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淺談冷熱沖擊試驗(yàn)箱檢測標(biāo)準(zhǔn)解讀
  • 日期:2019-05-27      瀏覽次數(shù):1164
    • 淺談冷熱沖擊試驗(yàn)箱檢測標(biāo)準(zhǔn)解讀

       

      熱沖擊試驗(yàn)(Thermal Shock Testing)常被稱作溫度沖擊試驗(yàn)(Temperature Shock Testing)或者溫度循環(huán)(Temperature Cycling)、高低溫冷熱沖擊試驗(yàn)。

      溫度沖擊按照GJB 150.-2009 3.1的說法,是裝備周圍大氣溫度的急劇變化,溫度變化率大于10度/min,即為溫度沖擊。MIL-STD-810F 503.4(2001)持相類似的觀點(diǎn)。

      個人認(rèn)為不能因此理解為大于這個速率的試驗(yàn)就是溫度沖擊試驗(yàn)。溫度沖擊試驗(yàn)的速率比這個現(xiàn)況要嚴(yán)苛。經(jīng)常能聽到說溫度沖擊的速率大于20度/min,30度/min,50度/分鐘,甚至更快。

      溫度變化原因有很多,相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)里面都有提及:

      GB/T 2423.22-2012 環(huán)境試驗(yàn) 第2部分 試驗(yàn)N:溫度變化

      3 溫度變化的現(xiàn)場條件

      電子設(shè)備和元器件中發(fā)生溫度變化的情況很普遍。當(dāng)設(shè)備未通電時,其內(nèi)部零件要比其外表面上的零件經(jīng)受的溫度變化慢。

      下列情況下,可預(yù)見快速的溫度變化:

      ——當(dāng)設(shè)備從溫暖的室內(nèi)環(huán)境轉(zhuǎn)移到寒冷的戶外環(huán)境,或相反情況時;

      ——當(dāng)設(shè)備遇到淋雨或浸入冷水中而突然冷卻時;

      ——安裝于外部的機(jī)載設(shè)備中;

      ——在某些運(yùn)輸和貯存條件下。

      通電后設(shè)備中會產(chǎn)生高的溫度梯度,由于溫度變化,元器件會經(jīng)受應(yīng)力,例如,在大功率的電阻器旁邊,輻射會引起鄰近元器件表面溫度升高,而其他部分仍然是冷的。

      當(dāng)冷卻系統(tǒng)通電時,人工冷卻的元器件會經(jīng)受快速的溫度變化。在設(shè)備的制造過程中同樣可引起元器件的快速溫度變化。溫度變化的次數(shù)和幅度以及時間間隔都是很重要的。

       

      GJB 150.-2009裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法第5部分:溫度沖擊試驗(yàn)

      3.2應(yīng)用

      3.2.1正常環(huán)境

      本試驗(yàn)適用于可能會在空氣溫度發(fā)生急劇變化的地方使用的裝備。本試驗(yàn)僅用來評價溫度急劇變化對裝備的外表面、安裝在外表面的零部件、或裝在靠近外表面的內(nèi)部零部件的影響。典型情況如下:

      A) 裝備在熱區(qū)域和低溫環(huán)境之間轉(zhuǎn)換;

      B) 通過高性能運(yùn)載工具,從地面高溫環(huán)境升到高空(只是熱到冷);

      C) 僅用外部材料(包裝或裝備表面材料)進(jìn)行試驗(yàn)時,從處在高空和低溫條件下熱的飛機(jī)防護(hù)殼體內(nèi)向外空投。

      3.2.2安全性和環(huán)境應(yīng)力篩選

      除3.3所述外,本試驗(yàn)適用于提示裝備暴露在低于溫度變化速率(只要試驗(yàn)條件下不超過裝備的設(shè)計極限)下通常出現(xiàn)的安全性問題和潛在的缺陷。本試驗(yàn)雖然用作環(huán)境應(yīng)力篩選(ESS),但經(jīng)適當(dāng)工程處理后,也可以將其作為一個篩選試驗(yàn)(使用更溫度的溫度沖擊),用來揭示裝備暴露在低于溫度條件下會出現(xiàn)的潛在缺陷。

       

      溫度沖擊的效應(yīng)

      GJB 150.-2009裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法第5部分:溫度沖擊試驗(yàn)

      4.1.2 環(huán)境效應(yīng)

      溫度沖擊通常對靠近裝備外表面的部分影響更嚴(yán)重,離外表面越遠(yuǎn)(當(dāng)然,與相關(guān)材料的特性有關(guān)),溫度變化越慢,影響越不明顯。運(yùn)輸箱、包裝等還會減小溫度沖擊對封閉的裝備的影響。急劇的溫度變化可能會暫時或長久地影響裝備的工作。下面是裝備暴露于溫度沖擊環(huán)境時可能引發(fā)的問題示例??紤]以下典型問題,有助于確定本試驗(yàn)是否適用于受試裝備。

      A) 典型物理效應(yīng)有:

      1) 玻璃容器和光學(xué)儀器的碎裂;

      2) 運(yùn)動部件的卡緊或松弛;

      3) 爆炸物中固態(tài)藥丸或藥柱產(chǎn)生裂紋;

      4) 不同材料的收縮或膨脹率、或誘發(fā)應(yīng)變速率不同;

      5) 零部件的變形或破裂;

      6) 表面涂層開裂;

      7) 密封艙泄漏;

      8) 絕緣保護(hù)失效。

      b)典型化學(xué)效應(yīng)有:

      1)各組分分離;

      2)化學(xué)試劑保護(hù)失效。

      C)典型電效應(yīng)有:

      1)電氣和電子元器件的變化;

      2)快速冷凝水或結(jié)霜引起電子或機(jī)械故障;

      3)靜電過量。

       

      溫度沖擊試驗(yàn)的目的:工程研制階段可用于發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計和工藝缺陷;產(chǎn)品定型或設(shè)計鑒定和量產(chǎn)階段用于驗(yàn)證產(chǎn)品對溫度沖擊環(huán)境的適應(yīng)性,為設(shè)計定型和量產(chǎn)驗(yàn)收決策提供依據(jù);作為環(huán)境應(yīng)力篩選應(yīng)用時,目的是剔除產(chǎn)品的早期故障。

       

      溫度變化試驗(yàn)的類型,根據(jù)IEC和國家標(biāo)準(zhǔn),分為三種:

      1、 試驗(yàn)Na:規(guī)定轉(zhuǎn)換時間的快速溫度變化;空氣;

      2、 試驗(yàn)Nb:規(guī)定變化速率的溫度變化;空氣;

      3、 試驗(yàn)Nc:兩液槽法快速溫度變化;液體;

      上面3種試驗(yàn),1、2以空氣作為介質(zhì),第3種以液體(水或其它液體)作為介質(zhì)。1、2的轉(zhuǎn)換時間較長,3的轉(zhuǎn)換時間較短。

       

      標(biāo)準(zhǔn)

       

       

      標(biāo)準(zhǔn)

      國內(nèi)對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)

      適用

      介質(zhì)

      轉(zhuǎn)換時間

      1

      IEC 60068-2-14:2009《環(huán)境試驗(yàn)第2~14部分:試驗(yàn)方法試驗(yàn)N:溫度變化》

      GB/T 2423.22-2012《環(huán)境試驗(yàn)第2部分:試驗(yàn)方法試驗(yàn)N:溫度變化》

      元器件、部件、設(shè)備等各個組裝等級

      空氣

      3分鐘以內(nèi)或者更長

      2

      MIL-STD-810F  方法503.4:溫度沖擊試驗(yàn)

      GJB  150.-2009 《裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法第5部分:溫度沖擊試驗(yàn)》

      設(shè)備

      空氣

      1分鐘

      3

      MIL-STD-202G 方法107G:熱沖擊試驗(yàn)

      GJB 360B-2009 《電子及電氣元件試驗(yàn)方法》中的方法107溫度沖擊試驗(yàn)。

      元器件

      液體

       

       

      其它標(biāo)準(zhǔn):

      MIL-STD-883, Method 1010, Temperature Cycling

      JESD22-A104D, Temperature Cycling

      JESD22-A106B

      JIS C 680068-2-14:2011(替代JIS C0025:1988)

      JASO D 001

      EIA The air-to-air thermal shock test is JESD22-A104D "Temperature Cycling"

      EIA The liquid-to-liquid thermal shock test is JESD22-A106B "Thermal Shock"

      EIAJ ED-2531A

      GB897.4-2008/IEC60086-4:2007

      GJB548B-2005方法1011.1

      GJB128A-97方法1056

      此外還有一些企業(yè)內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn),比如一些汽車廠商企業(yè)內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)。

       

       

      試驗(yàn)參數(shù)包括下列各項:

      ——試驗(yàn)室環(huán)境溫度;

      ——高溫;

      ——低溫;

      ——暴露持續(xù)時間;

      ——轉(zhuǎn)換時間或變化速率;

      ——試驗(yàn)循環(huán)數(shù)。

       

      穩(wěn)定時間

      GJB 150.-2009 4.3.7 溫度穩(wěn)定

      試件溫度穩(wěn)定(在轉(zhuǎn)換之前)的時間至少應(yīng)保證試件整個外部的溫度均勻一致。

       

      GB/T 2423.22-2012 環(huán)境試驗(yàn) 第2部分 試驗(yàn)N:溫度變化

      7.2.1 部分*后一句:

      在放入試驗(yàn)樣品后,空氣溫度應(yīng)在暴露持續(xù)時間的10%以內(nèi)達(dá)到規(guī)定的容差范圍。

       

      EIA-364-32E-2008 4.3 Specimen mass determination

       

       

       

       

      相對濕度

      GB/T 2423.22-2012 環(huán)境試驗(yàn) 第2部分 試驗(yàn)N:溫度變化

      沒有提到相關(guān)內(nèi)容。

      GJB 150.-2009 4.3.8 相對濕度

      大部分試驗(yàn)方案都不控制相對濕度。但是溫度沖擊試驗(yàn)過程中的相對濕度,對某些常見的多孔滲水材料(如纖維材料)可能有顯著的影響——滲入的濕氣可以移動并在結(jié)冰時會膨脹。除專門提出要求外,否則不必考慮控制相對濕度。

       

      所以目前按照這兩個標(biāo)準(zhǔn)是沒有必要太多關(guān)注溫度沖擊試驗(yàn)過程中的濕度控制問題。

       

      轉(zhuǎn)換時間

      GB/T 2423.22-2012 環(huán)境試驗(yàn) 第2部分 試驗(yàn)N:溫度變化

      4.5 轉(zhuǎn)換時間的選擇

      在兩箱法的情況下,如果由于樣品尺寸大,不能在3min內(nèi)完成轉(zhuǎn)換,那么只要不對試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生可察覺的影響,可按下式增加轉(zhuǎn)換時間:

      t2≤0.05t3

      式中:

      T2——轉(zhuǎn)換時間;t3——試驗(yàn)樣品的溫度穩(wěn)定時間。

       

      GJB 150.-2009 4.3.9 轉(zhuǎn)換時間

      應(yīng)保證轉(zhuǎn)換時間能反映壽命期剖面中實(shí)際溫度沖擊的相應(yīng)時間。轉(zhuǎn)換時間應(yīng)盡可能短,但若轉(zhuǎn)換時間大于1min,則應(yīng)證明這些額外的時間是合理的。

       

      風(fēng)速

      GB/T 2423.22-2012 環(huán)境試驗(yàn) 第2部分 試驗(yàn)N:溫度變化

      沒有提到相關(guān)內(nèi)容。

      在舊版本大概有提到,不大于2m/s。

       

      GJB 150.-2009 6.2.2 風(fēng)速

      除裝備平臺環(huán)境已經(jīng)證明采用其他風(fēng)速是合理的,并提供了規(guī)定的試驗(yàn)條件,試驗(yàn)箱內(nèi)試件周圍的風(fēng)速不應(yīng)超過1.7m/s。

       

      試件的安裝和調(diào)試要求。試件的安裝應(yīng)盡可能模擬實(shí)際使用狀況,并按需要進(jìn)行試件連接和測試儀器連接。安裝時應(yīng)注意:

      (1) 若考核試件防護(hù)裝置有效性,應(yīng)保證實(shí)際使用中插頭、外罩和檢測板處在便于測試的位置,在操作時處于正常(防護(hù)或未加防護(hù))方式。

      (2) 實(shí)際使用中試件上正常電氣連接和機(jī)械連接,在試驗(yàn)中不用,應(yīng)用模擬接頭代替,以確保試驗(yàn)真實(shí)。

      (3) 試件若包括兩個或兩個以上具有完整功能的獨(dú)立單元,可對各單元分別進(jìn)行試驗(yàn)。若對各單元一起進(jìn)行試驗(yàn),在機(jī)械、電氣和射頻連接接口允許情況下,各單元之間以及單元與試驗(yàn)箱內(nèi)壁間至少應(yīng)保持15cm,確保箱內(nèi)空氣能正常循環(huán)。

      (4) 保護(hù)試件不受無關(guān)的環(huán)境污染物影響

       

      GB/T 2423.22-2012 環(huán)境試驗(yàn) 第2部分 試驗(yàn)N:溫度變化

      7.2.2 試驗(yàn)樣品的安裝或支撐

      除非相關(guān)規(guī)范另有規(guī)定,安裝或支撐架應(yīng)具有低導(dǎo)熱性,以使得試驗(yàn)樣品實(shí)際上是絕熱的。當(dāng)幾個試驗(yàn)樣品同時試驗(yàn)時,放置試驗(yàn)樣品時應(yīng)使得試驗(yàn)樣品之間、試驗(yàn)樣品和試驗(yàn)箱內(nèi)表面之間的空氣自由流通。

       

      有大神的文章里提到了木板,看來是點(diǎn)道理啊。

       

      試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)的確定

      由于溫度交變在試件中引起機(jī)械應(yīng)力,導(dǎo)致隨溫度交變次數(shù)的增加試件內(nèi)部振動的增加。在可靠性技術(shù)中適用以下經(jīng)驗(yàn)求得的關(guān)系式:

          N(ΔT)k  =常數(shù)

      其中:N= 溫度周期的次數(shù)

          ΔT=溫度變化,即高溫與低溫的差值

          K =指數(shù)(取決于失效機(jī)理)

      上述的一般關(guān)系在有的參考文獻(xiàn)中稱為Coffin-Manson公式。可改寫為如下形式:

       

      其中:Nf1 = 至失效為止的周期次數(shù)(實(shí)際)

                Nf2 = 至失效為止的周期次數(shù)(試驗(yàn))

               ΔT1 = 溫度變化(實(shí)際)

               ΔT2 = 溫度變化(試驗(yàn))

                k= 對遭受交變負(fù)荷的、其變形在塑性范圍內(nèi)發(fā)生的金屬為2,對以塑料件為主的試件取4。

      計算實(shí)例:

      油泵支架總成溫度沖擊循環(huán)次數(shù)計算:

      按上述公式取

      Nf1 =10*365*2(10年,每年365天,每天2次冷起動)=7300

      ΔT1 =50-0=50

      ΔT2 =80-(-40)=120

      k=4

      計算可得Nf2 =220

       

      即進(jìn)行220次溫度沖擊試驗(yàn)可以模擬實(shí)際10年的使用壽命。

       

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