آزمایش شوک حرارتی، که اغلب به عنوان آزمایش شوک دمایی، چرخه دمایی یا آزمایش شوک دمای بالا و پایین شناخته می شود.یک آزمایش زیست محیطی حیاتی است که برای ارزیابی توانایی مواد و محصولات در مقاومت در برابر تغییرات سریع و شدید دمایی استفاده می شود.در دانگوان پریسیشن، ما اهمیت این آزمایش را در تضمین قابلیت اطمینان و دوام محصولات شما در محیط های مختلف عملیاتی درک می کنیم.

طبق استانداردهايي مثلGJB 150.5A-2009 3.1وMIL-STD-810F 503.4 (2001)، یک تغییر سریع در دمای محیط محیطی بیش از10 درجه سانتیگراد در دقیقهبا این حال، مهم است که توجه داشته باشید که آزمایشات شوک دمایی واقعی اغلب از نرخ های شدیدتر تغییر استفاده می کنند، اغلب به عنوان بزرگتر از20°C/min، 30°C/min، 50°C/min، یا حتی سریعتر.

علت این تغییرات سریع دمایی چیست؟

سناریوهای مختلف دنیای واقعی می توانند منجر به نوسانات سریع دمای شوند، همانطور که در استانداردهای مانندGB/T 2423.22-2012 (بررسی محیط زیست - بخش 2: آزمایشات - آزمایش N: تغییر دمای):

• انتقال تجهیزات بین محیط های دمایی بسیار متفاوت (به عنوان مثال، در داخل به بیرون).
• خنک شدن ناگهانی به دلیل باران یا غوطه ور شدن در آب سرد
• شرایطی که توسط تجهیزات نصب شده در هوا تجربه می شود.
• شرایط خاص حمل و نقل و نگهداری
• گرادیانت های حرارتی تولید شده در داخل تجهیزات محرک.
• خنک سازی سریع قطعات با سیستم های خنک کننده فعال
• فرآیند تولید.

فرکانس، شدت و مدت زمان این تغییرات دمایی همه عوامل حیاتی هستند.

چرا تست شوک درجه حرارت مهم است؟

همانطور که درGJB 150.5A-2009 (روش های آزمایش محیط زیست آزمایشگاه تجهیزات نظامی، بخش 5: آزمایش شوک دمایی)، این آزمون در چندین زمینه اعمال می شود:

• شبیه سازی محیط عادی:برای ارزیابی تجهیزات مورد استفاده در مناطقی که تغییرات سریع دمای هوا در آن امکان پذیر است. این ارزیابی تأثیر بر سطوح خارجی، اجزای نصب شده در خارج،و قسمت های داخلی نزدیک به سطح در طول انتقال بین محیط های گرم و سرد، صعود سریع به ارتفاعات بالا، یا حتی سقوط هوا از هواپیما.
• غربالگری استرس ایمنی و محیط زیست (ESS):شناسایی مشکلات احتمالی ایمنی و نقص های پنهان در تجهیزات در معرض نرخ تغییرات دمایی زیر سطوح شدید (در محدوده طراحی)همچنین می تواند به عنوان یک آزمایش غربالگری با دمای شدیدتر برای نشان دادن نقاط ضعف بالقوه استفاده شود..

اثرات شوک درجه حرارت:

تغییرات سریع دما می تواند اثرات قابل توجهی و متنوعی بر تجهیزات، به ویژه بر روی قطعات نزدیک به سطوح بیرونی داشته باشد.هرچه تغییرات دمایی آهسته تر باشد و تاثیر کمتر باشدبسته بندی محافظ نیز می تواند این اثرات را کاهش دهد. شوک درجه حرارت می تواند باعث اختلال های عملیاتی موقت یا دائمی شود. نمونه هایی از مشکلات احتمالی عبارتند از:

الف) اثرات فیزیکی:

1. شکستن ظروف شیشه ای و ابزارهای نوری
2. گرفتن یا رها کردن قطعات متحرک
3. شکستن سوخت های جامد در مواد منفجره
4. سرعت های تمدید یا انقباض متمایز مواد متفاوت، که منجر به فشار ایجاد شده می شود.
5. تغییر شکل یا شکستن اجزای
6. شکستن پوشش های سطحی.
7. نشت محفظه های مهر و موم شده
8. مشکل عایق

ب) اثرات شیمیایی

1. جدا کردن اجزای
2. شکست مواد شیمیایی محافظ

ج) اثرات الکتریکی:

1. تغییرات در قطعات الکتریکی و الکترونیکی
2. خرابی های الکترونیکی یا مکانیکی ناشی از چگالی سریع یا تشکیل یخ.
3. تخليه الکترواستاتيکي

هدف آزمایش شوک درجه حرارت:

• توسعه مهندسی:برای شناسایی نقص های طراحی و تولید در اوایل چرخه عمر محصول.
• واجد شرایط بودن و پذیرش محصول:برای تأیید توانایی یک محصول در مقاومت در برابر محیط های شوک درجه حرارت، ارائه داده ها برای نهایی سازی طراحی و تصویب تولید انبوه.
• غربالگری استرس محیطی (ESS):برای حذف شکست های اولیه در محصولات.

انواع آزمایشات تغییر دمای:

بر اساس استانداردهای IEC و ملی، سه نوع اصلی آزمایش تغییرات دمایی وجود دارد:

1. آزمایش Na:تغییر سریع دمای با زمان انتقال مشخص شده؛ هوا به عنوان رسانه.
2. آزمایش Nb:تغییر دما با نرخ مشخصی از تغییر؛ هوا به عنوان رسانه.
3. آزمایش Nc:تغییر دمای سریع با استفاده از دو حمام مایع؛ مایع به عنوان رسانه.

آزمایشات Na و Nb از هوا به عنوان محیط انتقال گرما استفاده می کنند و به طور معمول در مقایسه با آزمایش Nc زمان انتقال طولانی تری دارند.که از مایعات (آب یا مایعات دیگر) برای انتقال سریع تر درجه حرارت استفاده می کند.

استانداردهای مربوطه:

سایر استانداردهای مربوطه شامل MIL-STD-883 (روش 1010) ، JESD22-A104D، JESD22-A106B، JIS C 60068-2-14 می باشد:2011JASO D 001, EIAJ ED-2531A, GB897.4-2008/IEC60086-4:2007، GJB548B-2005 (روشی 1011.1) ، GJB128A-97 (روشی 1056) ، و استانداردهای مختلف داخلی شرکت (به عنوان مثال، خودرو).

پارامترهای کلیدی آزمایش:

• دمای محیط آزمایشگاهی
• دمای بالا
• دمای پایین
• مدت قرار گرفتن در معرض هر درجه حرارت شدید
• زمان انتقال یا سرعت تغییر دمای
• تعداد چرخه های آزمایش

زمان ثبات:

GJB 150.5A-2009 4.3.7 (استقرار دمایی):دمای مورد آزمایش باید قبل از شروع انتقال در تمام قسمت های خارجی آن یکسان باشد.

GB/T 2423.22-2012 7.2.1:پس از قرار دادن نمونه آزمایش، دمای هوا باید در عرض ۱۰٪ از مدت قرار گرفتن در معرض، به محدوده ی تحمل مشخص شده برسد.

رطوبت نسبی:

GB/T 2423.22-2012:به طور صریح از کنترل رطوبت نسبی اشاره ای نمی کند.

GJB 150.5A-2009 4.3.8 (رطوبت نسبی):اکثر روش های آزمایش رطوبت نسبی را کنترل نمی کنند. با این حال، می تواند به طور قابل توجهی بر مواد متخلخل (به عنوان مثال مواد فیبری) تأثیر بگذارد که در آن رطوبت جذب شده می تواند در هنگام یخ زدن حرکت کند و گسترش یابد.مگر اینکه به طور خاص مورد نیاز باشد، کنترل رطوبت به طور کلی برای آزمایش شوک دمایی مطابق با این استانداردها ضروری محسوب نمی شود.

زمان انتقال:

GB/T 2423.22-2012 4.5 (انتخاب زمان انتقال):برای روش های دو اتاقی، اگر انتقال به دلیل اندازه نمونه نمی تواند در عرض 3 دقیقه تکمیل شود،زمان انتقال (t2) می تواند تا زمانی که به طور قابل توجهی بر نتایج آزمایش تأثیر بگذارد افزایش یابد.، با استفاده از فرمول: t2 ≤ 0.05 * t3 (که در آن t3 زمان ثبات دمای نمونه آزمایش است).

GJB 150.5A-2009 4.3.9 (زمان انتقال):زمان انتقال باید منعکس کننده مدت واقعی شوک دمایی در طول چرخه عمر محصول باشد.و هر زمان انتقال بیش از یک دقیقه باید توجیه شود..

سرعت هوا:

GB/T 2423.22-2012:سرعت هوا در نسخه فعلی به طور صریح ذکر نشده است (برنامه های قدیمی ممکن است ≤ 2 m/s را مشخص کرده باشند).

GJB 150.5A-2009 6.2.2 (سرعت هوا):سرعت هوا در اطراف ماده آزمایش در اتاق آزمایش نباید بیش از 1.7 m/s باشد.مگر اینکه سرعت متفاوتی توسط محیط سیستم عامل تجهیزات توجیه شده و در شرایط آزمایش مشخص شده باشد..

نصب و تنظیم مقادیر آزمایش:

مورد آزمایش باید به گونه ای نصب شود که شرایط واقعی استفاده از آن را تا حد ممکن شبیه سازی کند، با اتصالات لازم برای ابزارهای آزمایش. ملاحظات اصلی عبارتند از:

1. اطمینان از دسترسی به پلگ ها، پوشش ها و نقاط آزمایش برای ارزیابی اثربخشی دستگاه محافظتی.
2. جایگزینی اتصال های الکتریکی و مکانیکی معمولی که در طول آزمایش استفاده نشده اند با اتصال های شبیه سازی شده برای واقع گرایی آزمایش.
3. آزمایش واحدهای عملکردی جداگانه اگر ماده شامل چندین واحد مستقل باشد.حداقل فاصله 15 سانتی متر بین واحدها و دیواره های اتاق را حفظ کنید تا گردش هوا مناسب را تضمین کنید..
4. حفاظت از ماده مورد آزمایش از آلاینده های بی ربط محیط زیست

GB/T 2423.22-2012 7.2.2 (تثبیت یا پشتیبانی از نمونه های آزمایش):مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد، ساختارهای نصب یا پشتیبانی باید رسانایی حرارتی پایین داشته باشند تا اطمینان حاصل شود که نمونه آزمایش به طور موثر عایق بندی شده است.آنها باید به گونه ای قرار گیرند که اجازه گردش آزاد هوا بین آنها و سطوح اتاق را بدهد..

تعیین تعداد چرخه های آزمایش:

چرخه دمایی باعث ایجاد استرس مکانیکی در مورد مورد آزمایش می شود، با افزایش فشار داخلی با تعداد چرخه ها. یک رابطه تجربی مشترک در مهندسی قابلیت اطمینان این است:

$N(\Delta T{)}^k=Constیکt$

کجا:

• N = تعداد چرخه های دمایی
• ΔT = تغییر دمای (تفاوت بین دمای بالا و پایین)
• k = شاخص (معتمد بر مکانیسم شکست)

این گاهی اوقات به عنوان فرمول Coffin-Manson نامیده می شود و می تواند برای برآورد تعداد چرخه های آزمایش (Nf2) مورد نیاز برای شبیه سازی عمر مطلوب (Nf1) بازنویسی شود:

$N{f}^2=N{f}^1{\left(\genfrac{}{}{0ex}{}{\Delta T^1}{\Delta T^{2/}}\right)}^k$

کجا:

• Nf1 = تعداد چرخه ها تا خرابی (زندگی واقعی)
• Nf2 = تعداد چرخه ها تا شکست (بررسی)
• ΔT1 = تغییر دمای (محيط عملیاتی واقعی)
• ΔT2 = تغییر دمای (شرایط آزمایش)
• k = 2 برای فلزات که تحت بارگذاری چرخه ای دچار تغییر شکل پلاستیکی می شوند، 4 برای قطعات عمدتا پلاستیکی.

مثال محاسبه:

برای یک مجموعه از براکت های پمپ روغن با عمر مطلوب 10 سال (2 شروع سرد در روز):

• Nf1 = 10 سال * 365 روز در سال * 2 چرخه در روز = 7300 چرخه
• ΔT1 = 50°C - 0°C = 50°C (مجموعه دمای عملیاتی واقعی)
• ΔT2 = 80°C - (-40°C) = 120°C (مجموعه دمای آزمایش)
• k = 4 (با فرض اجزای عمدتا پلاستیکی)

$N{f}^2=7300(50/$120​)4≈220چرخه ها

بنابراین، حدود 220 چرخه شوک دمایی در شرایط آزمایش داده شده می تواند 10 سال عمر واقعی را شبیه سازی کند.

درک این اصول و پارامترها برای طراحی و تفسیر آزمایشات شوک درجه حرارت به طور موثر بسیار مهم است.ما طیف وسیعی از اتاق های شوک دمایی و راهنمایی های تخصصی را برای کمک به شما در اطمینان از قابلیت اطمینان محصولات خود در شرایط حرارتی شدید ارائه می دهیمامروز با ما تماس بگيريد تا در مورد نياز هاي خاص شما در مورد آزمايشات صحبت کنيم