动，可叠加两个或更多部件以达到这个厚度。试样应为边长至少10mm的方形或直径至少10mm的圆形。将试样放置在温度为15℃～35℃，相对湿度为45%～75%的大气环境下至少24h。

3.2烘箱和试验装置预热

试样支座和负载装置应在试验温度下预热最少3 h。

3.3试样、试验装置的放置

将试样放置在试样支座大致中间的位置，确定其上表面是水平的。轻轻地将压力球放在试样大致中间的位置。确保试验期间压力球除了向下移动之外，不会存在其他情况。

3.4试样的后处理

负载装置应保持在试样上60min+2min后，将负载装置移走，然后在10s内将试样放在20℃±5℃的水中（浸没）6min±2min;最后从水中移出，并去除所有水迹，在3min内测定尺寸d。

3.5试验中应注意的细节

IECEE CTL decision sheet 391D 决议中规定，如果压痕是非圆形的，测量到的压痕直径d最大直径，最长和最短直径之间相差不应超过0.2mm。

4 压痕直径d的判断与测量

4.1 压痕直径d的定义

GB/T 5169.21—2017《电工电子产品着火危险试验第21部分：非正常热球压试验》中对压痕直径d的定义：能测量出从压痕的一端清晰边界到另一端清晰边界之间的最大距离。CTL DSH_0391D 2015决议未对压痕直径d作其他解释。但在IFM组织的20E26 BALL PRESSURE TEST 球压试验能力验证最终报告中，IFM指出：球压试验的目的是只测量由球直接形成的压痕，此外，测量的最大压痕应该是5mm或更少。所以压痕直径d的边缘应该是球压试验装置和材料直接接触形成的清晰边界，不应包括材料的变形。

4.2 压痕直径d的判断

当压痕直径较大，除了有一圈较清晰边缘外，其周围还有明显凹陷，该压痕在光学测量仪器下会形成多个光圈，不易直接判断压痕边缘，这种情况下应采用辅助方法判断压痕边缘，采用较清晰的内侧边缘测量压痕直径d。

当压痕直径较小，边缘较清晰，周围无其他明显凹陷，在光学测量仪器上只会形成一个清晰的边缘，直接测量即可。

4.3 确定压痕边界的辅助方法

如果压痕直径d存在争议，则需要更为清晰的压痕边界，以便准确测量其压痕直径d，可以使用以下两种辅助方法确定压痕边界，即横剖面法和涂色法。

4.3.1 横剖面法

横剖面法是通过观测样块的横剖面确定压痕的清晰边界的一种方法。首先应使用合适的方法，如锋利的切割机将样块从压痕最大直径处切开，应保证切割完的样块横剖面的压痕直径是最大直径，且切割过程未对压痕造成破坏。然后将横剖面上的毛刺清理干净，放置在光学测量仪器上，通过模拟球压的球头和样块的接触痕迹，可确定压痕直径的边界，最后通过确定的边界即可直接在光学测量仪器上直接测量其直径d。

横剖面法适用于多种类型的压痕边界确定，特别是外围有较大凹陷和周围有向上隆起的复杂压痕，但应充分评估由于切割对测量结果造成的影响;对于一些直径较小的压痕，因为切割的过程可能会对压痕造成破坏，从而影响压痕直径测量的准确度，故不推荐使用横剖面法确定此类压痕的边界。

4.3.2 涂色法

涂色法是在样块表面涂上对比色以清晰化压痕边界的一种方法。应采用合适的涂料，如红色印章油，将涂料均匀涂抹在一定有宽度的平直笔头上，然后将笔头均匀缓慢刷过压痕表面，使样块表面着色，与未着色的压痕内部形成对比，使样块在光学测量仪器上能比较清晰的显示边界。

涂色法适用于压痕直径较小，且样块表面仅出现一个压痕边界的压痕边界确定，对于外围有较大凹陷和周围有向上隆起的复杂压痕，涂色法可能会误导压痕边界确定。

5 测量仪器的选择

GB/T 5169.21—2017《电工电子产品着火危险试验 第21部分：非正常热 球压试验》规定：光学测量装置应有至少10倍的光学放大倍率，并与经过校准的分辨率不超过0.1mm的网或成十字线测量台一起使用。照明装置可用于照亮施加过压力球的表面。实验室常用的测量仪器有读数显微镜和视频测量仪。

5.1读数显微镜的使用

（1）将读数显微镜置于被测试品之上，压痕应尽量放置于物镜正下方，调节调焦环使试样的压痕成像清晰。

（2）调整读数滚轮，使分划板上的十字交叉线对准压痕边界的一端，读出初始点读数A，如图8所示。

（3）调整读数滚轮，使分划板上的十字交叉线对准压痕边界的另一端，读出终读数B，如图9所示。

（4）计算测量值=（A-B）/物镜放大倍数。

5.2视频测量仪的使用

（1）将试样放置于测量仪的载物台，调节镜头焦距使试样的压痕成像清晰。

（2）在屏幕上选取压痕边缘，进行测量，如图10所示。

6 结语

球压试验中，压痕直径d的判断与测量是试验中的关键步骤，对压痕直径较小，边缘较清晰，周围无明显凹陷的压痕，在测量仪器上只会形成一个清晰的边缘，直接测量即可。对压痕直径较大，除了有一圈较清晰边缘外，其周围还有轻微凹陷的压痕，应以较清晰的内侧边缘为压痕直径d。

参考文献

[1]电工电子产品着火危险试验第21 部分：非正常热球压试验：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].