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《高低溫沖擊試驗(yàn)箱:瞬間切換溫度的嚴(yán)苛考官》

來源:廣東皓天檢測儀器有限公司   2025年05月21日 16:56  

高低溫沖擊試驗(yàn)箱:瞬間切換溫度的嚴(yán)苛考官

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在科技飛速發(fā)展的當(dāng)下,產(chǎn)品面臨的使用環(huán)境日益復(fù)雜,尤其是溫度變化對產(chǎn)品性能和可靠性提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。高低溫沖擊試驗(yàn)箱憑借其瞬間切換溫度的能力,成為檢測產(chǎn)品耐受溫度變化能力的關(guān)鍵設(shè)備,猶如一位嚴(yán)苛的考官,精準(zhǔn)評估產(chǎn)品在溫度沖擊下的表現(xiàn)。

一、試驗(yàn)?zāi)康?/span>

本次試驗(yàn)旨在利用高低溫沖擊試驗(yàn)箱,模擬產(chǎn)品在實(shí)際使用過程中可能遭遇的溫度突變環(huán)境,如電子產(chǎn)品在運(yùn)輸途中經(jīng)歷的晝夜溫差劇變、航空航天設(shè)備在高空環(huán)境中的溫度驟變等場景。通過對產(chǎn)品進(jìn)行快速的高低溫沖擊測試,檢測產(chǎn)品內(nèi)部材料、零部件以及整體結(jié)構(gòu)在溫度應(yīng)力作用下的性能變化,評估產(chǎn)品的可靠性、穩(wěn)定性和抗疲勞能力,為產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)化、質(zhì)量改進(jìn)和生產(chǎn)工藝調(diào)整提供科學(xué)依據(jù),確保產(chǎn)品在溫度環(huán)境下仍能正常運(yùn)行。

二、實(shí)驗(yàn) / 設(shè)備條件

本次試驗(yàn)選用一款高性能高低溫沖擊試驗(yàn)箱,該設(shè)備由高溫箱、低溫箱和測試腔三部分組成,采用三廂式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。高溫箱溫度可達(dá) 150℃,低溫箱溫度可達(dá) -70℃,溫度波動度 ±0.5℃ 。設(shè)備的溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間極短,從高溫到低溫或低溫到高溫的切換時(shí)間不超過 5 秒,能夠?qū)崿F(xiàn)快速的溫度沖擊效果。測試腔內(nèi)配備高精度的溫度傳感器和風(fēng)速調(diào)節(jié)裝置,確保溫度均勻性≤±2℃,風(fēng)速穩(wěn)定在 1 - 2m/s,保證試驗(yàn)樣品各部位受到一致的溫度沖擊。此外,設(shè)備搭載智能控制系統(tǒng),支持程序編程,可靈活設(shè)置溫度沖擊的次數(shù)、高低溫保持時(shí)間等參數(shù),并具備超溫報(bào)警、漏電保護(hù)等安全功能,保障試驗(yàn)安全可靠進(jìn)行。

三、試驗(yàn)樣品

選取某型號智能手機(jī)主板、汽車發(fā)動機(jī)控制單元(ECU)、航空航天用連接器三類產(chǎn)品作為試驗(yàn)樣品。智能手機(jī)主板集成眾多精密電子元件,對溫度變化較為敏感;汽車 ECU 需在復(fù)雜的戶外環(huán)境中穩(wěn)定工作,承受溫度頻繁波動;航空航天用連接器則關(guān)乎飛行安全,對溫度下的性能要求高。這三類樣品涵蓋了消費(fèi)電子、汽車工業(yè)和航空航天等領(lǐng)域,具有廣泛的代表性。

四、試驗(yàn)步驟及條件

(一)智能手機(jī)主板試驗(yàn)

將智能手機(jī)主板固定在測試腔內(nèi)的樣品架上,設(shè)定高溫箱溫度為 85℃,低溫箱溫度為 -20℃。首先,主板在高溫環(huán)境下保持 30 分鐘,隨后在 5 秒內(nèi)快速切換至低溫環(huán)境,并在 -20℃下保持 30 分鐘,此為一個(gè)溫度沖擊循環(huán)。重復(fù)該循環(huán) 50 次,模擬手機(jī)在環(huán)境下長期使用的場景。

(二)汽車發(fā)動機(jī)控制單元(ECU)試驗(yàn)

把 ECU 安裝在模擬工裝夾具上,置于測試腔中。設(shè)置高溫箱溫度為 120℃,低溫箱溫度為 -40℃。ECU 在高溫環(huán)境保持 60 分鐘后,迅速切換至低溫環(huán)境,在 -40℃下保持 60 分鐘,構(gòu)成一次溫度沖擊。按照此流程進(jìn)行 30 次循環(huán)測試,模擬汽車在不同季節(jié)、不同行駛工況下 ECU 所面臨的溫度變化。

(三)航空航天用連接器試驗(yàn)

將連接器樣品連接模擬電路,放入測試腔。設(shè)定高溫箱溫度為 150℃,低溫箱溫度為 -70℃。連接器在高溫環(huán)境下持續(xù) 90 分鐘,緊接著在極短時(shí)間內(nèi)切換到低溫環(huán)境,于 -70℃下保持 90 分鐘,作為一次完整的溫度沖擊過程。進(jìn)行 20 次這樣的沖擊循環(huán),模擬航空航天設(shè)備在高空飛行過程中的溫度變化情況。

五、數(shù)據(jù)采集與分析

試驗(yàn)過程中,設(shè)備內(nèi)置的溫度傳感器每 10 秒記錄一次測試腔內(nèi)的溫度數(shù)據(jù),同時(shí)通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測試驗(yàn)樣品的關(guān)鍵性能參數(shù)。對于智能手機(jī)主板,采集其工作電壓、電流、信號傳輸穩(wěn)定性等數(shù)據(jù);汽車 ECU 則監(jiān)測其控制指令響應(yīng)時(shí)間、數(shù)據(jù)處理準(zhǔn)確性;航空航天用連接器主要檢測其接觸電阻、絕緣電阻等參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)束后,運(yùn)用專業(yè)的數(shù)據(jù)分析軟件對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,繪制溫度 - 性能曲線,對比分析試驗(yàn)前后樣品性能的變化趨勢,并采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法評估數(shù)據(jù)的離散程度,判斷試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。

六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論

(一)智能手機(jī)主板試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過 50 次高低溫沖擊循環(huán)后,部分主板出現(xiàn)焊點(diǎn)開裂、電容失效的情況,導(dǎo)致手機(jī)出現(xiàn)死機(jī)、信號中斷等故障。這表明該型號智能手機(jī)主板在應(yīng)對溫度變化時(shí),其焊接工藝和電子元件的耐溫性能存在不足。

(二)汽車發(fā)動機(jī)控制單元(ECU)試驗(yàn)結(jié)果

30 次溫度沖擊試驗(yàn)后,ECU 整體功能正常,但部分信號傳輸接口出現(xiàn)接觸不良的現(xiàn)象,經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)接口處的密封橡膠圈在低溫環(huán)境下變硬、彈性下降,影響了連接穩(wěn)定性。說明 ECU 在設(shè)計(jì)時(shí),對接口部件在溫度下的性能考慮不夠周全。

(三)航空航天用連接器試驗(yàn)結(jié)果

20 次沖擊循環(huán)后,連接器的接觸電阻出現(xiàn)明顯增大,部分連接器甚至出現(xiàn)絕緣性能下降的問題,存在安全隱患。這反映出該型號連接器在溫度環(huán)境下的可靠性有待提高。

(四)總體結(jié)論

高低溫沖擊試驗(yàn)箱能夠精準(zhǔn)模擬溫度突變環(huán)境,通過快速的溫度切換,有效暴露了試驗(yàn)樣品在溫度應(yīng)力下的潛在問題。無論是消費(fèi)電子產(chǎn)品、汽車零部件還是航空航天設(shè)備,在面對瞬間溫度變化時(shí),其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、材料性能和制造工藝都會受到嚴(yán)峻考驗(yàn)。本次試驗(yàn)充分驗(yàn)證了高低溫沖擊試驗(yàn)箱作為產(chǎn)品可靠性檢測工具的重要性和有效性,為各行業(yè)產(chǎn)品優(yōu)化升級提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持。

七、失效分析與改進(jìn)建議

(一)失效分析

智能手機(jī)主板焊點(diǎn)開裂主要是由于焊接工藝參數(shù)不合理,焊料在高低溫循環(huán)下熱膨脹系數(shù)不匹配,導(dǎo)致應(yīng)力集中;汽車 ECU 接口密封橡膠圈低溫性能差,是因?yàn)椴牧线x型不當(dāng),未充分考慮低溫環(huán)境下的使用要求;航空航天用連接器接觸電阻增大和絕緣性能下降,則是由于連接器內(nèi)部金屬材料在溫度沖擊下發(fā)生氧化、變形,以及絕緣材料老化所致。

(二)改進(jìn)建議

針對智能手機(jī)主板,優(yōu)化焊接工藝,選擇熱膨脹系數(shù)與主板材料匹配的焊料,并改進(jìn)焊接參數(shù);對于汽車 ECU,更換耐低溫性能優(yōu)異的密封橡膠圈材料,加強(qiáng)接口部位的密封設(shè)計(jì);航空航天用連接器需采用抗氧化、耐高低溫的金屬材料,并對連接器內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,增加絕緣層的防護(hù)性能。此外,建議企業(yè)在產(chǎn)品研發(fā)階段,加大高低溫沖擊試驗(yàn)的測試力度,提前發(fā)現(xiàn)潛在問題,從源頭上提高產(chǎn)品的可靠性和環(huán)境適應(yīng)性。


以上方案僅供參考,在實(shí)際試驗(yàn)過程中,可根據(jù)具體的試驗(yàn)需求、資源條件以及產(chǎn)品的特性進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整與優(yōu)化。


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