Kuva 1.Viivästynyt halkeilu epoksipinnoituksessa alkaa tyypillisesti komponenttien reunoista ja lyijy poistuu - ei ulkopinnasta. Kokoonpano läpäisee kaikki alkutestit; vika ilmenee 50–200 käytön jälkeen.
Kokoonpano läpäisee kaikki pätevyystestit. Hei-potti: pass. Silmämääräinen tarkastus: puhdas. Lämpöshokki –40 asteesta +85 asteeseen, 50 sykliä: läpäissyt. Se lähettää. Neljätoista kuukautta myöhemmin ensimmäiset kenttäpalautteet saapuvat - hiusrajahalkeamia kotelon-ja-rajapintaan, delaminaatiota johtojen poistumispisteissä, jaksottaista aukeamista yksiköissä, jotka mitattiin puhtaiksi lähetyksen yhteydessä. Suunnittelutiimi pyytää poikkileikkauksia. Halkeamat ovat epoksipinnoitteessa, eivät komponenteissa. Tuotantotietueen kovettumisaikataulu on lueteltu oikein. Materiaali ei ole muuttunut. Tutkimus päättyy "materiaalin väsymiseen - odotetun käyttöiän vaihtelun sisällä".
Se ei ole materiaalista väsymystä. Se on kovettumisen aikana asetettua jäännösjännitystä, jota ei koskaan mitattu, eikä se koskaan esiintynyt kelpoisuussekvenssissä -, koska kelpuutus ei sisältänyt lämpöjaksoja, joita tarvittiin sen vapauttamiseen.Viivästynyt halkeilu paksussa{0}}poikkileikkauksessa on lähes aina kovettumisprosessin vika, ei materiaalivika. Halkeama syntyy kovettumisen aikana. Se näkyy kentällä.
Eksoterminen mekanismi: Miksi paksut osat kovettuvat eri tavalla kuin ohuet
Epoksisilloitus{0}}on eksoterminen reaktio. Kun hartsi ja kovetin yhdistyvät ja seos altistetaan lämmölle, reaktio tuottaa omaa lämpöä sen lisäksi, että se imee lämpöä uunista. Ohuessa näytteessä -, jota käytetään UL-materiaalien testaamiseen - itse-syntyvä lämpö haihtuu nopeasti uunin ilmakehään suuren pinta---tilavuussuhteen{7}} kautta. Näytteen lämpötila seuraa tarkasti uunin asetuspistettä koko kovettumisjakson ajan.
Paksussa ruukkuosassa - muuntajasydämessä, jossa on 20 mm:n kaato, tehomoduulissa 25 mm:n täyttösyvyydellä - pinnan-/-tilavuussuhde on paljon pienempi. Leikkauksen ytimessä eksotermisen reaktion lämmöllä on pitkä diffuusioreitti pintaan ja ympäröivä hartsi, joka ei ole vielä täysin reagoinut, toimii lämmöneristeenä. Sisälämpötila ylittää uunin asetusarvon. 20 mm:n osan yksivaiheisessa 120 asteen kovetuksessa 140–165 asteen sisälämpötilat eivät ole epätavallisia, vaikka uuni on asetettu 120 asteeseen ja osan pinta on pintatermoparilla 120 astetta.
Tällä ylityksellä on merkitystä, koska ristisitoutumisnopeus{0}} kasvaa jyrkästi lämpötilan myötä. Osan ydin, joka kulkee 20–45 astetta uunin asetusarvon yläpuolella, suorittaa ensisijaisen ristisilloituksensa loppuun huomattavasti nopeammin kuin ulkomateriaali. Ytimen risti-linkkiverkko on tehokkaasti "jäätynyt" paikoilleen, kun ulommat kerrokset vielä reagoivat. Kun kokoonpano jäähtyy kovettumisen jälkeen, molemmat alueet supistuvat termisesti -, mutta ne supistuvat eri aloituspisteistä ja eri nopeuksilla, koska ydin on jo jäykkä lasimainen kiinteä aine, kun ulkokerrokset viimeistelevät verkostonsa muodostumista.
Tuloksena on lukittu-jännitystila täysin kovettuneessa osassa: jäännösvetolujuus ulkomateriaalissa ja jäännöspuristusjännitys ytimessä. Tämä ei ole hypoteesi - se on hyvin-karakterisoitu ilmiö paksu-leikkauksen lämpökovettuvassa käsittelyssä, joka on analoginen nopeasti sammutetun lasin jäännösjännityksen kanssa.
Kuva 2.20 mm:n poikkileikkauksen yksivaiheisessa-120 asteen kovetuksessa sisälämpötila ylittää rutiininomaisesti uunin asetusarvon 20–45 astetta ristisilloituseksotermisen aikana. Kaksi-vaiheista profiilia rajoittaa tätä ylitystä aloittamalla risti{8}}linkityksen 80 asteessa ennen korkeamman lämpötilan{10}}käyttöä.
Miksi kokoonpano läpäisee alkutestauksen
Kuva 3.Yksittäisen-vaiheen korkeassa-lämpötilakovetuksen jälkeen kovettunut osa on lukittunut-jännitystilaan: jäännösjännitys ulkokerroksissa, jäännöspuristus ytimessä. Tämä jännitystila lisää syklistä lämpöjännitystä käytössä ja nopeuttaa väsymishalkeaman alkamista.
Jäljellä oleva vetojännitys ulomman valumateriaalin yksittäisestä-paksu-leikkauskovetuksesta on tyypillisesti pienempi kuin epoksin lopullinen vetolujuus huoneenlämpötilassa. Täysin kovettunut osa ei halkeile kovettumisen aikana - tai jos halkeilee, mikro-halkeamat ovat visuaalisen tarkastuksen havaitsemisrajan alapuolella. Hi-hipottestaus nimellisjännitteellä läpäisee, koska hieman jännittyneen matriisin tehollinen dielektrinen lujuus ei eroa merkittävästi jännittämättömästä referenssistä.
Ongelma paljastuu lämpökierron aikana, ja mekanismi on suoraviivainen: jokainen lämpösykli alhaisesta lämpötilasta korkeaan lämpötilaan synnyttää syklisen veto- ja puristusjännityksen valumateriaaliin, joka johtuu epoksin, upotettujen komponenttien ja kotelon CTE-epäsopimattomuudesta. Jännityskeskittymiskohdissa - kulmissa, komponenttien reunoissa, johtojen poistumispisteissä ja kytkentärajapinnassa--koteloon - syklinen jännitysamplitudi on suurin. Kovettumisen jäännösvetolujuus lisää suoraan syklistä vetojännitystä näissä kohdissa, koska molemmat ovat vetojännityksiä, jotka vaikuttavat samaan suuntaan lämpösyklin kuumennusvaiheen aikana.
Yhdistetty jännitysamplitudi - jäännöskovetusjännitys plus syklinen lämpöjännitys - voi silti olla alle epoksin lopullisen vetolujuuden ensimmäisessä jaksossa. Se saavuttaa väsymishalkeaman alkamisrajan useiden jaksojen jälkeen, mikä riippuu erityisestä jäännösjännityksen suuruudesta, CTE-epäsovituksesta, lämpösyklin amplitudista ja jännityskeskittimen geometriasta. Tästä syystä vika ilmenee 50–200 jakson jälkeen, ei alkutestauksessa. Se ei ole materiaalin hajoamista ajan myötä - se on jännityksen kertymistä kynnysarvoon.
Miksi tämä epäonnistuminen tunnistetaan järjestelmällisesti väärin
Kun kenttävikatutkimuksessa havaitaan halkeamia epoksimaalausmateriaalissa, useat virhetunnistukset ovat yleisiä:
"Materiaalin väsymys"- epoksi epäonnistui väsymisen vuoksi, mikä tarkoittaa, että materiaali ei ollut riittävä käyttötarkoitukseen. Varsinainen mekanismi on jännityksen kertyminen jäännöskovetusjännityksen ja syklisen lämpöjännityksen yhdistelmästä. Vaihtaminen toiseen epoksimateriaaliin muuttamatta kovettumisprosessia toistaa vian, koska jäännösjännitysmekanismi on prosessista-riippuvainen, ei materiaalista-riippuvainen.
"Lämpöshokkivaurio"- kokoonpano altistui epätavallisen ankaralle lämpötapahtumalle. Tämä on joskus totta, mutta lämpöshokin aiheuttamat halkeamat alkavat tyypillisesti ulkopinnasta ja leviävät sisäänpäin. Jäännösjännityshalkeamat alkavat tyypillisesti sisäisten geometrian ominaisuuksista (komponenttien reunat, lyijyn ulostulot) ja leviävät ulospäin. Halkeaman alkuperän sijainti erottaa nämä kaksi mekanismia poikkileikkauksessa.
"Riittämätön ruukkukiinnitys"- epoksi ei tarttunut hyvin alustaan tai koteloon. Delaminaatio kotelon-rajapinnassa voi johtua riittämättömästä pinnan valmistelusta, mutta se voi myös johtua jäännösvetolujuudesta, joka ylittää rajapinnan sidoslujuuden. Jälkimmäinen ei vaadi pinnan esikäsittelyvirhettä - se tapahtuu puhtailla, oikein valmistetuilla pinnoilla, kun jäännösjännitys on riittävän suuri.
"Komponenttien laatu"- komponenttikytkentä tai lopetus epäonnistui. Tapauksissa, joissa halkeama etenee komponenttien rajapintaan, halkeama voidaan tunnistaa virheellisesti komponentin viaksi. Poikkileikkausanalyysi erottaa komponentista syntyneen halkeaman ja halkeaman, joka levisi siihen ympäröivästä epoksista.
Useimmissa näistä virheellisistä tunnisteista parannusprosessin tietueita ei tarkastella osana vikatutkimusta. Tuotantomatkaoppaassa ilmoitettu kovettumisaikataulu vastaa spesifikaatiota -, koska spesifikaatiossa luetellaan uunin asetuspiste ja ohjelmoitu kesto, ei keittoosan ytimessä todellisuudessa saavutettu lämpötila. Jäännösjännitysmekanismi on näkymätön tuotantotietueessa.
Kaksivaiheinen hoitoprofiili-: kuinka se vähentää jäännösstressiä
Kaksivaiheinen kovettumisprofiili käsittelee eksotermisen mekanismin suoraan jakamalla ristisitoutumisreaktion kahteen ohjattuun vaiheeseen:
Vaihe 1 80 asteessakäynnistää silloitusreaktion alemmassa lämpötilassa, jossa reaktionopeus on hitaampi ja eksoterminen lämmön muodostuminen aikayksikköä kohden on pienempi. 80 asteen kulmassa järjestelmä alkaa rakentaa risti-linkin tiheyttä -, joka on riittävä estämään reaktionopeuden nopean kiihtymisen, joka tapahtuisi, jos järjestelmä altistuisi välittömästi 120 asteeseen. Alhaisempi reaktionopeus vähentää itsestään-syntyvää eksotermia ja pitää sisälämpötilan lähempänä uunin asetuspistettä. Ristilinkin tiheys kehittyy tasaisemmin poikkileikkauksen syvyydessä vaiheen 1 aikana.
Vaihe 2 120 asteessasitten ajaa järjestelmän täysin kovettuaan. Kun vaihe 2 alkaa, vaiheen 1 verkko on jo kehittänyt tarpeeksi jäykkyyttä rajoittaakseen ylimääräistä eksotermiä vaiheen 2 aikana. Jäljellä oleva ristisitoutuminen tapahtuu verkossa, jota vaiheen 1 rakenne rajoittaa osittain, ja lämpötilaero ytimen ja pinnan välillä vaiheen 2 aikana on huomattavasti pienempi verrattuna yhteen {{120} asteen vaiheeseen.
Tuloksena on kovettunut osa, jolla on pienempi jäännösvetolujuus ulkomateriaalissa. Kokoonpanossa on vielä jonkin verran jäännösjännitystä - mikään kovetusprosessi ei eliminoi sitä kokonaan -, mutta suuruus on pienentynyt tarpeeksi, jotta jäännösjännityksen ja syklisen lämpöjännityksen yhdistetty amplitudi pysyy väsymishalkeaman alkamisrajan alapuolella huomattavasti pidemmän käyttöiän vuoksi.
Tämä ei ole teoreettinen argumentti. Se on havaittu empiirisesti: kokoonpanot, jotka kokivat viivästynyttä halkeilua yhdellä-vaiheisella 120 asteen kovetuksella samassa valumateriaalissa, ovat osoittaneet pidentyneen käyttöiän kaksivaiheiseen profiiliin vaihtamisen jälkeen muuttamatta materiaalia, geometriaa tai muita prosessiparametreja. Hoitoaikataulu on muuttuja.
Kriittinen aukko pätevyystestauksessa
Ruukkukokoonpanojen vakiopätevyystestisarjat sisältävät tyypillisesti rajoitetun määrän lämpöjaksoja - 50 - 100 sykliä on yleistä IEC- ja UL-standardeissa tietyille laiteluokille. Paksu-poikkileikkaus, jossa on jäännösjännitys yksi-vaihekovetuksesta, voi kestää 50 tai jopa 100 lämpösykliä ennen kuin kumulatiivinen jännitys saavuttaa halkeaman alkamisrajan. Kun vika ilmenee 150–200 käyttöjaksossa -, mikä voi vastata 12–18 kuukauden käyttöä yhdellä tai kahdella lämpöjaksolla päivässä -, pätevyysjakso ei paljastanut sitä.
Tämä on systemaattinen aukko: kelpuutus suoritettiin oikein, testi läpäistiin, mutta vikatila toimii pidemmällä sykliskaalalla kuin testi kattaa. Suunnittelut, joissa kovetusprosessi aiheuttaa jäännösjännityksen, vaativat joko pidemmän lämpökäsittelyjakson tai kovetusprosessin, joka vähentää jäännösjännityksen tasolle, jossa standardi kelpoisuusjaksojen lukumäärä aidosti ennustaa käyttöikää.
Kaksivaiheinen kovetusprofiili vähentää jäännösjännityksen suuruutta, mikä vähentää kokonaisjännityksen amplitudia sykliä kohden. Tämä yhdistettynä samaan lämpöjaksojen määrään kelpuutusjaksossa antaa aidon varmuuden pikemminkin kuin varmuuden, jota rajoittaa testin kyvyttömyys paljastaa vikatila.
Sen tunnistaminen, onko nykyinen malli vaarassa
Seuraavat suunnittelu- ja prosessiolosuhteet osoittavat kohonneen jäännösjännityksen riskin paksussa{0}}poikkileikkauksessa:
Istutusosan syvyys ylittää 10 mm missä tahansa mittasuhteessa.
Nykyinen kovetusaikataulu on yksivaiheinen-100 asteen tai sitä korkeammalla.
Ei lämpöparin sisälämpötilan valvontaa kovettumisen aikana - vain pinnan tai uunin ilman lämpötila tallennetaan.
Vikahistoriassa näkyy halkeamia useiden käytössä olevien lämpöjaksojen jälkeen, jolloin kokoonpanot läpäisevät ensimmäisen tarkastuksen.
Halkeaman alkupisteet poikkileikkauksessa- ovat komponenttien reunoissa, johdinulostuloissa tai sisäisissä geometrioissa -, eivät ulkopinnassa.
Hyväksyttyjen lämpöjaksojen määrä oli 50 jaksoa tai vähemmän, ja käyttöiän odotetaan sisältävän 200 tai enemmän lämpösykliä.
Käytännön varmistusvaihe on tuottaa testinäytteitä todellisen tuotantoosan paksuuden ja kovetusaikataulun mukaan, upottaa termopari osan keskelle ja tallentaa todellinen sisälämpötilaprofiili kovettumisen aikana. Jos sisälämpötila ylittää merkittävästi uunin asetusarvon ristikytkentävaiheen aikana, eksoterminen mekanismi on aktiivinen ja jäännösjännitystä syntyy.
HDT, Tg ja RTI: Lämpöominaisuudet, jotka määrittävät käyttöverhon
Kaksivaiheinen kovetusprofiili oikein suoritettuna tuottaa kovettuneen materiaalin, jolla on täydet lämpöominaisuudet: Tg 117,8 astetta TMA:lla (ASTM E831), HDT 130 astetta, RTI 130 astetta UL-tiedoston E120665 mukaisesti. Nämä arvot määrittävät kovettuneen kokoonpanon toiminta-alueen:
Tg 117,8 astetta- lasittumislämpötila termomekaanisella analyysillä mitattuna; käytä tätä CTE-budjettilaskelmiin ja mittastabiiliusanalyysiin. Tg:n yläpuolella CTE kasvaa arvosta 49,772 ppm/aste (1, alle Tg) arvoon 148,482 ppm/aste (2, Tg:n yläpuolella) - noin 3-kertainen nousu.
HDT 130 astetta- lämpötila, jossa kovettunut materiaali poikkeaa normaalilla 1,8 MPa:n kuormalla; käytä tätä mekaaniseen kuormitukseen-korotetussa lämpötilassa.
RTI 130 astetta- UL:n luokitus jatkuvalle sähköisten ja mekaanisten ominaisuuksien säilyttämiselle; mallit, jotka vaativat jatkuvaa huoltoa yli 90 astetta ja jotka ovat E532/H532 (RTI 90 astetta) luokituksen ulkopuolella, kuuluvat E536/H536:n luokitukseen.
Nämä lämpöominaisuuksien arvot saavutetaan vain, kun kaksi{0}}vaiheinen kovetus on suoritettu oikein. Kokoonpanossa, joka sai vain vaiheen 1 - tai vaiheen 1 riittämättömässä lämpötilassa -, Tg- ja HDT-arvot ovat näiden arvojen alapuolella. Tuotanto-erien rinnalla kovetetut ja HDT-testatut todistajanäytteet tarjoavat käytännön prosessin varmuuden: mitattu HDT, joka on huomattavasti alle 130 astetta, osoittaa epätäydellistä vaiheen 2 kovettumista.
Aiheeseen liittyvä tuote paksu{0}}osien ruukkuihin ja kovettuva stressinhallinta
E536/H536 on kaksi-komponenttinen, UL 94 V-0 palamista hidastava-epoksimaalausseos, joka on suunniteltu erityisesti paksu-profiilisovelluksiin, joissa kovettumisjännitys on ensisijainen vikamekanismi. Sen kaksivaiheinen kovettumisprofiili (80 astetta × 2 tuntia + 120 astetta × 4 tuntia) rajoittaa ytimen eksotermiä vaiheen 1 aikana ja saavuttaa täyden kiinteistökehityksen vaiheessa 2. RTI 130 astetta , HDT 130 astetta , Shore D 89 ja vähintään UL-sertifioitu paksuus 1.4 bla 8 mm. E120665.
Se ei sovellu sovelluksiin, jotka vaativat yli 0,5 W/m·K lämmönjohtavuutta (käytä siihen E533/H533:a) tai huoneenlämmössä kovettaviin tuotantoympäristöihin (käytä siihen E532/H532). Kaksivaiheinen kovetusprofiili edellyttää uunin kapasiteettia sekä 80 että 120 asteessa kontrolloiduilla ramppi- ja pitoajoilla.
👉 🔗 E536/H536-tuotesivu - Tekniset tiedot, TMA-testiraportti, käyttöhuomautukset
Keskeisiä teknisiä kysymyksiä
Mistä tiedän, onko nykyisessä kokoonpanossani jäännösjännitystä kovettumisprosessista?
Suora tapa on upottaa lämpöpari keittoosan keskelle ja tallentaa sisälämpötila kovettumisen aikana. Jos sisälämpötila ylittää uunin asetusarvon yli 10–15 astetta silloitusvaiheen aikana, syntyy jäännösjännitystä. Epäsuora menetelmä on suorittaa kiihdytetty lämpösykli jaksojen lukumäärään, joka on huomattavasti suurempi kuin kelpoisuussekvenssi (esim. 500 jaksoa) ja tarkastaa halkeamien alkamiskohdat. Halkeamat, jotka alkavat sisäisestä geometriasta ulkopinnan sijasta, ovat johdonmukaisia jäännösjännityksen kanssa.
Jos vaihdan yksivaiheisesta-kaksivaiheiseen-kovetusaikatauluun olemassa olevassa kokoonpanossani, onko minun suoritettava uudelleen?
Useimmissa tapauksissa kyllä - vähintään, kovettumisprosessin muutoksen tulee näkyä tuotantoprosessin eritelmissä ja validoida testinäytteillä sen varmistamiseksi, että kovettuneet ominaisuudet vastaavat suunnittelun vaatimuksia. Kokoonpanoissa, jotka ovat osa UL-lisättyä lopputuotetta, valkaisumassan kovettumisaikataulun muutos voi aiheuttaa ilmoituksen tai uudelleenarviointivaatimuksen luettelointielimelle. Tämä tulee varmistaa ennen prosessimuutoksen toteuttamista. Validointiin tulee sisältyä lämpökierto syklien määrään, joka on riittävä varmistamaan, että aiemmassa kovetusaikataulussa esiintynyt vikatila ei näy uudessa.
Voidaanko jäännösjännitystä mitata -tuhoamatta valmiista kokoonpanosta?
Epoksin jäännösjännityksen hajoamaton mittaus- on teknisesti mahdollista käyttämällä tekniikoita, kuten fotoelastisuutta tai mikro-Raman-spektroskopiaa, mutta nämä eivät ole rutiinituotantotyökaluja. Hajottava poikkileikkaus-analyysi, jota seuraa mikroskooppinen halkeamien tarkastus, on käytännöllisempää tuotannon varmentamisessa. Helpoin tuotannon todentamistyökalu on todistajanäyte: kovettunut näyte, joka valmistetaan samanaikaisesti kunkin tuotantoerän kanssa, varastoidaan ja testataan säännöllisesti lämpösyklillä ja poikkileikkaustarkastuksella. Todistajanäytteen poikkeama ennustaa, mutta ei takaa, mitä tuotantoerässä on.
Seuraavat vaiheet - Ota yhteyttä Fong Yong Chemicaliin
