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冷熱沖擊試驗實際使用壽命如何換算

發(fā)布時間: 2020-05-08  點(diǎn)擊次數(shù): 3654次

冷熱沖擊試驗箱產(chǎn)品規(guī)格:SET-A3表示沖擊溫度-40℃~+150℃/ A4表示沖擊溫度-55℃~+150℃/A5.表示沖擊溫度-65℃~+150℃

?  型號

SET-A

SET-B

SET-C

SET-D

SET-G

內(nèi)部尺寸

(W x D x H cm)

40×35×35

50×50×40

60×50×50

70×60×60

80×70×60

外部尺寸

(W x D x H cm)

140×165×180

150×190×185

160×190×185

170×240×195

180×260×200

結(jié)構(gòu)

三箱式(預(yù)冷箱)(預(yù)熱箱)(測試箱)

溫度恢復(fù)時間

小于5分鐘(出風(fēng)口測量)

溫度均勻度

≤2℃

溫度波動度

≤±0.5℃,按GB/T5170-1996表示

溫度偏差

±2℃

測試方法

三箱法標(biāo)準(zhǔn)//兩箱法標(biāo)準(zhǔn)

冷凍系統(tǒng)

機(jī)械壓縮二元式 復(fù)疊制冷方式

溫度范圍

預(yù)熱溫度

+50~+200℃

高溫暴露

+50~+150℃

預(yù)冷溫度

R.T~-75℃

低溫暴露

-40℃~0℃/ -55℃~0℃/ -65℃~0℃

控制器

中文彩色觸摸屏+ PLC控制器(控制軟件自行開發(fā))

控制方式

靠積分飽和PID,模糊算法 平衡式調(diào)溫P.I.D + P.W.M + S.S.R

標(biāo)準(zhǔn)配置

附照明玻璃窗口1套、試品架2個、測試引線孔1個

冷卻方式

水冷(水溫7℃~28℃,水壓0.1~0.3Mpa),以便確保降溫性能

安全保護(hù)

漏電、短路、超溫、電機(jī)過熱、壓縮機(jī)超壓、超載、過電流保護(hù)

電源電壓

AC380V 50Hz三相四線+接地線

液體溫度沖擊試驗箱規(guī)格:

型號

SE-EN6033

SE-EN5033

工作室容積(L )

2.6

 4.5

試料盒尺寸

(W x D x Hmm)

120×120×180

 150×150×200

液槽內(nèi)尺寸

(W x D x H mm)

250×350×400

 280×380×420

高溫液槽溫度范圍

+60℃~+200℃

低溫液槽溫度范圍

-80℃~0℃

高溫液槽沖擊溫度

+60℃+150℃

低溫液槽沖擊溫度

-40.00℃~0℃/ -55.00℃~0℃/-65.00℃~0℃

液槽轉(zhuǎn)換時間

≤10s

溫度波動度

≤±0.5℃,按GB/T5170-1996表示

溫度均勻度

≤2.0

溫度偏差

±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

冷軋鋼板噴粉

內(nèi)膽材料

SUS316

控制器

中文彩色觸摸屏+ PLC控制器(控制軟件自行開發(fā))

制冷機(jī)組

進(jìn)口全封閉壓縮機(jī)

冷卻方式

水冷(水溫7℃~28℃,水壓0.1~0.3Mpa),以便確保降溫性能

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

執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

GJB 150-86 GB 2423-22 MIL-STD-883 MIL-STD-202F

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

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

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

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。

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