Прошли те времена, когда продукцию выпускали на рынок без предварительного тестирования. В современном производстве ни один продукт не поступает в продажу без проведения специальных испытаний. Среди них испытания на термический шок и термоциклирование являются двумя наиболее распространёнными. Однако часто ведутся споры о том, что лучше: испытания на термический шок или термоциклирование.
Интересно, что многие считают эти два испытания одинаковыми, поскольку в обоих случаях происходит нагрев материала или изделия. Однако это неверно, так как эти испытания различаются и дают уникальную информацию об изделиях. Они применяются к изделиям, подвергающимся воздействию как высоких, так и низких температур, но совершенно по-разному. В этой статье я расскажу о различиях между испытаниями на термический шок и термоциклические испытания.
Что такое испытание на термический шок?
Испытания на термический шок широко применяются во многих отраслях промышленности. Этим испытаниям подвергаются все детали, предназначенные для эксплуатации в условиях перепадов температур.
Испытания на термический шок заключаются в воздействии на материал (образец) двух экстремальных температур. Образец подвергается воздействию очень высоких температур. После этого его подвергают воздействию очень низких температур (до -40 °C). Такое резкое изменение температуры от очень высокой к очень низкой может вызвать внутренние напряжения в образце. Если материал прочный, он не расколется и не сломается, что подтвердит его долговечность и надежность.
Как известно, некоторые детали подвергаются воздействию как очень высоких, так и очень низких температур. Обеспечение надёжной работы в таких экстремальных температурных условиях имеет решающее значение. Если материал не прошел предварительные испытания, он может выйти из строя при воздействии таких экстремальных температур. Именно в этом случае испытания на термический шок оказываются чрезвычайно полезными.
Данное испытание на термический шок проводится в камера теплового удара. Существуют различные типы камер для термошоковых испытаний. Однако при проведении испытаний чаще всего используются двухзонные термокамеры. Испытуемая деталь или материал помещается в ковш. Этот ковш доставляет материал в зону, где температура слишком высокая (до 150 °C).
Через некоторое время ковш перемещается, перенося материал в другую зону, где температура очень низкая. Эта температура может быть отрицательной — около -40 градусов по Цельсию. Такое резкое изменение температуры — от крайне высокой до крайне низкой — оказывает влияние на материал. Он подвергается как расширению при высоких температурах, так и сжатию при низких.
Если материал прочный, он способен выдерживать как расширение, так и сжатие без появления трещин или повреждений. Материал многократно подвергается воздействию таких экстремальных температур. Материалы, прошедшие испытание на термический шок, считаются надежными и прочными. Они способны выдерживать резкие перепады температур и готовы к применению в реальных условиях эксплуатации.
Что такое испытания на термоциклирование?
Испытания на термоциклирование и термошок отличаются друг от друга. Термошок подвергает материал резким перепадам температуры. В то же время испытания на термоциклирование направлены на то, чтобы подвергнуть материал нагрузкам и усталостным воздействиям.
Испытания на термоциклирование заключаются в воздействии на материал как очень высоких, так и очень низких температур. Однако при этом температура не повышается резко, как это происходит при испытаниях на термический шок. Вместо этого температура сначала постепенно повышается, а затем постепенно понижается. Этот процесс повторяется сотни раз. Слабый материал начинает растрескиваться из-за постоянных колебаний температуры.
Проще говоря, этот испытание заключается в многократном нагревании и охлаждении материалов. В ходе этого испытания материал подвергается воздействию как чрезвычайно высоких температур (120–125 °C), так и чрезвычайно низких (-40 °C). Однако температура не изменяется резко. Напротив, она медленно повышается и понижается, подвергая материал усталостным нагрузкам и напряжениям.
В ходе данного тестирования камера для экологических испытаний или используется камера для термоциклирования. Испытуемый продукт или материал помещается в эту камеру. После этого оператор постепенно повышает температуру. Это повышение температуры приводит к расширению материалов. По истечении заданного периода времени оператор медленно понижает температуру, а затем доводит её до -40 °C.
Данные испытания включают в себя сотни тысяч циклов повышения и понижения температуры. Эти небольшие колебания температуры не подвергают материал термическому шоку. Вместо этого они вызывают напряжения и усталость материала. Если материал надежен, он противостоит усталости и не демонстрирует никаких признаков износа даже после сотен циклов.
По завершении испытания инженер тщательно анализирует состояние материала. Любые признаки трещин указывают на то, что материал требует доработки. Данные испытания широко применяются в автомобильной, аэрокосмической, электронной и многих других отраслях промышленности. Детали, прошедшие эти испытания, используются для изготовления различных изделий, которые отличаются высокой надежностью.
Различия между испытанием на термический шок и испытанием на термоциклирование
Как уже упоминалось выше, испытания на термический шок и термоциклирование отличаются друг от друга. Хотя и те, и другие предполагают воздействие высоких и низких температур, это не означает, что они одинаковы. В следующем разделе вы узнаете об их основных различиях.
1. Скорость изменения температуры
Скорость изменения температуры является важным аспектом этих двух испытаний. При испытании на термический шок температура меняется очень быстро. Сначала изделие подвергается воздействию очень высоких (экстремальных) температур. Затем температура внезапно падает в течение нескольких секунд, подвергая изделие воздействию очень низкой температуры. Такие колебания температуры происходят в течение нескольких секунд.
С другой стороны, испытания на термоциклирование предполагают постепенные изменения температуры. Изделие постепенно подвергается воздействию высоких температур, достигающих максимального предела. Через некоторое время температура медленно снижается. Такое медленное и постепенное изменение температуры подвергает изделия усталостным нагрузкам и напряжениям.
2. Цель испытаний и термическое воздействие
Испытания на термический шок проводятся с целью выяснить, как ведет себя материал при воздействии резких и экстремальных перепадов температуры. При этом методе изделие подвергается воздействию экстремальных температур (как низких, так и высоких). Если изделие имеет слабые места, то при воздействии экстремальных температур эти слабые места становятся очевидными.
С другой стороны, испытание на термоциклирование проводится для оценки степени повторяющихся нагрузок, которым подвергается материал. Постепенное изменение температуры вызывает нагрузку на материал. Испытание проводится в течение сотен циклов, в ходе которых материал подвергается повторяющимся нагрузкам. Если на материале появляются трещины, это означает, что он не является надежным при повторяющихся нагрузках и требует доработки.
3. Интенсивность и продолжительность стресса
Испытания на термический шок и термоциклирование различаются по интенсивности и продолжительности нагрузки. При термическом шоке температура изменяется очень быстро. Сначала она поднимается до очень высокой отметки, а затем опускается до крайне низкой. Таким образом, материал подвергается воздействию высокой интенсивности нагрузки. Однако продолжительность нагрузки невелика, поскольку температура изменяется быстро.
С другой стороны, интенсивность нагрузки при испытаниях на термоциклирование невысока. Причина заключается в том, что изменение температуры происходит медленно и постепенно. В то же время продолжительность нагрузки при испытаниях на термоциклирование значительна.
4. Метод переноса и моделирование реальных ситуаций
Испытания на термический шок заключаются в резком переходе материала из состояния крайне высокой температуры в состояние крайне низкой. Как я уже упоминал выше, испытание проводится в камере термического шока, состоящей из двух камер. Материал помещается на лоток, который доставляет его в горячую камеру, где материал подвергается воздействию чрезвычайно высокой температуры. После этого лоток немедленно перемещается и доставляет материал в низкотемпературную камеру.
Такой переход материала из состояния высокой температуры в состояние низкой температуры происходит в течение нескольких секунд. Это имитирует условия, при которых материал быстро переходит от чрезвычайно высокого значения к очень низкому. Испытание на термоциклирование проводится в одной камере, в которой температура то повышается, то понижается. Материал не требуется перемещать из одной камеры в другую. Это имитирует условия, при которых материал подвергается медленно меняющимся экстремальным температурам.
5. Проверка скорости и количества циклов
Испытание на термический шок лучше подходит для проверки скорости. Почему? Дело в том, что это испытание предполагает резкое изменение температуры от крайне высокой до крайне низкой. Если изделие не обладает достаточной прочностью, уже в первых нескольких циклах на нём начинают появляться признаки растрескивания. Таким образом, испытание на термический шок завершается быстро. Кроме того, для этого испытания требуется меньшее количество циклов.
С другой стороны, испытание на термоциклирование занимает больше времени, поскольку предполагает постепенное изменение температуры. Сначала температура медленно повышается, а затем снижается ещё медленнее. Кроме того, испытание на термоциклирование включает большее количество циклов, а именно — сотни. При использовании этого метода испытаний невозможно предсказать результат, проведённые лишь несколько циклов.
6. Тип используемого оборудования и конструкция камеры
Испытания на термический шок проводятся в специальных камерах для термического шока. Существуют различные типы таких камер. К ним относятся двухзонные камеры для термического шока, трехзонные камеры для термошоковых испытаний, и так далее. Эти камеры имеют отдельные секции или отсеки как для нагрева, так и для охлаждения.
Они состоят из ковша, в котором размещается материал, а затем перемещается из горячего отсека в холодный. С другой стороны, испытания на термоциклирование обычно проводятся в однозонной климатической камере. Как повышение, так и понижение температуры происходят в этой единственной климатической камере. С точки зрения конструкции камера для термошоковых испытаний состоит из двух или трёх отсеков.
Часто задаваемые вопросы
Что такое камера для термошоковых испытаний?
Камера термического шока представляет собой испытательное оборудование. Она состоит из двух зон, предназначенных для нагрева и охлаждения испытуемого изделия. Такие установки без труда достигают экстремальных температур.
Какое испытание является более жестким: термический шок или циклическое термическое воздействие?
Испытание на термический шок, как правило, является более жестким, чем циклическое термическое воздействие. Причина заключается в том, что при этом испытании заготовка подвергается внезапному воздействию очень высоких температур. Именно это резкое изменение температуры делает испытание на термический шок более жестким.
В чём заключается разница между испытанием на термический шок и циклическим термическим воздействием?
Эти два вида термических испытаний во многом отличаются друг от друга. Термический шок заключается в изучении поведения материала при резких, экстремальных изменениях температуры. Испытания на термические циклы позволяют оценить, как материал ведет себя при многократном воздействии переменных температур.
Заключение
В заключение следует отметить, что испытания на термический шок и циклические термические испытания одинаково важны. Оба этих вида испытаний направлены на проверку поведения материала в условиях колебаний температуры. Испытания на термический шок позволяют оценить поведение материала при воздействии внезапных экстремальных температур.
С другой стороны, испытания на термоциклирование позволяют проверить материалы путем многократного изменения температуры. Оба вида испытаний преследуют одну и ту же цель — проверку качества материала. Материалы, прошедшие эти испытания, считаются более надежными для использования в реальных условиях. Оба этих вида испытаний применяются в аэрокосмической, электронной, автомобильной и других отраслях.