汽车零部件IP防尘防水试验概述-张成才

68汽车零部件IP防尘防水试验概述张成才，刘跃占（中国电器科学研究院汽车零部件试验部）摘要：防尘防水试验是用来验证汽车零部件产品质量的可靠性方法之一，本文主要介绍了国内外汽车零部件产品IP防尘防水试验的要求，对试验设备选型以及企业选择试验方法提供了一定的参考。关键词：汽车零部件；IP防护等级试验；防尘防水1前言汽车、摩托车等机动车零部件产品试验中IP（InternationalProtection）防护等级试验是考察这些产品可靠性能力的重要一环，IP防尘防水试验为整车以及零部件产品密封性提供可靠依据。本文主要分析了国内外的汽车零部件标准中关于防尘防水的要求，以及各种标准试验方法之间的差异，从而为防尘防水试验设备选型以及企业选择不同的试验方法提供了较好的参考和帮助。2汽车零部件IP防尘防水试验要求2.1汽车电气设备（不包含汽车灯具）IP防尘防水试验要求2.1.1防尘要求我国汽车行业标准对汽车电气设备产品的IP防尘试验具体按GB/T4942.1和GB/T4942.2中IP2X、IP3X和IP5X相应条款要求进行试验和试验后的合格评判。[1]IP2X是指防止中等大小的固体侵入（直径大于12mm）；IP3X是指防止小固体侵入（直径大于2.5mm）；IP5X是指防止有害的粉尘堆积（直径小于75μm的滑石粉按2kg/m3浓度悬浮在试验箱内8小时），69试验箱按图1所示类型。[2][3]图1IP5X试验箱简图图2IP5KX和IP6KX试验箱（垂直吹尘方式）ISO16750系列标准提供了国际标准中关于汽车电器类零部件的环境试验要求，其中2003版标准中对防尘试验的要求引用自德国标准DIN40050-9中的相关部分，2006版标准中对防尘试验的要求则等同于ISO标准ISO20653中的相关要求。对于针对公路车辆中的电器设备防尘试验要求主要为IP5KX和IP6KX；[4][5][6][7]70IP5KX的具体要求试验样品虽然不能完全防止灰尘进入，但是进入的灰尘量不得影响设备的正常运行，不得影响安全；IP6KX则要求不得有任何灰尘进入样品内部。IP5KX和IP6KX使用的测试装置主要有两种可供选择：图2所示的由上往下的垂直吹尘方式（测试灰尘浓度2kg/m3,试验共20个循环，每循环吹尘6s后停止吹尘15min）和图3所示的水平吹尘方式（测试灰尘浓度5±2g/m3流速保持1.5m/s,试验持续0.5h到24h,旋转速度0-3rpm）。水平吹尘方式用设备基于家电方面标准IEC60068-2-68。不管是采用垂直吹尘方式还是水平吹尘方式，DIN40050-9标准中规定IP5KX和IP6KX使用的试验用灰尘成分由50%的石灰石和50%的飞尘组成，按质量比计算其中33份的灰尘颗粒大小为不大于32μm；67份为大于32μm但是不大于250μm的颗粒组成；ISO20653标准规定使用美国亚利桑那灰尘即ISO标准ISO12103-1规定的A2型号灰尘。[6][7][8]我国车用电线束插接器方面的行业标准中对防尘试验要求为样品放入灰尘浓度为2kg/m3的实验箱（图6）内进行5h的试验，灰尘每15min搅动6s。试验灰尘从下面颗粒分类中选择一种：材料应为不分解的长石，微粒大小如下（按重量计算百分比）：[9]*小于150μm，100％～99％*小于105μm，86％～76％*小于75μm，70％～60％*小于40μm，46％～35％71*小于20μm，30％～20％*小于10μm，19％～11％*小于5μm，11％～5％*小于2μm，5％～1.5％图3IP5KX和IP6KX试验箱（水平吹尘方式）图4IPX9K喷嘴和喷管尺寸图图5IPX9K样品放置图图6车用电线束插接器用防尘试验箱2.1.2防水要求我国汽车行业标准对汽车电气设备产品的防水试验要求主要有两类[1]：1）装在发动机罩下或外露的产品需要经受10min的IPX4防溅水试验：摆管法（弯管半径R=400mm，相邻两喷嘴的中心间距50mm，摆管中心点两边各180°弧段内布有喷嘴，每喷头直径0.4mm,水流量10L/min,水压80KPa。）[2]722）装在驾驶室和乘员室及行李舱内的产品需要承受10min的IPX3防淋水试验：摆管法（弯管半径R=1000mm，相邻两喷嘴的中心间距50mm，摆管中心点两边各60°弧段内布有喷嘴,每喷头直径0.4mm,水流量10L/min,水压80KPa。）[3]ISO16750系列标准对道路用车辆电气及电子设备的防水试验要求，2003年版本引用的是德国汽车标准DIN40050-9的条款，2006年版更换为引用ISO20653标准的要求，这两份标准总体上没有大的差异。其中最严酷的是IPX9K（适用于所有车辆类型除乘客室的其他所有零部件防水试验）：85℃高压（8000kPa～10000kPa）热水以14-16l/min的流量在图5所示4个位置各喷30s。图4中喷嘴和喷管尺寸a为100mm或者150mm,b为8mm或者10mm,α为30度，国内汽车电线束插接器行业标准QC417系列标准中高压水喷射试验就是引用此IPX9K试验要求而成。[9]ISO16750标准根据零部件不同车辆类型以及安装点位置分类，对应的IP防水代码如下：对于私人用车，1）安装在乘客区域的零部件无特别暴露，适用IPX0级防水等级即无防护；2）发动机舱护罩底部的样品无溅水或者喷水暴露，仅仅有微小的雨点滴在非关键点上，执行IPX3防水等级；3）应用在发动机舱底部开口的防护区域和暴露区域的部件由于分别间接和直接暴露在溅水、喷水中要分别按IPX4和IPX4K来试验；4）而装配在外部区域的零件直接暴露在溅水、喷水中也适用IPX4K防水等级。73对于商用卡车、公共汽车、拖车和各种特种车辆对应安装在上述5种位置的零部件防水等级分别为：IPX0；IPX4；IPX4K；IPX6K；IPX4K。对于拖拉机及其拖车上的零部件，使用在有封闭驾驶室的仪表台上的零部件样品无特别暴露，适用IPX0等级；而对应使用在无封闭驾驶室仪表板上的零件由于直接暴露在雨水中需要执行IPX3等级；直接暴露在溅水、喷水中的除仪表板以外其他非封闭区域的零部件的防水等级为IPX4K。对于摩托车产品，安装在保护区域的零部件暴露在雨水中转向之后间接暴露在溅水、喷水中，需要按IPX3等级试验；安装在手把、仪表板以及车架上比较低的位置的零部件直接暴露在溅水、喷水（高速雨水）中，要按IPX4K执行。对于特殊用途车辆安装在底盘、发动机和车身较低的部分的配件会碰到在水中行驶时的水压，可以在IPX6强烈喷水试验（喷嘴的喷水口内径为12.5mm，试验样品至喷水口相距为2.5～3m，水流量为100L/min，喷水3分钟），IPX7短时浸水试验（样品底部到水面的距离至少为1m。试样顶部到水面距离至少为0.15m，浸水30分钟）或者IPX8持续浸水试验（客户协商，严酷程度应比IPX7高）中任选一种测试。IPX9K上面已有描述。综合来看，IPX0～IPX8的试验要求与家用电器方面的IEC60529标准和GB4208基本等同。IPX4K，IPX6K以及IPX9K属于汽车行业独有。[10][11]742.2汽车灯具IP防尘防水试验要求2.2.1防尘要求1989年的汽车灯具环境试验标准要求各种类型汽车灯防尘试验（封闭式灯除外）均应经受以下试验[12]：在长、宽、高为900～1200mm的密封防尘试验箱内使用充分干燥的普通硅酸盐水泥5kg，每隔10～15min吹气2～5s共进行5h试验，试验过程中实行间歇点灯模式：试验电压下15min电点灯15min熄灯。此要求等同于日本标准JISD0207中的F1类防尘试验要求[13]。将要在2007年12月1日开始实施的新版GB10485-2007标准对汽车外部照明灯具防尘试验的要求如下[15]：采用垂直吹尘方式等同于DIN40050-9标准中IP5KX和IP6KX的要求。美国SAE标准对灯具防尘试验（试验箱见图7）的要求如下：试验灰尘使用符合美国ASTMC-150的波特兰水泥（即硅酸盐水泥），使用灰尘质量为3～5kg，试验箱体积最大2m3，试验周期5h，使用鼓风机或者压缩空气等方式使灰尘每15min搅动2～15s。[16][17]2.2.2防水要求1989年的汽车灯具环境试验标准要求各种类型汽车灯防水试验（封闭式灯除外）均应经受以下试验：离样品固定转台400mm处的直管上布有间距为12.5mm的40个直径为1.2mm的喷头，试验时直喷水管饶45º轴线方向以23RPM速度旋转，转台以17RPM速度旋转，喷头以25.4L/min的流量98KPa水压总75共喷淋试验样品30min。此要求与日本JISD0203标准中对汽车零部件的防水要求S1大体等同。[12][14]新版GB10485-2007标准对汽车外部照明灯具防水试验的要求有两种方式：其中一种为试验箱内喷水弯管以60º/s的速度在样品两侧扫掠，转台转速按1-3RPM进行2个循环试验共10min。每个喷水孔水流量为0.6L/min水压400Kpa。这也是德国标准DIN40050-9中IPX4K的要求。[15]图7SAE防尘试验箱简图图8GB10485-1989防水试验设备示意图另外一种防水试验方法采用了美国SAE标准中对汽车灯具IP防水试验的规定：两个锥形喷头与旋转平面（转速为4.0RPM）的法线成45度角，降水速率2.5mm/min,持续喷水12小时。[16]2.3部分汽车企业标准对防尘防水试验的要求一般来说大汽车公司的企业标准要严酷于国际标准，不过具体到防尘防水试验上，基本上在本国汽车行业标准或者ISO标准的基础上76改进。2.3.1德国大众公司的相关要求德国大众汽车公司对汽车电器电子产品的通用试验要求中对防尘试验的要求就是引用自德国DIN40050-9标准中的基本要求。大众公司对防水试验的要求就是引用自德国DIN40050-9标准中IPX9K的基本要求，不过对测试水温调整为10℃喷水位置改为40度角，测试样品预处理达到一定的高温值来测。2.3.2美国通用公司的相关要求美国通用汽车公司则引用ISO20653标准中的IP防尘防水等级。2.3.3法国标致公司的相关要求法国标志公司对汽车灯具的环境试验要求中引用了SAEJ575标准中防尘试验要求，不过对于点灯方式有自己的具体规定而已。标志公司对汽车灯具的环境试验要求中引用了DIN40050-9中IPX4K的要求，不过把摆管旋转角度改为360度，测试时间在4bar水压下也相应加长到1个小时，1bar水压下修改为通电1小时断电2小时共进行8个循环试验。2.3.4部分日系汽车公司的相关要求日系汽车标准IP防尘试验基本采用JISD0207的测试方法，其分类（图9）和具体要求如下：试验灰尘统一采用符合JISZ8901标准的8类或6类规格，试验温度和湿度为20±15℃和45～85%。[18]F类为浮尘试验（采用图9中左边的设备），其工作原理是利用77空气压力或风扇等搅拌粉尘一定时间，使粉尘在试验槽内变得均匀，然后按指定时间停止。把这作为一个周期反复进行；C类为循环试验（采用图9中右边的设备），其工作原理是让指定浓度的粉尘按指定的流速循环。图9JISD0207标准防尘试验设备F1类试验要求等同于GB/T10485-1989标准相关要求，前面已有描述。主要适用于车灯等零部件防尘试验。F2类试验采用粉尘的浓度为3g/m3，试验箱内容积0.5m3以上，试验时样品离箱内表面80mm以上安装，试验周期8h，灰尘每10min或者15min搅动2s或者5s。主要适用于各种汽车开关、雨刮等零部件防尘试验。F3类试验采用粉尘的浓度为0.1g/m3，试验箱内容积和试验时样品离箱内表面距离不做要求，试验周期8h，灰尘每10min或者15min搅动2s或者5s。主要适用于汽车门锁、雨刮电机和仪表等零部件防尘试验。C1类试验采用粉尘的浓度为5g/m3，试验箱内容积和试验时样品离箱内表面距离也不做要求，试验周期2h，流速为5m/s。主要适用78于机械组件等零部件防尘试验。C2类试验采用粉尘的浓度为0