Кліматичні випробування – один з методів перевірки стійкості виробів до впливу зовнішніх факторів. Несприятливі умови середовища можуть призвести до відмови обладнання, критичного стану конструкцій і ризику їх обвалення, порушення цілісності захисних покриттів, втрати зовнішнього вигляду та інтенсифікації корозійних процесів. Такі випробування можуть проводитися в спеціальних закритих камерах або на полігонах за декількома методиками.
Загальне поняття
Технічні вироби, що працюють у відкритій атмосфері, відчувають вплив різних кліматичних факторів, що погіршують їх працездатність: підвищена вологість, сонячне випромінювання, низькі і високі температури. Вони враховуються при проектуванні виробів. Так, в залежності від розташування району, де буде проводитися експлуатація обладнання, визначається кліматичне виконання і здійснюється вибір відповідних матеріалів, які задовольняють технічні вимоги.
Кліматичні випробування служать для оцінки функціональних якостей (надійність, стійкість до руйнування і навантажень, збереження герметичності) і зовнішнього вигляду в заданих експлуатаційних умовах. Як показують дослідження, найбільш небезпечними чинниками, під впливом яких у матеріалах протікають негативні фізико-хімічні процеси, – це низькі температури (збільшується крихкість), висока вологість (прискорення корозійних процесів) і різкі температурні перепади.
Результат випробувань на вплив кліматичних факторів може оцінюватися як за допомогою якісних показників, так і кількісних. Їх проводять зазвичай на стадії дослідно-конструкторських робіт, а також у серійному виробництві в якості відбракування відповідальних конструкцій (технологічні випробування на регулярній основі) та для перевірки стабільності якості (періодичний контроль).
Методологія
Методика кліматичних випробувань за Дсту 24813-81 залежить від технічних вимог, які пред’являються споживачем до продукції, особливостей конструкції, технологічного процесу виготовлення та монтажу, а також від експлуатаційних умов. Вони встановлюються відповідними галузевими стандартами та конструкторською документацією.
Випробування проводяться в 3 етапи:
Якщо об’єкт складається з декількох елементів, то за погодженням із замовником можна проводити ці роботи у складі всього виробу.
Підготовчий етап. Проектування технології випробувань
Підготовка до випробування кліматичних впливом включає наступні процедури:
- Проектування математичної моделі об’єкта.
- Збір інформації про можливу зміну функціональних або зовнішніх властивостей виробу під впливом кліматичних факторів.
- Вибір засобів випробувань та вимірювань, встановлення обсягу та послідовності проведення робіт, складання графіка, розробка методики.
- Планування матеріального, технічного та метрологічного забезпечення.
- Визначення форм звітності.
- Інструктаж обслуговуючого персоналу.
- Налагодження засобів випробувань.
- Вибір засобів для обробки отриманих даних.
Класифікація
Кліматичні випробування класифікують по 3 критеріям: по методиці виконання, за способом впливу і по виду кліматичного фактору.
У першому випадку виділяють 3 види таких робіт:
Натурні і прискорені випробування
За способом впливу на об’єкт розрізняють натурні і прискорені кліматичні випробування. Останній вид застосовується для захисних покриттів і пластмас. Так як їх руйнування відбувається протягом тривалого періоду часу, для скорочення термінів отримання результатів на вироби впливають циклами, що імітують зміни умов протягом декількох місяців або років (перепади температур і вологості, сонячне випромінювання). Визначення впливу проводиться по одному чи декільком показникам.
Методика проведення прискорених випробувань лакофарбових покриттів і полімерів приведена в стандартах Єдиної системи захисту від корозії і старіння (ЕСЗКС).
Кліматичні фактори
Класифікація кліматичних випробувань також проводиться по виду впливає чинника:
- Підвищений або понижений атмосферний тиск.
- Випадання опадів (дощ, сніг, утворення інею, льоду).
- Висока або низька вологість.
- Морський туман, насичений солями.
- Підвищена або знижена температура.
- Вітрове навантаження.
- Атмосфера, волога або грунт, насичені корозійно-агресивними речовинами.
- Різкі перепади температур.
- Підвищена сонячна інсоляція.
- Вплив пилу і піску.
Засоби випробувань
Найчастіше вироби випробовують в спеціальних камерах (камери штучної погоди), де штучно створюються відповідні кліматичні умови. Об’єкт встановлюють так, щоб забезпечувалася найбільша стійкість і між ним і стінками установки була вільна циркуляція повітря. Оснащеність кліматичних камер для випробувань може бути різною і залежить від вимог до проведення робіт. Виділяють наступні різновиди таких установок:
- тепла-холоду-вологи;
- тепла і глибокої заморозки;
- сольового туману;
- з аеродинамічними трубами (при випробуваннях на вплив вітром);
- світлового старіння;
- термоудара (в них створюється перепад температур);
- дощу;
- сонячної радіації з джерелами інфрачервоного та ультрафіолетового випромінювання;
- термобарокамерах та інші.
Низькі температури досягаються за допомогою використання холодоагентів (рідкий азот, вуглекислий газ, аміак) або компресійних випарних установок.
Все обладнання для кліматичних випробувань повинен періодично проходити перевірку на відповідність заявленим характеристикам і мати пристрої, які запобігають вихід з ладу із-за помилок оператора і зовнішніх факторів.
Випробування великогабаритних виробів
Дослідження можливостей технічних пристроїв або елементів конструкцій великих розмірів проводять на полігонах (кліматичних станціях). У Росії єдиний науковий центр кліматичних випробувань знаходиться в Геленджику (ГЦКИ ВИАМ). У ньому, починаючи з 1925 р., досліджують матеріали для авіаційної промисловості і відпрацьовують системи захисту від корозії, старіння і біопошкоджень.
Існують також великогабаритні кліматичні камери для випробувань (кліматичні кімнати, Walk-In) з окремим входом. Вони служать для комплексних впливів температурою і вологою.
Вимоги до об’єктів випробувань
До проведення кліматичних випробувань допускаються вироби, що пройшли остаточну зборку, що відповідають вимогам нормативно-технічної документації в частині зовнішнього вигляду і експлуатаційних параметрів при тиску 1 атм. і температурі 20 °С.
При відсутності габаритних випробувальних камер допускається проводити вплив на частини об’єкта. Якщо елементи конструкції в реальних умовах експлуатації знаходяться в різних умовах, то можливо 3 варіанти проведення випробувань:
- для кожної частини окремо (якщо при цьому не порушується працездатність);
- в цілому для всього виробу при найбільш несприятливих кліматичних факторах;
- на макеті, повністю конструктивно і технологічно відповідному об’єкту.
Особливості випробувань на корозійну стійкість з застосуванням хімічно агресивних речовин
Випробування із застосуванням корозійно-активних речовин проводяться в спеціальних камерах. По виду агресивної середовища розрізняють 3 типи робіт:
- в атмосфері (враховується вміст хлоридів, діоксиду сірки, оксидів азоту, нітриту водню та інших сполук);
- у воді з певною кислотністю, солоністю, вмістом розчиненого вуглекислого газу, сірководню, кисню, солей кальцію, магнію та інших хімічних елементів;
- у ґрунті, основними характеристиками якої є вологість, солоність, агрегатний стан, концентрація хлоридів, нітратів, сульфатів, карбонатів та інших корозійно-активних речовин.
Аналіз результатів
Після проведення випробувань записують величини вимірюваних параметрів і якісні дані. У звіті вказують наступну інформацію:
- мета робіт;
- місце проведення і застосовувані технічні засоби;
- допущені відхилення від нормативної документації та причини їх прийняття;
- виявлені дефекти;
- результати вимірювань;
- рекомендації з доопрацювання конструкції або проведення додаткових випробувань.
Кліматичні випробування покриттів
Термін служби захисних покриттів сильно залежить від кліматичних умов і може коливатись у великих межах. Найбільший вплив надають наступні чинники:
- Світло і тепло. Більшою мірою це стосується ультрафіолетової області сонячного випромінювання, так як короткохвильові промені руйнують зв’язуючі компоненти в складі лакофарбових покриттів. В результаті відбувається підвищення їх крихкості, втрата блиску і яскравості.
- Коливання температури. У природних умовах вони можуть досягати 20 °С за 1 год. Високі температури прискорюють фотохімічні реакції в плівкоутворюваче, низькі – призводять до крихкості покриття, а їх перепад – до розтріскування із-за зміни внутрішніх напружень.
- Вологість, що сприяє розм’якшенню і набухання захисних плівок.
- Опади і туман.
- Наявність абразивних частинок і вітер.
Так як покриття в природних умовах піддаються впливу відразу всього комплексу чинників, то стандартні методи випробувань в камерах не можуть відтворити ці впливи.
Кліматичні випробування покриттів на полігонах проводять по ГОСТу 6992-98. Зразки розміщують на стендах (на відкритій ділянці землі або на даху будівлі), під кутом 45° до горизонту, лицьовою стороною на південь. Таке розташування дозволяє провести прискорені випробування під впливом погодних умов. Вертикальне розміщення найкраще відповідає реальним умовам, але воно вимагає більш тривалого випробування.
Перед установкою на полігонах виробляють попереднє вплив одним з кліматичних факторів в камерах. Для цього підбирають той вид агресивного впливу, який найбільше впливає на покриття в даних умовах експлуатації. Оцінку збереження властивостей виробляють по Гост 9.407-2015.
