GJB1505A军用装备实验室温度冲击试验的基础原理和试验技术

  ：本文介绍了温度冲击试验的基础原理和试验技术及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。最后以模拟试验的方式，通过应用温度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。

  随着我国在航天、船海领域的持续不断的发展，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、安全性和电气性能提出了更加严苛的技术指标要求。为了更好的提高装备的可靠性，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及电气性能的一种手段。

  目前国内温度冲击试验方法主要是根据GJB 150.5A，该标准基于IEC 60068-2-14[1]并适应我国武器装备的特性而逐渐完善。下面对GJB 150.5A作简要介绍并分析试验方法、试验程序以及试验条件。

  进行温度冲击试验的目的是验证装备的物理特性（材料）或性能指标在经受周围大气温度的急剧变化（温度冲击）时是否会引起改变，利用在不一样的温度情况下因热胀冷缩所产生的应力来考验被试品质量的试验。温度冲击模拟产品贮存或运送过程中从一个极热（极冷）的环境中突然进入一个极冷（极热）的环境，因此，一般用两个试验箱（冷箱和热箱）或一个试验箱中的两个室（冷室和热室），实现被试品在冷热室之间快速转移[2]。

  当采用高温试验箱和低温试验箱进行温度变化试验时，试验箱的放置应便于被试品在两箱之间迅速转换。低温试验箱的全部箱壁温度偏离规定的试验环境热力学温度不应超过8 %，高温试验箱的全部箱壁温度偏离规定的试验环境热力学温度不应超过3 %，同时被试品不受任何发热和冷却元件的直接辐射。

  如研制总要求或有关标准没有特别的条件，温度冲击试验的温度条件至少要包括被试品相应规定的最高温度条件和最低温度条件。高低温转换时间通常不低于3 min，转换时间过长达不到温度冲击效果。采取了温度冲击试验箱做试验，转换时间通常比较短；采用高温试验箱和低温试验箱交替法做试验时转换时间通常比较长。

  温度冲击试验最重要的包含两个试验程序[3]：程序Ⅰ恒定和程序Ⅱ循环。虽然两个程序都涉及温度条件和性能测试，但高温冲击极值存在不同：

  1）程序Ⅰ恒定。程序Ⅰ的每个极值冲击条件采用恒定的温度。在诸多情况下，温度冲击本身比其他温度效应重要得多，所以试验可采用两个恒定温度进行。尤其是在希望采用更严酷的冲击（例如需对安全来进行评价以及考核初始设计合理性方面）时和在要使用极值温度时要采用恒定温度冲击程序。

  2）程序Ⅱ循环。若要求对真实环境进行仔细地模拟时，应使用程序Ⅱ，因为高温是随着相应的日循环出现的。根据有关技术文件确定装备应达到的功能（工作使用上的要求），并确定会引起温度冲击的环境。

  在实验室环境中，通常根据武器装备的设计温度指标选用程序Ⅰ做试验，若装备承制方技术文件对于程序Ⅱ有明确的要求则按照程序Ⅱ做试验。武器装备使用环境可能包含多个设备平台，程序Ⅱ存在一定的局限性；而若按照程序Ⅰ做试验，是针对武器装备的设计指标进行考核，能够更充分的验证装备的技术特性和电气性能是不是满足设计要求。

  应根据有关技术文件的规定、应力筛选要求选定随用的试验条件和试验技术。若有实测数据，则应使用实测数据。本实验将暴露条件归纳为飞机飞行暴露、空运-沙漠暴露和陆运或空运-寒冷暴露等，且需考虑如下几个维度的内容：

  2）结合实际使用环境和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，或根据其最极端的非工作时候的温度要求确定试验温度；亦可采用能够反映预期的极端贮存条件的试验条件。温度范围应反映预期的使用情况，而不是随意选择一个温度范围；

  4）试件温度稳定（在转换之前）的时间至少应保证试件外表面温度均匀一致（2 ℃以内）。

  5）除技术文件专门提出要求外，不考虑控制相对湿度。针对某些对于湿度敏感的材料（如纤维材料）应在试验前对试验箱进行除湿操作；

  6）应保证温度转换时间能够反映寿命期剖面中实际温度冲击的状态。转换时间应尽可能的短，但若能证明这些额外的时间是合理的，转换时间亦可大于1 min；

  7）受试装备应尽可能在低温保温结束至高温保温结束期间通电检测电气性能，若试验过程中不足以满足测试条件则于试验结束后进行电气性能测试。

  根据受试产品的使用环境，能确定其主要暴露于高低温度的环境之中。据此，为了更全面真实的模拟产品的使用环境，确定需要对装备进行温度冲击试验。温度的迅速变化预期会对装备内部模块组件的电气性能产生显著的影响；为充分验证该型装备应对温度冲击的适应性，进行温度冲击试验。

  选定了试验方法，然后对温度冲击试验的试验条件做多元化的分析。由于受试产品使用服役于多地域，且受高温日照影响有限，所以在确定温度冲击试验条件时，考虑按照产品设计极限值进行，选取试验程序Ⅰ。按GJB 150.5A规定，要求温度转换前受试产品能达到温度稳定，所以将温度稳定时间设定为4 h；此外，需考虑试验箱内湿度对装备的影响。因受试产品在使用环境下湿度比较小，仅在存放时会经受湿热因素影响，所以，在温度冲击试验过程中不考虑湿度。

  受试产品属一直处在贮存状态，执行作战任务时短期内随飞机处于高层大气中，使用不频繁，故而按GJB 150.5A最低循环冲击次数不小于3次的要求，选取最低试验循环冲击次数3次（3次高温冲击，2次低温冲击）。温度转换时间按规定要求尽量小于1 min，确实不足以满足时说明理由，由于传统温度冲击试验设备内部空间不足以满足受试产品整体放置的需求，选择相邻高低温试验箱通过两箱法实现温度冲击，能够很好的满足在3 min内实现温度转换的要求（技术文件要求转换时间小于10 min）。

  考虑受试产品的实际寿命期间所经历的环境状态，将温度冲击试验定于高低温、湿热、振动试验后进行。至此，该型吊舱装备温度冲击试验项目剪裁完成，可选择试验设备，开始试验实施。

  选取哈丁试验生产的BHT 7150-5F型步入式快速温变湿热试验箱两套，该设备气温变化速率大于5 ℃/min，且试验日期在其检定有效期内。试验实施前经预试验验证，试验箱可满足在样品转换试验箱（小于30 s）后在不大于3 min内恢复试验保温温度要求。

  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15 cm，确保试验箱内循环空气的流通。受试装备放置情况见图4。

  1）将高低温试验箱分别手动升降温至-55 ℃和70 ℃，待试验箱温度达到设定值后开始计时；

  2）待受试产品在低温试验箱中保温时间达到4 h后，开启试验箱门，在最短时间之内手动转移至高温试验箱中；关闭试验箱门，使高温试验室在3 min内恢复至设定温度值；

  3）待受试产品在高温试验箱中保温时间达到4 h后，开启试验箱门，迅速转移至低温试验箱中；关闭试验箱门，使低温试验室在3 min内恢复至设定温度值；

  4）重复步骤2）3次，步骤3）2次，在最后一次高温室保温结束后以不大于3 ℃/min的速率恢复至实验室常温温度（15 ℃～35 ℃，20 %RH～80 %RH），保持至温度稳定；

  5）恢复结束后，在试验的标准大气条件下对受试产品做外观和功能/性能检验测试，最终便可得出该型产品经历温度冲击试验的结果。

  本文综述了GJB 150.5A-2009温度冲击试验方法，对试验目的、试验程序、试验过程进行了详细描述，结合典型的温度冲击试验案例，介绍了具体试验过程中标准的剪裁方法及试验流程，为装备在实验室环境下开展温度冲击试验提供理论指导。

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