اختبار الصدمة الحرارية، وغالبا ما يشار إليها باسم اختبار الصدمة الحرارية، دورة درجة الحرارة، أو اختبار الصدمة درجة الحرارة العالية والمنخفضة،هو اختبار بيئي حاسم يستخدم لتقييم قدرة المواد والمنتجات على تحمل التغيرات السريعة والشديدة في درجة الحرارةفي "دونغغوان بريسيسيون"، نحن نفهم أهمية هذا الاختبار لضمان موثوقية ومتانة منتجاتك في مختلف بيئات التشغيل.

وفقاً لمعايير مثلGJB 150.5A-2009 3.1وMIL-STD-810F 503.4 (2001)، تغير سريع في درجة حرارة الغلاف الجوي المحيطة10 درجات مئوية في الدقيقةيتم تعريفها على أنها صدمة درجة الحرارة. ومع ذلك، فمن المهم أن نلاحظ أن اختبارات الصدمة الحرارية الفعلية غالبا ما تستخدم معدلات أكثر شدة من التغيير، وغالبا ما يذكر بأنها أكبر من20°C/min، 30°C/min، 50°C/minأو أسرع

ما الذي يسبب هذه التغيرات السريعة في درجة الحرارة؟

يمكن أن تؤدي سيناريوهات مختلفة في العالم الحقيقي إلى تقلبات في درجة الحرارة السريعة، كما هو موضح في المعايير مثلGB/T 2423.22-2012 (التجارب البيئية - الجزء 2: الاختبارات - الاختبار N: تغير درجة الحرارة):

• نقل المعدات بين بيئات درجة حرارة مختلفة بشكل كبير (على سبيل المثال ، داخل المنزل إلى الخارج).
• تبريد مفاجئ بسبب المطر أو الغمر في الماء البارد.
• الظروف التي تعاني منها المعدات المحمولة بالهواء المثبتة خارجاً.
• شروط النقل والتخزين الخاصة.
• منحدرات الحرارة الناتجة داخلياً داخل المعدات المزودة بالطاقة.
• التبريد السريع للمكونات مع أنظمة التبريد النشطة.
• عمليات التصنيع

وتكرار، ومدى، ومدة هذه التغيرات في درجة الحرارة كلها عوامل حاسمة.

لماذا اختبار الصدمة الحرارية مهم؟

كما هو موضح فيGJB 150.5A-2009 (طرق اختبار المختبرات البيئية للمعدات العسكرية، الجزء 5: اختبار الصدمة الحرارية)، يتم تطبيق هذا الاختبار في عدة سياقات:

• محاكاة البيئة الطبيعية:تقييم المعدات المخصصة للاستخدام في المناطق التي من المرجح أن تتغير فيها درجة حرارة الهواء بسرعة.والأجزاء الداخلية بالقرب من السطح أثناء الانتقال بين البيئات الساخنة والباردة، الصعود السريع إلى ارتفاعات عالية، أو حتى السقوط الجوي من الطائرات.
• فحص الضغط على السلامة والبيئة (ESS):تحديد مشاكل السلامة المحتملة والعيوب الخفية في المعدات المعرضة لمعدلات تغير درجة الحرارة أقل من المستويات القصوى (في حدود التصميم).ويمكن أيضا أن تستخدم كاختبار فحص مع درجات حرارة أكثر تطرفا للكشف عن نقاط الضعف المحتملة.

آثار صدمة الحرارة:

التغيرات السريعة في درجة الحرارة يمكن أن يكون لها آثار كبيرة ومتنوعة على المعدات، وخاصة على الأجزاء القريبة من الأسطح الخارجية.كلما كان تغير درجة الحرارة أبطأ كلما كان التأثير أقل وضوحاً. يمكن للتغليف الواقي أيضًا تخفيف هذه الآثار. يمكن أن تسبب صدمة درجة الحرارة ضعفًا تشغيليًا مؤقتًا أو دائمًا. تشمل الأمثلة على المشكلات المحتملة:

أ) الآثار الجسدية:

1. كسر الحاويات الزجاجية والأدوات البصرية.
2. إمساك أو تخليص الأجزاء المتحركة
3. تشقق الوقود الصلب في المتفجرات
4. معدلات التوسع أو الانكماش المختلفة للمواد المختلفة، مما يؤدي إلى الإجهاد المُحفز.
5. تشوه أو كسر المكونات.
6. تشقّق طبقات السطح
7. تسرب من الأغلفة المغلقة
8. فشل العزل

ب) الآثار الكيميائية:

1. فصل المكونات
2. فشل في العوامل الكيميائية الواقية

ج) تأثيرات كهربائية:

1. التغييرات في المكونات الكهربائية والإلكترونية.
2. فشل إلكتروني أو ميكانيكي بسبب التكثيف السريع أو تشكيل الصقيع.
3. تفريغ كهربائي ثابت

الغرض من اختبار الصدمة الحرارية:

• تطوير الهندسة:لتحديد عيوب التصميم والتصنيع في وقت مبكر من دورة حياة المنتج.
• تأهيل المنتج وقبولها:للتحقق من قدرة المنتج على تحمل بيئات الصدمة الحرارية، وتوفير البيانات لإنهاء التصميم والموافقة على الإنتاج الضخم.
• فحص الإجهاد البيئي (ESS):للقضاء على الفشل المبكر في المنتجات.

أنواع اختبارات تغير درجة الحرارة:

وفقًا لمعايير IEC والمعايير الوطنية ، هناك ثلاثة أنواع رئيسية من اختبارات تغير درجة الحرارة:

1. الاختبار Na:تغير درجة الحرارة السريع مع أوقات انتقال محددة؛ الهواء كوسيلة.
2. الاختبار Nb:تغير درجة الحرارة بمعدل تغير محدد، الهواء كوسيلة.
3. الاختبار Nc:تغير درجة الحرارة السريع باستخدام حمامات سائلين؛ سائل كوسيلة.

تستخدم الاختبارات Na و Nb الهواء كوسيلة لنقل الحرارة وعادة ما يكون لها أوقات انتقالية أطول مقارنة بالاختبار Nc.الذي يستخدم السوائل (المياه أو السوائل الأخرى) لتحويل درجات الحرارة بشكل أسرع بكثير.

المعايير ذات الصلة

وتشمل المعايير الأخرى ذات الصلة MIL-STD-883 (الوسيلة 1010) ، JESD22-A104D ، JESD22-A106B ، JIS C 60068-2-14:2011، JASO D 001 ، EIAJ ED-2531A ، GB897.4-2008/IEC60086-4:2007، GJB548B-2005 (الوسيلة 1011.1) ، GJB128A-97 (الوسيلة 1056) ، ومختلف معايير الشركات الداخلية (على سبيل المثال ، السيارات).

معايير الاختبار الرئيسية:

• درجة حرارة المختبر
• درجة حرارة عالية
• الحرارة المنخفضة
• مدة التعرض في كل درجة حرارة متطرفة
• وقت الانتقال أو معدل تغير درجة الحرارة
• عدد دورات الاختبار

وقت الاستقرار:

GJB 150.5A-2009 4.3.7 (استقرار درجة الحرارة):يجب أن تكون درجة حرارة عنصر الاختبار متساوية في جميع أجزائه الخارجية قبل بدء التحول.

GB/T 2423.22-2012 7.2.1:بعد وضع عينة الاختبار، يجب أن تصل درجة حرارة الهواء إلى نطاق التسامح المحدد في غضون 10٪ من مدة التعرض.

الرطوبة النسبية:

GB/T 2423.22-2012:لا يذكر صراحة التحكم في الرطوبة النسبية.

GJB 150.5A-2009 4.3.8 (الرطوبة النسبية):معظم إجراءات الاختبار لا تتحكم في الرطوبة النسبية. ومع ذلك ، يمكن أن تؤثر بشكل كبير على المواد المسامية (على سبيل المثال ، المواد الليفية) حيث يمكن أن تتحرك الرطوبة المستوعبة وتتوسع عند التجميد.ما لم يكن مطلوبا بشكل خاص، لا يعتبر التحكم في الرطوبة ضروريًا بشكل عام لاختبار صدمات درجة الحرارة وفقًا لهذه المعايير.

وقت الانتقال:

GB/T 2423.22-2012 4.5 (اختيار وقت الانتقال):بالنسبة لطرق غرفتين، إذا لم يتم الانتقال خلال 3 دقائق بسبب حجم العينة،يمكن زيادة وقت الانتقال (t2) طالما أنه لا يؤثر بشكل ملحوظ على نتائج الاختبار، باستخدام الصيغة: t2 ≤ 0.05 * t3 (حيث t3 هو وقت استقرار درجة حرارة عينة الاختبار).

GJB 150.5A-2009 4.3.9 (وقت الانتقال):يجب أن يعكس الوقت الانتقالي مدة الصدمة الحرارية الفعلية التي تم تجربتها خلال دورة حياة المنتج. يجب أن تكون قصيرة قدر الإمكان،ويجب تبرير أي وقت انتقال يتجاوز دقيقة واحدة.

سرعة الهواء:

GB/T 2423.22-2012:لا يذكر صراحة سرعة الهواء في الإصدار الحالي (الإصدارات القديمة قد تكون قد حددت ≤ 2 م/ث).

GJB 150.5A-2009 6.2.2 (سرعة الهواء):يجب أن لا تتجاوز سرعة الهواء حول عنصر الاختبار في غرفة الاختبار 1.7 م/ث.ما لم تكن السرعة المختلفة مبررة ببيئة منصة المعدات ومحددة في ظروف الاختبار.

تركيب وتثبيت عنصر الاختبار:

يجب تركيب عنصر الاختبار بحيث يحاكي ظروف الاستخدام الفعلية بأكبر قدر ممكن ، مع الاتصالات اللازمة لأدوات الاختبار. تشمل الاعتبارات الرئيسية:

1. ضمان إمكانية الوصول إلى القابضات والغطاءات ونقاط الاختبار لتقييم فعالية الجهاز الواقي.
2. استبدال الاتصالات الكهربائية والميكانيكية العادية غير المستخدمة أثناء الاختبار بالاتصالات المحاكاة لتحقيق واقعية الاختبار.
3. اختبار الوحدات الوظيفية الفردية بشكل منفصل إذا كان العنصر يتكون من وحدات مستقلة متعددة. عند اختبار وحدات متعددة معًا،الحفاظ على مسافة لا تقل عن 15 سم بين الوحدات وجدران الغرفة لضمان الدورة الجوية السليمة.
4. حماية عنصر الاختبار من الملوثات البيئية غير ذات الصلة.

GB/T 2423.22-2012 7.2.2 (تثبيت أو دعم عينات الاختبار):ما لم ينص على خلاف ذلك ، يجب أن يكون للهيكل التركيبي أو الدعمية موصلات حرارية منخفضة لضمان عزل عينة الاختبار بفعالية. عند اختبار عينة متعددة ،يجب وضعها بحيث تسمح بدورة الهواء الحرة بينها وبين أسطح الغرفة.

تحديد عدد دورات الاختبار:

دورة درجة الحرارة تسبب إجهاد ميكانيكي في عنصر الاختبار ، مع زيادة الإجهاد الداخلي مع عدد الدورات. العلاقة التجريبية الشائعة في هندسة الموثوقية هي:

$ن(\Delta T{)}^k=جonstوt$

حيث:

• N = عدد دورات الحرارة
• ΔT = تغير درجة الحرارة (الفرق بين درجات الحرارة العالية والمنخفضة)
• k = معدل (يعتمد على آلية الفشل)

يشار إليها أحيانًا باسم صيغة كوفين-مانسون ويمكن إعادة كتابتها لتقدير عدد دورات الاختبار (Nf2) اللازمة لمحاكاة عمر الخدمة المطلوب (Nf1):

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

حيث:

• Nf1 = عدد الدورات حتى الفشل (عمر الخدمة الفعلي)
• Nf2 = عدد الدورات حتى الفشل (التجربة)
• ΔT1 = تغير درجة الحرارة (بيئة الخدمة الفعلية)
• ΔT2 = تغير درجة الحرارة (ظروف الاختبار)
• k = 2 للمعادن التي تعاني من التشوه البلاستيكي تحت الحمل الدوري ، 4 لأجزاء ذات أغلبية بلاستيكية.

مثال الحساب:

بالنسبة لمجموعة دعامة مضخة الزيت مع عمر الخدمة المطلوب من 10 سنوات (بدء البرد 2 يومياً):

• Nf1 = 10 سنوات * 365 يومًا في السنة * دورتين في اليوم = 7300 دورة
• ΔT1 = 50°C - 0°C = 50°C (منطقة درجة حرارة التشغيل الفعلية)
• ΔT2 = 80°C - (-40°C) = 120°C (مدى درجة حرارة الاختبار)
• k = 4 (بافتراض أن المكونات مصنوعة من البلاستيك في الغالب)

$نf^2=7300(50/$120- نعم)4≈220الدورات

لذلك ، يمكن لنحو 220 دورة صدمة درجة حرارة في ظل ظروف الاختبار المعطاة محاكاة 10 سنوات من عمر الخدمة الفعلي.

فهم هذه المبادئ والمعايير أمر حاسم لتصميم وتفسير اختبارات الصدمة الحرارية بفعالية.نحن نقدم مجموعة من غرف الصدمة الحرارية وتوجيهات الخبراء لمساعدتك على ضمان موثوقية منتجاتك تحت الظروف الحرارية القاسيةاتصل بنا اليوم لمناقشة احتياجاتك الخاصة