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    高低溫沖擊試驗箱使用壽命的換算

    發(fā)布時間: 2020-05-09  點(diǎn)擊次數(shù): 2537次

    1、溫度沖擊的定義熱沖擊試驗(Thermal Shock Testing)常被稱作溫度沖擊試驗(Temperature Shock Testing)或者溫度循環(huán)(Temperature Cycling),高低溫冷熱沖擊試驗。
    溫度沖擊按照GJB 150.5A-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)。
    2、溫度沖擊測試的目的溫度沖擊試驗的目的: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。
    3、溫度沖擊的應(yīng)用電子設(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。
    4、溫度沖擊的效應(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Permanently 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,有助于確定本試驗是否適用于受試裝備。
    (1) 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)Explosives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。
    (2) 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。
    (3)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。
    5、冷熱沖擊測試方法的類型
    根據(jù)IEC和國家標(biāo)準(zhǔn),分為三種:
    1、試驗Na:規(guī)定轉(zhuǎn)換時間的快速溫度變化;空氣;
    2、試驗Nb:規(guī)定變化速率的溫度變化;空氣;
    3、試驗Nc:兩液槽法快速溫度變化;液體;上面3種試驗,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。
    溫度沖擊按照GJB 150.5A-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就是溫度沖擊試驗。溫度沖擊試驗的速率比這個現(xiàn)實情況要嚴(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 第2部分 試驗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 150.5A-2009軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法第5部分:溫度沖擊試驗
    3.2應(yīng)用
    3.2.1正常環(huán)境本試驗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,本試驗適用于提示裝備暴露在低于溫度變化速率(只要試驗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(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 150.5A-2009軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法第5部分:溫度沖擊試驗
    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Permanently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) Explosives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。
    溫度變化試驗的類型,根據(jù)IEC和國家標(biāo)準(zhǔn),分為三種:
    1、 試驗Na:規(guī)定轉(zhuǎn)換時間的快速溫度變化;空氣;
    2、 試驗Nb:規(guī)定變化速率的溫度變化;空氣;
    3、 試驗Nc:兩液槽法快速溫度變化;液體;
    上面3種試驗,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IEC60068-2-14:2009《環(huán)境試驗第2~14部分:試驗方法試驗N:溫度變化》
    GB/T 2423.22-2012《環(huán)境試驗第2部分:試驗方法試驗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
    MIL-STD-810F  方法503.4:溫度沖擊試驗
    GJB  150.5A-2009 《軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法第5部分:溫度沖擊試驗》設(shè)備空氣1分鐘MIL-STD-202G 方法107G:SETH賽思液態(tài)沖擊試驗GJB 360B-2009 《電子及電氣元件試驗方法》中的方法107溫度沖擊試驗。元器件液體短其它標(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 001EIA 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)。
    試驗參數(shù)包括下列各項:
    ——試驗室環(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;
    ——試驗循環(huán)數(shù)。
    穩(wěn)定時間GJB 150.5A-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 第2部分 試驗N:溫度變化
    7.2.1 部分后一句:在放入試驗樣品后,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。
    相對濕度:GB/T 2423.22-2012 環(huán)境試驗 第2部分 試驗N:溫度變化
    沒有提到相關(guān)內(nèi)容。
    GJB 150.5A-2009 4.3.8 相對濕度大部分試驗方案都不控制相對濕度。但是溫度沖擊試驗過程中的相對濕度,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 第2部分 試驗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——試驗樣品的溫度穩(wěn)定時間。
    GJB 150.5A-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 第2部分 試驗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 150.5A-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)定的試驗條件,試驗箱內(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) 實際使用中試件上正常電氣連接和機(jī)械連接,在試驗中不用,應(yīng)用模擬接頭代替,以確保試驗真實。
    (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。若對各單元一起進(jìn)行試驗,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 第2部分 試驗N:溫度變化
    7.2.2 試驗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,以使得試驗樣品實際上是絕熱的。當(dāng)幾個試驗樣品同時試驗時,放置試驗樣品時應(yīng)使得試驗樣品之間、試驗樣品和試驗箱內(nèi)表面之間的空氣自由流通。試驗循環(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)
    其中:Nf1 = 至失效為止的周期次數(shù)(實際)
    Nf2 = 至失效為止的周期次數(shù)(試驗)
     ΔT1 = 溫度變化(實際)
     ΔT2 = 溫度變化(試驗)
     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次溫度沖擊試驗可以模擬實際10年的使用壽命。

    東莞市賽思檢測設(shè)備有限公司液槽沖擊試驗箱

    型號

    SE-EN6033

    SE-EN5033

    工作室容積(L )

    2.6

     4.5

    試料和尺寸(cm)

    12×12×18

     1.5×1.5×2

    液槽內(nèi)尺寸(cm)

    195×108×155

    260×128×195

    高溫液槽溫度范圍

    +70~200

    低溫液槽溫度范圍

    -80~0

    液槽轉(zhuǎn)換時間

    ≤10s

    控制點(diǎn)溫度恢復(fù)時間

    ≤5min

    溫度波動度

    ±0.5~±1.0

    溫度均勻度

     ±0.5~±2.0

    工作方式

    自動機(jī)械懸架上下左右移動至高低溫液槽

    外殼材料

    電解板噴粉

    內(nèi)膽材料

    SUS316

    保溫材料

    聚胺脂泡沫

    制冷機(jī)組

     半封閉制冷機(jī)組

    冷卻方式

    水冷

    安全裝置

    超溫保護(hù)  壓縮機(jī)缺油/超壓/超載保護(hù)  風(fēng)機(jī)超載保護(hù) 電源故障保護(hù)  加熱器短路保護(hù)

    選配件

    遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機(jī)及軟件  打印機(jī)  增加的擱板  特殊的試樣架

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