淺析儀器儀表機(jī)箱三防設(shè)計(jì)技術(shù)

王美靜

摘要：儀器儀表的使用環(huán)境復(fù)雜多樣。我國南方和沿海地區(qū)使用的儀器儀表，既要保證長期無故障工作，又要經(jīng)得起濕熱、鹽霧等惡劣環(huán)境的考驗(yàn)，因此進(jìn)行三防設(shè)計(jì)是不可缺少的技術(shù)措施。所謂三防設(shè)計(jì)，是指防潮、防霉、防鹽霧的設(shè)計(jì)。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，超過50%的機(jī)器故障是由三防設(shè)計(jì)不當(dāng)或三防技術(shù)不成熟造成的。但在南海的環(huán)境條件下，電子設(shè)備80%的故障與整個(gè)設(shè)備所處的環(huán)境因素有關(guān)。

關(guān)鍵詞：三防設(shè)計(jì);機(jī)箱;海洋環(huán)境

一、合理的選擇機(jī)箱材料

儀器儀表的“三防”能力，主要取決于機(jī)箱結(jié)構(gòu)材料本身的性質(zhì)。因此，正確、合理地選用機(jī)箱材料，是開展“三防”設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。對(duì)于直接暴露在海洋環(huán)境中的儀器儀表，應(yīng)該選用耐蝕性較好的材料，例如耐蝕鋼、不銹鋼、防銹鋁等材料。在日常機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，許多設(shè)計(jì)人員經(jīng)常選用硬鋁材料，但研究表明，鋁和鋁合金材料的耐蝕性能依次為：純鋁>防銹鋁>鍛鋁>壓鑄鋁>硬鋁，由此可見，常用的硬鋁材料的耐蝕性最差，特別是耐海洋大氣腐蝕的性能更差。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量選用LF系列防銹鋁或者6063鋁合金。如因特殊原因不得不采用耐蝕性較差的材料時(shí)，應(yīng)對(duì)材料采用陽極氧化結(jié)合涂覆的措施，進(jìn)行加強(qiáng)防護(hù)的設(shè)計(jì)。即便是對(duì)于采用不銹鋼和防銹鋁的情況，也應(yīng)當(dāng)盡可能增加有機(jī)涂層，減少金屬或鍍層的裸露。對(duì)于應(yīng)用于海洋環(huán)境、需嚴(yán)格控制成本的一般類型的儀器儀表，通常采用價(jià)格低廉、制造方便的低碳鋼和普通低合金鋼，并輔之涂料和陰極保護(hù)措施。對(duì)強(qiáng)度要求高時(shí)，可采用低合金高強(qiáng)度鋼。對(duì)于可能會(huì)遭受海水或雨水飛濺的部位，可采用特種涂料或金屬噴涂層進(jìn)行保護(hù)。對(duì)于環(huán)境腐蝕條件比較苛刻、普通鋼鐵材料難以滿足防腐蝕要求、材料用量又不是很大的情況，可選用高耐蝕性材料，如不銹鋼06Cr17Ni12Mo2（316）、022Cr17Ni12Mo2（316L）、022Cr17Ni12Mo2N（316LN），但使用不銹材料時(shí)一般還應(yīng)進(jìn)行鈍化處理。

選用材料時(shí)，機(jī)箱設(shè)計(jì)人員還應(yīng)熟悉材料的腐蝕機(jī)理和相溶性，防止材料間相互作用引起腐蝕和老化。材料選擇的基本原則是：對(duì)于直接暴露在自然環(huán)境中或受自然環(huán)境直接作用的兩種不同金屬，其接觸電位差不應(yīng)大于0.25V;對(duì)于不直接暴露在自然環(huán)境中的兩種不同金屬，其接觸電位差不應(yīng)大于0.5V，如果所選用材料不能滿足電位差要求，還需要對(duì)接觸面采取保護(hù)措施。

二、防腐蝕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為防止儀器腐蝕，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就應(yīng)當(dāng)進(jìn)行合理的防腐蝕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。防腐蝕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通常采用密封結(jié)構(gòu)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、表面涂覆等手段。

1.密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。實(shí)踐證明，在儀器儀表的機(jī)箱、機(jī)柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，優(yōu)先采用密封方式是防止潮濕、鹽霧、霉菌長期影響的最有效方法。密封，就是將電子設(shè)備的部件、零件、元器件或一些復(fù)雜的裝置，甚至整機(jī)安裝在不透氣的密封盒內(nèi)，使之和外界隔絕。在機(jī)箱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，凡是允許和能夠?qū)崿F(xiàn)密封的地方，采用密封技術(shù)是一種使儀器儀表適應(yīng)惡劣環(huán)境的理想方法。密封結(jié)構(gòu)可以分為不可拆卸密封和可拆卸密封。對(duì)于需要經(jīng)常修理、維護(hù)的設(shè)備，較多的采用可

拆卸密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這種密封設(shè)計(jì)一般是在機(jī)箱接縫處設(shè)計(jì)有凹槽，在機(jī)箱裝配時(shí)采用導(dǎo)電彈性襯墊填在接縫的凹槽內(nèi)，并用螺釘緊固，使其變形量為20%～30%，從而填滿接合處的漏縫，可同時(shí)達(dá)到水汽密封和連續(xù)導(dǎo)電的目的，這種方法對(duì)密閉小型設(shè)備尤其適合。在開展設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意導(dǎo)電彈性襯墊的選材，既要滿足儀器儀表溫度使用環(huán)境的要求，又要滿足GJB150枟軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法枠標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的霉菌試驗(yàn)的要求。對(duì)于采用不可拆卸方式的密封，應(yīng)在螺紋連接、鉚接和焊接等結(jié)合面的縫隙處，以及斷續(xù)焊、點(diǎn)焊等的焊縫周邊涂敷HM-108或XM-2811密封膠進(jìn)行密封，使水和潮氣無法進(jìn)入機(jī)箱內(nèi)。

2.優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在儀器儀表機(jī)箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也可有效提高防腐蝕能力。在機(jī)箱設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）由于機(jī)箱零部件的棱角或邊沿部分在涂覆時(shí)，其涂層一般相對(duì)較薄，容易出現(xiàn)針孔等缺陷，使潮氣、鹽霧易于滲入，從而引起腐蝕。因此對(duì)機(jī)箱零部件的棱角或邊沿，應(yīng)盡量設(shè)計(jì)成圓角。另外，還可以采用提高機(jī)床加工精度和零件表面光潔度，減少機(jī)箱表面的凹凸不平等方法，來提高零部件的抗腐蝕性。（2）在機(jī)箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)避免形成積水結(jié)構(gòu)，如焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)采用連續(xù)焊縫設(shè)計(jì)，盡可能消除縫隙和凹坑結(jié)構(gòu)，防止積水、灰塵和鹽霧。（3）優(yōu)選鈑金結(jié)構(gòu)或整體成型的結(jié)構(gòu)形式，避免采用點(diǎn)焊、鉚接、螺紋緊固等結(jié)構(gòu)形式，以避免縫隙的形成。（4）在可能積水和留存濕氣的空間應(yīng)開設(shè)排水孔和排氣孔。有發(fā)熱元件的密閉設(shè)備，必須要考慮安裝防水透氣閥來完成設(shè)備的防水透氣設(shè)計(jì)，避免采用氣密式設(shè)計(jì)。

三、表面鍍涂處理工藝

表面鍍涂處理就是通過鍍覆或涂裝的方法在設(shè)備及其零件表面覆蓋一層涂層，使之與周圍介質(zhì)隔離開來，從而達(dá)到防護(hù)的目的。為了保證零件的防護(hù)能力，通常多采用鍍層和涂層雙重保護(hù)。對(duì)于采用鋼、銅、鋁等不同材料的結(jié)構(gòu)件，應(yīng)選用不同的處理工藝。

1.對(duì)于鋼制件，防止海洋環(huán)境腐蝕最常用的方法就是表面采用涂防護(hù)漆涂層保護(hù)。在加工過程中，可按照以下原則選擇防護(hù)漆：a）底漆，可選擇環(huán)氧富鋅防銹漆，厚度（60～80）μm;b）中間漆，可選擇環(huán)氧云鐵中層漆，厚度（120～140）μm;c）面漆，可選擇芳香族聚氨酯面漆，厚度（80～100）μm。

2.銅制結(jié)構(gòu)件通常采用表面氧化處理，形成的氧化膜硬度和耐蝕性均高于金屬本身。對(duì)于銅導(dǎo)電制件，表面鍍覆應(yīng)首選鍍銀，其次為鎳和鉻。如果經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下，應(yīng)保證銀鍍層達(dá)到（8～12）μm，再對(duì)其噴涂1%（0.01g/ml）DJB-823固體薄膜保護(hù)劑，這樣就可以通過惡劣環(huán)境下的三防試驗(yàn)。

3.對(duì)于鋁制結(jié)構(gòu)件，當(dāng)表面處理時(shí)對(duì)有導(dǎo)電需求的應(yīng)選用化學(xué)導(dǎo)電氧化的方法，即在鋁表面形成一層極薄且致密可導(dǎo)電的氧化膜，從而大大提高鋁及其合金的耐蝕性和耐磨性;無導(dǎo)電需求的，可選用陽極氧化處理，即在鋁表面生成一層較厚不導(dǎo)電的氧化膜，并可著多種色彩。

4.對(duì)于連接件、緊固件等，應(yīng)采用熱滲鋅或達(dá)克羅等工藝處理的方式。采用達(dá)克羅工藝比熱滲鋅工藝的防護(hù)效果要好，但存在表面硬度差的缺點(diǎn)。緊固件所配套使用的彈性墊圈也可以采用熱滲鋅處理。如果需要考慮經(jīng)濟(jì)性，降低成本，可考慮對(duì)尺寸M5以內(nèi)（含）的螺栓、螺釘件采用不銹鋼材料，M5以上的連接件采用滲鋅處理的方式。

5.對(duì)電氣接插件類零件，可在兩金屬接觸面涂覆具有良好三防性能、電性能及潤滑性能的DJB-823固體薄膜保護(hù)劑，這樣既可保證導(dǎo)電的需要，又能防止潮氣或鹽霧的入侵。

6.在進(jìn)行任何涂覆之前，所有表面部位都應(yīng)預(yù)先清除污垢、焊劑、可見銹跡、油脂、砂粒、氧化皮和氧化物以及其它污物，以防止它們影響表面處理層、底鍍層或終端層的附著力。

總之，儀器儀表機(jī)箱的三防設(shè)計(jì)，是確保儀器儀表三防性能和系統(tǒng)功能的重要基礎(chǔ)，也是工程研制過程中的一個(gè)難點(diǎn)。在多種不同儀器儀表設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，利用所述三防設(shè)計(jì)技術(shù)及方法，提高了所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性和可靠性，成功通過了各種三防試驗(yàn)，產(chǎn)品的三防性能滿足了用戶使用要求。

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