Przeprowadzanie testów klimatycznych, GOST: czynniki i metody

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Badania klimatyczne to jedna z metod badania odporności produktów na czynniki zewnętrzne. Niesprzyjające warunki środowiskowe mogą prowadzić do awarii urządzeń, krytycznego stanu konstrukcji i ryzyka ich zawalenia się, uszkodzenia integralności powłok ochronnych, utraty wyglądu oraz nasilenia procesów korozyjnych. Takie testy można przeprowadzać w specjalnych zamkniętych komorach lub na poligonach badawczych przy użyciu kilku metod.

Koncepcja ogólna

Na produkty techniczne działające w otwartej atmosferze mają wpływ różne czynniki klimatyczne, które pogarszają ich wydajność: wysoka wilgotność, promieniowanie słoneczne, niskie i wysokie temperatury. Są brane pod uwagę przy projektowaniu produktów. Tak więc w zależności od lokalizacji obszaru, w którym sprzęt będzie eksploatowany, ustalany jest projekt klimatyczny i dobierane są odpowiednie materiały, które spełniająwymagania techniczne.

Testy klimatyczne służą do oceny właściwości użytkowych (niezawodność, odporność na zniszczenie i naprężenia, szczelność) oraz wyglądu w określonych warunkach pracy. Jak pokazują badania, najgroźniejszymi czynnikami, pod wpływem których zachodzą negatywne procesy fizykochemiczne w materiałach są niskie temperatury (wzrost kruchości), wysoka wilgotność (przyspieszenie procesów korozyjnych) oraz nagłe zmiany temperatury.

Wyniki testów klimatycznych można oceniać zarówno jakościowo, jak i ilościowo. Wykonywane są zwykle na etapie prac rozwojowych, jak również w produkcji masowej jako odrzucenie struktur krytycznych (na bieżąco testy technologiczne) oraz w celu sprawdzenia stabilności jakości (kontrola okresowa).

Metodologia

Metoda testowania klimatycznego zgodnie z GOST 24813-81 zależy od wymagań technicznych, jakie konsument stawia na produkty, cechy konstrukcyjne, proces produkcji i instalacji, a także warunki pracy. Są one określone przez odpowiednie standardy branżowe i dokumentację projektową.

Testy są przeprowadzane w 3 etapach:

1. Wstępne starzenie w określonych warunkach klimatycznych. Jest to wymagane, aby wyeliminować wpływ poprzednich warunków (wilgotność, temperatura, ciśnienie). Czas trwania tego etapu zależy od czasu potrzebnego na wykonanie termicznerównowaga. Jednocześnie przeprowadzane są wstępne pomiary oraz oględziny obiektu.
2. Parametry wyjścia do trybu pracy, czas otwarcia migawki, ekstrakcja z kamery (z miejsca badania), stabilizacja warunków zewnętrznych do późniejszej oceny obiektu. Tryb testowy może być krótki, długi lub cykliczny.
3. Obserwowanie i mierzenie zmian, wyciąganie wniosków. Opracowanie predykcyjnego charakteru zmian charakterystyk operacyjnych.

Jeżeli przedmiot składa się z kilku elementów, to w porozumieniu z klientem prace te można wykonać jako część całego produktu.

Etap przygotowawczy. Projekt technologii testowej

Przygotowanie do testu klimatycznego obejmuje następujące procedury:

• Projektowanie matematycznego modelu obiektu.
• Zbieranie informacji o możliwej zmianie właściwości użytkowych lub zewnętrznych produktu pod wpływem czynników klimatycznych.
• Dobór narzędzi testowo-pomiarowych, ustalenie zakresu i kolejności prac, opracowanie harmonogramu, opracowanie metodyki.
• Planowanie materiałów, wsparcie techniczne i metrologiczne.
• Zdefiniuj formularze raportowania.
• Instruowanie personelu serwisowego.
• Narzędzia do testowania debugowania.
• Wybór środków do przetwarzania otrzymanych danych.

Klasyfikacja

Testy klimatyczne są klasyfikowane według 3 kryteriów: według metody wykonania, metody ekspozycji i rodzaju klimatuwspółczynnik.

W pierwszym przypadku istnieją 3 rodzaje takiej pracy:

1. Pojedyncze próby. Na produkt ma wpływ tylko jeden z czynników klimatycznych. Dla jednego testu mogą zmieniać się sekwencyjnie, ale ich wpływ na obiekt jest niezależny. Zaletą tej metody badań klimatycznych jest prostota sprzętu. Wady to niepełna zgodność z rzeczywistymi warunkami pracy.
2. Testy złożone. Na obiekt ma również wpływ tylko jeden czynnik, ale potęguje go wpływ poprzedniego czynnika. Przykładem może być umieszczenie produktu w środowisku o wysokiej wilgotności, a następnie obniżenie temperatury.
3. Złożone testy. Na obiekt oddziałuje jednocześnie zespół czynników klimatycznych. Ten typ jest najbardziej niezawodny, ponieważ jest jak najbardziej zbliżony do warunków pracy. Jego wadą jest konieczność skomplikowanych konfiguracji testowych.

Testy terenowe i przyspieszone

Zgodnie z metodą oddziaływania na obiekt rozróżnia się pełnoskalowe i przyspieszone testy klimatyczne. Ten ostatni typ jest często używany do powłok ochronnych i tworzyw sztucznych. Ponieważ ich niszczenie następuje przez długi czas, w celu skrócenia czasu uzyskania wyników, produkty poddawane są cyklom symulującym zmiany warunków na przestrzeni kilku miesięcy lub lat (zmiany temperatury i wilgotności, promieniowanie słoneczne). Wpływ jest określany przez jeden lub więcej wskaźników.

Metodyka przyspieszonego badania powłok malarskich i polimerów jest podana w normach Zunifikowanego Systemu Ochrony przed Korozją i Starzeniem (ESZKS).

Czynniki klimatyczne

Klasyfikacja testów klimatycznych jest również przeprowadzana według rodzaju czynnika wpływającego:

• Wysokie lub niskie ciśnienie atmosferyczne.
• Opady (deszcz, śnieg, mróz, lód).
• Wysoka lub niska wilgotność.
• Mgła morska nasycona solami.
• Wysoka lub niska temperatura.
• Obciążenie wiatrem.
• Atmosfera, wilgoć lub gleba nasycona substancjami korozyjnymi.
• Nagłe zmiany temperatury.
• Zwiększone nasłonecznienie.
• Narażenie na kurz i piasek.

Narzędzia testowe

Najczęściej produkty testowane są w specjalnych komorach (sztucznych komorach pogodowych), gdzie sztucznie tworzone są odpowiednie warunki klimatyczne. Obiekt montowany jest tak, aby zapewnić jak największą stabilność i zapewnić swobodną cyrkulację powietrza pomiędzy nim a ścianami instalacji. Wyposażenie komór klimatycznych do badań może być różne i zależy od wymagań pracy. Istnieją następujące rodzaje takich instalacji:

• ciepło-zimno-wilgotność;
• ciepło i głębokie mrożenie;
• rozpylacz solny;
• z tunelami aerodynamicznymi (do testowania wiatru);
• lekkie starzenie;
• szok termiczny (tworzy się w nich kroplatemperatury);
• deszcz;
• promieniowanie słoneczne ze źródłami promieniowania podczerwonego i ultrafioletowego;
• komory próżniowe i inne.

Niskie temperatury są osiągane przy użyciu czynników chłodniczych (ciekłego azotu, dwutlenku węgla, amoniaku) lub sprężarek parowych.

Wszystkie urządzenia do testów środowiskowych muszą być okresowo testowane pod kątem wydajności i wyposażone w urządzenia, które zapobiegają uszkodzeniom spowodowanym błędami ludzkimi i czynnikami zewnętrznymi.

Testowanie dużych przedmiotów

Badania możliwości urządzeń technicznych lub dużych elementów konstrukcyjnych prowadzone są na wielokątach (stacjach klimatycznych). W Rosji jedyne naukowe centrum badań klimatycznych znajduje się w Gelendzhik (GTsKI VIAM). Od 1925 roku prowadzi badania nad materiałami dla przemysłu lotniczego oraz opracowuje systemy ochrony przed korozją, starzeniem i biouszkodzeniami.

Istnieją również duże komory klimatyczne (pokoje klimatyczne, Walk-In) z osobnym wejściem. Służą do kompleksowego oddziaływania temperatury i wilgoci.

Wymagania dotyczące elementów testowych

Badania klimatyczne są dozwolone dla produktów, które zostały poddane ostatecznemu montażowi i spełniają wymagania dokumentacji regulacyjnej i technicznej pod względem wyglądu i parametrów eksploatacyjnych przy ciśnieniu 1 atm. i temperaturze 20 °C.

W przypadku braku ogólnych komór testowych, dozwolone jest wykonanie uderzenia w części obiektu. Jeżeli elementy konstrukcyjne w rzeczywistych warunkach pracy są w różnych warunkach, możliwe są 3 opcje testowania:

• dla każdej części osobno (jeśli nie narusza to wykonania);
• jako całość dla całego produktu w najbardziej niekorzystnych warunkach klimatycznych;
• na makiecie, w pełni konstruktywna i technologicznie dostosowana do obiektu.

Cechy testów odporności na korozję przy użyciu chemicznie agresywnych substancji

Badania z użyciem substancji żrących przeprowadzane są w specjalnych komorach. W zależności od rodzaju agresywnego środowiska rozróżnia się 3 rodzaje pracy:

• w atmosferze (biorąc pod uwagę zawartość chlorków, dwutlenku siarki, tlenków azotu, azotynu wodoru i innych związków);
• w wodzie o określonej kwasowości, zasoleniu, rozpuszczonym dwutlenku węgla, siarkowodorze, tlenie, wapniu, magnezie i innych pierwiastkach chemicznych;
• w glebie, której głównymi cechami są wilgoć, zasolenie, stan skupienia, stężenie chlorków, azotanów, siarczanów, węglanów i innych substancji żrących.

Analiza wyników

Po przetestowaniu zapisz wartości mierzonych parametrów i dane jakościowe. Raport zawiera następujące informacje:

• cel pracy;
• miejsce i zastosowane rozwiązania technicznefundusze;
• dopuszczalne odstępstwa od dokumentacji normatywnej oraz powody ich przyjęcia;
• wykryte wady;
• wyniki pomiarów;
• Zalecenia dotyczące finalizacji projektu lub dodatkowych testów.

Badanie klimatyczne powłok

Żywotność powłok ochronnych w dużym stopniu zależy od warunków klimatycznych i może się znacznie różnić. Największy wpływ mają następujące czynniki:

• Światło i ciepło. W większym stopniu dotyczy to obszaru ultrafioletowego promieniowania słonecznego, ponieważ promienie krótkofalowe niszczą składniki spoiwa w składzie powłok malarskich i lakierniczych. Rezultatem jest wzrost ich kruchości, utrata blasku i jasności.
• Wahania temperatury. W warunkach naturalnych mogą osiągnąć 20°C w ciągu 1 godziny. Wysokie temperatury przyspieszają reakcje fotochemiczne w błonotwórczym, niskie temperatury prowadzą do kruchości powłoki, a ich różnica prowadzi do pękania na skutek zmian naprężeń wewnętrznych.
• Wilgotność do zmiękczania i pęcznienia folii ochronnych.
• Opady i mgła.
• Obecność cząstek ściernych i wiatru.

Ponieważ powłoki są w naturalny sposób narażone na cały szereg czynników jednocześnie, standardowe metody badań komorowych nie mogą odtworzyć tych efektów.

Testy klimatyczne powłok na składowiskach są przeprowadzane zgodnie z GOST 6992-98. Próbki umieszczane są na stoiskach (na otwartym terenie lub na dachu budynku) pod kątem 45° dohoryzont, zwrócony na południe. Taki układ umożliwia przyspieszone testowanie pod wpływem warunków atmosferycznych. Umieszczenie w pionie lepiej pasuje do rzeczywistych warunków, ale wymaga dłuższego testu.

Przed instalacją na składowiskach przeprowadzana jest wstępna ekspozycja na jeden z czynników klimatycznych w komorach. W tym celu należy wybrać rodzaj agresywnego uderzenia, który ma największy wpływ na powłokę w tych warunkach pracy. Ocenę bezpieczeństwa nieruchomości przeprowadza się zgodnie z GOST 9.407-2015.