關(guān)于空調(diào)管路加工成型的可靠性分析與研究

甘立榮 葉遠(yuǎn)佳

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519070）

前言

隨著國內(nèi)空調(diào)市場(chǎng)的快速發(fā)展，為確保良好的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)空調(diào)自身的性能及質(zhì)量提出了更高的要求[1]。制冷劑泄漏問題就是在實(shí)際使用過程中亟需解決的主要問題。制冷劑泄漏會(huì)導(dǎo)致空調(diào)壓縮機(jī)故障，從而導(dǎo)致制冷效果降低并進(jìn)一步污染環(huán)境[2-4]?？照{(diào)管路作為制冷劑的承載體，其可靠性程度直接影響實(shí)際使用過程中是否會(huì)出現(xiàn)制冷劑泄漏問題。本文通過對(duì)空調(diào)管路上分配器沖壓、管路折彎加工過程中的分析研究，完善空調(diào)管路加工工藝，進(jìn)一步提高管路可靠性，降低售后出現(xiàn)制冷劑泄漏問題的概率。

1 分配器結(jié)構(gòu)研究

集氣管上閉合式?jīng)_壓結(jié)構(gòu)的分配器在售后故障率較高，為研究其失效形式，現(xiàn)對(duì)故障件取樣進(jìn)行分析。

1.1 微觀分析

在故障位置取樣，經(jīng)鑲嵌、研磨、拋光后在光學(xué)顯微鏡下觀察。由圖1所見，在50倍顯微鏡下觀察，焊縫與銅材過度處存在泄漏通道。在100倍顯微鏡下觀察，開裂處平整，晶粒組織未有明顯拉伸，呈穿晶斷裂，為疲勞裂紋[5]。

圖1 泄漏位置截面形貌

1.2 實(shí)驗(yàn)分析

根據(jù)上述金相分析情況可推斷集氣管沖壓處在交變冷媒?jīng)_擊下，腔體焊縫與銅材過度的應(yīng)力集中處銅材出現(xiàn)疲勞過度材質(zhì)開裂。為進(jìn)一步驗(yàn)證其可靠性性能，設(shè)計(jì)水壓及油壓實(shí)驗(yàn)，將其與非閉合式?jīng)_壓結(jié)構(gòu)分配器對(duì)比分析，兩種結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 兩種沖壓結(jié)構(gòu)

油壓脈沖實(shí)驗(yàn)按照通電1.8 s再斷電1.8 s，脈沖壓力0～4.2 MPa沖擊5萬次進(jìn)行測(cè)試。水壓沖擊實(shí)驗(yàn)分為耐壓實(shí)驗(yàn)與耐破壞實(shí)驗(yàn)兩組，耐壓試驗(yàn)按要求將水壓上升至6.45 MPa后保壓3 min內(nèi)觀察是否存在滲漏、開裂、變形現(xiàn)象；耐破壞壓力需將水壓緩慢上升至20 MPa觀察過程中是否存在滲漏、開裂、變形現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)三組取平均值，結(jié)果如表1所示。對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果閉合式?jīng)_壓結(jié)構(gòu)在油壓脈沖達(dá)2萬余次時(shí)出現(xiàn)泄漏，水壓極限可達(dá)到12.1 MPa。非閉合式?jīng)_壓結(jié)構(gòu)油壓脈沖5萬次未出現(xiàn)泄漏，水壓極限可達(dá)到17.74 MPa。相比之下非閉合式結(jié)構(gòu)在耐壓性能上要明顯優(yōu)于閉合式結(jié)構(gòu)，即抗應(yīng)力強(qiáng)度更優(yōu)。故而在確保加工質(zhì)量的前提下，建議優(yōu)先選用非閉合式?jīng)_壓結(jié)構(gòu)。

表1 油壓脈沖及水壓實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2 管路折彎

銅管折彎處泄漏是制冷劑泄漏失效形式的一種。如圖3所示，壓縮機(jī)排氣管折彎處頂面呈現(xiàn)扁平狀，側(cè)面棱角處銅管裂漏，判斷為棱角處應(yīng)力集中導(dǎo)致裂漏。經(jīng)測(cè)量此處銅管彎扁率為1.24，數(shù)值偏大。現(xiàn)驗(yàn)證銅管折彎彎扁率與其管路應(yīng)力關(guān)系。

圖3 銅管折彎泄漏位置

2.1 理論分析

經(jīng)過彎管加工后，彎管處的橫截面會(huì)由彎前的圓形變成橢圓形，橢圓形的長(zhǎng)徑X與短徑Y(jié)之比，即為管路彎扁率，計(jì)算公式如下：

式中：

X—彎曲處橢圓截面最寬處尺寸；

Y—彎曲處橢圓截面最窄處尺寸。

由圖4可見，制冷劑對(duì)銅管的沖擊力F可轉(zhuǎn)化為兩個(gè)切于截面的σ力。彎扁率越大，橫向的拉應(yīng)力也就越大[6]。

圖4 受力分析

2.2 微觀分析

制備兩組不同的彎扁率的折彎銅管進(jìn)行金相對(duì)比分析。第一組彎扁率為1.15，外表頂面圓滑，無明顯棱角；第二組彎扁率1.25，頂部略顯平面狀，如圖5所示。

圖5 兩組折彎銅管樣品

在折彎位置取樣，經(jīng)鑲嵌、研磨、拋光后在光學(xué)顯微鏡下觀察，對(duì)比截面形狀與晶粒組織。第一組彎制樣件棱角位于管路兩側(cè)中部，觀察晶粒正常。第二組彎制樣件棱角位于頂部扁平面左右兩側(cè)，觀察晶粒呈拉伸狀條狀，具有較大殘余應(yīng)力。

2.3 仿真分析

對(duì)彎管仿真分析，如圖6所示，彎扁率1.15的彎管制樣應(yīng)力最大處位于銅管側(cè)面，應(yīng)力值為3.151 2 MPa。對(duì)不同彎扁率銅管仿真最終形成圖7的折線圖。由圖可見，銅管彎扁率與最大應(yīng)力基本呈現(xiàn)線性關(guān)系，隨著彎扁率增大，管路折彎處的最大應(yīng)力也越大。

圖6 管路應(yīng)力仿真圖

圖7 彎扁率對(duì)管路應(yīng)力的影響

在實(shí)際使用過程中，管路彎扁率越大，折彎處銅管在制冷劑沖擊下，越容易導(dǎo)致應(yīng)力疊加致使銅管疲勞裂漏。故而在彎管工序中應(yīng)嚴(yán)格控制管路彎扁率大小，避免因彎扁率超標(biāo)引起整機(jī)運(yùn)行時(shí)應(yīng)力集中裂漏。

3 結(jié)論

1）通過對(duì)故障分配器的微觀分析判斷其失效原因，進(jìn)而引申出對(duì)分配器結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的討論。通過對(duì)兩種不同結(jié)構(gòu)的分配器的耐壓強(qiáng)度測(cè)試，得知非閉合式?jīng)_壓結(jié)構(gòu)在抗應(yīng)力強(qiáng)度方面更優(yōu)于閉合式結(jié)構(gòu)，且不易發(fā)生裂漏，在空調(diào)管路件的應(yīng)用中更加穩(wěn)定。建議在加工分配器時(shí)，通過調(diào)整沖床參數(shù)及模具尺寸，同時(shí)在成型后增加水壓、油壓等測(cè)試手段，確保分配器加工成型的可靠性。

2）空調(diào)在實(shí)際使用過程中，管路折彎處存在斷管現(xiàn)象，基于管路可靠性研究驗(yàn)證銅管折彎質(zhì)量與管路斷裂之間聯(lián)系。通過仿真分析建立彎管彎扁率與其管路應(yīng)力的數(shù)據(jù)模型，得知銅管折彎處最大應(yīng)力與彎扁率大小呈正相關(guān)。建議通過調(diào)整彎管機(jī)的模具參數(shù)、增加過程點(diǎn)檢控制彎扁率數(shù)值大小，從而確保彎管質(zhì)量的一致性，提升管路件可靠性。