De tijd dat producten zonder voorafgaande tests op de markt werden gebracht, is voorbij. In de moderne productie wordt geen enkel product op de markt gebracht zonder specifieke tests. De thermische schok- en thermische cyclustests behoren tot de meest gangbare. Er wordt echter vaak gediscussieerd over de vraag of thermische schok- of thermische cyclustests de voorkeur verdienen.
Het is interessant dat velen denken dat beide tests hetzelfde zijn, omdat bij beide een materiaal of product wordt verwarmd. Dit is echter onjuist, aangezien de twee tests verschillend zijn en unieke informatie over de producten opleveren. Ze worden toegepast op producten die zowel aan hoge als aan lage temperaturen worden blootgesteld, maar op totaal verschillende manieren. In dit artikel zal ik de verschillen tussen thermische schok- en thermische cyclustests bespreken.
Wat is een thermische schoktest?
Het gebruik van thermische schoktests is gebruikelijk in tal van sectoren. Alle onderdelen die bedoeld zijn voor gebruik bij wisselende temperaturen worden aan deze tests onderworpen.
Bij thermische schokproeven wordt het materiaal (proefstuk) blootgesteld aan twee extreme temperaturen. Het monster wordt blootgesteld aan zeer hoge temperaturen. Daarna wordt het blootgesteld aan zeer lage temperaturen (tot -40 °C). Deze plotselinge temperatuurschommeling van zeer hoog naar laag kan interne spanning in het monster veroorzaken. Als het materiaal sterk is, zal het niet barsten of breken, wat de duurzaamheid en betrouwbaarheid ervan aantoont.
Zoals u weet, worden sommige onderdelen blootgesteld aan zowel zeer hoge als zeer lage temperaturen. Het is van cruciaal belang dat het materiaal onder deze extreme temperaturen goed presteert. Als het materiaal niet vooraf is getest, kan het bij blootstelling aan dergelijke extreme temperaturen defect raken. Daarom zijn thermische schoktests zo nuttig.
Deze thermische schoktest wordt uitgevoerd in een thermische schokkamer. Er zijn verschillende soorten thermische schokkamers verkrijgbaar. Bij het testen wordt echter meestal gebruikgemaakt van thermische kamers met twee zones. Het te testen onderdeel of materiaal wordt in de emmer geplaatst. Deze emmer brengt het materiaal naar een zone waar de temperatuur te hoog is (tot 150 °C).
Na enige tijd gaat de emmer verder, waardoor het materiaal naar een andere zone wordt verplaatst waar de temperatuur zeer laag is. Deze temperatuur kan negatief zijn, rond de -40 graden Celsius. Deze plotselinge temperatuurschommeling van extreem hoog naar extreem laag heeft invloed op het materiaal. Het materiaal zet uit bij hoge temperaturen en krimpt bij lage temperaturen.
Als het materiaal sterk is, kan het zowel uitzetting als krimp weerstaan zonder te barsten of beschadigd te raken. Het materiaal wordt herhaaldelijk aan deze extreme temperaturen blootgesteld. Materialen die de thermische schoktest doorstaan, worden als betrouwbaar en sterk beschouwd. Ze zijn bestand tegen plotselinge temperatuurschommelingen en geschikt voor gebruik onder praktijkomstandigheden.
Wat is een thermische cyclustest?
Thermische cyclustests en thermische schoktests verschillen van elkaar. Bij een thermische schok wordt het materiaal blootgesteld aan extreme temperatuurschommelingen. Bij thermische cyclustests daarentegen gaat het erom het materiaal bloot te stellen aan belasting en vermoeidheid.
Bij thermische cyclustests wordt materiaal blootgesteld aan zowel zeer hoge als zeer lage temperaturen. De temperatuur wordt echter niet plotseling verhoogd, zoals bij thermische schoktests het geval is. In plaats daarvan wordt de temperatuur geleidelijk verhoogd en vervolgens weer geleidelijk verlaagd. Dit gebeurt honderden keren. Een zwak materiaal begint te barsten als gevolg van de voortdurend schommelende temperaturen.
Simpel gezegd houdt deze test in dat de materialen herhaaldelijk worden verwarmd en afgekoeld. Bij deze test wordt het materiaal ook blootgesteld aan extreem hoge temperaturen (120–125 °C) en extreem lage temperaturen (-40 °C). De temperatuur schommelt echter niet plotseling. In plaats daarvan stijgt en daalt de temperatuur langzaam, waardoor het materiaal wordt blootgesteld aan vermoeidheid en spanning.
Bij deze test is een milieu testkamer of een thermische cycluskamer wordt gebruikt. Het te testen product of materiaal wordt in deze kamer geplaatst. Vervolgens verhoogt de operator de temperatuur geleidelijk. Door deze temperatuurstijging zetten de materialen uit. Na een bepaalde tijd verlaagt de operator de temperatuur langzaam en brengt deze vervolgens terug naar -40 °C.
Bij deze test worden honderdduizenden cycli van temperatuurstijgingen en -dalingen doorlopen. Deze kleine stijgingen en dalingen stellen het materiaal niet bloot aan thermische schokken. In plaats daarvan veroorzaken ze spanning en vermoeidheid in het materiaal. Als het materiaal betrouwbaar is, is het bestand tegen vermoeidheid en vertoont het zelfs na honderden cycli geen slijtage.
Zodra de test is afgerond, analyseert de ingenieur zorgvuldig de toestand van het materiaal. Elk teken van scheurtjes wijst erop dat het materiaal verbetering behoeft. Deze test wordt op grote schaal toegepast in de automobielindustrie, de lucht- en ruimtevaart, de elektronica en tal van andere sectoren. Onderdelen die deze test doorstaan, worden gebruikt voor de vervaardiging van diverse producten die zeer betrouwbaar blijken te zijn.
Verschillen tussen thermische schok- en thermische cyclustests
Zoals hierboven besproken, verschillen thermische schok- en thermische cyclustests van elkaar. Hoewel bij beide hoge en lage temperaturen worden gebruikt, betekent dit niet dat ze hetzelfde zijn. In het onderstaande gedeelte kom je meer te weten over de belangrijkste verschillen tussen beide.
1- Snelheid van de temperatuurverandering
De snelheid waarmee de temperatuur verandert, is een belangrijk aspect van deze twee tests. Bij thermische schokproeven verandert de temperatuur zeer snel. Eerst wordt het product blootgesteld aan zeer hoge (extreme) temperaturen. Plotseling daalt de temperatuur binnen enkele seconden, waardoor het product wordt blootgesteld aan een zeer lage temperatuur. Deze temperatuurschommeling vindt plaats binnen enkele seconden.
Bij thermische cyclustests daarentegen vinden geleidelijke temperatuurveranderingen plaats. Het product wordt geleidelijk blootgesteld aan hoge temperaturen, totdat de maximale grens wordt bereikt. Na enige tijd wordt de temperatuur langzaam verlaagd. Door deze langzame en geleidelijke temperatuurverandering worden producten blootgesteld aan vermoeidheid en spanning.
2- Doel van de tests en thermische blootstelling
Thermische schokproeven worden uitgevoerd om te achterhalen hoe een materiaal zich gedraagt wanneer het wordt blootgesteld aan plotselinge, extreme temperatuurschommelingen. Bij deze methode wordt het product blootgesteld aan extreme temperaturen (zowel lage als hoge). Als een product kwetsbaar is en aan extreme temperaturen wordt blootgesteld, komt die kwetsbaarheid duidelijk naar voren.
Anderzijds wordt een thermische cyclustest uitgevoerd om te beoordelen in hoeverre het materiaal aan herhaalde belasting wordt blootgesteld. Wanneer de temperatuur geleidelijk verandert, wordt het materiaal aan belasting blootgesteld. Dit gebeurt in honderden cycli, waarbij het materiaal herhaaldelijk aan belasting wordt blootgesteld. Als het materiaal barst, is het onder herhaalde belasting niet betrouwbaar en moet het worden verbeterd.
3- Stressintensiteit en stressduur
Thermische schok- en thermische cyclustests verschillen wat betreft de intensiteit en de duur van de belasting. Bij thermische schokken verandert de temperatuur zeer snel. Eerst stijgt deze tot een zeer hoge temperatuur, waarna hij daalt tot een extreem lage temperatuur. Op deze manier wordt het materiaal blootgesteld aan een hoge belastingsintensiteit. De duur van de belasting is echter kort, omdat de temperatuur snel verandert.
Anderzijds is de spanningsintensiteit bij thermische cyclustests laag. De reden hiervoor is dat de temperatuurverandering langzaam en geleidelijk verloopt. Daarentegen is de spanningsduur bij de thermische cyclustest lang.
4- Overdrachtsmethode en simulatie in de praktijk
Bij thermische schokproeven wordt het materiaal plotseling blootgesteld aan een extreme temperatuurverandering, van zeer hoog naar zeer laag. Zoals ik hierboven al zei, wordt de test uitgevoerd in een thermische-schokkamer die uit twee kamers bestaat. Het materiaal wordt op een emmer geplaatst die het in een hete kamer brengt, waardoor het materiaal wordt blootgesteld aan een extreem hoge temperatuur. Daarna beweegt de emmer onmiddellijk en brengt het materiaal naar een kamer met lage temperatuur.
Deze overgang van hoge naar lage temperatuur vindt binnen enkele seconden plaats. Hiermee wordt de situatie nagebootst waarin materiaal snel van een extreem hoge waarde naar een zeer lage waarde gaat. Een thermische cyclustest wordt uitgevoerd in één enkele kamer waarin de temperatuur stijgt en daalt. Het materiaal hoeft niet van de ene kamer naar de andere te worden overgebracht. Dit bootst de situatie na waarin materiaal wordt blootgesteld aan langzaam schommelende extreme temperaturen.
5- Testsnelheid en aantal cycli
Een thermische schoktest is geschikter om de snelheid te testen. Waarom? De reden hiervoor is dat bij deze test een plotselinge temperatuurverandering plaatsvindt van extreem hoog naar laag. Als het product niet sterk genoeg is, vertoont het al in de eerste paar cycli tekenen van barsten. Deze thermische schoktest is dus snel afgerond. Bovendien omvat deze test minder cycli.
Een thermische cyclustest duurt daarentegen langer, omdat de temperatuur daarbij geleidelijk verandert. De temperatuur stijgt eerst langzaam en daalt daarna nog langzamer. Bovendien omvat de thermische cyclustest meer cycli, namelijk honderden. Bij deze testmethode kun je de uitkomst niet voorspellen op basis van slechts enkele cycli.
6- Gebruikte apparatuur en ontwerp van de kamer
Thermische schokproeven worden uitgevoerd in speciale thermische schokkamers. Deze kamers zijn in verschillende uitvoeringen verkrijgbaar. Hiertoe behoren onder meer thermische schokkamers met twee zones, thermische schokkamers met drie zones, enzovoort. Deze kamers beschikken over aparte secties of compartimenten voor zowel verwarming als koeling.
Ze bestaan uit een bak waarin het materiaal wordt geplaatst en die vervolgens van het warme naar het koele compartiment wordt verplaatst. Daarentegen worden thermische cyclustests doorgaans uitgevoerd in een klimaatkamer met één zone. Zowel de temperatuurstijgingen als de temperatuurdalingen vinden plaats in deze ene klimaatkamer. Qua ontwerp bestaat een thermische schokkamer uit twee of drie compartimenten.
Veel Gestelde Vragen
Wat is een thermische schokkamer?
De thermische schokkamer is een testapparaat. Het bestaat uit twee zones die bestemd zijn voor het verwarmen en afkoelen van het te testen product. Deze apparaten kunnen moeiteloos extreme temperaturen bereiken.
Welke test is zwaarder: thermische schok of thermische cycli?
De thermische schoktest is doorgaans zwaarder dan thermische cycli. De reden hiervoor is dat het werkstuk bij deze test plotseling aan zeer hoge temperaturen wordt blootgesteld. Door deze plotselinge temperatuurverandering is de thermische schoktest zwaarder.
Wat is het verschil tussen de thermische schoktest en thermische cycli?
Deze twee thermische tests verschillen in veel opzichten van elkaar. Bij een thermische schoktest wordt het gedrag van het materiaal onder plotselinge, extreme temperatuurschommelingen onderzocht. Bij thermische cyclustests wordt beoordeeld hoe het materiaal zich gedraagt wanneer het herhaaldelijk wordt blootgesteld aan wisselende temperaturen.
Conclusie
Kortom, zowel thermische schokproeven als thermische cyclustests zijn even belangrijk. Bij beide tests wordt het gedrag van een materiaal bij wisselende temperaturen onderzocht. Bij thermische schokproeven wordt gekeken hoe een materiaal reageert wanneer het wordt blootgesteld aan plotselinge extreme temperaturen.
Thermische cyclustests daarentegen testen materialen door de temperatuur herhaaldelijk te veranderen. Beide tests hebben hetzelfde doel: ze controleren de kwaliteit van het materiaal. Materialen die deze tests doorstaan, worden beschouwd als betrouwbaarder voor gebruik onder praktijkomstandigheden. Beide tests worden toegepast in de lucht- en ruimtevaart, de elektronica-industrie, de automobielsector en andere sectoren.