Fiat - Teste de resistência a ciclos térmicos

Desenvolvido pela Fiat Chrysler Automobiles (FCA) (agora Stellantis), uma empresa automotiva ítalo-americana, o teste de resistência ao ciclo térmico é um teste de durabilidade ambiental usado na indústria automotiva para avaliar como materiais, componentes e peças internas e externas resistem a repetidas mudanças de temperatura, tanto altas quanto baixas, ao longo do tempo. Este teste é frequentemente usado como referência nas especificações de materiais e componentes da Fiat para verificar a durabilidade térmica a longo prazo.

As peças automotivas são submetidas à expansão e contração térmica contínuas durante toda a vida útil do veículo. Um componente pode ser submetido a:

• Inícios frios do inverno
• Sol de verão aquecendo
• Choques térmicos em sistemas de aquecimento, ventilação e ar condicionado (HVAC)
• Temperatura do compartimento do motor
• Ciclos repetidos de estacionamento e carga solar

Os testes de resistência a ciclos térmicos confirmam que ciclos térmicos repetidos não causam os seguintes problemas:

• craqueamento
• inclinar
• Separação de camadas
• Perda de adesão
• Instabilidade dimensional
• Clareamento de superfície
• Falha na junta
• Falha elétrica
• Resistência mecânica reduzida

Testar a resistência aos ciclos térmicos é particularmente importante para:

painéis de instrumentos

• acabamento interior
• Componentes colados
• Caixas de plástico
• Módulos eletrônicos
• Peças pintadas
• Materiais compostos
• áreas de acionamento do airbag
• Sistemas de iluminação externa

Em princípio, durante os testes, a amostra é exposta a temperaturas extremas que mudam repetidamente de acordo com um ciclo definido. Um ciclo térmico típico inclui:

• Exposição a baixas temperaturas
• Período de transição
• Exposição a alta temperatura
• Estágio opcional de controle de umidade
• Retorno às condições ambientais

A expansão e contração repetidas criam tensões termomecânicas no material e nas interfaces. Embora as condições exatas variem dependendo das especificações do componente, os programas comuns de ciclagem térmica da Fiat incluem:

• Temperatura mínima: de -30 graus a -40 graus
• Alta temperatura: +80 graus a +120 graus
• Número de ciclos: 10-1000
• Tempo de espera: Entre 30 minutos e 8 horas.
• Taxa de transição: Controlada ou natural.
• Umidade: Opcional
• Duração do teste: De alguns dias a algumas semanas

Um exemplo simplificado é o seguinte:

• Primeiro passo: Manter a temperatura a -40 graus por 2 horas.
• Segundo passo: Elevar a +90 graus
• Terceiro passo: Manter a temperatura a +90 graus por 2 horas.
• Quarto passo: Retornar à temperatura ambiente.
• Passo cinco: Repita por 50 ciclos.

Os componentes normalmente avaliados incluem:

• Componentes internos:
  • Componentes do painel de instrumentos
  • Painéis de porta
  • Consoles centrais
  • Apoios de braço
  • Orifícios de ventilação
  • Revestimento decorativo
• Componentes externos:
  • Carcaças de espelho
  • conjuntos de lâmpadas
  • Absorventes internos
  • grelhas
  • Coberturas de sensores
• Componentes sob o capô:
  • Fixadores
  • Isolamento de cabos
  • tanques de armazenamento de líquidos
  • Unidades de controle eletrônico

Os principais modos de falha examinados são os seguintes:

• Rachaduras: O estresse térmico repetido pode causar fraturas em plásticos rígidos.
• Separação de camadas: Materiais multicamadas podem se separar devido aos seus diferentes coeficientes de expansão térmica.
• Falha de adesão: As conexões coladas podem enfraquecer após uso cíclico.
• Empenamento: A deformação dimensional pode afetar as tolerâncias de montagem.
• Defeitos superficiais: Possíveis observações incluem:
  • formação de bolhas
  • Alteração de brilho
  • Branqueamento
  • Sinais de colapso
• Falhas eletrônicas: Conexões de solda e placas de circuito impresso (PCBs) podem falhar devido à expansão cíclica.

Os veículos modernos incorporam muitos sistemas poliméricos e multimateriais com comportamentos de expansão térmica variáveis. Por exemplo, os comportamentos de expansão térmica baseados em materiais são os seguintes:

• Aço: Baixa expansão.
• Plástico ABS: Maior expansão.
• Polipropileno: Expansão muito alta.
• Compósitos de fibra de vidro: Expansão direcional

Quando unidos, os ciclos térmicos criam tensões internas. Se os testes de verificação não forem realizados,

• Podem formar-se vazios no revestimento.
• As costuras de ruptura do airbag podem enfraquecer.
• Os componentes eletrônicos podem falhar prematuramente.
• Podem ocorrer ruídos e estalos.
• A impermeabilização pode estar comprometida.

Após os testes, os componentes são examinados sob as seguintes perspectivas:

• defeitos visuais
• Desempenho funcional
• Estabilidade dimensional
• Força de adesão
• Integridade mecânica
• Continuidade elétrica
• impermeabilidade

Entretanto, muitas especificações da Fiat exigem o seguinte:

• Não devem existir rachaduras visíveis.
• A deformação permanente não deve desaparecer.
• Não deve haver comprometimento funcional.

Os conceitos de teste de ciclo térmico também estão incluídos nas seguintes normas:

• ISO 16750 Veículos rodoviários – Condições ambientais e ensaios para equipamentos elétricos e eletrônicos.
• J1455 Práticas ambientais recomendadas para o projeto de equipamentos eletrônicos em aplicações de veículos pesados.
• IEC 60068-2-14 Ensaios ambientais - Parte 2-14: Ensaios - Ensaio N: Mudança de temperatura
• LV124 Componentes elétricos e eletrônicos em veículos automotores de até 3,5 toneladas - Requisitos gerais, condições de teste e métodos de teste.
• Peças do veículo PV1200 - Teste de durabilidade em ciclo ambiental (80 graus / -40 graus)
• GS 95024 Componentes elétricos e eletrônicos em veículos automotores - Requisitos e testes ambientais

Resistência ao calor e resistência a ciclos térmicos são conceitos diferentes. Essencialmente, resistência ao calor refere-se ao seguinte:

• Temperatura continuamente elevada
• Avalia a estabilidade térmica.
• Exposição estática
• Com foco no envelhecimento.

Em contrapartida, a resistência ao ciclo térmico refere-se ao seguinte:

• mudanças repetidas de temperatura
• Avalia o comportamento em relação à fadiga.
• Exposição dinâmica
• Focado em expansão/contração.

Um material pode suportar calor constante, mas ainda assim pode falhar sob fadiga por ciclos térmicos repetidos.

Os testes de resistência ao ciclo térmico são considerados essenciais porque simulam anos de uso real do veículo em um curto período de tempo em laboratório. Eles auxiliam os fabricantes das seguintes maneiras:

• Previsão da resiliência a longo prazo
• Melhorar a seleção de materiais
• Verificação de sistemas adesivos
• Prevenção de reclamações de garantia
• Para garantir a segurança dos passageiros.
• Manter a precisão dimensional
• Aumento da confiabilidade em climas globais

Para os programas de qualificação da Fiat, o ciclo térmico é considerado um teste fundamental de verificação da durabilidade ambiental de componentes automotivos, tanto internos quanto externos.

Há muitos anos, nossa organização, com sua equipe competente e experiente, compreende as necessidades de seus clientes, fornecendo os serviços avançados de teste que eles exigem e auxiliando no estabelecimento, implementação e aprimoramento de sistemas de gestão. Nesse contexto, também oferecemos serviços de teste de resistência a ciclos térmicos para empresas.