四通換向閥毛細管斷裂分析

顏小林，周俊河

（珠海格力電器股份有限公司，廣東珠海 519070）

1 引言

四通換向閥是熱泵空調必須用到的重要部件之一，其質量的好壞直接決定了空調器質量的優(yōu)劣。在四通閥故障當中，毛細管裂漏問題不容忽視，因為四通閥毛細管裂漏一般具有隱蔽性、滯后性以及批量性三個特征，很容易導致空調器在售后出現批量的質量事故。本文從一臺空調器上拆下的毛細管斷裂的四通閥分析出發(fā)，針對導致四通閥毛細管斷裂常見的一種失效模式進行原因分析并提出預防方案。

2 四通換向閥毛細管斷裂失效分析

2.1 宏觀分析

圖1 試樣斷口宏觀形貌圖

該四通換向閥在使用不足半年即發(fā)生泄漏，拆下檢查發(fā)現毛細管有一條垂直于軸向的斷裂裂紋。該裂紋處于毛細管釬焊接頭的熱影響區(qū)，與焊縫距離5mm，見圖1。從失效件上切下帶斷裂裂紋的毛細管，毛細管從裂紋處自然分為兩截，觀察斷口，沒有塑性變形痕跡，表面不光滑，有輕微氧化。

2.2 材料成分分析

表1 毛細管成分測試結果

該故障毛細管使用的材料為TP2牌號的紫銅管，對毛細管采用ICP 進行成分測試，主要成分含量見表1。測試結果表明，成分符合GB/T5231-2001 關于TP2標準要求［1］。

2.3 維氏顯微硬度測試（如表2）

表2 毛細管硬度檢測結果 /HV0.3，15S

2.4 金相分析

圖2 斷口附件材料金相組織圖

圖3 斷口表面裂紋源區(qū)微觀形貌

截取斷口附近銅管鑲樣、研磨、腐蝕，進行金相觀察，試樣基體為單相α銅，呈完全退火態(tài)，其上沒有其他相夾雜，銅基體晶粒由于受釬焊熱影響而略微偏大，按YS/T347-2004 可評為5 級，其平均晶粒度直徑為0.082mm，金相組織見圖2，金相組織正常。

2.5 掃描電鏡、能譜分析

將斷口放在電鏡下觀察，裂紋源位于銅管外側，放大觀察裂紋源為多源點狀開裂，見圖3（a）、圖3（b），并未發(fā)現夾雜顆粒。銅管在開裂后沿垂直軸向方向擴展，擴展區(qū)有撕裂嶺，放大觀察有大量二次沿晶裂紋，有低周高應力疲勞紋［1］，見圖3（c）、圖4，最終瞬斷區(qū)未見韌窩，能譜分析未見氧、磷富集。

3 失效分析總結

從成分分析角度來說，斷裂毛細管的制作材料符合GB/T5231-2001 關于TP2的要求。金相觀察，除斷口附近組織除晶粒比較大以外，未發(fā)現其他異常。我們注意到斷口位于毛細管釬焊接頭僅5mm的地方，斷口釬焊的一端有助焊劑，另一端未見明顯助焊劑包裹。失效件是空調器室外機，使用中會有振動，有助焊劑包裹的部分相當于有一圈加強筋，部分增加了銅管的強度，銅管上的力是均勻的。在有助焊劑和無助焊劑的地方，銅管受到外界作用，特別是振動時的剪切都是均勻的，但在有助焊劑和無助焊劑的地方交接處，由于銅管有效受力面積的巨變，其受到外力的應力作用也是巨變的，在積累的載荷作用下，銅管最容易在此處開裂。由于開裂位于釬焊熱影響區(qū)，銅管晶粒度長大，雖然硬度很低，但在外界大應力下仍然發(fā)生疲勞斷裂。因此要解決此類四通換向閥毛細管斷裂故障，需要減少系統(tǒng)振動，可以在空調器室外機樣機生產時對四通換向閥位置進行應力應變測試，保證空調器室外機振動在可控范圍，同時對批量生產的空調器室外機出廠前必須定期抽樣進行應力應變監(jiān)控，從源頭解決空調器室外機振動造成斷裂故障。

圖4 斷口裂紋擴展區(qū)微觀形貌

［1］張棟，鐘培道，陶春亮.失效分析［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2001.