IEC 60529:2013 以“IP”代碼將外殼防護(hù)劃分為固體與液體兩大維度,其中液體部分僅給出 IPX1–IPX8 的框架性描述。對(duì)于汽車(chē)、光伏、海洋電子等高端場(chǎng)景,0.8 mm 微滴與 10 000 kPa 高壓射流對(duì)殼體的破壞機(jī)理截然不同。在標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上補(bǔ)充行業(yè)驗(yàn)證數(shù)據(jù),形成九級(jí)分級(jí)體系(LX-1~LX-9),并對(duì)水量、水壓、溫度、轉(zhuǎn)速、持續(xù)時(shí)間進(jìn)行可復(fù)現(xiàn)的量化規(guī)定,供實(shí)驗(yàn)室、主機(jī)廠及第三方機(jī)構(gòu)直接引用。
一、分級(jí)邏輯與物理量綱
水量密度:?jiǎn)挝粫r(shí)間單位面積的水體積(L·m⁻²·min⁻¹)
沖擊壓力:動(dòng)壓 P=½ρv²,ρ為水的密度,v為射流速度
溫度因子:80 ℃高溫水對(duì)密封圈產(chǎn)生的附加蠕變
持續(xù)時(shí)間:累積雨量與泄漏概率呈指數(shù)關(guān)系
二、九級(jí)防水試驗(yàn)規(guī)范(LX-1~LX-9)
等級(jí) 試驗(yàn)名稱 核心參數(shù) 試驗(yàn)方法 判定準(zhǔn)則
LX-1 垂直滴水 1.0±0.5 mm·min⁻¹,10 min 試件置于轉(zhuǎn)速 1 r·min⁻¹轉(zhuǎn)臺(tái),滴水口距頂部 <200 mm 無(wú)可見(jiàn)進(jìn)水
LX-2 15°斜向滴水 3.0±0.5 mm·min⁻¹,4×2.5 min 試件四個(gè)面依次傾斜15°,總時(shí)間 10 min 殼體內(nèi)部無(wú)水滴
LX-3 60°擺管濺水 孔徑 0.4 mm,120°弧,10 L·min⁻¹,10 min 擺管半徑 200 mm,噴水孔總流量 0.07 L·s⁻¹ 進(jìn)水<0.5 mL
LX-4 全向?yàn)R水 手持噴頭 6.3 mm 噴嘴,12.5 L·min⁻¹,1 min·m⁻² 試件五種方位,總時(shí)間≥5 min 功能正常,無(wú)有害進(jìn)水
LX-5 低壓射流 噴嘴 6.3 mm,距 2.5–3 m,750 L·h⁻¹,1 min·m⁻² 外殼表面積每平方米 1 min,最少 3 min 無(wú)進(jìn)水或不影響功能
LX-6 強(qiáng)烈射流 噴嘴 12.5 mm,6000 L·h⁻¹,1 min·m⁻² 距離、面積算法同 LX-5 判定同 LX-5
LX-7 短時(shí)浸水 1 m 水深,30 min 試件底部距水面>1 m,頂部>0.15 m 進(jìn)水量<1 mL
LX-8 長(zhǎng)期潛水 水深、時(shí)間由協(xié)議規(guī)定 推薦 2 m,24 h,可帶溫差循環(huán) 協(xié)議泄漏量
LX-9 高溫高壓射流 80±5 ℃,8000–10 000 kPa,14–16 L·min⁻¹ 4 孔 0°/30°/60°/90°,各 30 s,轉(zhuǎn)臺(tái) 5±1 r·min⁻¹ 無(wú)水滴,功能正常
三、關(guān)鍵裝置與校準(zhǔn)要求
高溫高壓噴嘴
材料:316L+STL 6硬質(zhì)合金,孔徑 1.2 mm,粗糙度 Ra≤0.8 μm,每 100 h 用光學(xué)投影儀檢測(cè)孔徑磨損>0.05 mm 即報(bào)廢。
水溫閉環(huán)
采用 18 kW 瞬時(shí)加熱管,PID 控制±2 ℃,出口處裝 0.5 s 響應(yīng)鎧裝 PT100,確保 80 ℃±5 ℃。
壓力溯源
高壓柱塞泵后級(jí)裝 0.25 級(jí)數(shù)字壓力傳感器,每 6 個(gè)月用 0.05 級(jí)活塞式壓力計(jì)現(xiàn)場(chǎng)比對(duì),偏差>1 %即修正。
轉(zhuǎn)速校準(zhǔn)
轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速 5±1 r·min⁻¹,用 1 級(jí)精度光電編碼器實(shí)時(shí)反饋,每季度用數(shù)字轉(zhuǎn)速表抽檢,誤差>5 %需更換減速機(jī)潤(rùn)滑油。
四、試驗(yàn)布置示例(LX-9)
a) 試件放置:剛性固定在 Φ300 mm 轉(zhuǎn)臺(tái),重心高<200 mm,避免離心力導(dǎo)致密封面微變形。
b) 噴射矩陣:4 個(gè)噴嘴距試件 100–150 mm,呈 90°十字分布,噴射時(shí)間 30 s×4=120 s 總覆蓋。
c) 防護(hù)屏障:在噴嘴與試件之間加 10 mm 厚聚碳酸酯防反彈罩,防止二次濺射影響判定。
d) 即時(shí)判定:試驗(yàn)后 2 min 內(nèi)用無(wú)塵紙擦拭外殼,紙面無(wú)水痕;內(nèi)部用吸水紙稱重,增量<0.1 g 視為合格。
五、常見(jiàn)問(wèn)題與糾正措施
噴嘴堵塞:水中顆粒>50 μm 即可堵塞,需在泵前加 5 μm 精密過(guò)濾器,壓差>0.05 MPa 時(shí)更換濾芯。
溫度跌落:冬季進(jìn)水溫度<5 ℃,加熱器滿功率仍無(wú)法升至 80 ℃,應(yīng)加裝 3 kW 預(yù)加熱儲(chǔ)罐,確保進(jìn)水溫度≥60 ℃。
密封圈蠕變:FKM 氟橡膠在 80 ℃、10 000 kPa 下壓縮永久變形可達(dá) 25 %,建議改用 FFKM 全氟醚,壓縮永久變形<10 %,壽命由 500 次提升至 2 000 次。
LX-1~LX-9 體系覆蓋了從微電子外殼到深海接插件的全部防水場(chǎng)景。實(shí)驗(yàn)室在新建或升級(jí)淋雨試驗(yàn)箱時(shí),應(yīng)至少預(yù)留 LX-6 的機(jī)械接口(12.5 mm 噴嘴、6000 L·h⁻¹ 泵組),以便通過(guò)更換噴嘴與加熱模塊快速升級(jí)至 LX-9,避免二次投資。同時(shí),建議將水溫、水壓、轉(zhuǎn)速、時(shí)間四大參數(shù)納入計(jì)量校準(zhǔn)計(jì)劃,確保十年內(nèi)數(shù)據(jù)可追溯、結(jié)果可復(fù)現(xiàn)、報(bào)告全球互認(rèn)。
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