Fiat - Prueba de resistencia a ciclos térmicos

Desarrollada por Fiat Chrysler Automobiles (FCA) (ahora Stellantis), una empresa automotriz italoamericana, la prueba de resistencia al ciclo térmico es una prueba de durabilidad ambiental utilizada en la industria automotriz para evaluar cómo los materiales, componentes y piezas interiores y exteriores soportan los cambios repetidos de temperatura, tanto altos como bajos, a lo largo del tiempo. Esta prueba se utiliza frecuentemente como referencia en las especificaciones de materiales y componentes de Fiat para verificar la durabilidad térmica a largo plazo.

Las piezas de automóviles están sometidas a una continua expansión y contracción térmica durante toda la vida útil del vehículo. Un componente puede estar sujeto a:

• Comienzos fríos del invierno
• Calentando el sol de verano
• Choques térmicos en sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC)
• Temperatura del compartimento del motor
• Ciclos repetidos de estacionamiento y carga solar

Las pruebas de resistencia al ciclo térmico confirman que el ciclo térmico repetido no provoca lo siguiente:

• agrietamiento
• inclinación
• Separación de capas
• Pérdida de adherencia
• Inestabilidad dimensional
• Blanqueamiento de superficies
• Fallo de la junta
• falla eléctrica
• Resistencia mecánica reducida

La prueba de resistencia al ciclo térmico es particularmente importante para:

paneles de instrumentos

• molduras interiores
• Componentes pegados
• Carcasas de plástico
• Módulos electrónicos
• Piezas pintadas
• Materiales compuestos
• Áreas de despliegue de las bolsas de aire
• Sistemas de iluminación exterior

En principio, durante las pruebas, la muestra se expone a temperaturas extremas que cambian repetidamente según un ciclo definido. Un ciclo térmico típico incluye:

• Exposición a bajas temperaturas
• Período de transición
• Exposición a altas temperaturas
• Etapa de control de humedad opcional
• Regreso a las condiciones ambientales

La expansión y contracción repetidas generan tensiones termomecánicas dentro del material y en las interfaces. Si bien las condiciones precisas varían según las especificaciones del componente, los programas comunes de ciclos térmicos de Fiat Automotive incluyen:

• Temperatura baja: de -30 grados a -40 grados
• Alta temperatura: de +80 grados a +120 grados
• Número de ciclos: 10-1000
• Tiempo de espera: Entre 30 minutos y 8 horas.
• Tasa de transición: controlada o natural.
• Humedad: Opcional
• Duración de la prueba: De unos pocos días a unas pocas semanas.

Un ejemplo simplificado es el siguiente:

• Primer paso: Mantener a -40 grados durante 2 horas.
• Segundo paso: Elevar a +90 grados
• Tercer paso: Mantener a +90 grados durante 2 horas.
• Cuarto paso: Volver a la temperatura ambiente.
• Paso cinco: Repita el proceso 50 veces.

Los componentes que se suelen evaluar incluyen:

• Componentes internos:
  • Componentes del panel de instrumentos
  • Paneles de puerta
  • Consolas centrales
  • reposabrazos
  • Orificios de ventilación
  • Recubrimiento decorativo
• Componentes externos:
  • Carcasas de espejos
  • Conjuntos de lámparas
  • tampones
  • rejillas
  • Cubiertas de sensores
• Componentes bajo el capó:
  • Sujetadores
  • Aislamiento de cables
  • tanques de almacenamiento de líquidos
  • Unidades de control electrónico

Los principales modos de fallo examinados son los siguientes:

• Agrietamiento: El estrés térmico repetido puede provocar fracturas en los plásticos rígidos.
• Separación de capas: Los materiales multicapa pueden separarse debido a sus diferentes coeficientes de expansión térmica.
• Fallo del adhesivo: Las uniones pegadas pueden debilitarse tras un uso cíclico.
• Deformación: La deformación dimensional puede afectar las tolerancias de ensamblaje.
• Defectos superficiales: Las posibles observaciones incluyen:
  • abrasador
  • Cambio de brillo
  • Blanqueo
  • Signos de colapso
• Fallos electrónicos: Las conexiones de soldadura y los ensamblajes de placas de circuito impreso (PCB) pueden fallar debido a la expansión cíclica.

Los vehículos modernos incorporan numerosos sistemas poliméricos y multimateriales con comportamientos de dilatación térmica variables. Por ejemplo, los comportamientos de dilatación térmica basados ​​en materiales son los siguientes:

• Acero: Baja expansión.
• Plástico ABS: Mayor expansión.
• Polipropileno: Muy alta expansión.
• Compuestos de fibra de vidrio: Expansión direccional

Cuando se unen, el ciclo térmico crea tensiones internas. Si no se realizan pruebas de verificación,

• Pueden formarse huecos en el recubrimiento.
• Las suturas de la rotura del airbag pueden debilitarse.
• Los componentes electrónicos pueden fallar prematuramente.
• Pueden producirse ruidos y chasquidos.
• La impermeabilización podría verse comprometida.

Tras las pruebas, los componentes se examinan desde las siguientes perspectivas:

• defectos visuales
• Rendimiento funcional
• Estabilidad dimensional
• Fuerza de adhesión
• Integridad mecánica
• Continuidad eléctrica
• impermeabilidad

Mientras tanto, muchas especificaciones de Fiat requieren lo siguiente:

• No debería haber grietas visibles.
• La deformación permanente no debe desaparecer.
• No debería haber ningún deterioro funcional.

Los conceptos de ensayo de ciclo térmico también se incluyen en las siguientes normas:

• ISO 16750 Vehículos de carretera – Condiciones ambientales y ensayos para equipos eléctricos y electrónicos.
• J1455 Prácticas medioambientales recomendadas para el diseño de equipos electrónicos en aplicaciones para vehículos pesados.
• IEC 60068-2-14 Pruebas ambientales - Parte 2-14: Pruebas - Prueba N: Cambio de temperatura
• LV124 Componentes eléctricos y electrónicos en vehículos de motor de hasta 3,5 toneladas: requisitos generales, condiciones de ensayo y métodos de ensayo.
• Piezas del vehículo PV1200 - Prueba de durabilidad en ciclos ambientales (80 grados / -40 grados)
• GS 95024 Componentes eléctricos y electrónicos en vehículos de motor: requisitos y ensayos medioambientales.

La resistencia al calor y la resistencia al ciclo térmico son, en realidad, conceptos diferentes. Básicamente, la resistencia al calor se refiere a lo siguiente:

• Temperatura continuamente alta
• Evalúa la estabilidad térmica.
• Exposición estática
• Centrado en el envejecimiento

En cambio, la resistencia al ciclo térmico se refiere a lo siguiente:

• Cambios de temperatura repetidos
• Evalúa el comportamiento relacionado con la fatiga.
• Exposición dinámica
• Centrado en la expansión/contracción.

Un material puede soportar calor constante, pero aun así puede fallar bajo fatiga por ciclos térmicos repetidos.

Las pruebas de resistencia a ciclos térmicos se consideran fundamentales porque simulan años de servicio real del vehículo en un breve periodo de tiempo en el laboratorio. Ayudan a los fabricantes de las siguientes maneras:

• Predecir la resiliencia a largo plazo
• Mejorar la selección de materiales
• Verificación de sistemas adhesivos
• Prevención de reclamaciones de garantía
• Para garantizar la seguridad de los pasajeros.
• Mantener la precisión dimensional
• Mayor fiabilidad en los climas globales

Para los programas de cualificación de Fiat, el ciclo térmico se considera una prueba fundamental de verificación de la durabilidad ambiental tanto para los componentes interiores como exteriores de los automóviles.

Durante muchos años, nuestra organización, con su equipo competente y experimentado, ha comprendido las necesidades de sus clientes, brindándoles los servicios de pruebas avanzadas que requieren y ayudándolos en el establecimiento, la implementación y la mejora de sus sistemas de gestión. En este contexto, también ofrecemos servicios de pruebas de resistencia a ciclos térmicos para empresas.