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試驗丨溫度沖擊試驗應用概述

點擊次數：242 發布時間：2022-05-19

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受周圍大氣環境的極速變化時，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境快速升到高空的低溫環境。

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

應依據裝備在實際應用過程中所處的地理位置情況、現場數據等確定試驗溫度，也可根據其最的非工作溫度要求確定試驗溫度。

GJB 150中規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內可能會出現的高溫。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(受裝備周圍環境條件、飛行條件和機上環境控制系統的性能的影響)。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時間應為裝備的實際工作時間或溫度穩定的時間。

GJB 150中規定持續時間一般為1h，或者是溫度達到穩定的時間，當溫度穩定的時間超過1h，則使用溫度穩定時間。

試驗持續時間（沖擊次數）的確定，應根據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沖擊，對暴露于溫度沖擊環境可能僅為一次的設備；

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

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沖擊

圖3 基于恒定極值溫度的多循環沖擊

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中規定，對于溫度沖擊試驗，要求產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），試驗箱內分為高溫區和低溫區，可將樣件放入高溫區內，分別調整試驗箱高溫區和低溫區的溫度，通過吊籃實現樣件在高溫區和低溫區之間的轉換；

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，試驗箱內包含兩個獨立的高、低溫蓄能區，通過兩個獨立的進氣、抽氣的氣動活門調節試驗箱內的溫場。

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部發生移動甚至膨脹。部分試驗箱通過箱內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達到了一次溫度沖擊的過程。而若樣件內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，會影響試驗箱內溫度的穩定過程及時間，那么就需要設備具有一定的能力在規定的時間內達到溫度穩定。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定，即溫度穩定的時間更長，因此不建議在同一臺試驗設備內同時進行試驗，應單獨進行，以減少設備溫度穩定的時間，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中規定裝備在常溫狀態下放入高溫試驗箱，再轉入低溫試驗箱，進行三個循環后裝備處于低溫試驗箱內。若此時將裝備從低溫試驗箱內轉出，裝備本身的低溫狀態至于常溫狀態下，可能會使裝備內表面產生冷凝水，造成裝備的性能損壞。為避免此類現象的發生，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的速率將箱內空氣溫度調節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定的時間（圖中的a～b）；然后在1min之內（圖中的b～c）將試件轉移到溫度為T2的大氣環境中，以產生技術文件中規定的溫度沖擊，并按技術文件的規定保持此溫度（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，在可行的范圍內評價溫度沖擊對試件的影響；

若要求反方向進行其他循環，則在1min之內將試件轉換到T1環境中（圖中的e～f），并按技術文件要求達到穩定（圖中的f～g），至此為基于恒定極值溫度的單循環沖擊，必要時可評價溫度沖擊的影響，然后繼續試驗；

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

循環結束后，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環境1min之內轉換到T2環境開始，至返回至T1環境保持規定的時間為一個循環過程（圖2中b～g）。試驗開始時試件從標準環境降溫至T1環境溫度，在T1環境下保持此溫度至技術文件中規定的時間。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，以實現在規定的時間內溫度沖擊的過程；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，不應出現樣件移動導致樣件外觀受損影響試驗結果的問題發生。通過拉籃實現轉換的過程是否完整，即樣件是否完全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的過程。

樣件不移動的單室試驗箱

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

該類型設備在試驗過程中需要將原試驗箱內的溫度經過抽氣活門抽走，再打開另外一個蓄能區的活門將空氣放進去，此過程容易造成溫場內溫度穩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樣件的實際情況選用合適的試驗設備，確定試驗的持續時間、沖擊次數及試驗方法。

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