某型燃?xì)獍l(fā)生器殼體爆裂故障分析

摘要：針對某型裝備燃?xì)獍l(fā)生器使用過程中發(fā)生殼體爆裂的故障，分析了該型燃?xì)獍l(fā)生器爆裂的原因，提出了改進(jìn)措施建議。

關(guān)鍵詞：燃?xì)獍l(fā)生器；殼體；爆裂；故障分析

Keywords：gas generator；shell；burst；fault analysis

1 故障現(xiàn)象

某型燃?xì)獍l(fā)生器是裝有火藥藥柱的一次性使用部件，主要作用是通過火藥燃燒產(chǎn)生高壓燃?xì)?，快速吹轉(zhuǎn)渦輪發(fā)電機(jī)葉片，使其高速旋轉(zhuǎn)從而實(shí)現(xiàn)向裝備供電。

某型裝備在使用過程中工作異常。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)該裝備未正常工作的原因是燃?xì)獍l(fā)生器殼體爆裂，燃?xì)鈮毫谋烟幮狗牛茨軉?dòng)渦輪發(fā)電機(jī)供電，致使裝備無法工作。

2 故障檢查及分析

2.1 分解檢查

分解燃?xì)獍l(fā)生器，檢查發(fā)現(xiàn)電點(diǎn)火具（見圖1）已正常工作，超壓藥柱已燒盡。殼體爆裂位置位于焊縫與法蘭之間的超壓藥柱燃燒室（見圖2）。爆裂處殼體膨脹變形，與正常殼體（見圖3）對比，爆裂的燃?xì)獍l(fā)生器管路未見明顯高溫燃?xì)鉄g變色現(xiàn)象。

2.2 爆裂原因分析

該型燃?xì)獍l(fā)生器由燃燒室殼體、藥柱、套座、膜片、電點(diǎn)火具、過濾筒和管路組成（見圖4）。造成超壓燃?xì)獍l(fā)生器殼體爆裂的可能原因，一是異物堵塞燃?xì)獬隹诠苈?，?dǎo)致燃?xì)馀欧挪粫?，裝藥快速燃燒產(chǎn)生的燃燒壓力不斷積聚，使殼體爆裂；二是藥柱有裂紋，使燃面增加，燃燒室壓力瞬間急劇上升，導(dǎo)致燃?xì)獍l(fā)生器爆裂；三是殼體存在制造缺陷，承受不了燃?xì)鈮毫Χ选?/p>

為此，針對以上可能原因，逐項(xiàng)開展檢查及分析。

1）殼體及管路檢查與分析

對爆裂燃?xì)獍l(fā)生器所在艙段進(jìn)行檢查，并對爆裂的燃?xì)獍l(fā)生器殼體及管路實(shí)施CT探傷檢查，均未發(fā)現(xiàn)多余物。用內(nèi)窺鏡檢查超壓燃?xì)獍l(fā)生器殼體爆裂部位，發(fā)現(xiàn)膜片已沖破，向超壓燃?xì)獍l(fā)生器管路一端通入低壓氣體，另一端有氣體排出，未發(fā)現(xiàn)管路存在堵塞現(xiàn)象。

對點(diǎn)火異常爆裂的超壓燃?xì)獍l(fā)生器殼體進(jìn)行線切割，檢查內(nèi)部情況，并抽取一枚正常點(diǎn)火的超壓燃?xì)獍l(fā)生器殼體進(jìn)行線切割，進(jìn)行檢查對比。在爆裂的超壓燃?xì)獍l(fā)生器殼體內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)異物，排除了管路堵塞引起爆裂的可能。爆裂的超壓燃?xì)獍l(fā)生器殼體斷口形狀如圖5所示，A側(cè)斷口呈波浪狀，表明爆裂不是單點(diǎn)起爆炸裂；靠近法蘭與焊縫的斷口向外翹曲，與壓力膨脹方向相同，斷口中間向內(nèi)彎曲，由此可知爆裂發(fā)生時(shí)是向外翹曲的兩個(gè)位置最先發(fā)生斷裂，中間位置最后發(fā)生斷裂。B側(cè)斷口側(cè)面可見明顯壓痕（見圖6），表明炸裂后該位置撞到附近零件。殼體壁厚減薄相對較小，這是由于炸裂后其他零件相對B側(cè)斷口施加了壓力，阻礙其變形，因此B側(cè)斷口減薄較小。

爆裂殼體與正常殼體的外觀差異見表1。正常殼體壁厚1.91mm，爆裂殼體斷口最薄處僅1.14mm，表明爆裂品發(fā)生了較大的塑性變形。從螺紋的變形可知，爆裂前腔體內(nèi)部存在大的壓力，從排氣口及其膜片變形和排氣管顏色可知，爆裂時(shí)經(jīng)排氣管排出的氣體較少，溫度不高?；鹚幵谙鄬γ荛]的腔體內(nèi)燃燒致使內(nèi)腔體內(nèi)部均勻變色。由此可知，殼體爆裂前，其內(nèi)部壓強(qiáng)增大，爆裂時(shí)燃?xì)庋杆籴尫?，氣路中只有少量燃?xì)馔ㄟ^。

2）化學(xué)成分分析

根據(jù)GJB2294-1995航空用不銹鋼及耐熱鋼棒規(guī)范中對1Cr18Ni9Ti的化學(xué)成分技術(shù)要求，對爆裂殼體與正常殼體進(jìn)行化學(xué)成分檢測，檢測結(jié)果見表2，表明爆裂殼體與正常殼體的化學(xué)成分均滿足技術(shù)要求。

3）斷口宏觀檢查

斷口的宏觀形貌如圖7所示，爆裂殼體內(nèi)表面可見大量因劇烈塑性變形而形成的內(nèi)部裂紋，這些裂紋均勻分布在內(nèi)表面，表明腔體內(nèi)部發(fā)生了比較均勻的塑性變形。斷口未見明顯的加工缺陷與缺口。

4）斷口微觀檢查

殼體斷口的微觀形貌如圖8所示。不同位置的斷口形貌均為韌窩，表明斷裂為韌性斷裂，是過應(yīng)力斷裂。斷口上未見明顯的冶金缺陷或表面損傷。

5）斷口微觀組織

爆裂殼體與正常殼體的縱向微觀組織如圖9所示。從蝕刻前的組織可知，爆裂殼體與正常殼體均存在較多的橙色顆粒——氮化鈦，正常殼體稍多。蝕刻后，爆裂殼體與正常殼體的組織均為單相奧氏體，爆裂殼體的晶粒較大，晶粒存在變形，硬度為249HV0.3。正常殼體晶粒較小，晶粒為規(guī)則的等軸晶粒，硬度為156HV0.3。爆裂殼體硬度偏高與晶粒變形是由于爆裂殼體發(fā)生了塑性變形，加工硬化導(dǎo)致硬度變大。而晶粒較大應(yīng)是受熱所致，晶粒變形與宏觀的塑性變形相對應(yīng)，未見明顯的材料缺陷。

6）裝藥裂紋分析

由于該燃?xì)獍l(fā)生器超壓藥柱已完全燃燒，無法對裝藥進(jìn)行進(jìn)一步檢查，但超壓藥柱經(jīng)X射線檢查無裂紋，為合格件。采用CT檢測方式重新復(fù)查與該已超壓藥柱同時(shí)期經(jīng)X射線檢查合格的超壓藥柱，發(fā)現(xiàn)少量超壓藥柱存在細(xì)微裂紋，說明前期對超壓藥柱進(jìn)行裂紋篩查時(shí)使用的X射線檢查方式存在藥柱中小缺陷未檢出的情況。

分析認(rèn)為，X射線實(shí)時(shí)成像檢測系統(tǒng)未檢出小缺陷的原因是其成像檢測板使用的是第一代圖像增強(qiáng)器，成像像素少、尺寸大、圖像分辨率低、信噪比低，因而對小缺陷的檢測靈敏度不高。若超壓藥柱有裂紋，點(diǎn)火后裝藥燃面增加，單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)氣量將增大，導(dǎo)致燃?xì)獠荒芗皶r(shí)通過管路，燃燒室壓力將急劇上升，超過燃燒室殼體能承受的最大壓力后，最終使燃?xì)獍l(fā)生器爆裂。因此，不能排除超壓藥柱有裂紋引起爆裂的可能。

3 結(jié)論及建議

通過以上檢查與分析，燃?xì)獍l(fā)生器未見異物堵塞，殼體的材質(zhì)與加工未見異常，殼體爆裂前其內(nèi)部壓強(qiáng)增大，爆裂時(shí)燃?xì)庋杆籴尫?，氣路只有少量燃?xì)馔ㄟ^，因此不排除裝藥裂紋引起爆裂的可能。

建議針對X射線對藥柱中小裂紋檢測靈敏度不高問題，將藥柱無損檢測方法由X射線檢測調(diào)整為CT檢測，以提高檢查的準(zhǔn)確性，根除藥柱存在細(xì)微裂紋的隱患。

作者簡介

謝七國，工程師，主要從事火工品、引戰(zhàn)系統(tǒng)、固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)維護(hù)技術(shù)研究工作。