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溫度沖擊試驗標準


溫度沖擊試驗標準



熱沖擊試驗常被稱作溫度沖擊試驗或者溫度循環(huán)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。

 

個人認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)標準里面都有提及:

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,可預見快速的溫度變化:

——當設(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;

——安裝于外部的機載設(shè)備中;

——在某些運輸和貯存條件下。

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)進行試驗時,從處在高空和低溫條件下熱的飛機防護殼體內(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極端溫度變化速率(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)適當工程處理后,也可以將其作為一個篩選試驗(使用更極端溫度的溫度沖擊),用來揭示裝備暴露在低于極端溫度條件下會出現(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重,離外表面越遠(當然,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) 玻璃容器和光學儀器的碎裂;

2) 運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) 絕緣保護失效。

b)典型化學效應(yīng)有:

1)各組分分離;

2)化學試劑保護失效。

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和國家標準,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。

 

標準

 

 

國際標準

國內(nèi)對應(yīng)標準

適用

介質(zhì)

轉(zhuǎn)換時間

1

IEC 60068-2-14:2009《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

2

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

3

MIL-STD-202G 方法107G:熱沖擊試驗

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

 

 

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 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準是沒有必要太多關(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 風速

除裝備平臺環(huán)境已經(jīng)證明采用其他風速是合理的,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(防護或未加防護)方式。

(2) 實際使用中試件上正常電氣連接和機械連接,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立單元,可對各單元分別進行試驗。若對各單元一起進行試驗,在機械、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)具有低導熱性,以使得試驗樣品實際上是絕熱的。當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。

 

有大神的文章里提到了木板,看來是點道理啊。

 

試驗循環(huán)次數(shù)的確定

由于溫度交變在試件中引起機械應(yīng)力,導致隨溫度交變次數(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)(取決于失效機理)

上述的一般關(guān)系在有的參考文獻中稱為Coffin-Manson公式??筛膶憺槿缦滦问剑?/p>

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

 

即進行220次溫度沖擊試驗可以模擬實際10年的使用壽命。

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