冷熱沖擊破壞性試驗(yàn)箱主要類型與工作原理

根據(jù)樣品在高溫和低溫之間切換方式的不同，主要分為以下三種類型：

1. 兩箱式（提籃式）冷熱沖擊箱

• 結(jié)構(gòu)：擁有一個(gè)高溫箱、一個(gè)低溫箱和一個(gè)懸掛于兩者之間的提籃。測試樣品放置在提籃中。

• 工作流程：

1. 預(yù)處理：樣品在高溫箱或低溫箱中暴露一段時(shí)間。

2. 沖擊：提籃在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，在數(shù)秒內(nèi)從當(dāng)前溫區(qū)移動(dòng)到另一個(gè)溫區(qū)。

3. 恢復(fù)：樣品在新溫區(qū)中保持預(yù)設(shè)時(shí)間。

4. 循環(huán)：重復(fù)此過程，完成設(shè)定的循環(huán)次數(shù)。

• 優(yōu)點(diǎn)：溫度轉(zhuǎn)換速率極快，溫變速率可達(dá) 15°C/sec ~ 30°C/sec 以上。高溫和低溫隔離，無干擾。

• 缺點(diǎn)：由于提籃需要機(jī)械運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行時(shí)有噪音和振動(dòng)。

2. 三箱式（吊籃式）冷熱沖擊箱

• 結(jié)構(gòu)：擁有一個(gè)高溫箱、一個(gè)低溫箱和一個(gè)位于中間的測試區(qū)。樣品籃始終位于測試區(qū)。

• 工作流程：

1. 高溫箱和低溫箱的門關(guān)閉，對(duì)測試樣品進(jìn)行溫度預(yù)處理。

2. 沖擊：通過氣動(dòng)或機(jī)械方式，打開高溫箱（或低溫箱）與測試區(qū)之間的風(fēng)門，并通過風(fēng)扇將高溫（或低溫）氣流快速吹入測試區(qū)，對(duì)樣品進(jìn)行沖擊。

3. 恢復(fù)：風(fēng)門關(guān)閉，樣品在測試區(qū)保持溫度。

4. 循環(huán)：切換風(fēng)門，進(jìn)行反向沖擊。

• 優(yōu)點(diǎn)：測試樣品靜止不動(dòng)，無移動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)，適合對(duì)振動(dòng)敏感的產(chǎn)品。

• 缺點(diǎn)：溫度轉(zhuǎn)換速率相對(duì)兩箱式稍慢，通常為 5°C/sec ~ 15°C/sec。可能存在少量的冷熱氣流混合。

3. 液體槽式冷熱沖擊箱

• 結(jié)構(gòu)：使用兩個(gè)液槽（高溫硅油槽和低溫硅油槽）來代替空氣作為熱傳導(dǎo)介質(zhì)。

• 工作流程：通過機(jī)械臂將樣品籃在兩個(gè)液槽之間快速切換。

• 優(yōu)點(diǎn)：高的熱傳導(dǎo)效率，溫變速率快，可達(dá) 30°C/sec ~ 50°C/sec 甚至更高。

• 缺點(diǎn)：設(shè)備復(fù)雜、昂貴；測試后樣品需要清潔；不適用于對(duì)液體敏感或不能接觸油污的產(chǎn)品。

• 應(yīng)用：主要用于航天等對(duì)溫度沖擊速率要求的領(lǐng)域。

 核心系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)組成

無論哪種類型，冷熱沖擊箱通常包含以下核心系統(tǒng)：

1. 箱體結(jié)構(gòu)：內(nèi)外箱通常采用高級(jí)不銹鋼（SUS304），中間填充高強(qiáng)度保溫材料（如超細(xì)玻璃纖維），確保絕熱。

2. 高溫系統(tǒng)：采用鎳鉻合金電加熱器，配合高性能風(fēng)機(jī)，確保高溫區(qū)快速升溫和溫度均勻。

3. 低溫系統(tǒng)：采用機(jī)械式壓縮制冷，通常使用復(fù)疊式制冷系統(tǒng)（兩個(gè)或多個(gè)壓縮機(jī)串聯(lián)），以達(dá)到-55°C、-65°C甚至更低的溫度。

4. 控制系統(tǒng)：

• 核心：PLC（可編程邏輯控制器） + 觸摸屏人機(jī)界面。

• 功能：設(shè)定高低溫溫度、沖擊時(shí)間、循環(huán)次數(shù)、運(yùn)行模式等，并可實(shí)時(shí)顯示溫度曲線和運(yùn)行狀態(tài)。

5. 轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)：

• 兩箱式：電機(jī)、鏈條/鋼絲繩、提籃。

• 三箱式：氣動(dòng)風(fēng)門、風(fēng)道、循環(huán)風(fēng)機(jī)。

6. 安全保護(hù)系統(tǒng)：超溫保護(hù)、過流保護(hù)、壓縮機(jī)延時(shí)保護(hù)、漏電保護(hù)、樣品異常監(jiān)控等。

 關(guān)鍵性能參數(shù)

在選擇和使用冷熱沖擊箱時(shí)，需要關(guān)注以下參數(shù)：

• 溫度范圍：高溫范圍（如 +150°C, +200°C），低溫范圍（如 -40°C, -55°C, -65°C）。

• 高溫槽升溫時(shí)間：從常溫升至高溫度所需時(shí)間。

• 低溫槽降溫時(shí)間：從常溫降低溫度所需時(shí)間。

• 試驗(yàn)槽溫度恢復(fù)時(shí)間：樣品轉(zhuǎn)換后，試驗(yàn)槽溫度恢復(fù)到設(shè)定溫度所需時(shí)間（通常要求在5分鐘內(nèi)）。這是衡量沖擊性能的關(guān)鍵指標(biāo)。

• 溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間：從高溫到低溫或反之的切換時(shí)間，通常要求在 10秒以內(nèi)（兩箱式可做到5秒內(nèi)）。

• 溫度波動(dòng)度：設(shè)備在穩(wěn)定時(shí)，控制點(diǎn)溫度的波動(dòng)范圍。

• 溫度均勻度：在穩(wěn)定時(shí)，測試區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)的溫度差異。

• 樣品籃尺寸/負(fù)載能力：能夠容納的樣品大小和重量。

• 主要應(yīng)用領(lǐng)域

• 電子電器：PCB、IC芯片、LED、汽車電子、手機(jī)、電腦、家電等

• 航空航天：衛(wèi)星、飛機(jī)零部件、導(dǎo)航系統(tǒng)。

• 汽車行業(yè)：發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元、傳感器、連接器、輪胎、密封件。

• 材料科學(xué)：塑料、橡膠、金屬、復(fù)合材料、涂層、粘合劑。

• 科研機(jī)構(gòu)與質(zhì)檢單位。

 標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范

冷熱沖擊試驗(yàn)通常遵循一系列國際和國家標(biāo)準(zhǔn)，例如：

• IEC 60068-2-14

• MIL-STD-810H

• JESD22-A104

• GB/T 2423.22

這些標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)條件（溫度、時(shí)間、轉(zhuǎn)換時(shí)間、循環(huán)次數(shù)）做出了明確規(guī)定。

安全操作與注意事項(xiàng)

1. 嚴(yán)禁測試物品：易燃、易爆、易揮發(fā)性物品及強(qiáng)腐蝕性物質(zhì)。

2. 樣品擺放：樣品應(yīng)合理放置，確保氣流循環(huán)暢通，不堵塞風(fēng)道。

3. 定期檢查：定期檢查電源線、電氣部件、制冷系統(tǒng)壓力等。

4. 個(gè)人防護(hù)：試驗(yàn)過程中及結(jié)束后，箱內(nèi)溫度高低，嚴(yán)禁直接用手觸摸箱體和樣品，需佩戴高溫/低溫手套。

5. 設(shè)備接地：必須確保設(shè)備良好接地，以防靜電或漏電危險(xiǎn)。

6. 緊急情況：熟悉急停開關(guān)的位置，遇到異常立即按下。總結(jié)

冷熱沖擊破壞性試驗(yàn)箱是現(xiàn)代工業(yè)中的可靠性測試設(shè)備，它通過創(chuàng)造嚴(yán)酷的溫度劇變環(huán)境，在短時(shí)間內(nèi)暴露產(chǎn)品的潛在缺陷，為提升產(chǎn)品質(zhì)量、可靠性和壽命提供了至關(guān)重要的數(shù)據(jù)支持。選擇合適的類型并嚴(yán)格按照規(guī)范操作，是確保測試有效性和安全性的關(guān)鍵。