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冷熱沖擊試驗(yàn)的介紹

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冷熱沖擊試驗(yàn)的介紹

1、簡(jiǎn)述冷熱沖擊試驗(yàn)
      隨著電子技術(shù)的發(fā)展，各種各樣的電子設(shè)備計(jì)入到人們的生活中。對(duì)于電子設(shè)備而言，環(huán)境條件是影響產(chǎn)品質(zhì)量和使用可靠性的關(guān)鍵因素。在各種復(fù)雜的使用環(huán)境中，溫度沖擊的影響是其中一個(gè)必須考慮的因素。這種環(huán)境給產(chǎn)品帶來(lái)多種典型的環(huán)境效應(yīng)，如零部件的變形或破裂、絕緣保護(hù)失效、運(yùn)動(dòng)部件的卡緊或松弛、電氣和電子元器件的變化、快速冷凝水或結(jié)霜引起電子或機(jī)械故障等。因此，能否在溫度沖擊環(huán)境下正常工作，直接反映了產(chǎn)品對(duì)各種環(huán)境的適應(yīng)能力的強(qiáng)弱。冷熱沖擊試驗(yàn)正是在須求下被提出。
       冷熱沖擊試驗(yàn)（Thermal Shock Test，TST）是測(cè)試材料對(duì)極高溫或極低溫的抵抗力的一種試驗(yàn)技術(shù)。這種情況類似于不連續(xù)地處于高溫或低溫中的情形，它能使各種物品在最短的時(shí)間內(nèi)完成測(cè)試。
       TST 中產(chǎn)生的化學(xué)變化或物理傷害是熱脹冷縮改變或其它物理性值的改變而引起的。TST 的效果包括成品裂開(kāi)或破層及位移等所引起的電化學(xué)變化。例如，有一些金屬材料如體心立方晶格的中低強(qiáng)度鋼，當(dāng)其服役溫度降低時(shí)，起塑性、韌性便急劇降低，使材料脆化。
      實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化溫度可采用 TST 系統(tǒng)，如冷熱沖擊試驗(yàn)箱，又名高低溫沖擊試驗(yàn)箱（臺(tái)灣稱為冷熱沖擊機(jī)）。它們能為材料研究及工業(yè)生產(chǎn)廠家的批量或者電子電器零部件﹑自動(dòng)化零部件、半成品﹑金屬、化學(xué)材料、通訊組件、國(guó)防工業(yè)、航天、兵工業(yè)、BGA、PCB 基扳電子芯片，測(cè)試其在瞬間經(jīng)高溫、低溫的連續(xù)溫度變化環(huán)境下所能忍受的程度，試驗(yàn)其在急遽變化的溫差條件下熱脹冷縮所引起的化學(xué)變化和物理傷害。


2、常見(jiàn)冷熱沖擊試驗(yàn)設(shè)備的組成及結(jié)構(gòu)
TST 設(shè)備由低溫箱、高溫箱、制冷系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)換裝置等設(shè)備組成。其設(shè)備組成圖如圖 3 所示。低溫箱為TST 提供低溫平臺(tái)，同時(shí)也可以單獨(dú)進(jìn)行低溫試驗(yàn)；高溫箱為TST 提供高溫平臺(tái)，同時(shí)可以進(jìn)行高溫試驗(yàn)；制冷系統(tǒng)為低溫箱提供低溫環(huán)境；加熱系統(tǒng)為高溫箱提供高溫環(huán)境；控制系統(tǒng)完成對(duì)設(shè)備和試驗(yàn)過(guò)程的控制和測(cè)量；轉(zhuǎn)換裝置用于試驗(yàn)過(guò)程中試件的轉(zhuǎn)換。

冷熱沖擊試驗(yàn)的介紹

圖 3 冷熱沖擊試驗(yàn)箱組成示意圖


設(shè)備結(jié)構(gòu)確定
為保證 TST 指標(biāo)要求，需要對(duì)箱體結(jié)構(gòu)、氣流流通方式進(jìn)行精心設(shè)計(jì)。低溫箱結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足設(shè)備由常溫到要求低溫的制冷和溫度沖擊過(guò)程中迅速制冷的要求，并保證箱內(nèi)氣流和溫度均勻性要求；高溫箱結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足方便設(shè)備由常溫到要求高溫的加熱和溫度沖擊過(guò)程中迅速加熱的要求，并保證箱內(nèi)氣流和溫度均勻性要求。


       氣流組織方式是設(shè)備設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)。常用的送風(fēng)方式有上側(cè)送下側(cè)回和全面孔板頂送下側(cè)回的方式。由于全面孔板送風(fēng)方式具有氣流混合快混合好、氣流均勻平行擴(kuò)散、溫差和風(fēng)速衰減快的優(yōu)點(diǎn)，從而使工作區(qū)溫度和氣流速度分布更加均勻。因此低溫箱、高溫箱氣流循環(huán)方式采用全面孔板送風(fēng)下側(cè)回風(fēng)方式，其氣流循環(huán)過(guò)程為：風(fēng)機(jī)抽吸的箱內(nèi)氣流和制冷系統(tǒng)產(chǎn)生冷空氣或加熱系統(tǒng)產(chǎn)生的熱空氣混合，再沿循環(huán)風(fēng)道進(jìn)入穩(wěn)壓層使氣流均流均壓后送入箱內(nèi)。
      低溫箱和高溫箱均采用鋼框架圍護(hù)結(jié)構(gòu)，加裝保溫層。在距頂壁一定高度裝全面孔板，全面孔板與頂壁形成穩(wěn)壓層，箱前端為大門，箱后端設(shè)循環(huán)風(fēng)道和循環(huán)風(fēng)機(jī)。低溫箱、高溫箱結(jié)構(gòu)示意圖如圖 4 所示。

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圖 4 低溫箱、高溫箱結(jié)構(gòu)示意圖
轉(zhuǎn)換裝置的確定
為實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)換的功能，轉(zhuǎn)換裝置采用軌道式轉(zhuǎn)換方式，由軌道車和試件車組成。轉(zhuǎn)換裝置構(gòu)示意圖如圖 5 所示。試件車作為試件的支架，和試件一起在兩個(gè)箱之間轉(zhuǎn)移和試驗(yàn)；轉(zhuǎn)換道車用于將試件和試件車由一個(gè)箱迅速轉(zhuǎn)換到另一個(gè)箱，下設(shè)轉(zhuǎn)輪在地面軌道上滾動(dòng)，上設(shè)道方便和兩個(gè)箱內(nèi)軌道的對(duì)接和試件小車的移動(dòng)。

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圖 5 轉(zhuǎn)換裝置結(jié)構(gòu)示意圖


3、制冷、加熱流程確定
目前低溫箱制冷方式常采用蒸氣壓縮機(jī)制冷或空氣制冷。空氣制冷和蒸氣壓縮機(jī)制冷相比較具有以下優(yōu)點(diǎn)：在較低溫度下制冷系數(shù)高，易于獲得較低溫度，調(diào)溫范圍寬；對(duì)設(shè)備泄露不敏感，小的漏氣對(duì)制冷性能影響不大，制冷性能比較穩(wěn)定；制冷劑為空氣，對(duì)環(huán)境無(wú)任何危害；運(yùn)行可靠，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，運(yùn)行費(fèi)用低。對(duì)于較大尺寸 TST 設(shè)備，溫度變化速度要求較快，空氣制冷是一種較好的選擇。


正升壓式制冷方式是用渦輪膨脹機(jī)二次壓縮，提高渦輪的膨脹比，加大渦輪機(jī)溫降，提高制冷能力。由于正升壓式制冷方式有制冷系數(shù)高，調(diào)節(jié)性能好，制冷性能穩(wěn)定，啟停以及調(diào)節(jié)過(guò)程平穩(wěn)，裝機(jī)電量、運(yùn)行能耗和設(shè)備投資較少等優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)采用正升壓式制冷系統(tǒng)?？諝庵评湎到y(tǒng)分為氣源和制冷兩部分。氣源部分包括空壓機(jī)組、后冷卻器、干燥塔、水分離器等；制冷部分包括渦輪機(jī)組、回冷器、水冷器、過(guò)濾器等。低溫箱空氣正升壓式制冷系統(tǒng)基本流程圖如圖 6 所示。高溫箱加熱采用電加熱器加熱的方式實(shí)現(xiàn)；采用可控硅調(diào)控器對(duì)電加熱器進(jìn)行調(diào)節(jié)、控制，實(shí)現(xiàn)加熱量的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。


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圖 6 低溫箱空氣制冷基本流程圖
制冷量、加熱量的確定
制冷量及制冷設(shè)備的確定
制冷量、加熱量的大小直接關(guān)系到制冷設(shè)備、加熱設(shè)備參數(shù)的確定、選擇、設(shè)備成本、運(yùn)行能耗和費(fèi)用等。因此，在確定制冷設(shè)備、加熱設(shè)備之前要先確定系統(tǒng)所需制冷量和加熱量。低溫箱既可作為溫度沖擊試驗(yàn)的低溫部分,又可獨(dú)立完成低溫試驗(yàn)功能。因此，低溫箱的制冷有兩種狀態(tài)：狀態(tài) 1：低溫試驗(yàn)過(guò)程中由大氣溫度到要求低溫的制冷過(guò)程；狀態(tài) 2：冷熱沖擊試驗(yàn)過(guò)程中，試件由高溫箱迅速轉(zhuǎn)移到低溫箱時(shí)恢復(fù)原低溫的制冷過(guò)程。兩種制冷狀態(tài)不同，制冷負(fù)荷和冷量的變化也不同。


加熱量及加熱設(shè)備的確定
高溫箱的加熱經(jīng)歷兩種狀態(tài):由大氣溫度到要求高溫的加熱過(guò)程和溫度沖擊試驗(yàn)過(guò)程中試件由低溫箱迅速轉(zhuǎn)移到高溫箱時(shí)恢復(fù)原高溫的加熱過(guò)程。同樣的方法,分別計(jì)算兩種加熱狀態(tài)所需加熱量。以最大加熱量確定電加熱器的功率。


4、結(jié)束語(yǔ)

以上介紹了冷熱沖擊試驗(yàn)的基本知識(shí)。如今，TST 已經(jīng)成為重要的衡量產(chǎn)品可靠性的試驗(yàn)技術(shù)之一。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品的使用環(huán)境更加多樣化，對(duì)冷熱沖擊試驗(yàn)提出了新的要求，也為其發(fā)展提供了動(dòng)力。


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| 發(fā)布時(shí)間：2018.06.07    來(lái)源：電源適配器廠家
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