再谈高加速寿命试验HALT

一、试验目的和意义HALT试验就是为了解决传统试验中的周期费用比问题。其根本目的是在保证试验激发效率的前提下,尽量减少试验时间、节约试验费用。1、试验目的1)找...


一、试验目的和意义
HALT试验就是为了解决传统试验中的周期费用比问题。其根本目的是在保证试验激发效率的前提下,尽量减少试验时间、节约试验费用。
1、试验目的
1)找出产品的工作和破坏极限,确定产品的工作和破坏裕度。如果裕度不是很高,就意味着产品的耐环境能力很差,很容易在试验中遭到破坏或很容易产生外场失效。如果破坏极限非常接近于或等于工作极限,那么产品很可能过早的失效,产品必须重新设计,使裕度包含一个足够的安全因子。
2)在设计阶段,以最少的时间发现并改进设计和工艺薄弱环节,并纠正薄弱环节的起因。通过不断的激发出故障、消除故障、改进设计及改进工艺,扩大产品的工作裕度和破坏裕度。
2、试验意义
1)利用高环境应力,尽早使产品设计缺陷激发出来,从而消除设计缺陷,提高设计可靠性,确保产品能够获得早期高可靠性,改善后可延长产品早夭期;
2)产品的设计周期大大减少;
3)生产费用大大降低;
4)维修费用大大降低;
5)了解产品的设计能力及失效模式;
6)HALT能找出产品的工作极限和破坏极限,为确定HASS的应力量级提供依据;
7)大大减少鉴定试验时的故障。
二、HALT技术对浴盆曲线的影响
1、浴盆曲线受到HALT和HASS技术的影响如下:
1)HASS可以消除由于生产的产品本身缺陷所造成的早期失效来降低曲线的第一部分的早期失效率。
2)通过HALT可以降低浴盆曲线第二阶段中由于外部应力造成的故障率。
3)HALT将使磨损段向右延伸。
三、试验设备
1、试验夹具
在HALT设计开始前,必须设计一个特殊、专用的夹具。这个夹具必须满足以下两个要求:
1)适用于振动和温度试验,并能同时试验多个产品(根据具体情况);
2)能提供合适的振动传输率、热均匀性和均衡的温度变化率。
3)如果考虑模拟实际安装情况,可只要求能量最大化传输到产品,以加速故障析出。
夹具上标明产品的具体安装位置,并确定每个产品位置的应力量级等等。一般来说,最高和最低振动响应处放置工作样本,非功能性样本放在其它的位置。
2、试验设备
HALT所用的应力不是为了复现产品实际寿命中遇到的应力,而是专门用于快速析出产品中各种故障模式,这一设计原则决定了其所用的试验设施的特点。
HALT试验设备由温度试验箱和气动振动台组成,提供温度和振动试验,降温是通过液氮完成。
1)温度系统
温度范围-100℃~+200℃,由于是施加极端应力,试验箱能够快速达到冷热两个极值,气流直接流过产品,从而实现温变速率非常高的温度冲击,温度变化率≥70℃/min,以快速激发故障。由于一般的机械制冷系统达不到这一要求,因而使用液氮制冷,液氮通过试验箱的多个铝塑管直接喷向产品。
2)振动系统
HALT使用的振动系统不是传统的电动和机械类型系统,其推荐的振动系统是利用6自由度类型的气动系统。工作台同时在三个正交轴和以这三个正交轴为中心的三个旋转食量上振动,不需要对每个矢量进行独立控制。
气动振动系统能够产生6个自由度的本质是随机的振动。气动激振器安装在工作台下面,受试产品将同时得到6个轴向通过夹具传过来的与其耦合的能量。
该振动实质是一种伪随机振动,服从真正的高斯长尾分布。
1)宽带能量在2Hz~10000Hz范围内;
2)振动台面空载时,最小能输出35grms。
振动试验台工作原理:
振动频率范围:
振动能量谱密度:
振动能量分布:
四、试验实施过程
试验分四个步骤进行:温度步进试验、快速温变试验、振动步进试验、综合试验。
1、温度步进试验
试验从室温(一般在+20℃~+30℃之间)开始。在试验前,应该根据所涉及材料的相变温度确定出样件的最大(工作)温度范围。步进量一般选取10℃/次(如有必要也可选取20℃/次),根据图1试验剖面进行试验。温度保持时间以样件温度完全达到稳定为准。
一般要求在样件温度达到试验设定温度值(热电偶采集值)之后再保持5min~15min,以保证样件温度达到稳定和饱和。根据样件的热质量来确定选用最短保持时间还是最长保持时间。在温度保持结束后立即进行全功能检查,或者在整改温度步进试验过程中进行全功能检查。
试验温度的下(上)限以样件工作温度极限或试验设备温度极限为准。
找到产品的工作温度极限时(失效发生),步进量统一选取10℃/次。这时应该继续将试验进行到破坏极限或设备极限为止,一般情况下,当样件不能完全正常工作时,需将温度应力进行回退(例如:回退到+20℃或+20℃到工作极限之间),用以确认样件是否还能正常工作。
图1
2、快速温变试验
至少3个循环的快速温变试验,温变速率采用设备能够达到的最快温变速率,温度范围一般情况下选取比工作温度极限低5℃的应力值,在样件温度达到试验设定温度值之后至少再保持5min。
图2
3、振动步进试验
在带宽≥2Hz~2000Hz的条件下,试验从设备设定值为1Grms~10Grms之间(推荐值为5Grms)开始,步进量为1Grms~10Grms之间(推荐值为5Grms),根据图3 试验剖面进行试验。每一步的保持时间至少为10min,在每次保持时间结束时进行功能测试,建议在每一步结束后进行一个“弱振操作”(5Grms±3Grms),用于发现被较高振动量级的极强应力所掩盖的缺陷。通过这个技巧可以有效地辅助焊接裂缝的检测。振动量级的上限以样件的振动极限或试验设备极限为准。找到产品的振动极限后,必要时可将试验进行到破坏极限或设备极限为止。
图3
4、综合试验
至少进行5个循环的综合试验,根据图4试验剖面进行试验。
本试验的温度范围选取工作温度极限,或缩小的工作温度极限,在每个温度极限下最短保持时间是10min。
起始振动量级由振动极限除以5获得,在每个温度循环后的振动步进量也采用该量级。建议在每一步结束后进行一个弱振操作,用于发现被较高振动量级的极强应力所掩盖的缺陷。在每个保持时间结束时进行功能测试,总保持时间的长短取决于功能时间的长短。

图4

HALT试验的整体试验剖面如图5所示。

图5