試驗丨溫度沖擊試驗應用概述

時間：2022/5/19閱讀：1761

溫度沖擊試驗的基本要素

溫度沖擊試驗的目的

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

溫度沖擊試驗的應用

本試驗應用于裝備周圍可能會發(fā)生溫度急劇變化的情況。用來評價溫度的急劇變化對裝備內(nèi)部的器件、結構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防護殼體內(nèi)向外空投。

溫度沖擊試驗的幾個重要因素

1. 暴露條件

應依據(jù)裝備在實際應用過程中所處的地理位置情況、現(xiàn)場數(shù)據(jù)等確定試驗溫度，也可根據(jù)其最的非工作溫度要求確定試驗溫度。

GJB 150中規(guī)定了高低溫試驗溫度分別為70℃、-55℃。而GJB 150A中則建議使用能夠反應裝備實際應用地域的溫度情況，不只僅限于一個特定的極值范圍。

高溫：選用裝備實際應用的工作和貯存地理區(qū)內(nèi)可能會出現(xiàn)的高溫。選實測值，若沒有實測值，則選用其地面高溫極值條件。

低溫：選用飛機在空中飛行工作期間的低溫度(受裝備周圍環(huán)境條件、飛行條件和機上環(huán)境控制系統(tǒng)的性能的影響)。選實測值，若沒有實測值，則選用高空低溫。

2. 高低溫持續(xù)時間

本試驗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)時間應為裝備的實際工作時間或溫度穩(wěn)定的時間。

GJB 150中規(guī)定持續(xù)時間一般為1h，或者是溫度達到穩(wěn)定的時間，當溫度穩(wěn)定的時間超過1h，則使用溫度穩(wěn)定時間。

試驗持續(xù)時間（沖擊次數(shù)）的確定，應根據(jù)裝備實際應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，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備，在每種相應的條件下至少進行一次沖擊；

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備；

3）基于恒定極值溫度的多循環(huán)沖擊，當預計設備更頻繁的暴露于沖擊環(huán)境時，幾乎沒有可用的數(shù)據(jù)可用于證實具體的沖擊次數(shù)。

圖1 基于恒定極值溫度的單方向溫度沖擊

圖2 基于恒定極值溫度的單循環(huán)沖擊

圖3 基于恒定極值溫度的多循環(huán)沖擊

3.轉換時間

GJB 150中要求高低溫極值之間的轉換時間不大于5min；而GJB 150A中要求轉換時間盡可能短，沒有合理理由，轉換時間要求不大于1min，以達到最大的溫度沖擊效果。有時因試件尺寸等原因而必須使用運送設備來完成轉移，轉換時間可能超過1min，當轉換時間超過1min時，應說明超過的時間的合理性。

4.溫度變化速率

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

常見的幾種溫度沖擊試驗設備及方法

按照溫度沖擊試驗的基本要求及實施過程，實驗室常見的幾種溫度沖擊試驗設備包括：

1）使用兩獨立的高、低溫試驗箱（圖4）建立并保持試驗條件，通過試件的轉運達到溫度沖擊的過程；

2）一獨立的雙室試驗箱（圖5），試驗箱內(nèi)分為高溫區(qū)和低溫區(qū)，可將樣件放入高溫區(qū)內(nèi)，分別調整試驗箱高溫區(qū)和低溫區(qū)的溫度，通過吊籃實現(xiàn)樣件在高溫區(qū)和低溫區(qū)之間的轉換；

3）樣件不移動的單室試驗箱（圖6），將樣件擺放在一個固定的溫度場內(nèi)，試驗箱內(nèi)包含兩個獨立的高、低溫蓄能區(qū)，通過兩個獨立的進氣、抽氣的氣動活門調節(jié)試驗箱內(nèi)的溫場。

圖4 兩獨立的高低溫試驗箱

圖5 一獨立的雙室試驗箱

圖6 一臺樣件不移動的單室試驗箱

溫度沖擊試驗的過程中容易出現(xiàn)的問題

01.

相對濕度的控制

相對濕度在大部分試驗中都需要控制。但是溫度沖擊試驗過程中，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.

試驗設備在完成轉換后重新達到溫度穩(wěn)定的時間

GJB 150中要求試驗設備在完成轉換后重新達到溫度穩(wěn)定的時間，為轉換后試驗設備應不超過試驗溫度保持時間的10%，而GJB150A中要求為轉換后試驗設備應不超過5min。

試驗人員在試驗過程中容易將此時間誤認為溫度轉換的時間，轉換的時間實際是要求樣件在此時間內(nèi)達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，在樣件進行溫度沖擊的轉換后，樣件本身帶有很大的熱容量，會影響試驗箱內(nèi)溫度的穩(wěn)定過程及時間，那么就需要設備具有一定的能力在規(guī)定的時間內(nèi)達到溫度穩(wěn)定。若存在多個此類型的樣件同時進行試驗，樣件表面的溫度對試驗箱的影響更大，溫度更不容易達到穩(wěn)定，即溫度穩(wěn)定的時間更長，因此不建議在同一臺試驗設備內(nèi)同時進行試驗，應單獨進行，以減少設備溫度穩(wěn)定的時間，保證試驗能夠按照標準要求準確完成。

03.

溫度沖擊試驗方向的選擇

1. GJB 150中試驗方向的選擇

溫度沖擊試驗方向的選擇在標準中有不同的解析方式，GJB 150中規(guī)定裝備在常溫狀態(tài)下放入高溫試驗箱，再轉入低溫試驗箱，進行三個循環(huán)后裝備處于低溫試驗箱內(nèi)。若此時將裝備從低溫試驗箱內(nèi)轉出，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℃左右的高溫試驗箱中進行烘干處理，待裝備的冷凝水消除后再恢復至常溫待溫度穩(wěn)定后再進行性能測試。但此操作過程增加烘干處理無形中增加了裝備的試驗周期，因此建議裝備實際試驗過程中先放入低溫試驗箱進行試驗，那么試驗將會在高溫試驗箱結束，可直接恢復至常溫進行測試，縮短了裝備的試驗周期。

2.GJB 150A中試驗方向的選擇

GJB 150A標準中程序Ⅰ和程序Ⅱ人為的規(guī)定從低溫開始，但若更為接近實際的話，也可從高溫開始。試驗曲線見圖7。

圖7 溫度沖擊試驗過程

標準中要求先將試件放入試驗箱，以不超過3℃/min的速率將箱內(nèi)空氣溫度調節(jié)到技術文件中的低溫極值（圖中的a），保持此溫度至技術文件中規(guī)定的時間（圖中的a～b）；然后在1min之內(nèi)（圖中的b～c）將試件轉移到溫度為T2的大氣環(huán)境中，以產(chǎn)生技術文件中規(guī)定的溫度沖擊，并按技術文件的規(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，若技術文件有要求，在可行的范圍內(nèi)評價溫度沖擊對試件的影響；

若要求反方向進行其他循環(huán)，則在1min之內(nèi)將試件轉換到T1環(huán)境中（圖中的e～f），并按技術文件要求達到穩(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，必要時可評價溫度沖擊的影響，然后繼續(xù)試驗；

若要求做基于恒定極值溫度的多循環(huán)沖擊，則需要重復進行b～g的整個循環(huán)過程，以致完成技術文件的循環(huán)次數(shù)要求。

循環(huán)結束后，則將試件以不大于3℃/min的溫度變化速率返回到標準大氣條件。

由上述試驗過程可見，標準中的試驗從T1環(huán)境1min之內(nèi)轉換到T2環(huán)境開始，至返回至T1環(huán)境保持規(guī)定的時間為一個循環(huán)過程（圖2中b～g）。試驗開始時試件從標準環(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文件中規(guī)定的時間。此過程為試驗的預處理階段，因此若試驗從低溫段開始，則試驗結束在低溫段；若試驗從高溫段開始，則試驗結束在高溫段。為防止試件在試驗結束后表面產(chǎn)品凝露，需要增加烘干恢復的過程，同時增加了試驗周期，建議試驗從高溫段開始。

不同類型溫度沖擊試驗設備在試驗的過程中容易出現(xiàn)的問題

兩獨立的高低溫試驗箱

使用兩獨立的高、低溫試驗箱建立并保持試驗條件，通過試件的轉運達到溫度沖擊的過程。

此方法在試驗過程中要求兩臺試驗箱之間的距離盡量短，以實現(xiàn)在規(guī)定的時間內(nèi)溫度沖擊的過程；并且要求兩個獨立的試驗箱放入樣件后重新達到穩(wěn)定的時間能滿足標準的要求。

立的雙室試驗箱

使用一獨立的雙室試驗箱進行試驗，分別對兩個箱室進行高、低溫的控制，在試驗的過程中需要防止樣件在兩個箱室之間轉換的過程中，不應出現(xiàn)樣件移動導致樣件外觀受損影響試驗結果的問題發(fā)生。通過拉籃實現(xiàn)轉換的過程是否完整，即樣件是否*轉換至高溫箱室或低溫箱室。

還應注意兩個箱室分別溫度控制的范圍是否滿足標準的要求，例如GJB150A要求樣件從室溫升至或降至初始溫度，試驗結束后由低溫或高溫恢復至室溫。以及若低溫結束需要對樣件進行烘干處理如何實現(xiàn)的過程。

樣件不移動的單室試驗箱

不作高低溫分區(qū)的單室試驗箱，將樣件擺放在一個固定的溫度場內(nèi)，試驗箱內(nèi)包含兩個獨立的高、低溫蓄能區(qū)，通過兩個獨立的進氣、抽氣的氣動活門調節(jié)試驗箱內(nèi)的溫場。

該類型設備在試驗過程中需要將原試驗箱內(nèi)的溫度經(jīng)過抽氣活門抽走，再打開另外一個蓄能區(qū)的活門將空氣放進去，此過程容易造成溫場內(nèi)溫度穩(wěn)定的時間不能滿足要求。但此類型設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。

總結

通過以上內(nèi)容可以得知，溫度沖擊試驗的試驗條件是由樣件所處的真實環(huán)境因素決定的，試驗設備的選取不但要考慮是否滿足具體的技術條件指標，還應考慮試驗的過程是否會加劇樣件的試驗過程及對樣件產(chǎn)生的影響。而沖擊方向的確定須由設計人員考慮，從試驗周期考慮建議試驗從高溫段開始，則高溫段結束。在技術文件無明確要求的情況下，實驗室在實際過程中可依據(jù)樣件的實際情況選用合適的試驗設備，確定試驗的持續(xù)時間、沖擊次數(shù)及試驗方法。

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