1、溫度沖擊的定義

熱沖擊試驗（Thermal Shock Testing）常被稱(chēng)作溫度沖擊試驗（Temperature Shock Testing）或者溫度循環(huán)（Temperature Cycling），高低溫冷熱沖擊試驗。
溫度沖擊按照GJB 150.5A-2009 3.1的說(shuō)法，是裝備周?chē)髿鉁囟鹊募眲∽兓?，溫度變化率大?0度/min，即為溫度沖擊。MIL-STD-810F 503.4(2001)持相類(lèi)似的觀(guān)點(diǎn)。

2、溫度沖擊測試的目的
溫度沖擊試驗的目的：工程研制階段可用于發(fā)現產(chǎn)品的設計和工藝缺陷；產(chǎn)品定型或設計鑒定和量產(chǎn)階段用于驗證產(chǎn)品對溫度沖擊環(huán)境的適應性，為設計定型和量產(chǎn)驗收決策提供依據；作為環(huán)境應力篩選應用時(shí)，目的是剔除產(chǎn)品的早期故障。

3、溫度沖擊的應用
電子設備和元器件中發(fā)生溫度變化的情況很普遍。當設備未通電時(shí)，其內部零件要比其外表面上的零件經(jīng)受的溫度變化慢。

下列情況下，可預見(jiàn)快速的溫度變化：
——當設備從溫暖的室內環(huán)境轉移到寒冷的戶(hù)外環(huán)境，或相反情況時(shí)；
——當設備遇到淋雨或浸入冷水中而突然冷卻時(shí)；
——安裝于外部的機載設備中；
——在某些運輸和貯存條件下。

通電后設備中會(huì )產(chǎn)生高的溫度梯度，由于溫度變化，元器件會(huì )經(jīng)受應力，例如，在大功率的電阻器旁邊，輻射會(huì )引起鄰近元器件表面溫度升高，而其他部分仍然是冷的。
當冷卻系統通電時(shí)，人工冷卻的元器件會(huì )經(jīng)受快速的溫度變化。在設備的制造過(guò)程中同樣可引起元器件的快速溫度變化。溫度變化的次數和幅度以及時(shí)間間隔都是很重要的。

4、溫度沖擊的效應
溫度沖擊通常對靠近裝備外表面的部分影響更嚴重，離外表面越遠（當然，與相關(guān)材料的特性有關(guān)），溫度變化越慢，影響越不明顯。運輸箱、包裝等還會(huì )減小溫度沖擊對封閉的裝備的影響。急劇的溫度變化可能會(huì )暫時(shí)或永久地影響裝備的工作。下面是裝備暴露于溫度沖擊環(huán)境時(shí)可能引發(fā)的問(wèn)題示例?？紤]以下典型問(wèn)題，有助于確定本試驗是否適用于受試裝備。

（1） 典型物理效應有：
1)玻璃容器和光學(xué)儀器的碎裂；
2)運動(dòng)部件的卡緊或松弛；
3)爆炸物中固態(tài)藥丸或藥柱產(chǎn)生裂紋；
4)不同材料的收縮或膨脹率、或誘發(fā)應變速率不同；
5)零部件的變形或破裂；
6)表面涂層開(kāi)裂；
7)密封艙泄漏；
8)絕緣保護失效。

（2） 典型化學(xué)效應有：
1）各組分分離；
2）化學(xué)試劑保護失效。

（3）典型電效應有：
1）電氣和電子元器件的變化；
2）快速冷凝水或結霜引起電子或機械故障；
3）靜電過(guò)量。

5、冷熱沖擊測試方法的類(lèi)型
根據IEC和國家標準，分為三種：
1、試驗Na:規定轉換時(shí)間的快速溫度變化；空氣；
2、試驗Nb：規定變化速率的溫度變化；空氣；
3、試驗Nc：兩液槽法快速溫度變化；液體；

上面3種試驗，1、2以空氣作為介質(zhì)，第3種以液體（水或其它液體）作為介質(zhì)。1、2的轉換時(shí)間較長(cháng)，3的轉換時(shí)間較短。

溫度沖擊按照GJB 150.5A-2009 3.1的說(shuō)法，是裝備周?chē)髿鉁囟鹊募眲∽兓?，溫度變化率大?0度/min，即為溫度沖擊。MIL-STD-810F 503.4(2001)持相類(lèi)似的觀(guān)點(diǎn)。

個(gè)人認為不能因此理解為大于這個(gè)速率的試驗就是溫度沖擊試驗。溫度沖擊試驗的速率比這個(gè)現實(shí)情況要嚴苛。經(jīng)常能聽(tīng)到說(shuō)溫度沖擊的速率大于20度/min,30度/min,50度/分鐘，甚至更快。

溫度變化原因有很多，相關(guān)標準里面都有提及：

GB/T 2423.22-2012 環(huán)境試驗 第2部分 試驗N:溫度變化

3 溫度變化的現場(chǎng)條件

電子設備和元器件中發(fā)生溫度變化的情況很普遍。當設備未通電時(shí)，其內部零件要比其外表面上的零件經(jīng)受的溫度變化慢。

下列情況下，可預見(jiàn)快速的溫度變化：

——當設備從溫暖的室內環(huán)境轉移到寒冷的戶(hù)外環(huán)境，或相反情況時(shí)；

——當設備遇到淋雨或浸入冷水中而突然冷卻時(shí)；

——安裝于外部的機載設備中；

——在某些運輸和貯存條件下。

通電后設備中會(huì )產(chǎn)生高的溫度梯度，由于溫度變化，元器件會(huì )經(jīng)受應力，例如，在大功率的電阻器旁邊，輻射會(huì )引起鄰近元器件表面溫度升高，而其他部分仍然是冷的。

當冷卻系統通電時(shí)，人工冷卻的元器件會(huì )經(jīng)受快速的溫度變化。在設備的制造過(guò)程中同樣可引起元器件的快速溫度變化。溫度變化的次數和幅度以及時(shí)間間隔都是很重要的。

GJB 150.5A-2009軍用裝備實(shí)驗室環(huán)境試驗方法第5部分：溫度沖擊試驗

3.2應用

3.2.1正常環(huán)境

本試驗適用于可能會(huì )在空氣溫度發(fā)生急劇變化的地方使用的裝備。本試驗僅用來(lái)評價(jià)溫度急劇變化對裝備的外表面、安裝在外表面的零部件、或裝在靠近外表面的內部零部件的影響。典型情況如下：

A) 裝備在熱區域和低溫環(huán)境之間轉換；

B) 通過(guò)高性能運載工具，從地面高溫環(huán)境升到高空（只是熱到冷）；

C) 僅用外部材料（包裝或裝備表面材料）進(jìn)行試驗時(shí)，從處在高空和低溫條件下熱的飛機防護殼體內向外空投。

3.2.2安全性和環(huán)境應力篩選

除3.3所述外，本試驗適用于提示裝備暴露在低于極端溫度變化速率（只要試驗條件下不超過(guò)裝備的設計極限）下通常出現的安全性問(wèn)題和潛在的缺陷。本試驗雖然用作環(huán)境應力篩選（ESS），但經(jīng)適當工程處理后，也可以將其作為一個(gè)篩選試驗（使用更極端溫度的溫度沖擊），用來(lái)揭示裝備暴露在低于極端溫度條件下會(huì )出現的潛在缺陷。

溫度沖擊的效應

GJB 150.5A-2009軍用裝備實(shí)驗室環(huán)境試驗方法第5部分：溫度沖擊試驗

4.1.2 環(huán)境效應

溫度沖擊通常對靠近裝備外表面的部分影響更嚴重，離外表面越遠（當然，與相關(guān)材料的特性有關(guān)），溫度變化越慢，影響越不明顯。運輸箱、包裝等還會(huì )減小溫度沖擊對封閉的裝備的影響。急劇的溫度變化可能會(huì )暫時(shí)或永久地影響裝備的工作。下面是裝備暴露于溫度沖擊環(huán)境時(shí)可能引發(fā)的問(wèn)題示例?？紤]以下典型問(wèn)題，有助于確定本試驗是否適用于受試裝備。

A) 典型物理效應有：

1) 玻璃容器和光學(xué)儀器的碎裂；

2) 運動(dòng)部件的卡緊或松弛；

3) 爆炸物中固態(tài)藥丸或藥柱產(chǎn)生裂紋；

4) 不同材料的收縮或膨脹率、或誘發(fā)應變速率不同；

5) 零部件的變形或破裂；

6) 表面涂層開(kāi)裂；

7) 密封艙泄漏；

8) 絕緣保護失效。

b)典型化學(xué)效應有：

1）各組分分離；

2）化學(xué)試劑保護失效。

C）典型電效應有：

1）電氣和電子元器件的變化；

2）快速冷凝水或結霜引起電子或機械故障；

3）靜電過(guò)量。

 

溫度沖擊試驗的目的：工程研制階段可用于發(fā)現產(chǎn)品的設計和工藝缺陷；產(chǎn)品定型或設計鑒定和量產(chǎn)階段用于驗證產(chǎn)品對溫度沖擊環(huán)境的適應性，為設計定型和量產(chǎn)驗收決策提供依據；作為環(huán)境應力篩選應用時(shí)，目的是剔除產(chǎn)品的早期故障。

溫度變化試驗的類(lèi)型，根據IEC和國家標準，分為三種：

1、 試驗Na:規定轉換時(shí)間的快速溫度變化；空氣；

2、 試驗Nb：規定變化速率的溫度變化；空氣；

3、 試驗Nc：兩液槽法快速溫度變化；液體；

上面3種試驗，1、2以空氣作為介質(zhì)，第3種以液體（水或其它液體）作為介質(zhì)。1、2的轉換時(shí)間較長(cháng)，3的轉換時(shí)間較短。

標準

其它標準：

• MIL-STD-883, Method 1010, Temperature Cycling

• JESD22-A104D, Temperature Cycling

• JESD22-A106B

• JIS C 680068-2-14:2011（替代JIS C0025:1988）

• JASO D 001

• EIA The air-to-air thermal shock test is JESD22-A104D "Temperature Cycling"

• EIA The liquid-to-liquid thermal shock test is JESD22-A106B "Thermal Shock"

• EIAJ ED-2531A

• GB897.4-2008/IEC60086-4：2007

• GJB548B-2005方法1011.1

• GJB128A-97方法1056

此外還有一些企業(yè)內部的標準，比如一些汽車(chē)廠(chǎng)商企業(yè)內部的標準。

試驗參數包括下列各項：

——試驗室環(huán)境溫度；

——高溫；

——低溫；

——暴露持續時(shí)間；

——轉換時(shí)間或變化速率；

——試驗循環(huán)數。

穩定時(shí)間

GJB 150.5A-2009 4.3.7 溫度穩定

試件溫度穩定（在轉換之前）的時(shí)間至少應保證試件整個(gè)外部的溫度均勻一致。

GB/T 2423.22-2012 環(huán)境試驗 第2部分 試驗N:溫度變化

7.2.1 部分最后一句：

在放入試驗樣品后，空氣溫度應在暴露持續時(shí)間的10%以?xún)冗_到規定的容差范圍。

EIA-364-32E-2008 4.3 Specimen mass determination

相對濕度：

GB/T 2423.22-2012 環(huán)境試驗 第2部分 試驗N:溫度變化

沒(méi)有提到相關(guān)內容。

GJB 150.5A-2009 4.3.8 相對濕度

大部分試驗方案都不控制相對濕度。但是溫度沖擊試驗過(guò)程中的相對濕度，對某些常見(jiàn)的多孔滲水材料（如纖維材料）可能有顯著(zhù)的影響——滲入的濕氣可以移動(dòng)并在結冰時(shí)會(huì )膨脹。除專(zhuān)門(mén)提出要求外，否則不必考慮控制相對濕度。

所以目前按照這兩個(gè)標準是沒(méi)有必要太多關(guān)注溫度沖擊試驗過(guò)程中的濕度控制問(wèn)題。

轉換時(shí)間

GB/T 2423.22-2012 環(huán)境試驗 第2部分 試驗N:溫度變化

4.5 轉換時(shí)間的選擇

在兩箱法的情況下，如果由于樣品尺寸大，不能在3min內完成轉換，那么只要不對試驗結果產(chǎn)生可察覺(jué)的影響，可按下式增加轉換時(shí)間：

t2≤0.05t3

式中：

T2——轉換時(shí)間；t3——試驗樣品的溫度穩定時(shí)間。

GJB 150.5A-2009 4.3.9 轉換時(shí)間

應保證轉換時(shí)間能反映壽命期剖面中實(shí)際溫度沖擊的相應時(shí)間。轉換時(shí)間應盡可能短，但若轉換時(shí)間大于1min，則應證明這些額外的時(shí)間是合理的。

風(fēng)速

GB/T 2423.22-2012 環(huán)境試驗 第2部分 試驗N:溫度變化

沒(méi)有提到相關(guān)內容。

在舊版本大概有提到，不大于2m/s。

GJB 150.5A-2009 6.2.2 風(fēng)速

除裝備平臺環(huán)境已經(jīng)證明采用其他風(fēng)速是合理的，并提供了規定的試驗條件，試驗箱內試件周?chē)娘L(fēng)速不應超過(guò)1.7m/s。

試件的安裝和調試要求。試件的安裝應盡可能模擬實(shí)際使用狀況，并按需要進(jìn)行試件連接和測試儀器連接。安裝時(shí)應注意：

（1） 若考核試件防護裝置有效性，應保證實(shí)際使用中插頭、外罩和檢測板處在便于測試的位置，在操作時(shí)處于正常（防護或未加防護）方式。

（2） 實(shí)際使用中試件上正常電氣連接和機械連接，在試驗中不用，應用模擬接頭代替，以確保試驗真實(shí)。

（3） 試件若包括兩個(gè)或兩個(gè)以上具有完整功能的獨立單元，可對各單元分別進(jìn)行試驗。若對各單元一起進(jìn)行試驗，在機械、電氣和射頻連接接口允許情況下，各單元之間以及單元與試驗箱內壁間至少應保持15cm,確保箱內空氣能正常循環(huán)。

（4） 保護試件不受無(wú)關(guān)的環(huán)境污染物影響

GB/T 2423.22-2012 環(huán)境試驗 第2部分 試驗N:溫度變化

7.2.2 試驗樣品的安裝或支撐

除非相關(guān)規范另有規定，安裝或支撐架應具有低導熱性，以使得試驗樣品實(shí)際上是絕熱的。當幾個(gè)試驗樣品同時(shí)試驗時(shí)，放置試驗樣品時(shí)應使得試驗樣品之間、試驗樣品和試驗箱內表面之間的空氣自由流通。

 

有大神的文章里提到了木板，看來(lái)是點(diǎn)道理啊。

試驗循環(huán)次數的確定

由于溫度交變在試件中引起機械應力，導致隨溫度交變次數的增加試件內部振動(dòng)的增加。在可靠性技術(shù)中適用以下經(jīng)驗求得的關(guān)系式：

    N（ΔT）k  =常數

其中：N= 溫度周期的次數

    ΔT=溫度變化，即高溫與低溫的差值

    K =指數（取決于失效機理）

上述的一般關(guān)系在有的參考文獻中稱(chēng)為Coffin-Manson公式?？筛膶?xiě)為如下形式：

其中：Nf1 = 至失效為止的周期次數（實(shí)際）

          Nf2 = 至失效為止的周期次數（試驗）

         ΔT1 = 溫度變化（實(shí)際）

         ΔT2 = 溫度變化（試驗）

          k= 對遭受交變負荷的、其變形在塑性范圍內發(fā)生的金屬為2，對以塑料件為主的試件取4。

計算實(shí)例：

油泵支架總成溫度沖擊循環(huán)次數計算：

按上述公式取

Nf1 =10*365*2(10年，每年365天，每天2次冷起動(dòng))=7300

ΔT1 =50-0=50

ΔT2 =80-(-40)=120

k=4

計算可得Nf2 =220

即進(jìn)行220次溫度沖擊試驗可以模擬實(shí)際10年的使用壽命。