摘要：本文介紹了溫度沖擊試驗(yàn)的基本原理和試驗(yàn)技術(shù)及GJB150.5A-2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法 溫度沖擊試驗(yàn)》試驗(yàn)程序、試驗(yàn)條件和試驗(yàn)順序和剪裁過程。最后以模擬試驗(yàn)的方式，通過應(yīng)用溫度沖擊試驗(yàn)方法過程的剪裁，為實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用溫度沖擊試驗(yàn)提供了示例，具體詳情也可在線咨詢劍喬儀器廠家！

 

關(guān)鍵詞：GJB 150A；溫度沖擊；環(huán)境試驗(yàn)

 

隨著我國(guó)在航天、船海領(lǐng)域的不斷發(fā)展，武器裝備的作戰(zhàn)使用環(huán)境日益復(fù)雜。嚴(yán)峻的作戰(zhàn)環(huán)境，對(duì)于裝備的可靠性、安全性以及電氣性能提出了更加嚴(yán)苛的技術(shù)指標(biāo)要求。為了提高裝備的可靠性，溫度沖擊試驗(yàn)作為環(huán)境應(yīng)力篩選工藝以剔除裝備早期故障，亦可作為考核材料特性以及電氣性能的一種手段。

 

1、溫度沖擊試驗(yàn)概述

 

目前國(guó)內(nèi)溫度沖擊試驗(yàn)方法主要依據(jù)GJB 150.5A，該標(biāo)準(zhǔn)基于IEC 60068-2-14[1]并適應(yīng)我國(guó)武器裝備的特性而逐漸完善。下面對(duì)GJB 150.5A作簡(jiǎn)要介紹并分析試驗(yàn)方法、試驗(yàn)程序以及試驗(yàn)條件。

 

1.1試驗(yàn)方法

 

進(jìn)行溫度沖擊試驗(yàn)的目的是驗(yàn)證裝備的物理特性（材料）或性能指標(biāo)在經(jīng)受周圍大氣溫度的急劇變化（溫度沖擊）時(shí)是否會(huì)引起改變，利用在不同溫度情況下因熱脹冷縮所產(chǎn)生的應(yīng)力來考驗(yàn)被試品質(zhì)量的試驗(yàn)。溫度沖擊模擬產(chǎn)品貯存或運(yùn)輸過程中從一個(gè)極熱（極冷）的環(huán)境中突然進(jìn)入一個(gè)極冷（極熱）的環(huán)境，因此，一般用兩個(gè)試驗(yàn)箱（冷箱和熱箱）或一個(gè)試驗(yàn)箱中的兩個(gè)室（冷室和熱室），實(shí)現(xiàn)被試品在冷熱室之間快速轉(zhuǎn)移[2]。

 

當(dāng)采用高溫試驗(yàn)箱和低溫試驗(yàn)箱進(jìn)行溫度變化試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)箱的放置應(yīng)便于被試品在兩箱之間迅速轉(zhuǎn)換。低溫試驗(yàn)箱的全部箱壁溫度偏離規(guī)定的試驗(yàn)環(huán)境熱力學(xué)溫度不應(yīng)超過8 %，高溫試驗(yàn)箱的全部箱壁溫度偏離規(guī)定的試驗(yàn)環(huán)境熱力學(xué)溫度不應(yīng)超過3 %，同時(shí)被試品不受任何發(fā)熱和冷卻元件的直接輻射。

 

如研制總要求或有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)沒有特殊要求，溫度沖擊試驗(yàn)的溫度條件至少要包括被試品相應(yīng)規(guī)定的最高溫度條件和最低溫度條件。高低溫轉(zhuǎn)換時(shí)間通常不低于3 min，轉(zhuǎn)換時(shí)間過長(zhǎng)達(dá)不到溫度沖擊效果。采用溫度沖擊試驗(yàn)箱進(jìn)行試驗(yàn)，轉(zhuǎn)換時(shí)間通常比較短；采用高溫試驗(yàn)箱和低溫試驗(yàn)箱交替法進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間通常比較長(zhǎng)。

 

1.2試驗(yàn)程序

 

溫度沖擊試驗(yàn)主要包括兩個(gè)試驗(yàn)程序[3]：程序Ⅰ——恒定和程序Ⅱ——循環(huán)。雖然兩個(gè)程序都涉及溫度條件和性能測(cè)試，但高溫沖擊極值存在不同：

 

1）程序Ⅰ——恒定。程序Ⅰ的每個(gè)極值沖擊條件采用恒定的溫度。在諸多情況下，溫度沖擊本身比其他溫度效應(yīng)重要得多，所以試驗(yàn)可采用兩個(gè)恒定溫度進(jìn)行。特別是在希望采用更嚴(yán)酷的沖擊（例如需對(duì)安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)以及考核初始設(shè)計(jì)合理性方面）時(shí)和在要使用極值溫度時(shí)要采用恒定溫度沖擊程序。

 

2）程序Ⅱ——循環(huán)。若要求對(duì)真實(shí)環(huán)境進(jìn)行仔細(xì)地模擬時(shí)，應(yīng)使用程序Ⅱ，因?yàn)楦邷厥请S著相應(yīng)的日循環(huán)出現(xiàn)的。根據(jù)相關(guān)技術(shù)文件確定裝備應(yīng)達(dá)到的功能（工作使用要求），并確定會(huì)引起溫度沖擊的環(huán)境。

 

在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，通常根據(jù)武器裝備的設(shè)計(jì)溫度指標(biāo)選用程序Ⅰ進(jìn)行試驗(yàn)，若裝備承制方技術(shù)文件對(duì)于程序Ⅱ有明確的要求則按照程序Ⅱ進(jìn)行試驗(yàn)。武器裝備使用環(huán)境可能包含多個(gè)設(shè)備平臺(tái)，程序Ⅱ存在一定的局限性；而若按照程序Ⅰ進(jìn)行試驗(yàn)，是針對(duì)武器裝備的設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行考核，能夠更充分的驗(yàn)證裝備的技術(shù)特性和電氣性能是否滿足設(shè)計(jì)要求。

 

1.3試驗(yàn)條件

 

應(yīng)根據(jù)相關(guān)技術(shù)文件的規(guī)定、應(yīng)力篩選要求選定隨用的試驗(yàn)條件和試驗(yàn)技術(shù)。若有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，則應(yīng)使用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。本實(shí)驗(yàn)將暴露條件歸納為飛機(jī)飛行暴露、空運(yùn)-沙漠暴露和陸運(yùn)或空運(yùn)-寒冷暴露等
 

2）根據(jù)實(shí)際使用環(huán)境溫度數(shù)據(jù)或技術(shù)文件要求選擇試驗(yàn)溫度。若沒有數(shù)據(jù)或文件，可根據(jù)裝備預(yù)計(jì)的部署應(yīng)用情況或?qū)⒁渴鸬膮^(qū)域，或根據(jù)其最極端的非工作溫度要求確定試驗(yàn)溫度；亦可采用能夠反映預(yù)期的極端貯存條件的試驗(yàn)條件。溫度范圍應(yīng)反映預(yù)期的使用情況，而不是任意選擇一個(gè)溫度范圍；

 

3）應(yīng)按裝備預(yù)期的貯存、運(yùn)輸或使用時(shí)的技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行試驗(yàn)；

 

4）試件溫度穩(wěn)定（在轉(zhuǎn)換之前）的時(shí)間至少應(yīng)保證試件外表面溫度均勻一致（±2 ℃以內(nèi)）。

 

5）除技術(shù)文件專門提出要求外，不考慮控制相對(duì)濕度。針對(duì)某些對(duì)于濕度敏感的材料（如纖維材料）應(yīng)在試驗(yàn)前對(duì)試驗(yàn)箱進(jìn)行除濕操作；

 

6）應(yīng)保證溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間能夠反映壽命期剖面中實(shí)際溫度沖擊的狀態(tài)。轉(zhuǎn)換時(shí)間應(yīng)盡可能的短，但若能證明這些額外的時(shí)間是合理的，轉(zhuǎn)換時(shí)間亦可大于1 min；

 

7）受試裝備應(yīng)盡可能在低溫保溫結(jié)束至高溫保溫結(jié)束期間通電檢測(cè)電氣性能，若試驗(yàn)過程中無法滿足測(cè)試條件則于試驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行電氣性能測(cè)試。

 

2、實(shí)驗(yàn)室中溫度沖擊試驗(yàn)的剪裁實(shí)例

 

2.1受試樣品簡(jiǎn)介

 

1）受試樣品為某型DC；

 

2）受試樣品主要作戰(zhàn)環(huán)境為飛機(jī)外掛。

 

2.2試驗(yàn)項(xiàng)目的剪裁

 

根據(jù)受試產(chǎn)品的使用環(huán)境，可以確定其主要暴露于高低溫環(huán)境之中。據(jù)此，為了更全面真實(shí)的模擬產(chǎn)品的使用環(huán)境，確定需要對(duì)裝備進(jìn)行溫度沖擊試驗(yàn)。溫度的迅速變化預(yù)期會(huì)對(duì)裝備內(nèi)部模塊組件的電氣性能產(chǎn)生顯著的影響；為充分驗(yàn)證該型裝備應(yīng)對(duì)溫度沖擊的適應(yīng)性，進(jìn)行溫度沖擊試驗(yàn)。

 

選定了試驗(yàn)方法，然后對(duì)溫度沖擊試驗(yàn)的試驗(yàn)條件進(jìn)行分析。由于受試產(chǎn)品使用服役于多地域，且受高溫日照影響有限，所以在確定溫度沖擊試驗(yàn)條件時(shí)，考慮按照產(chǎn)品設(shè)計(jì)極限值進(jìn)行，選取試驗(yàn)程序Ⅰ。按GJB 150.5A規(guī)定，要求溫度轉(zhuǎn)換前受試產(chǎn)品能夠達(dá)到溫度穩(wěn)定，所以將溫度穩(wěn)定時(shí)間設(shè)定為4 h；此外，需考慮試驗(yàn)箱內(nèi)濕度對(duì)裝備的影響。因受試產(chǎn)品在使用環(huán)境下濕度相對(duì)較小，僅在存放時(shí)會(huì)經(jīng)受濕熱因素影響，所以，在溫度沖擊試驗(yàn)過程中不考慮濕度。

 

受試產(chǎn)品屬長(zhǎng)期處于貯存狀態(tài)，執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)短期內(nèi)隨飛機(jī)處于高層大氣中，使用不頻繁，故而按GJB 150.5A最低循環(huán)沖擊次數(shù)不小于3次的要求，選取最低試驗(yàn)循環(huán)沖擊次數(shù)3次（3次高溫沖擊，2次低溫沖擊）。溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間按標(biāo)準(zhǔn)要求盡量小于1 min，確實(shí)無法滿足時(shí)說明理由，由于傳統(tǒng)溫度沖擊試驗(yàn)設(shè)備內(nèi)部空間無法滿足受試產(chǎn)品整體放置的需求，選擇相鄰高低溫試驗(yàn)箱通過兩箱法實(shí)現(xiàn)溫度沖擊，能夠滿足在3 min內(nèi)實(shí)現(xiàn)溫度轉(zhuǎn)換的要求（技術(shù)文件要求轉(zhuǎn)換時(shí)間小于10 min）。

 

考慮受試產(chǎn)品的實(shí)際壽命期間所經(jīng)歷的環(huán)境狀態(tài)，將溫度沖擊試驗(yàn)定于高低溫、濕熱、振動(dòng)試驗(yàn)后進(jìn)行。至此，該型吊艙裝備溫度沖擊試驗(yàn)項(xiàng)目剪裁完成，可選擇試驗(yàn)設(shè)備，開始試驗(yàn)實(shí)施。

 

2.3試驗(yàn)實(shí)施

 

 

選取哈丁試驗(yàn)生產(chǎn)的BHT 7150-5F型步入式快速溫變濕熱試驗(yàn)箱兩套，該設(shè)備溫度變化速率大于5 ℃/min，且試驗(yàn)日期在其檢定有效期內(nèi)。試驗(yàn)實(shí)施前經(jīng)預(yù)試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)箱可滿足在樣品轉(zhuǎn)換試驗(yàn)箱（小于30 s）后在不大于3 min內(nèi)恢復(fù)試驗(yàn)保溫溫度要求。
 

2.3.1 試驗(yàn)前準(zhǔn)備

 

1）首先清潔裝備表面污垢，記錄已有外殼損傷狀態(tài)；

 

 

2）清潔后，將受試產(chǎn)品放置于試驗(yàn)箱靠近中間的有效容積內(nèi)并在實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下（溫度15 ℃～35 ℃，相對(duì)濕度20 %～80 %）[4]達(dá)到穩(wěn)定，放置要求如下：①模擬實(shí)際安裝使用狀態(tài)放置；②表面距箱壁距離不應(yīng)小于15 cm，，確保試驗(yàn)箱內(nèi)循環(huán)空氣的流通。

3）對(duì)受試產(chǎn)品進(jìn)行外觀檢查機(jī)初始檢測(cè)，記錄結(jié)果；

 

4）關(guān)閉試驗(yàn)箱門，堵好箱體通孔，準(zhǔn)備試驗(yàn)運(yùn)行。

 

2.3.2 試驗(yàn)程序運(yùn)行

 

1）將高低溫試驗(yàn)箱分別手動(dòng)升降溫至-55 ℃和70 ℃，待試驗(yàn)箱溫度達(dá)到設(shè)定值后開始計(jì)時(shí)；

 

2）待受試產(chǎn)品在低溫試驗(yàn)箱中保溫時(shí)間達(dá)到4 h后，開啟試驗(yàn)箱門，在最短時(shí)間內(nèi)手動(dòng)轉(zhuǎn)移至高溫試驗(yàn)箱中；關(guān)閉試驗(yàn)箱門，使高溫試驗(yàn)室在3 min內(nèi)恢復(fù)至設(shè)定溫度值；

 

3）待受試產(chǎn)品在高溫試驗(yàn)箱中保溫時(shí)間達(dá)到4 h后，開啟試驗(yàn)箱門，迅速轉(zhuǎn)移至低溫試驗(yàn)箱中；關(guān)閉試驗(yàn)箱門，使低溫試驗(yàn)室在3 min內(nèi)恢復(fù)至設(shè)定溫度值；

 

4）重復(fù)步驟2）3次，步驟3）2次，在最后一次高溫室保溫結(jié)束后以不大于3 ℃/min的速率恢復(fù)至實(shí)驗(yàn)室常溫溫度（15 ℃～35 ℃，20 %RH～80 %RH），保持至溫度穩(wěn)定；

 

5）恢復(fù)結(jié)束后，在試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下對(duì)受試產(chǎn)品進(jìn)行外觀和功能/性能檢測(cè)，最終便可得出該型產(chǎn)品經(jīng)歷溫度沖擊試驗(yàn)的結(jié)果。

 

3、結(jié)論

 

本文綜述了GJB 150.5A-2009溫度沖擊試驗(yàn)方法，對(duì)試驗(yàn)?zāi)康摹⒃囼?yàn)程序、試驗(yàn)過程進(jìn)行了詳細(xì)描述，結(jié)合典型的溫度沖擊試驗(yàn)案例，介紹了具體試驗(yàn)過程中標(biāo)準(zhǔn)的剪裁方法及試驗(yàn)流程，為裝備在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下開展溫度沖擊試驗(yàn)提供理論指導(dǎo)。

4. 相關(guān)溫度沖擊試驗(yàn)設(shè)備，有冷熱沖擊試驗(yàn)箱，恒溫恒濕試驗(yàn)箱，高低溫試驗(yàn)箱，三綜合試驗(yàn)箱，具體請(qǐng)咨詢劍喬儀器廠家！

 

參考文獻(xiàn):

[1]IEC 60068-2-14, Basic environmentaltesting procedures[S].

[2]齊久成. 海洋水文裝備試驗(yàn)[M]. 國(guó)防工業(yè)出版社, 2015.

[3]GJB 150.5A-2009, 軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法 第5部分：溫度沖擊試驗(yàn)[S].

[4]GJB 150.1A-2009, 軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法 第1部分：通用要求[S].