Технологические испытания. Испытания прочности выводов и их креплений

К испытаниям на технологические воздействия относятся испытания на воздействие сред заполнения, на паяемость, на теплостойкость при пайке, на воздействие ряда технологических факторов (например, испытание прочности выводов и их креплений).

5.1 ИСПЫТАНИЯ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ ГАЗОВЫХ СРЕД ЗАПОЛНЕНИЯ

Испытания проводят с целью проверки способности изделия или его конструктивных частей сохранять свои параметры в пределах заданных значений, при и после воздействия газовой среды (гелий, аргон, азот и др.). Для этого изделие помещают в камеру, способную обеспечить испытательный режим (температуру, давление, состав среды).

Камеру заполняют газовой средой, указанной в ТУ на изделие. Температуру в камере устанавливают равной наибольшему значению рабочей температуры изделия. В процессе испытаний на изделие подают электрическую нагрузку. Изделие выдерживают в камере в течение указанного в ТУ на изделие времени.

ИСПЫТАНИЯ ПРОЧНОСТИ ВЫВОДОВ И ИХ КРЕПЛЕНИЙ

Испытания проводят для определения способности выводов изделий электронной техники выдерживать воздействия механических факторов, аналогичные воздействиям на эти изделия при сборке, монтаже и при эксплуатации. К воздействующим механическим факторам относят: растягивающие силы, направленные вдоль осей выводов, имеющих жесткое крепление; сжимающие силы, определяющие способность выводов выдерживать нагрузки, аналогичные тем, которые возникают при сборке, монтаже и эксплуатации; изгибающие силы для ленточных и проволочных выводов; крутящий момент для резьбовых выводов; скручивание для одножильных осевых проволочных выводов диаметром 0,3…1,2мм. Таким образом, прочность гибких выводов изделий электронной техники проверяют испытанием на воздействие растягивающей силы, изгиб и скручивание, а резьбовых выводов – на воздействие крутящего момента. Перед испытанием проводят внешний осмотр выводов и измеряют те параметры, которые могут изменится в процессе испытаний. Рассмотрим испытания на указанные воздействия.

Испытания на воздействие растягивающей силы проводят для всех видов выводов. Если число выводов не превышает трех, то испытанию подвергают все. Если изделие имеет более трех выводов, то в ТУ указывают число подлежащих испытанию выводов на каждый образец. Испытания осуществляют так, чтобы все выводы в одинаковой мере подвергались воздействию растягивающей силы. Для проверки прочности креплений выводов используют простейшие приспособления, с помощью которых последовательно испытывают каждый вывод изделия. Во время испытаний вывод находится в нормальном положении, а испытываемый элемент закреплен за корпус.

Статическую силу прикладывают, подвешивая к выводу груз с помощью промежуточного звена, припаянного к выводу на 1\3 его длины. После выдержки в течение 10 сек растягивающее усилие снимают.

Испытания на воздействие сжимающей силы подвергают только элементы малых размеров и небольшой массы. Во время испытания сжимающую нагрузку прикладывают к выводу как можно ближе к корпусу испытываемого изделия. Величина силы указана в ТУ и выдерживается постоянной в течение 10 сек.

Испытания гибких проволочных и ленточных выводов на изгиб проводят с целью определения способности проволочных и ленточных выводов выдерживать изгибы. Для испытания к каждому выводу испытываемого образца в направлении оси поочередно подвешивают груз, в два раза меньшей, чем при испытании на воздействие растягивающей силы. Корпус образца медленно наклоняют с помощью механизма или вручную на 90⁰, а затем плавно возвращают в исходное положение. Рекомендуемое время изгиба в каждом направлении 3 сек. Сгибание, и разгибание вывода считается одним изгибом. Изгибы производят в одной вертикальной плоскости три раза.

Испытания гибких проволочных выводов на скручивание проводят с помощью специального зажима, который поворачивают вокруг оси вывода на 180⁰ или 360⁰. Конкретное значение угла поворота зависит от степени жесткости испытаний, при этом число поворотов может быть разным. Каждый поворот выполняют в направлении, противоположном предыдущему. Продолжительность одного поворота 5 сек. По окончании каждого испытания образец рассматривают и проверяют его механические и электрические параметры.

Испытания на воздействие крутящего момента проводят для резьбовых выводов. Испытываемый образец закрепляют неподвижно за корпус. На выводы с наружной резьбой навинчивают до упора гайки, а в выводы с внутренней резьбой ввинчивают стержни. К гайкам или стержням прикладывают крутящий момент и выдерживают в течение 10 сек. Образцы считаются выдержавшими испытания, если они удовлетворяют установленным в нормативных документах требованиям и не наблюдается проворачивания выводов в местах их заделки.

При производстве изделий электронной техники с объемными выводами для испытания прочности сцепления их с подложкой обычно используют стандартный прибор – граммометр с устройством, позволяющим зацеплять объемный вывод (шарик, балку). Это испытание является принципиально разрушающим, однако оно позволяет оценить качество объемных выводов и отбраковать те образцы, у которых сцепление выводов ниже некоторого экспериментально установленного минимального значения.

35. Организация испытаний на надежность.

При организации испытаний на надежность необходимо учитывать следующие факторы:

- режим функционирования изделий в процессе испытаний (непрерывный, циклический);

- характер внешних воздействий (механические, климатические, электрические, комплексные, неразрушающий контроль, разрушающий физический анализ);

- объекты сбора и состав фиксируемой информации;

- формы учетно-отчетной документации;

- правила прекращения испытаний;

- состав, обязанности и ответственность операторов (контролеров).

От степени проработки и учета указанных факторов при подготовке испытаний, зависит достоверность получаемых оценок показателей надежности.

Режим функционирования. Наиболее полную информацию можно получить при непрерывном контроле процесса испытания, когда достаточно точно фиксируются моменты отказов изделий.

Периодический контроль обеспечивает фиксацию отказов изделий в определенные планом испытаний промежутки времени. В интересах статистической обработки результатов испытаний, желательно заданное или расчетное время испытаний делить на 10 – 15 контрольных периодов.

Характер внешних воздействий. К числу внешних факторов, воздействующих на изделие, относятся: повышенная и пониженная температура среды; быстрая, постепенная и резкая смена температур; повышенная влажность; соляной туман; солнечная радиация; динамическая и статическая пыль; повышенное и пониженное атмосферное давление; плесневые грибы; синусоидальная и широкополосная случайная вибрация; механические удары одиночного и многократного действия; угловые и линейные ускорения; акустические шумы; факторы космического пространства.

Объекты сбора и состав фиксируемой информации. Правильный выбор объектов сбора статистической информации, в особенности для сложных объектов, является непростой задачей. При слишком мелком делении изделия на самостоятельные объекты сбора статистической информации усложняется работа с учетной документацией, что неизбежно ведет к снижению достоверности результатов. При чрезмерном укрупнении объектов сбора статистики может потеряться необходимая детализация информации о причине, месте отказа и о фактической наработке отдельных блоков и устройств изделия.

Особенностью статистической оценки показателей надежности является большой объем сведений, который необходимо фиксировать в каждом случае нарушения функционирования изделия. Поэтому в процессе испытаний на надежность необходимо обеспечить фиксацию следующей информации:

- общая наработка изделия и время работы от момента предыдущего отказа;

- используемые методы диагностики и место обнаружения отказа, заводской и позиционный номер отказавшего элемента, детали;

- причины отказа (поломка, износ детали, отклонение параметра и др.);

- способ устранения отказа (замена элемента, регулировка и др.);

- условия среды в момент отказа объекта испытания (температура, вибрация, удары и другие факторы, в том числе манипуляция персонала, проводящего испытания).

Достоверность первичной информации обеспечивается полнотой и регулярностью ее фиксации, а также глубиной и объективностью анализа причин отказов. Следует иметь в виду, что недостоверные первичные данные невозможно скорректировать даже самой тщательной статистической обработкой результатов испытаний.

Формы учетно-отчетной документации. Наиболее распространенным учетным документом при испытаниях на надежность являются журнал испытаний и карточка учета отказов. Журнал является своеобразным формуляром, в котором в хронологическом порядке отражается состояние изделия: время и дата начала и окончания испытания; правильность функционирования; моменты обнаружения отказов и их внешние признаки; время поиска и устранения отказа и др.

Карточки учета отказов применяются для накопления статистической информации об отказах изделий по различным признакам, на основании которой разрабатываются мероприятия по повышению надежности конкретных типов изделий.

Качественный анализ отказов и предварительная обработка результатов испытаний. Основными задачами качественного анализа являются объединение и классификация статистической информации, полученной при испытаниях.

Важным средством увеличения объема статистической информации является объединение сведений об отказах и наработке однотипных изделий, полученных при испытаниях однотипной продукции на различных предприятиях.

С точки зрения задач статистической оценки надежности, наиболее важными считаются две группы классификации отказов – по причинам возникновения и по отношению к оцениваемым показателям надежности.

1. Классификация отказов по причинам возникновения.

Здесь выделяются группы отказов: конструктивные, технологические, производственные и эксплуатационные. Для программно управляемых изделий, а таких в настоящее время большинство, необходимо выделить еще алгоритмические и программные. В результате ошибок или недоработок в алгоритмах или программах даже исправные изделия в ряде случаев неспособны выполнять свои функции. Для таких отказов характерно то, что они проявляются одинаково во всех однотипных изделиях при возникновении соответствующих условий.

2. Классификация отказов по отношению к оцениваемым показателям надежности.

Она предусматривает разделение отказов на «учитываемые» и «не учитываемые». При этом к «не учитываемым» относятся:

- отказы, вызванные внешними факторами, не предусмотренными ТУ на изделие, а также отказы из-за нарушений инструкций по технической эксплуатации;

- отказы опытных образцов, причины которых устраняются в процессе доработок;

- отказы, не влияющие на конкретный оцениваемый показатель.

36. Испытания на долговечность

Показатели надежности (средняя наработка до отказа и вероятность безотказной работы), полученные по результатам приемо-сдаточных испытаний, не характеризуют действительную надежность изделий, поскольку их значения выбирают исходя из разумных объемов выборки, причем эти показатели даже при совершенствовании производства остаются неизменными вследствие корректировки значений ПКГ в сторону ужесточения. Испытания на безотказность служат для определения стабильности параметров изделия, а также для определения стабильности производственного процесса.

Для получения количественных показателей производственной надежности проводят испытания на долговечность и определение гамма-процентного ресурса при значениях ПКГ, установленных с учетом конструктивно-технологических запасов. Как правило, испытания осуществляются до наступления предельного состояния изделия.

Испытания с целью определения гамма-процентного ресурса являются продолжением испытаний на долговечность. При определении гамма-процентного ресурса допускается группировать изделия, имеющие одинаковое функциональное назначение, сходные технологии изготовления, конструктивное исполнение и применяемые материалы. В этом случае испытания проводят на изделиях одного типа, а результаты распространяют на всю группу изделий.

Под гамма-процентным ресурсом понимают наработку, в течение которой изделие не достигает предельного состояния с заданной вероятностью γ. Опытное значение γ подсчитывают по формуле

γ = (1 – d/n_д) 100,

где d – число отказов за время испытаний; n_д – объем выборки при испытаниях на долговечность.

Гамма-процентный ресурс вычисляют по накопленным результатам испытаний. В процессе испытаний периодически проверяют работоспособность испытываемых изделий для выявления предельного состояния. Образцы, достигшие предельного состояния снимают с испытаний.

Испытания на долговечность являются фактически ресурсными испытаниями. Их проводят до получения числа отказавших изделий

0,05 n_д + 1 при γ – 95%,

d = {0,1 n_д + 1 при γ – 90%.

Испытания на долговечность весьма трудоемки и продолжительны (до 100 тыс. часов) и связаны с большими экономическими затратами. Так, для проведения испытаний изделий с наработкой 10 тыс. часов требуется 1,5 – 2 года. Поэтому результаты испытаний на долговечность не могут служить основанием для забраковки продукции, выпускаемой в данный момент времени. Однако изготовитель обязан в процессе испытаний проводить анализ отказов и на его основе разрабатывать необходимые мероприятия по устранению причин отказов.

За гамма-процентный ресурс принимают время испытаний, соответствующее середине интервала времени между появлением двух последних отказов. По результатам испытаний на долговечность уточняют значения гамма-процентного ресурса изделия в технической документации. В итоге длительных испытаний получают количественные показатели производственной надежности, которые, как и долговечность, не могут быть заранее заданы и, следовательно, гарантированы изготовителем.

37. Испытания на сохраняемость

Помимо безотказности и долговечности надежность изделий характеризуется также сохраняемостью. Проведение испытаний на сохраняемость необходимо потому, что хранение является неотъемлемой частью эксплуатации изделий. Календарная продолжительность времени хранения изделий, в течение и после которого значения заданных показателей надежности сохраняются в установленных пределах, составляет срок сохраняемости изделия.

Испытания на длительное хранение проводят, как правило, в отапливаемом складе, размещая изделия на стеллажах. В отдельных случаях испытания могут проводиться под навесом (испытания в полевых условиях), что фактически соответствует ужесточению условий испытаний на длительное хранение.

Целями проведения испытаний на сохраняемость являются: проверка изделий на сохраняемость; накопление информации о техническом ресурсе сохраняемости; уточнение норм на показатели сохраняемости; разработка рекомендаций по повышению сохраняемости.

В качестве критерия оценки сохраняемости принимают значение гамма-процентного срока сохраняемости, опытное значение которого определяется формулой

γ = (1 – d/n_с) 100,

где d – число изделий, отказавших за время хранения; n_с – объем выборки, необходимый для испытаний на сохраняемость.

Результаты испытаний оценивают как положительные, если значение гамма-процентного срока сохраняемости превышает установленное в технической документации. По окончании испытаний на длительное хранение изделия могут быть оставлены в тех же условиях для определения фактического времени сохраняемости.

38. Ускоренные испытания на надежность

Значительная продолжительность испытаний на надежность (в особенности испытаний на долговечность и сохраняемость) делает практически невозможным использование их результатов для оперативного управления качеством изготовляемой продукции. Поэтому большое значение придается ускоренным испытаниям, обеспечивающим получение информации о надежности изделий за более короткие сроки на меньшем числе образцов. Ускоренные испытания имеют цель выявить изменение параметров ЭРЭ и сборочных единиц изделий аэрокосмической техники при сокращении длительности испытаний за счет интенсификации режимов работы и условий эксплуатации изделий.

Целью ускоренных испытаний является достижение состояния отказа или определение повреждений вследствие действия определенного механизма разрушения. Обязательным условием при проведении ускоренных испытаний является меньшее время, чем требовалось бы при эксплуатации изделия. Интенсивность воздействия параметров, от которых зависит долговечность, может быть повышена для сокращения продолжительности испытаний. Особую важность имеет определение соотношения между ускоренными испытаниями изделия и реальными условиями эксплуатации, относительно которых осуществляется ускорение.

Хотя использование ускоренных испытаний может быть опасным, поскольку они вносят фактор неопределенности, избежать их в общем случае нельзя. Это объясняется тем, что проектируемая долговечность электронных блоков слишком велика для проведения испытаний в реальных условиях эксплуатации.

В общем случае величину, показывающую во сколько раз уменьшается значение показателей долговечности или срока сохраняемости при испытаниях, относительно заданных значений показателей долговечности или срока сохраняемости в эксплуатации, называют коэффициентом ускорения испытаний

К_у = t_н/t_у = λ_у/λ_н,

где t_н , t_у - время испытаний в нормальном и ускоренном режимах соответственно; λ_у, λ_н – интенсивности отказов в указанных режимах.

Ускорение испытаний обычно достигается ужесточением воздействующих факторов (температуры, влажности, электрических, механических и других нагрузок).

Основной научной проблемой теории испытаний, в том числе и ускоренных, является разработка и исследование моделей объектов и процессов их старения и изнашивания. Наиболее часто в качестве модели старения и изнашивания принимают математическую модель в виде однородной или неоднородной марковской цепи. Исходя из модели процессов износа и старения, можно выделить три основных метода ускорения испытаний.

Первый метод, называемый форсированными испытаниями, заключается в ужесточении режимов испытаний. В этом режиме, как правило, превышаются предельные значения, при которых еще сохраняется нормальная работа изделия.

Недостатками подобного метода испытаний являются:

- возможность непредвиденного изменения физико-химических процессов старения, износа или самовосстановления элементов и сборочных единиц;

- практическая невозможность числовой оценки корреляции между значениями параметров испытаний в нормальных и ужесточенных режимах;

- невозможность количественных оценок показателей надежности испытуемых изделий – технического ресурса, времени наработки на отказ, сохраняемости и др.

В силу этих особенностей первый метод ускорения можно применять при сравнительных или контрольных испытаниях.

Второй метод ускорения испытаний основан на временной оценке поведения прогнозируемого параметра. В данном случае учитывается эволюционная тенденция развития процессов старения и изнашивания и тем самым определяется момент отказа. Для высоконадежных изделий возможны варианты прекращения испытаний до наступления отказа. В качестве прогнозируемых показателей могут быть показатели качества изделия, либо функции этих показателей.

Основными недостатками второго метода ускоренных испытаний являются:

- трудность нахождения прогнозируемых параметров (особенно в сложных изделиях), связанная с учетом одновременного действия многочисленных факторов;

- ограниченная возможность установления предельно-допустимых режимов функционирования изделий, что не позволяет с высокой достоверностью прогнозировать моменты их отказа;

- малые значения коэффициентов ускорения, которые лежат в пределах 2,0 – 3,5.

В силу изложенных особенностей второй метод целесообразно применять для определительных испытаний, а также в случае необходимости разделения изделий по качественным группам. Кроме того, этот метод находит применения при ускоренных неразрушающих испытаниях.

Третий метод ускоренных испытаний заключается в совместном применении первого и второго метода. Для третьего комбинированного метода ускоренных испытаний характерны следующие недостатки;

- невозможность проведения одновременного испытания нескольких изделий;

- сложность вычислительных процедур.

При анализе недостатков каждого метода ускоренных испытаний необходимо учитывать, что широкое применение вычислительной техники в основном исключает недостатки, связанные с большим объемом вычислений. Очевидно, что для повышения эффективности испытаний на надежность и снижении затрат следует, где возможно, увеличивать объемы вычислений, если они приводят к упрощению или сокращению сроков самих испытаний.

Методику ускоренных испытаний обычно разрабатывают на основе нормативно-технической документации с учетом специфики функционирования, назначения, условий эксплуатации и конструктивных особенностей изделий.

При ускоренных испытаниях необходимо, чтобы критерий распределения отказов во времени и по причинам, соответствовал критерию и распределению при нормальных испытаниях на надежность.

Форсирование испытаний вновь разрабатываемой и серийно выпускаемой аппаратуры организуется по этапам:

- разработка методики выбора форсирующих факторов и форсирующего режима (на основании имеющихся статистических данных) для обеспечения максимально возможного ускорения испытаний. При этом физическая природа возникновения отказов должна оставаться неизменной;

- определение интервальных значений коэффициента ускорения при различных внешних воздействующих факторах и нахождение различных законов распределения времени безотказной работы изделий;

- определение динамики распределения и выявления причин отказов во время нормальных испытаний (учет принципа наследственности);

- оценка зависимости между вероятностями безотказной работы в нормальном и форсированном режимах;

- формирование исходных данных по проведению ускоренных испытаний на надежность.

Для окончательного уточнения условий и времени форсированных испытаний необходимо учитывать время технологического прогона испытываемых изделий. Технологический прогон позволяет выявлять и устранять скрытые дефекты, допущенные в процессе проектирования, производства и испытаний.

Дата добавления: 2015-04-23