Teste de choque térmico, muitas vezes referido como Teste de choque de temperatura, Ciclo de temperatura ou Teste de choque de alta e baixa temperatura,É um ensaio ambiental crucial utilizado para avaliar a capacidade dos materiais e produtos de resistir a alterações rápidas e extremas de temperaturaNa Dongguan Precision, entendemos a importância destes testes para garantir a fiabilidade e durabilidade dos seus produtos em vários ambientes operacionais.

De acordo com normas comoGJB 150.5A-2009 3.1eMIL-STD-810F 503.4 (2001), uma mudança rápida na temperatura atmosférica circundante superior a10 graus Celsius por minutoNo entanto, é importante notar que os testes reais de choque de temperatura geralmente empregam taxas de mudança ainda mais severas, frequentemente citadas como sendo maiores do que20°C/min, 30°C/min, 50°C/min, ou ainda mais rápido.

O que causa essas rápidas mudanças de temperatura?

Vários cenários do mundo real podem levar a flutuações rápidas de temperatura, como destacado em padrões comoGB/T 2423.22-2012 (Ensaios ambientais - Parte 2: Ensaios - Ensaios N: alteração de temperatura):

• Transferência de equipamento entre ambientes de temperaturas drasticamente diferentes (por exemplo, de interior para exterior).
• Refrigeração súbita devido à chuva ou imersão em água fria.
• Condições experimentadas por equipamentos aéreos montados externamente.
• Condições específicas de transporte e armazenagem.
• Gradientes de calor gerados internamente no equipamento a motor.
• Refrigeramento rápido dos componentes com sistemas de arrefecimento ativos.
• Processos de fabrico.

A frequência, a magnitude e a duração dessas mudanças de temperatura são fatores críticos.

Por que é importante o teste de choque de temperatura?

Conforme descrito noGJB 150.5A-2009 (Métodos de ensaio ambiental de laboratório de equipamento militar, parte 5: ensaio de choque de temperatura), este teste é aplicado em vários contextos:

• Simulação do ambiente normal:Avaliar os equipamentos destinados a ser utilizados em zonas onde são susceptíveis de alterações rápidas da temperatura do ar, avaliando o impacto nas superfícies externas, componentes montados externamente,e partes internas próximas da superfície durante as transições entre ambientes quentes e frios, subidas rápidas a altas altitudes, ou mesmo quedas aéreas de aviões.
• Avaliação de riscos de segurança e de stress ambiental (ESS):Identificar potenciais problemas de segurança e defeitos latentes em equipamentos expostos a taxas de variação de temperatura abaixo de níveis extremos (dentro dos limites de projeto).Pode também ser utilizado como um teste de triagem com temperaturas mais extremas para revelar possíveis fraquezas.

Os efeitos do choque de temperatura:

As alterações rápidas de temperatura podem ter efeitos significativos e variados sobre os equipamentos, em especial sobre as peças próximas das superfícies exteriores.Quanto mais lenta for a mudança de temperatura e menos pronunciado for o impactoA embalagem protetora também pode mitigar esses efeitos. O choque de temperatura pode causar deficiências operacionais temporárias ou permanentes.

A) Efeitos físicos:

1. Fracturação de recipientes de vidro e instrumentos ópticos.
2. Apertar ou soltar peças móveis.
3. Cracking de propelentes sólidos em explosivos.
4. Taxas diferenciais de expansão ou contração de materiais diferentes, levando a tensão induzida.
5. Deformação ou ruptura de componentes.
6. Fragmentação de revestimentos de superfície.
7. Fugas de caixas fechadas.
8. Falha do isolamento.

B) Efeitos químicos:

1. Separação dos componentes.
2. Falha dos agentes químicos de protecção.

C) Efeitos eléctricos:

1. Alterações de componentes eléctricos e electrónicos.
2. Falhas eletrónicas ou mecânicas devido à condensação rápida ou à formação de gelo.
3. Descarga eletrostática.

A finalidade dos testes de choque de temperatura:

• Desenvolvimento de Engenharia:Identificar defeitos de concepção e fabricação no início do ciclo de vida do produto.
• Qualificação e aceitação do produto:Verificar a capacidade de um produto resistir a choques de temperatura, fornecendo dados para a finalização do projeto e aprovação da produção em massa.
• Avaliação do esforço ambiental (ESS):Eliminar falhas de vida precoce nos produtos.

Tipos de ensaios de variação de temperatura:

De acordo com as normas IEC e nacionais, existem três tipos principais de ensaios de variação de temperatura:

1. Teste Na:Mudança rápida de temperatura com tempos de transição especificados; ar como meio.
2. Teste Nb:Mudança de temperatura com uma taxa de mudança especificada; ar como meio.
3. Teste Nc:Mudança rápida de temperatura utilizando dois banhos líquidos; líquido como meio.

Os ensaios Na e Nb utilizam o ar como meio de transferência de calor e normalmente apresentam tempos de transição mais longos em comparação com o ensaio Nc,que utiliza líquidos (água ou outros fluidos) para transições de temperatura muito mais rápidas.

Normas aplicáveis:

Outras normas pertinentes incluem a MIL-STD-883 (Método 1010), a JESD22-A104D, a JESD22-A106B, a JIS C 60068-2-14:2011, JASO D 001, EIAJ ED-2531A, GB897.4-2008/IEC60086-4:2007, GJB548B-2005 (Método 1011.1), GJB128A-97 (Método 1056), e várias normas internas da empresa (por exemplo, automotiva).

Parâmetros-chave do ensaio:

• Temperatura ambiente de laboratório
• Temperatura elevada
• Baixa temperatura
• Duração da exposição a cada temperatura extrema
• Tempo de transição ou taxa de variação de temperatura
• Número de ciclos de ensaio

Tempo de estabilização:

GJB 150.5A-2009 4.3.7 (Estabilização da temperatura):A temperatura do elemento de ensaio deve ser uniforme em todas as suas partes externas antes do início da transição.

GB/T 2423.22-2012 7.2.1:Após a colocação da amostra de ensaio, a temperatura do ar deve atingir o intervalo de tolerância especificado dentro de 10% da duração da exposição.

Umidade relativa:

GB/T 2423.22-2012:Não menciona explicitamente o controlo da umidade relativa.

GJB 150.5A-2009 4.3.8 (Umidade relativa):A maioria dos procedimentos de ensaio não controla a umidade relativa, mas pode afetar significativamente materiais porosos (por exemplo, materiais fibrosos) onde a umidade absorvida pode se mover e expandir após o congelamento.Salvo disposição específica, o controlo da humidade não é geralmente considerado necessário para os ensaios de choque de temperatura de acordo com estas normas.

Tempo de transição:

GB/T 2423.22-2012 4.5 (Seleção do Tempo de Transição):Para os métodos de duas câmaras, se a transição não puder ser concluída em 3 minutos devido ao tamanho da amostra,O tempo de transição (t2) pode ser aumentado desde que não afete de forma notável os resultados do ensaio., utilizando a fórmula: t2 ≤ 0,05 * t3 (onde t3 é o tempo de estabilização da temperatura da amostra de ensaio).

GJB 150.5A-2009 4.3.9 (Tempo de transição):O tempo de transição deve reflectir a duração real do choque de temperatura durante o ciclo de vida do produto.e qualquer tempo de transição superior a 1 minuto deve ser justificado.

Velocidade do ar:

GB/T 2423.22-2012:Não menciona explicitamente a velocidade do ar na versão actual (as versões anteriores poderiam ter especificado ≤ 2 m/s).

GJB 150.5A-2009 6.2.2 (Velocidade do ar):A velocidade do ar em torno do objeto de ensaio na câmara de ensaio não deve exceder 1,7 m/s.a menos que uma velocidade diferente seja justificada pelo ambiente da plataforma do equipamento e especificada nas condições de ensaio.

Instalação do elemento de ensaio:

O elemento de ensaio deve ser montado de modo a simular as suas condições de utilização reais da melhor forma possível, com as ligações necessárias para os instrumentos de ensaio.

1. Assegurar a acessibilidade de plugues, tampas e pontos de ensaio para avaliar a eficácia do dispositivo de proteção.
2. Substituição das ligações eléctricas e mecânicas normais não utilizadas durante o ensaio por ligações simuladas para garantir o realismo do ensaio.
3. Ensaiar as unidades funcionais individuais separadamente, se o item for constituído por várias unidades independentes.manter uma distância mínima de 15 cm entre as unidades e as paredes da câmara para assegurar uma circulação adequada do ar.
4. Proteção do objeto de ensaio contra contaminantes ambientais irrelevantes.

GB/T 2423.22-2012 7.2.2 (Montagem ou suporte das amostras de ensaio):Salvo disposição em contrário, as estruturas de montagem ou de suporte devem ter uma baixa condutividade térmica para assegurar um isolamento eficaz da amostra de ensaio.devem ser colocadas de modo a permitir a livre circulação de ar entre elas e as superfícies da câmara.

Determinação do número de ciclos de ensaio:

O ciclo de temperatura induz estresse mecânico no item de teste, com tensão interna aumentando com o número de ciclos.

$N(\Delta T{)}^k=Constumt$

Onde:

• N = Número de ciclos de temperatura
• ΔT = variação de temperatura (diferença entre altas e baixas temperaturas)
• k = Exponente (dependente do mecanismo de falha)

Isto é por vezes referido como a fórmula de Coffin-Manson e pode ser reescrito para estimar o número de ciclos de ensaio (Nf2) necessários para simular uma vida útil desejada (Nf1):

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

Onde:

• Nf1 = Número de ciclos até à falha (vida útil real)
• Nf2 = Número de ciclos até à falha (teste)
• ΔT1 = Mudança de temperatura (ambiente de serviço real)
• ΔT2 = variação de temperatura (condições de ensaio)
• k = 2 para metais que sofrem deformação plástica sob carga cíclica, 4 para peças predominantemente de plástico.

Exemplo de cálculo:

Para um conjunto de suportes de bomba de óleo com uma vida útil desejada de 10 anos (2 arranques a frio por dia):

• Nf1 = 10 anos * 365 dias/ano * 2 ciclos/dia = 7300 ciclos
• ΔT1 = 50°C - 0°C = 50°C (intervalo de temperatura de funcionamento real)
• ΔT2 = 80°C - (-40°C) = 120°C (intervalo de temperatura de ensaio)
• k = 4 (assumindo componentes predominantemente de plástico)

$N{f}^2=7300(50/$120- Não.)4≈220Ciclos

Por conseguinte, cerca de 220 ciclos de choque de temperatura nas condições de ensaio dadas podem simular 10 anos de vida útil real.

Compreender estes princípios e parâmetros é crucial para conceber e interpretar eficazmente os testes de choque de temperatura.fornecemos uma gama de câmaras de choque de temperatura e orientação especializada para ajudá-lo a garantir a confiabilidade dos seus produtos em condições térmicas extremasContacte-nos hoje para discutir as suas necessidades específicas de testes.