發(fā)動(dòng)機(jī)燃油導(dǎo)管裂紋失效分析

摘 要：文章主要論述了發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管的失效分析過(guò)程、分析方法。借助典型案例，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管的主要失效形式及預(yù)防方法進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)管；失效；失效分析；疲勞斷裂

1 概述

發(fā)動(dòng)機(jī)外部導(dǎo)管主要用來(lái)輸送燃油、滑油、空氣等物質(zhì)，起著與人體血管一樣極為重要的作用，是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零部件。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)、研制和使用過(guò)程中，導(dǎo)管的斷裂故障十分突出。外部導(dǎo)管的質(zhì)量和工作狀態(tài)直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性，導(dǎo)管的設(shè)計(jì)、選材、振動(dòng)等因素都影響導(dǎo)管的壽命。文章主要討論當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管斷裂失效時(shí)，如何進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)失效原因，找到解決辦法。

2 導(dǎo)管失效形式

某發(fā)動(dòng)機(jī)燃油導(dǎo)管產(chǎn)生裂紋（見(jiàn)圖1），工作時(shí)間353h54min，裂紋發(fā)生在焊縫附近。

2.1 失效及失效分析

產(chǎn)品喪失規(guī)定的功能稱(chēng)為失效。

通過(guò)分析、檢測(cè)、研究、判斷失效的原因，找出失效的機(jī)理和規(guī)律，為改進(jìn)提供依據(jù)，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為失效分析。

2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管的失效形式及產(chǎn)生原因

（1）疲勞斷裂：指導(dǎo)管在反復(fù)多次的應(yīng)力或能量負(fù)荷循環(huán)后，才發(fā)生的斷裂現(xiàn)象。斷裂位置多發(fā)生在焊縫處，主要是由于焊接熱影響區(qū)強(qiáng)度下降，加之導(dǎo)管的裝配應(yīng)力與發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)應(yīng)力疊加，構(gòu)成疲勞斷裂。如果導(dǎo)管不按要求進(jìn)行修理和維護(hù)，就有可能使導(dǎo)管產(chǎn)生磨損、壓傷、變形和腐蝕，而這些都會(huì)使導(dǎo)管損傷，在振動(dòng)作用下，就可導(dǎo)致導(dǎo)管破裂。

（2）漏油：如果導(dǎo)管內(nèi)液體流動(dòng)不暢，或有阻塞，導(dǎo)致流體從導(dǎo)管連接處溢出。因此要保證導(dǎo)管內(nèi)流體流動(dòng)通暢，沒(méi)有阻塞，導(dǎo)管連接良好。

（3）磨損：由于發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)管安裝空間狹小，加上拆裝時(shí)導(dǎo)管變形，卡箍松緊度不合適，使導(dǎo)管表面與其它物體相互磨損，而引起表面材料損失的現(xiàn)象。

3 導(dǎo)管的失效分析過(guò)程

3.1 材料檢查

導(dǎo)管材料為1Cr18Ni9Ti，符合設(shè)計(jì)要求。

3.2 外觀檢查

導(dǎo)管的斷裂位置在焊縫附近，外觀上只能看到斷口的宏觀形貌。經(jīng)顯微鏡檢查，發(fā)現(xiàn)斷口表面磨損嚴(yán)重，屬于疲勞斷口，斷口位置可見(jiàn)兩個(gè)明顯的疲勞源，疲勞源側(cè)面沒(méi)有腐蝕的痕跡。

3.3 微觀檢查

在高倍顯微鏡下觀察，疲勞源附近有棱線，沒(méi)有觀察到明顯的冶金缺陷，疲勞擴(kuò)展區(qū)可觀察到疲勞弧線。

經(jīng)以上檢查分析：斷口是由于正常的裝配應(yīng)力疊加引起的疲勞斷裂。

3.4 靜頻和動(dòng)應(yīng)力測(cè)試

3.4.1 靜頻測(cè)試

將導(dǎo)管在安裝狀態(tài)下測(cè)試調(diào)整夾箍前后的固有頻率，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速頻率在221HZ以內(nèi)，結(jié)果表明，調(diào)整夾箍對(duì)導(dǎo)管固有頻率無(wú)明顯變化，導(dǎo)管固有頻率在在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速頻率范圍內(nèi)，與發(fā)動(dòng)機(jī)存在共振的可能，說(shuō)明導(dǎo)管在設(shè)計(jì)上存在不足。

3.4.2 動(dòng)應(yīng)力測(cè)試

在導(dǎo)管斷裂位置粘貼應(yīng)變片，發(fā)動(dòng)機(jī)試車(chē)過(guò)程中，應(yīng)變片拾取導(dǎo)管的微弱振動(dòng)，經(jīng)過(guò)放大器放大信號(hào)，傳輸?shù)綔y(cè)試軟件，得到導(dǎo)管的振動(dòng)應(yīng)力及振動(dòng)頻率。試驗(yàn)結(jié)果表明斷裂位置的振動(dòng)頻率與液壓系統(tǒng)柱塞泵脈動(dòng)壓力頻率相近。

3.4.3 原因分析

通過(guò)以上試驗(yàn)及分析可知，主要由于設(shè)計(jì)缺陷，與導(dǎo)管相連的柱塞泵的脈動(dòng)壓力迫使導(dǎo)管振動(dòng)應(yīng)力過(guò)大，致使發(fā)生斷裂故障。

3.5 排故措施

改進(jìn)導(dǎo)管設(shè)計(jì)，避開(kāi)柱塞泵的脈動(dòng)壓力頻率，提高導(dǎo)管強(qiáng)度。

4 預(yù)防發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管疲勞破壞的方法

疲勞斷裂是發(fā)動(dòng)機(jī)的主要失效形式，而材料缺陷、焊接缺陷、裝配應(yīng)力過(guò)大、導(dǎo)管共振等原因都會(huì)引起疲勞斷裂，下面針對(duì)不同情況分別加以論述。

4.1 材料缺陷

導(dǎo)管在安裝過(guò)程中，不得隨意矯形，要使用橡膠或木質(zhì)工具敲打?qū)Ч?，避免?dǎo)管出現(xiàn)損傷；要保持導(dǎo)管表面清潔；導(dǎo)管之間的間隙要符合要求，不小于3mm。有些導(dǎo)管對(duì)溫度比較敏感，在安裝過(guò)程中要考慮熱膨脹的影響。

4.2 焊接缺陷

常見(jiàn)的焊接缺陷有：夾渣、焊縫尺寸不合要求、未焊透、咬邊或漏邊、氣孔及裂紋等。由于這些缺陷導(dǎo)致焊縫位置強(qiáng)度降低，抗沖擊能力差，易發(fā)生疲勞斷裂。因此在焊接過(guò)程中，焊縫表面應(yīng)圓滑轉(zhuǎn)接，焊接速度均勻，電流大小合適，焊縫打磨干凈，不允許有焊縫裂紋或氣孔等缺陷。并用X光嚴(yán)格檢查焊縫內(nèi)部缺陷。

4.3 裝配應(yīng)力引起

由于發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件都是通過(guò)人工進(jìn)行安裝。導(dǎo)管的制造誤差、發(fā)動(dòng)機(jī)安裝附件位置積累誤差，會(huì)影響到導(dǎo)管的安裝，留下較大的裝配應(yīng)力，降低導(dǎo)管工作的可靠性。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管裝配過(guò)程中要嚴(yán)格執(zhí)行裝配工藝。安裝過(guò)程中杜絕過(guò)度矯型和碰傷，力求將裝配應(yīng)力控制在較低水平，保證發(fā)動(dòng)機(jī)安全使用。

4.4 共振引起

由于發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作轉(zhuǎn)速高，頻率范圍寬，振動(dòng)大。如果導(dǎo)管的固有頻率與發(fā)動(dòng)機(jī)上的某激振源固有頻率相等時(shí)，將產(chǎn)生共振，有發(fā)生裂斷故障的危險(xiǎn)。所以，在導(dǎo)管設(shè)計(jì)過(guò)程中要控制導(dǎo)管頻率，避免與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)頻率相同或相近，安裝過(guò)程中合理安排管路支承點(diǎn)的位置。

參考文獻(xiàn)

[1]陶春虎，習(xí)年生，鐘培道.航空裝備失效典型案例分析[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1998.

[2]唐有才，馬乃蒼，房學(xué)祥.飛機(jī)液壓導(dǎo)管破裂故障分析及措施[J].航空工程與維修，2001.