空調(diào)連接接頭失效分析及預(yù)防

舒鋼，眭敏

（珠海格力電器股份有限公司，廣東珠海 519070）

1 前言

TP2M紫銅管路連接件由于可釬焊性優(yōu)、結(jié)構(gòu)適應(yīng)性強(qiáng)，為制冷行業(yè)目前普遍采用的制冷劑連接管件。同時兼?zhèn)渖a(chǎn)效率高、適合批量加工、耐腐蝕能力佳等優(yōu)勢，為制冷行業(yè)連接件主流。但釬焊工藝、結(jié)構(gòu)等導(dǎo)致的失效問題依然存在，如個別“結(jié)構(gòu)安全系數(shù)評估不夠”安裝后振動應(yīng)力導(dǎo)致的焊料裂漏失效。

本次失效結(jié)構(gòu)為連接用管路件，管件材料牌號為TP2M，規(guī)格為?16×1，垂直對接規(guī)格為?25×1的管件，售后裂漏位置為焊接處的焊料受振動應(yīng)離裂漏，具體位置如圖1。

2 理化檢驗

2.1 力學(xué)性能試驗

在失效管路件上取樣進(jìn)行力學(xué)性能檢測，結(jié)果與 GB/T17791［1］要求相符。

2.2 材料組織、成分檢測

對失效管路件原材、焊料取樣進(jìn)行材料組織、化學(xué)成分分析，結(jié)果與 GB/T 5231［2］、GB/T6418［3］要求相符。

2.3 斷口外觀檢驗

管路件裂口位于“T型”釬焊連接位置，附近銅材未見裂漏異常。

圖1 管路件泄漏位置示意

圖2 管路件釬焊連接處“振動應(yīng)力裂紋”微觀組織100×

2.4 金相檢驗

在開裂處取樣，經(jīng)鑲嵌、研磨、拋光并且侵蝕后，在顯微鏡下可見焊料明顯的裂紋，裂紋圓滑細(xì)長，可以確定為沖擊應(yīng)力裂紋，見圖2。

3 “沖擊應(yīng)力裂漏”原因分析

據(jù)相關(guān)資料［4］，“T型”垂直套接接頭 （如圖3），釬焊工藝的結(jié)構(gòu)可靠。安全系數(shù)按下式計算:

式中:Y為安全系數(shù) （一般薄件為2～5）;L為釬焊設(shè)計的理論套接長度 （mm）;σb為母材的拉伸強(qiáng)度 （kg/mm2）;στ為釬料的剪切強(qiáng)度 （kg/mm2）;δ為板厚 （或圓管壁厚）。

依據(jù) （1）式計算失效“T”釬焊結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)為:

圖3 “T型”垂直套接接頭

式中:σb—經(jīng)查閱資料［5］，TPM2為230 kg/mm2;στ—Cu93P為180 kg/mm2;δ— “T”釬焊結(jié)構(gòu)，為小管壁厚，取1．0mm;L—取實際設(shè)計值2．0mm。

經(jīng) （2）式核算，目前釬焊結(jié)構(gòu)安全系數(shù)存在偏低情況，釬焊設(shè)計規(guī)范要求Yε（2，5），由于“T型”垂直套接接頭結(jié)構(gòu)振動應(yīng)力集中于釬焊對接位置，導(dǎo)致圖3失效發(fā)生。

4 驗證試驗及結(jié)構(gòu)優(yōu)化

為了檢驗 （1）式的準(zhǔn)確性，將不同結(jié)構(gòu)條件下計算的安全系數(shù)與疲勞壓力沖擊次數(shù) （Un）實驗值相比較。

4.1 疲勞壓力沖擊試驗簡介及裝置

試驗具體要求為:用0～4．2MPa的恒定氣體壓力頻率1Hz對待測冷凝器進(jìn)管組件連續(xù)沖擊20萬次后進(jìn)行檢漏。

將待測件焊至工裝架，一端接于氣壓傳動裝置，與高壓氣源接通，并將待測件其余終端出口焊死，保證壓力沖擊密閉性，接通電源、氣源，將高壓氮氣瓶輸出壓力調(diào)節(jié)至4．2MPa，對冷凝器進(jìn)管組件進(jìn)行沖擊，壓力輸出后，內(nèi)部的節(jié)流裝置將輸出壓力與高壓氣源瞬時切斷，完成一次沖擊，計數(shù)器跳動一次，整個過程歷時1s左右。

疲勞壓力沖擊試驗裝置原理圖如圖4。

圖4 疲勞壓力沖擊試驗裝置連接原理圖

圖5 疲勞振動次數(shù)Un實驗值與安全系數(shù)Y的比較

4.2 試驗結(jié)果

如圖5所示，可以看出，計算安全系數(shù)Y與實際疲勞振動次數(shù) （Un）呈現(xiàn)明顯線性關(guān)系，相對偏差在10%以內(nèi)，因此 （1）式結(jié)合圖5可以很好的指導(dǎo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

5 結(jié)論

1）“T型”垂直套接接頭釬焊點售后開裂屬于設(shè)計過程安全系數(shù)評審失效，在售后振動應(yīng)力作用下產(chǎn)生微觀裂紋導(dǎo)致泄漏。通過可靠的結(jié)構(gòu)模型、實驗驗證 （圖5），調(diào)整優(yōu)化結(jié)構(gòu)保持安全系數(shù)在2．66以上，可保證振動實驗20萬次以上及售后6年質(zhì)量要求。

2）因售后運輸及使用過程，空調(diào)的振動及其產(chǎn)生的對焊點的應(yīng)力難以避免。但通過結(jié)構(gòu)安全系數(shù)的評估、驗證與優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，廠內(nèi)重復(fù)實驗驗證及售后用戶使用，類似“T”型套接釬焊結(jié)構(gòu)沒有再出現(xiàn)“振動應(yīng)力裂紋”導(dǎo)致裂漏現(xiàn)象。

［1］國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17791－2007空調(diào)與制冷設(shè)備用無縫銅管 ［S］

［2］國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5231－2001加工銅及銅合金化學(xué)成分和產(chǎn)品形狀 ［S］

［3］國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6418－2008銅基釬料 ［S］

［4］魏貞閔．空調(diào)配管釬焊套接長度的試驗分析 ［J］．新技術(shù)新工藝，2006（02）:6－7

［5］田榮璋，王祝堂．銅合金及其加工手冊 ［M］．長沙:中南大學(xué)出版社，2005