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GJB150A的冷热冲击试验箱方法探析

日期:2021-07-24 06:50
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摘要:随着我国在航天、船海领域的不断发展,武器装备的作战使用环境日益复杂。严峻的作战环境,对于装备的可靠性、安全性以及电气性能提出了更加严苛的技术指标要求。为了提高装备的可靠性,温度冲击试验作为环境应力筛选工艺以剔除装备早期故障,亦可作为考核材料特性以及电气性能的一种手段。

冷热冲击试验箱产品规格:

SET-A3表示冲击(ji)温度-40℃~+150/ A4表示(shi)冲击温度-55℃~+150/A5.表示冲击温(wen)度-65℃~+150

型 号

SET-A

SET-B

SET-C

SET-D

SET-G

内部尺寸(cun)

(W x D x H cm)

40×35×35

50×50×40

60×50×50

70×60×60

80×70×60

外部尺(chi)寸

(W x D x H cm)

140×165×180

150×190×185

160×190×185

170×240×195

180×260×200

结构(gou)

三箱(xiang)式(shi)(预(yu)冷箱(xiang))(预(yu)热箱(xiang))(测试箱(xiang))

温度恢复时间

小于(yu)3分钟(zhong)(出风口测量)

温(wen)度均匀度

≤2℃

温(wen)度波动(dong)度

≤±0.5℃,按GB/T5170-1996表示

温度偏差

±2℃

测(ce)试(shi)方法

三箱(xiang)法(fa)标(biao)准(zhun)//两箱(xiang)法(fa)标(biao)准(zhun)

冷冻(dong)系统

机械(xie)压缩二(er)元式 复叠制冷方(fang)式

温(wen)度范围

预热温度

+50~+200℃

高温暴露

+50~+150℃

预冷温度

R.T~-75℃

低(di)温暴(bao)露

-40℃~0℃/ -55℃~0℃/ -65℃~0℃

控制器(qi)

中文彩色触摸屏+ PLC控制(zhi)器(控制(zhi)软件自行开发(fa))

控制方式(shi)

靠积分饱和PID,模糊(hu)算法 平衡式调温P.I.D + P.W.M + S.S.R

标准配(pei)置

附照明玻璃窗口(kou)1套、试品架2个(ge)、测试引线孔1个(ge)

冷却方(fang)式

水(shui)冷(水(shui)温7℃~28℃,水(shui)压0.1~0.3Mpa),以便确(que)保(bao)降(jiang)温性能

安全保护

漏(lou)电、短(duan)路、超温、电机过(guo)热、压缩机超压、超载、过(guo)电流保护

电源电压

AC380V 50Hz三相四线(xian)+接地线(xian)

本文介绍了冷热冲击试验的基本原理和试验技术及GJB150.5A-2009《军用装备实验室环境试验方法 温度冲击试验》试验程序、试验条件和试验顺序和剪裁过程。Last以模拟试验的方式,通过应用冷热冲击试验方法过程的剪裁,为实验室应用温度冲击试验提供了示例。
引言

随着我国在(zai)航天、船海领域的(de)(de)(de)不断发展,武器装备(bei)(bei)的(de)(de)(de)作战使用环境(jing)日(ri)益复杂(za)。严峻的(de)(de)(de)作战环境(jing),对于装备(bei)(bei)的(de)(de)(de)可(ke)靠性、安(an)全性以(yi)及(ji)电气性能提出了更(geng)加严苛的(de)(de)(de)技术(shu)指标要求。为了提高装备(bei)(bei)的(de)(de)(de)可(ke)靠性,温度冲击试验作为环境(jing)应力(li)筛(shai)选工艺以(yi)剔(ti)除装备(bei)(bei)早期故(gu)障,亦可(ke)作为考核(he)材料特性以(yi)及(ji)电气性能的(de)(de)(de)一种手(shou)段。

1温度(du)冲击试验(yan)概述

目(mu)前国(guo)内冷热冲击试验方(fang)(fang)法主要依据GJB 150.5A,该标准基于(yu)IEC 60068-2-14[1]并适应我(wo)国(guo)武器装备的特(te)性而(er)逐(zhu)渐完善。下面对(dui)GJB 150.5A作(zuo)简要介绍并分析试验方(fang)(fang)法、试验程序以及试验条(tiao)件。

1.1试验方法

进行冷热(re)(re)冲击试(shi)(shi)验(yan)的(de)(de)目的(de)(de)是(shi)验(yan)证装(zhuang)备(bei)的(de)(de)物理(li)特性(材料)或(huo)性能指标在(zai)(zai)经受(shou)周围大(da)气温度的(de)(de)急剧变化(温度冲击)时(shi)是(shi)否会引起改(gai)变,利(li)用(yong)在(zai)(zai)不(bu)同温度情况下因热(re)(re)胀冷缩所产生的(de)(de)应力(li)来考验(yan)被试(shi)(shi)品质量的(de)(de)试(shi)(shi)验(yan)。冷热(re)(re)冲击模(mo)拟产品贮存(cun)或(huo)运输(shu)过程(cheng)中从一个(ge)极(ji)热(re)(re)(极(ji)冷)的(de)(de)环境中突(tu)然进入一个(ge)极(ji)冷(极(ji)热(re)(re))的(de)(de)环境,因此,一般用(yong)两个(ge)试(shi)(shi)验(yan)箱(冷箱和热(re)(re)箱)或(huo)一个(ge)试(shi)(shi)验(yan)箱中的(de)(de)两个(ge)室(shi)(冷室(shi)和热(re)(re)室(shi)),实现被试(shi)(shi)品在(zai)(zai)冷热(re)(re)室(shi)之间(jian)快速转移[2]。

当采用高(gao)温试(shi)(shi)(shi)验(yan)(yan)箱(xiang)和(he)低(di)温试(shi)(shi)(shi)验(yan)(yan)箱(xiang)进行温度变化(hua)试(shi)(shi)(shi)验(yan)(yan)时,试(shi)(shi)(shi)验(yan)(yan)箱(xiang)的(de)放置应(ying)便于被(bei)试(shi)(shi)(shi)品在两箱(xiang)之间迅速(su)转换(huan)。低(di)温试(shi)(shi)(shi)验(yan)(yan)箱(xiang)的(de)全部(bu)箱(xiang)壁温度偏离(li)规定的(de)试(shi)(shi)(shi)验(yan)(yan)环境热力学(xue)温度不应(ying)超过8%,高(gao)温试(shi)(shi)(shi)验(yan)(yan)箱(xiang)的(de)全部(bu)箱(xiang)壁温度偏离(li)规定的(de)试(shi)(shi)(shi)验(yan)(yan)环境热力学(xue)温度不应(ying)超过3%,同时被(bei)试(shi)(shi)(shi)品不受任何发(fa)热和(he)冷却元件的(de)直接辐射。

如研制总要求(qiu)或有关标准没有特殊要求(qiu),温(wen)度(du)(du)冲击(ji)试验(yan)(yan)(yan)的(de)温(wen)度(du)(du)条(tiao)件至少要包括被试品相(xiang)应规(gui)定的(de)highest温(wen)度(du)(du)条(tiao)件和minimum温(wen)度(du)(du)条(tiao)件。高低(di)(di)温(wen)转(zhuan)换(huan)(huan)(huan)时(shi)(shi)间通常不低(di)(di)于3min,转(zhuan)换(huan)(huan)(huan)时(shi)(shi)间过长达不到温(wen)度(du)(du)冲击(ji)效果。采(cai)用温(wen)度(du)(du)冲击(ji)试验(yan)(yan)(yan)箱进(jin)行试验(yan)(yan)(yan),转(zhuan)换(huan)(huan)(huan)时(shi)(shi)间通常比较短;采(cai)用高温(wen)试验(yan)(yan)(yan)箱和低(di)(di)温(wen)试验(yan)(yan)(yan)箱交替法进(jin)行试验(yan)(yan)(yan)时(shi)(shi)转(zhuan)换(huan)(huan)(huan)时(shi)(shi)间通常比较长。

1.2试(shi)验程序(xu)

温度冲(chong)击(ji)试验(yan)主要包括两(liang)(liang)个试验(yan)程序[3]:程序Ⅰ——恒定和程序Ⅱ——循(xun)环。虽然两(liang)(liang)个程序都涉及温度条件和性能测试,但高(gao)温冲(chong)击(ji)极值存在不同:

1)程序Ⅰ——恒(heng)定。程序Ⅰ的每个极(ji)值冲击条件采(cai)(cai)用(yong)恒(heng)定的温度(du)(du)。在诸多(duo)情(qing)况下,温度(du)(du)冲击本身比其他温度(du)(du)效应重要得多(duo),所以(yi)试验可采(cai)(cai)用(yong)两个恒(heng)定温度(du)(du)进行(xing)。特别(bie)是在希望(wang)采(cai)(cai)用(yong)更严酷的冲击(例如需对安全性进行(xing)评价(jia)以(yi)及考核初(chu)始设计合(he)理性方面)时和在要使(shi)用(yong)极(ji)值温度(du)(du)时要采(cai)(cai)用(yong)恒(heng)定温度(du)(du)冲击程序。

2)程(cheng)序Ⅱ——循环(huan)(huan)。若要求(qiu)对真实环(huan)(huan)境进行(xing)仔(zi)细地模拟时,应(ying)(ying)(ying)使(shi)(shi)用程(cheng)序Ⅱ,因为高(gao)温是随着相应(ying)(ying)(ying)的(de)(de)日循环(huan)(huan)出(chu)现的(de)(de)。根据相关技术文(wen)件确(que)定(ding)装备应(ying)(ying)(ying)达到(dao)的(de)(de)功能(工作使(shi)(shi)用要求(qiu)),并确(que)定(ding)会(hui)引(yin)起(qi)温度冲(chong)击的(de)(de)环(huan)(huan)境。

在实验室环境(jing)中,通常根据武(wu)器(qi)装(zhuang)备(bei)的(de)设(she)计温度(du)指标(biao)选用(yong)(yong)程(cheng)(cheng)序(xu)(xu)Ⅰ进(jin)(jin)行(xing)试(shi)验,若装(zhuang)备(bei)承(cheng)制方技术文件(jian)对于程(cheng)(cheng)序(xu)(xu)Ⅱ有明确的(de)要(yao)求(qiu)则按照程(cheng)(cheng)序(xu)(xu)Ⅱ进(jin)(jin)行(xing)试(shi)验。武(wu)器(qi)装(zhuang)备(bei)使用(yong)(yong)环境(jing)可能包(bao)含多个设(she)备(bei)平(ping)台,程(cheng)(cheng)序(xu)(xu)Ⅱ存在一定(ding)的(de)局(ju)限性(xing);而(er)若按照程(cheng)(cheng)序(xu)(xu)Ⅰ进(jin)(jin)行(xing)试(shi)验,是(shi)针(zhen)对武(wu)器(qi)装(zhuang)备(bei)的(de)设(she)计指标(biao)进(jin)(jin)行(xing)考核,能够更充分的(de)验证装(zhuang)备(bei)的(de)技术特性(xing)和电气性(xing)能是(shi)否满足设(she)计要(yao)求(qiu)。

1.3试验(yan)条件

应(ying)根据相关技术(shu)文件(jian)的(de)规定、应(ying)力(li)筛(shai)选要求选定随(sui)用的(de)试验条(tiao)件(jian)和试验技术(shu)。若有(you)实测(ce)数据,则(ze)应(ying)使(shi)用实测(ce)数据。本实验将暴(bao)(bao)露(lu)条(tiao)件(jian)归纳为飞(fei)机飞(fei)行暴(bao)(bao)露(lu)、空运-沙漠暴(bao)(bao)露(lu)和陆运或空运-寒(han)冷暴(bao)(bao)露(lu)等,且需综合考虑如下几个(ge)方面的(de)内容:

1)暴露条件见表1所示:


2)根据实际使用环境温度数据或技术文件要求选择试验温度。若没有数据或文件,可根据装备预计的部署应用情况或将要部署的区域,或根据其The most extreme的非工作温度要求确定试验温度;亦可采用能够反映预期的extreme贮存条件的试验条件。温度范围应反映预期的使用情况,而不是任意选择一个温度范围;

3)应按装备(bei)预期的贮存(cun)、运输或使用时的技术状态进行试验(yan);

4)试件温度稳(wen)定(在转换之前)的时(shi)间至少(shao)应(ying)保证试件外(wai)表面温度均匀一致(±2℃以内(nei))。

5)除技术(shu)文件(jian)专门提出要求外(wai),不考虑控(kong)制相对(dui)湿度。针对(dui)某些对(dui)于湿度敏感(gan)的材料(liao)(如纤维材料(liao))应在试(shi)验前对(dui)试(shi)验箱进行除湿操(cao)作;

6)应保证温(wen)度转(zhuan)换时(shi)间(jian)能(neng)够反映寿命(ming)期剖面中实际温(wen)度冲击的(de)状态。转(zhuan)换时(shi)间(jian)应尽(jin)可能(neng)的(de)短,但(dan)若能(neng)证明这些(xie)额(e)外的(de)时(shi)间(jian)是合理的(de),转(zhuan)换时(shi)间(jian)亦可大于1min;

7)受试装备应(ying)尽(jin)可能在低(di)温(wen)(wen)保温(wen)(wen)结束至高温(wen)(wen)保温(wen)(wen)结束期间通电检测(ce)电气性能,若(ruo)试验过(guo)程中无法满(man)足测(ce)试条件则(ze)于试验结束后进行电气性能测(ce)试。

2实验(yan)室中温度冲(chong)击(ji)试验(yan)的(de)剪裁实例

2.1受试样(yang)品(pin)简介(jie)

1)受试样品为(wei)某(mou)型DC;     2)受试样(yang)品(pin)主要(yao)作战环境为飞机外挂(gua)。

2.2试验项目(mu)的剪裁

根据受(shou)试(shi)产品(pin)的(de)使用环境,可(ke)以确定(ding)其主要(yao)暴(bao)露于高低温(wen)环境之(zhi)中。据此,为了更**真实的(de)模拟产品(pin)的(de)使用环境,确定(ding)需要(yao)对装(zhuang)(zhuang)备进行(xing)温(wen)度冲击试(shi)验。温(wen)度的(de)迅(xun)速变化预(yu)期会对装(zhuang)(zhuang)备内部模块组件(jian)的(de)电气性(xing)能产生显著的(de)影响(xiang);为充分验证该型装(zhuang)(zhuang)备应对温(wen)度冲击的(de)适应性(xing),进行(xing)温(wen)度冲击试(shi)验。

选定(ding)(ding)了试(shi)验(yan)(yan)(yan)方(fang)法,然后对温(wen)度(du)(du)(du)冲击(ji)试(shi)验(yan)(yan)(yan)的试(shi)验(yan)(yan)(yan)条件进行分析。由于(yu)受(shou)(shou)(shou)(shou)试(shi)产(chan)品使用服役于(yu)多地(di)域,且受(shou)(shou)(shou)(shou)高温(wen)日照影响有限(xian),所以在确(que)定(ding)(ding)温(wen)度(du)(du)(du)冲击(ji)试(shi)验(yan)(yan)(yan)条件时(shi),考虑按(an)照产(chan)品设计极限(xian)值进行,选取试(shi)验(yan)(yan)(yan)程(cheng)序Ⅰ。按(an)GJB 150.5A规(gui)定(ding)(ding),要求(qiu)温(wen)度(du)(du)(du)转换前(qian)受(shou)(shou)(shou)(shou)试(shi)产(chan)品能够达到温(wen)度(du)(du)(du)稳(wen)定(ding)(ding),所以将(jiang)温(wen)度(du)(du)(du)稳(wen)定(ding)(ding)时(shi)间(jian)设定(ding)(ding)为(wei)4h;此外,需(xu)考虑试(shi)验(yan)(yan)(yan)箱内湿度(du)(du)(du)对装(zhuang)备的影响。因受(shou)(shou)(shou)(shou)试(shi)产(chan)品在使用环境下湿度(du)(du)(du)相对较小,仅在存放时(shi)会经受(shou)(shou)(shou)(shou)湿热因素影响,所以,在温(wen)度(du)(du)(du)冲击(ji)试(shi)验(yan)(yan)(yan)过程(cheng)中不考虑湿度(du)(du)(du)。

受试产(chan)品(pin)属(shu)长期处于(yu)(yu)贮存(cun)状态,执(zhi)行作战任(ren)务时短期内随(sui)飞机处于(yu)(yu)高(gao)层大(da)气(qi)中,使用不(bu)频繁,故而按GJB 150.5Aminimum循(xun)环冲(chong)击(ji)次(ci)(ci)数不(bu)小(xiao)于(yu)(yu)3次(ci)(ci)的(de)(de)要(yao)求(qiu)(qiu),选取minimum试验循(xun)环冲(chong)击(ji)次(ci)(ci)数3次(ci)(ci)(3次(ci)(ci)高(gao)温(wen)(wen)冲(chong)击(ji),2次(ci)(ci)低温(wen)(wen)冲(chong)击(ji))。温(wen)(wen)度(du)(du)转换(huan)时间按标准要(yao)求(qiu)(qiu)尽量(liang)小(xiao)于(yu)(yu)1min,确实无(wu)法满(man)足(zu)时说(shuo)明(ming)理由(you),由(you)于(yu)(yu)传统温(wen)(wen)度(du)(du)冲(chong)击(ji)试验设(she)备内部空(kong)间无(wu)法满(man)足(zu)受试产(chan)品(pin)整体放(fang)置的(de)(de)需(xu)求(qiu)(qiu),选择(ze)相邻高(gao)低温(wen)(wen)试验箱通过两箱法实现(xian)(xian)温(wen)(wen)度(du)(du)冲(chong)击(ji),能够满(man)足(zu)在3min内实现(xian)(xian)温(wen)(wen)度(du)(du)转换(huan)的(de)(de)要(yao)求(qiu)(qiu)(技术(shu)文件要(yao)求(qiu)(qiu)转换(huan)时间小(xiao)于(yu)(yu)10min)。

考虑受(shou)试产品的(de)(de)实际寿命期间所经(jing)历的(de)(de)环境状态,将(jiang)温度冲(chong)击试验定于(yu)高低(di)温、湿热、振动(dong)试验后进行。至(zhi)此,该型吊(diao)舱装(zhuang)备(bei)温度冲(chong)击试验项目(mu)剪裁完成,可选择(ze)试验设(she)备(bei),开始试验实施。

2.3试(shi)验(yan)实(shi)施

2.3.1 试验前准备

1)首先(xian)清(qing)洁装备(bei)表面(mian)污(wu)垢,记(ji)录已有外壳损伤(shang)状态;

2)清洁后,将受试产品放置于试验箱靠近中间的有效容积内并在实验室标准大气条件下(温度15℃~35 ℃,相对湿度20%~80%)[4]达到稳定,放置要求如下:①模拟实际安装使用状态放置;②表面距箱壁距离不应小于15cm,确保试验箱内循环空气的流通。受试装备放置情况。
3)对受试产品进行外观检查机初始检测,记录结果;

4)关闭试验箱门,堵好箱体通(tong)孔,准备(bei)试验运行。

2.3.2 试验程序(xu)运行

1)将高(gao)低温试验箱分别手(shou)动升降温至-55℃和70℃,待试验箱温度(du)达到设定值后(hou)开始(shi)计时;

2)待受试(shi)产(chan)品在低(di)温(wen)(wen)(wen)试(shi)验(yan)箱(xiang)中保温(wen)(wen)(wen)时间达(da)到4h后(hou),开启试(shi)验(yan)箱(xiang)门(men),在Minimum时间内手动转移(yi)至(zhi)高(gao)温(wen)(wen)(wen)试(shi)验(yan)箱(xiang)中;关闭试(shi)验(yan)箱(xiang)门(men),使高(gao)温(wen)(wen)(wen)试(shi)验(yan)室在3min内恢(hui)复至(zhi)设定温(wen)(wen)(wen)度值;

3)待(dai)受(shou)试(shi)产品在(zai)高温(wen)(wen)试(shi)验箱中保温(wen)(wen)时间(jian)达到4h后,开启(qi)试(shi)验箱门,迅速(su)转移至(zhi)低温(wen)(wen)试(shi)验箱中;关(guan)闭试(shi)验箱门,使(shi)低温(wen)(wen)试(shi)验室(shi)在(zai)3min内恢(hui)复至(zhi)设(she)定温(wen)(wen)度值;

4)重复(fu)步(bu)骤(zhou)2)3次(ci),步(bu)骤(zhou)3)2次(ci),在Last一次(ci)高温(wen)(wen)(wen)室(shi)保温(wen)(wen)(wen)结束后(hou)以不大于3℃/min的(de)速率(lv)恢复(fu)至实验室(shi)常(chang)温(wen)(wen)(wen)温(wen)(wen)(wen)度(15 ℃~35 ℃,20 %RH~80 %RH),保持至温(wen)(wen)(wen)度稳定;

5)恢复结(jie)束后,在试验的标准大气条件(jian)下对受试产品进行外观和(he)功能/性能检测,Final便可(ke)得出该型产品经历温(wen)度冲击试验的结(jie)果。

3结论(lun)

本文综述了GJB 150.5A-2009温度(du)冲(chong)击(ji)(ji)试(shi)(shi)验(yan)(yan)(yan)方(fang)法,对试(shi)(shi)验(yan)(yan)(yan)目的、试(shi)(shi)验(yan)(yan)(yan)程(cheng)(cheng)序、试(shi)(shi)验(yan)(yan)(yan)过(guo)程(cheng)(cheng)进行了详细描述,结合典型的温度(du)冲(chong)击(ji)(ji)试(shi)(shi)验(yan)(yan)(yan)案例,介(jie)绍了具体试(shi)(shi)验(yan)(yan)(yan)过(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)标准(zhun)的剪(jian)裁方(fang)法及试(shi)(shi)验(yan)(yan)(yan)流程(cheng)(cheng),为(wei)装备在(zai)实验(yan)(yan)(yan)室环(huan)境下(xia)开展(zhan)温度(du)冲(chong)击(ji)(ji)试(shi)(shi)验(yan)(yan)(yan)提供理论指导。

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