孔探儀堵蓋組合件彈簧失效原因分析及改進(jìn)

付延英 王全 翟賢超

摘 要：某型高壓壓氣機(jī)孔探儀堵蓋組合件彈簧斷裂，文章采用宏觀分析、斷口微觀形貌分析、成分分析等手段對彈簧斷裂性質(zhì)進(jìn)行了分析，判定彈簧為疲勞斷裂，疲勞起源于彈簧表面，針對彈簧斷裂原因，提出了有效的改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：彈簧失效；斷口分析；疲勞斷裂

中圖分類號：TH135 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）20-0119-02

Abstract： The spring fracture of the plug cap assembly of a certain high pressure compressor hole detector is analyzed by means of macroscopic analysis， microanalysis of fracture surface and composition analysis， and the spring is judged to be fatigue fracture. Fatigue originated from the spring surface， and the effective improvement measures are put forward in view of the causes of spring fracture.

Keywords： spring failure； fracture analysis； fatigue fracture

1 概述

彈簧廣泛應(yīng)用于武器裝備、儀器儀表，石油化工，機(jī)電設(shè)備，交通能源等。工作過程中，彈簧起到緩沖平衡，自動控制，儲存能量，安全保險等作用[1]。但是，彈簧的疲勞破壞等失效形式，在使用過程中經(jīng)常發(fā)生，有時會造成嚴(yán)重事故，甚至危及到人們的生命安全[2]。導(dǎo)致彈簧失效的因素有很多，主要有原材料表面缺陷、原材料偏析、熱處理工藝缺陷、彈簧加工不當(dāng)?shù)萚3-4]，因此分析彈簧的失效原因并找到改進(jìn)措施非常重要。

某型航空發(fā)動機(jī)高壓壓氣機(jī)孔探儀堵蓋組合件彈簧失效，分解檢查后發(fā)現(xiàn)彈簧上端堆積斷裂，為了徹底查清斷裂的原因，進(jìn)行了一系列的檢測分析。

2 檢查與分析

2.1 宏觀檢查

故障彈簧宏觀圖像如圖1所示，彈簧斷為“一長兩短”三部分，較長段彈簧在斷裂處附近存在塑性變形。將彈簧斷口進(jìn)行編號，其中A斷口和B斷口為對偶面，C斷口和D斷口為對偶面，故對A斷口和C斷口進(jìn)行斷口分析。

2.2 斷口分析

A斷口宏觀放大形貌，斷口表面呈銀灰色，較平滑，部分邊緣區(qū)域存在磨損和卷邊。在掃描電鏡下，對A斷口進(jìn)行觀察，低倍形貌如圖2所示。斷口隱約可見疲勞弧線和放射棱線形貌特征，表明斷口性質(zhì)為疲勞斷口，根據(jù)疲勞弧線和放射棱線的方向判斷，疲勞起源于彈簧表面，呈線源特征，位置見圖中箭頭所指處，疲勞擴(kuò)展區(qū)約占整個斷口面積的40%。

放大觀察疲勞源區(qū)，源區(qū)平滑，部分邊緣區(qū)域存在磨損，未見明顯的冶金缺陷。疲勞擴(kuò)展區(qū)可見較細(xì)密的疲勞條帶。瞬斷區(qū)為典型的韌窩形貌特征，見圖3。

C斷口宏觀放大形貌，斷口表面呈銀灰色，略有起伏。在掃描電鏡下，對C斷口進(jìn)行觀察，低倍形貌如圖4所示。斷口隱約可見放射棱線形貌特征，表明斷口性質(zhì)為疲勞斷口，根據(jù)放射棱線的方向判斷，疲勞起源于彈簧表面，呈線源特征，位置見圖中箭頭所指處，疲勞擴(kuò)展區(qū)和瞬斷區(qū)分界面較清晰，疲勞擴(kuò)展區(qū)約占整個斷口面積的35%。

放大觀察疲勞源區(qū)，源區(qū)較平滑，可見放射棱線形貌特征，疲勞弧線特征不明顯，未見明顯的冶金缺陷。疲勞擴(kuò)展區(qū)可見較細(xì)密的疲勞條帶。瞬斷區(qū)為典型的韌窩形貌特征，見圖5。

3 成分分析

對故障彈簧取樣進(jìn)行能譜分析，結(jié)果如表1所示，主要合金元素含量基本滿足標(biāo)準(zhǔn)YB/T 5253-93要求。

4 改進(jìn)措施

通過對彈簧進(jìn)行斷裂斷口分析，得出如下結(jié)論，并提出改進(jìn)措施：

（1）孔探儀堵蓋組合件彈簧在反復(fù)壓縮作用下，發(fā)生疲勞斷裂，疲勞起源于彈簧表面。

（2）疲勞源區(qū)均未見明顯的冶金缺陷。

（3）故障彈簧材質(zhì)未見明顯異常。

（4）孔探儀堵蓋組合件在使用過程中彈簧上端卡滯，經(jīng)過反復(fù)壓縮導(dǎo)致彈簧失效，可增加銷子結(jié)構(gòu)，銷子的作用是對彈簧進(jìn)行引導(dǎo)，以防止彈簧躥動卡滯。

參考文獻(xiàn)：

[1]于匯泳，周慧琳，胡俊華.彈簧振動失效斷口分析[J].機(jī)械設(shè)計與制造，2013（3）：260-264.

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