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試驗(yàn)丨溫度沖擊試驗(yàn)應(yīng)用概述

更新時(shí)間:2022-05-19      點(diǎn)擊次數(shù):1492
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溫度沖擊試驗(yàn)的基本要素

01

溫度沖擊試驗(yàn)的目的



溫度沖擊試驗(yàn)是考核設(shè)備在經(jīng)受周圍大氣環(huán)境的極速變化時(shí),設(shè)備外觀、設(shè)備電性能等是否會遭受影響,或者失效的過程。

02

溫度沖擊試驗(yàn)的應(yīng)用


本試驗(yàn)應(yīng)用于裝備周圍可能會發(fā)生溫度急劇變化的情況。用來評價(jià)溫度的急劇變化對裝備內(nèi)部的器件、結(jié)構(gòu)以及外觀等造成的影響。典型情況如下:
1) 裝備在高溫和低溫之間的轉(zhuǎn)換。
2) 將裝備從地面的高溫環(huán)境快速升到高空的低溫環(huán)境。
3) 將裝備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。

03

溫度沖擊試驗(yàn)的幾個(gè)重要因素



1. 暴露條件


應(yīng)依據(jù)裝備在實(shí)際應(yīng)用過程中所處的地理位置情況、現(xiàn)場數(shù)據(jù)等確定試驗(yàn)溫度,也可根據(jù)其最的非工作溫度要求確定試驗(yàn)溫度。
GJB 150中規(guī)定了高低溫試驗(yàn)溫度分別為70℃、-55℃。而GJB 150A中則建議使用能夠反應(yīng)裝備實(shí)際應(yīng)用地域的溫度情況,不只僅限于一個(gè)特定的極值范圍。
高溫:選用裝備實(shí)際應(yīng)用的工作和貯存地理區(qū)內(nèi)可能會出現(xiàn)的高溫。選實(shí)測值,若沒有實(shí)測值,則選用其地面高溫極值條件。
低溫:選用飛機(jī)在空中飛行工作期間的低溫度(受裝備周圍環(huán)境條件、飛行條件和機(jī)上環(huán)境控制系統(tǒng)的性能的影響)。選實(shí)測值,若沒有實(shí)測值,則選用高空低溫。


2. 高低溫持續(xù)時(shí)間


本試驗(yàn)的目的是確定快速的溫度變化對裝備的影響,因此,試件暴露于極值溫度的持續(xù)時(shí)間應(yīng)為裝備的實(shí)際工作時(shí)間或溫度穩(wěn)定的時(shí)間。
GJB 150中規(guī)定持續(xù)時(shí)間一般為1h,或者是溫度達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間,當(dāng)溫度穩(wěn)定的時(shí)間超過1h,則使用溫度穩(wěn)定時(shí)間。

試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間(沖擊次數(shù))的確定,應(yīng)根據(jù)裝備實(shí)際應(yīng)用過程中遇到的情況來確定。因此可以分為如下幾種情況的沖擊試驗(yàn),見圖1~圖3:
1)基于恒定極值溫度的單方向溫度沖擊,對暴露于單方向溫度沖擊可能性很小的設(shè)備,在每種相應(yīng)的條件下至少進(jìn)行一次沖擊;
2)基于恒定極值溫度的單循環(huán)沖擊,對暴露于溫度沖擊環(huán)境可能僅為一次的設(shè)備;
3)基于恒定極值溫度的多循環(huán)沖擊,當(dāng)預(yù)計(jì)設(shè)備更頻繁的暴露于沖擊環(huán)境時(shí),幾乎沒有可用的數(shù)據(jù)可用于證實(shí)具體的沖擊次數(shù)。
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圖1 基于恒定極值溫度的單方向溫度沖擊
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圖2 基于恒定極值溫度的單循環(huán)沖擊
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圖3 基于恒定極值溫度的多循環(huán)沖擊


3.轉(zhuǎn)換時(shí)間


GJB 150中要求高低溫極值之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間不大于5min;而GJB 150A中要求轉(zhuǎn)換時(shí)間盡可能短,沒有合理理由,轉(zhuǎn)換時(shí)間要求不大于1min,以達(dá)到最大的溫度沖擊效果。有時(shí)因試件尺寸等原因而必須使用運(yùn)送設(shè)備來完成轉(zhuǎn)移,轉(zhuǎn)換時(shí)間可能超過1min,當(dāng)轉(zhuǎn)換時(shí)間超過1min時(shí),應(yīng)說明超過的時(shí)間的合理性。


4.溫度變化速率


GJB 150中規(guī)定,對于溫度沖擊試驗(yàn),要求產(chǎn)品在高低溫箱之間快速轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換時(shí)間小于等于5min;而GJB 150A中則要求溫度變化速率小于3℃/min。

04

常見的幾種溫度沖擊試驗(yàn)設(shè)備及方法


按照溫度沖擊試驗(yàn)的基本要求及實(shí)施過程,實(shí)驗(yàn)室常見的幾種溫度沖擊試驗(yàn)設(shè)備包括:
1)使用兩獨(dú)立的高、低溫試驗(yàn)箱(圖4)建立并保持試驗(yàn)條件,通過試件的轉(zhuǎn)運(yùn)達(dá)到溫度沖擊的過程;
2)一臺立的雙室試驗(yàn)箱(圖5),試驗(yàn)箱內(nèi)分為高溫區(qū)和低溫區(qū),可將樣件放入高溫區(qū)內(nèi),分別調(diào)整試驗(yàn)箱高溫區(qū)和低溫區(qū)的溫度,通過吊籃實(shí)現(xiàn)樣件在高溫區(qū)和低溫區(qū)之間的轉(zhuǎn)換;
3)樣件不移動的單室試驗(yàn)箱(圖6),將樣件擺放在一個(gè)固定的溫度場內(nèi),試驗(yàn)箱內(nèi)包含兩個(gè)獨(dú)立的高、低溫蓄能區(qū),通過兩個(gè)獨(dú)立的進(jìn)氣、抽氣的氣動活門調(diào)節(jié)試驗(yàn)箱內(nèi)的溫場。
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圖4 兩獨(dú)立的高低溫試驗(yàn)箱
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圖5 一獨(dú)立的雙室試驗(yàn)箱
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圖6 一臺樣件不移動的單室試驗(yàn)箱
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溫度沖擊試驗(yàn)的過程中容易出現(xiàn)的問題




01.

相對濕度的控制


相對濕度在大部分試驗(yàn)中都需要控制。但是溫度沖擊試驗(yàn)過程中,由于相對濕度可能會對某些多孔滲水材料有影響,滲入的濕氣可能在裝備內(nèi)部發(fā)生移動甚至膨脹。部分試驗(yàn)箱通過箱內(nèi)的濕度傳感器或加入液氮來控制相對濕度。除專門提出要求外,否則不比考慮控制相對濕度。

02.

試驗(yàn)設(shè)備在完成轉(zhuǎn)換后重新達(dá)到溫度穩(wěn)定的時(shí)間

GJB 150中要求試驗(yàn)設(shè)備在完成轉(zhuǎn)換后重新達(dá)到溫度穩(wěn)定的時(shí)間,為轉(zhuǎn)換后試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)不超過試驗(yàn)溫度保持時(shí)間的10%,而GJB150A中要求為轉(zhuǎn)換后試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)不超過5min。

試驗(yàn)人員在試驗(yàn)過程中容易將此時(shí)間誤認(rèn)為溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間,轉(zhuǎn)換的時(shí)間實(shí)際是要求樣件在此時(shí)間內(nèi)達(dá)到了一次溫度沖擊的過程。而若樣件內(nèi)部包含溫度滯后性較大的器件,在樣件進(jìn)行溫度沖擊的轉(zhuǎn)換后,樣件本身帶有很大的熱容量,會影響試驗(yàn)箱內(nèi)溫度的穩(wěn)定過程及時(shí)間,那么就需要設(shè)備具有一定的能力在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)達(dá)到溫度穩(wěn)定。若存在多個(gè)此類型的樣件同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn),樣件表面的溫度對試驗(yàn)箱的影響更大,溫度更不容易達(dá)到穩(wěn)定,即溫度穩(wěn)定的時(shí)間更長,因此不建議在同一臺試驗(yàn)設(shè)備內(nèi)同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn),應(yīng)單獨(dú)進(jìn)行,以減少設(shè)備溫度穩(wěn)定的時(shí)間,保證試驗(yàn)?zāi)軌虬凑諛?biāo)準(zhǔn)要求準(zhǔn)確完成。

03.

溫度沖擊試驗(yàn)方向的選擇


1. GJB 150中試驗(yàn)方向的選擇


溫度沖擊試驗(yàn)方向的選擇在標(biāo)準(zhǔn)中有不同的解析方式,GJB 150中規(guī)定裝備在常溫狀態(tài)下放入高溫試驗(yàn)箱,再轉(zhuǎn)入低溫試驗(yàn)箱,進(jìn)行三個(gè)循環(huán)后裝備處于低溫試驗(yàn)箱內(nèi)。若此時(shí)將裝備從低溫試驗(yàn)箱內(nèi)轉(zhuǎn)出,裝備本身的低溫狀態(tài)至于常溫狀態(tài)下,可能會使裝備內(nèi)表面產(chǎn)生冷凝水,造成裝備的性能損壞。為避免此類現(xiàn)象的發(fā)生,就需要將裝備放置在50℃左右的高溫試驗(yàn)箱中進(jìn)行烘干處理,待裝備的冷凝水消除后再恢復(fù)至常溫待溫度穩(wěn)定后再進(jìn)行性能測試。但此操作過程增加烘干處理無形中增加了裝備的試驗(yàn)周期,因此建議裝備實(shí)際試驗(yàn)過程中先放入低溫試驗(yàn)箱進(jìn)行試驗(yàn),那么試驗(yàn)將會在高溫試驗(yàn)箱結(jié)束, 可直接恢復(fù)至常溫進(jìn)行測試,縮短了裝備的試驗(yàn)周期。


2.GJB 150A中試驗(yàn)方向的選擇


GJB 150A標(biāo)準(zhǔn)中程序Ⅰ和程序Ⅱ人為的規(guī)定從低溫開始,但若更為接近實(shí)際的話,也可從高溫開始。試驗(yàn)曲線見圖7。
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圖7 溫度沖擊試驗(yàn)過程
標(biāo)準(zhǔn)中要求先將試件放入試驗(yàn)箱,以不超過3℃/min的速率將箱內(nèi)空氣溫度調(diào)節(jié)到技術(shù)文件中的低溫極值(圖中的a),保持此溫度至技術(shù)文件中規(guī)定的時(shí)間(圖中的a~b);然后在1min之內(nèi)(圖中的b~c)將試件轉(zhuǎn)移到溫度為T2的大氣環(huán)境中,以產(chǎn)生技術(shù)文件中規(guī)定的溫度沖擊,并按技術(shù)文件的規(guī)定保持此溫度(圖中的c~e);此為基于恒定極值溫度的單方向溫度沖擊,若技術(shù)文件有要求,在可行的范圍內(nèi)評價(jià)溫度沖擊對試件的影響;

若要求反方向進(jìn)行其他循環(huán),則在1min之內(nèi)將試件轉(zhuǎn)換到T1環(huán)境中(圖中的e~f),并按技術(shù)文件要求達(dá)到穩(wěn)定(圖中的f~g),至此為基于恒定極值溫度的單循環(huán)沖擊,必要時(shí)可評價(jià)溫度沖擊的影響,然后繼續(xù)試驗(yàn);

若要求做基于恒定極值溫度的多循環(huán)沖擊,則需要重復(fù)進(jìn)行b~g的整個(gè)循環(huán)過程,以致完成技術(shù)文件的循環(huán)次數(shù)要求。
循環(huán)結(jié)束后,則將試件以不大于3℃/min的溫度變化速率返回到標(biāo)準(zhǔn)大氣條件。

由上述試驗(yàn)過程可見,標(biāo)準(zhǔn)中的試驗(yàn)從T1環(huán)境1min之內(nèi)轉(zhuǎn)換到T2環(huán)境開始,至返回至T1環(huán)境保持規(guī)定的時(shí)間為一個(gè)循環(huán)過程(圖2中b~g)。試驗(yàn)開始時(shí)試件從標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境降溫至T1環(huán)境溫度,在T1環(huán)境下保持此溫度至技術(shù)文件中規(guī)定的時(shí)間。此過程為試驗(yàn)的預(yù)處理階段,因此若試驗(yàn)從低溫段開始,則試驗(yàn)結(jié)束在低溫段;若試驗(yàn)從高溫段開始,則試驗(yàn)結(jié)束在高溫段。為防止試件在試驗(yàn)結(jié)束后表面產(chǎn)品凝露,需要增加烘干恢復(fù)的過程,同時(shí)增加了試驗(yàn)周期,建議試驗(yàn)從高溫段開始。
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不同類型溫度沖擊試驗(yàn)設(shè)備在試驗(yàn)的過程中容易出現(xiàn)的問題



01

獨(dú)立的高低溫試驗(yàn)箱



使用兩獨(dú)立的高、低溫試驗(yàn)箱建立并保持試驗(yàn)條件,通過試件的轉(zhuǎn)運(yùn)達(dá)到溫度沖擊的過程。
此方法在試驗(yàn)過程中要求兩臺試驗(yàn)箱之間的距離盡量短,以實(shí)現(xiàn)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)溫度沖擊的過程;并且要求兩個(gè)獨(dú)立的試驗(yàn)箱放入樣件后重新達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間能滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。

02

獨(dú)立的雙室試驗(yàn)箱


使用一獨(dú)立的雙室試驗(yàn)箱進(jìn)行試驗(yàn),分別對兩個(gè)箱室進(jìn)行高、低溫的控制,在試驗(yàn)的過程中需要防止樣件在兩個(gè)箱室之間轉(zhuǎn)換的過程中,不應(yīng)出現(xiàn)樣件移動導(dǎo)致樣件外觀受損影響試驗(yàn)結(jié)果的問題發(fā)生。通過拉籃實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換的過程是否完整,即樣件是否*轉(zhuǎn)換至高溫箱室或低溫箱室。

還應(yīng)注意兩個(gè)箱室分別溫度控制的范圍是否滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求,例如GJB150A要求樣件從室溫升至或降至初始溫度,試驗(yàn)結(jié)束后由低溫或高溫恢復(fù)至室溫。以及若低溫結(jié)束需要對樣件進(jìn)行烘干處理如何實(shí)現(xiàn)的過程。

03

樣件不移動的單室試驗(yàn)箱


不作高低溫分區(qū)的單室試驗(yàn)箱,將樣件擺放在一個(gè)固定的溫度場內(nèi),試驗(yàn)箱內(nèi)包含兩個(gè)獨(dú)立的高、低溫蓄能區(qū),通過兩個(gè)獨(dú)立的進(jìn)氣、抽氣的氣動活門調(diào)節(jié)試驗(yàn)箱內(nèi)的溫場。

該類型設(shè)備在試驗(yàn)過程中需要將原試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度經(jīng)過抽氣活門抽走,再打開另外一個(gè)蓄能區(qū)的活門將空氣放進(jìn)去,此過程容易造成溫場內(nèi)溫度穩(wěn)定的時(shí)間不能滿足要求。但此類型設(shè)備由于樣件是固定不動的,所以較適用于過程中需要測試的樣件的試驗(yàn)。

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總結(jié)


通過以上內(nèi)容可以得知,溫度沖擊試驗(yàn)的試驗(yàn)條件是由樣件所處的真實(shí)環(huán)境因素決定的,試驗(yàn)設(shè)備的選取不但要考慮是否滿足具體的技術(shù)條件指標(biāo),還應(yīng)考慮試驗(yàn)的過程是否會加劇樣件的試驗(yàn)過程及對樣件產(chǎn)生的影響。而沖擊方向的確定須由設(shè)計(jì)人員考慮,從試驗(yàn)周期考慮建議試驗(yàn)從高溫段開始,則高溫段結(jié)束。在技術(shù)文件無明確要求的情況下,實(shí)驗(yàn)室在實(shí)際過程中可依據(jù)樣件的實(shí)際情況選用合適的試驗(yàn)設(shè)備,確定試驗(yàn)的持續(xù)時(shí)間、沖擊次數(shù)及試驗(yàn)方法。



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