某車型散熱器泄漏故障分析及優(yōu)化

1 冷卻系統(tǒng)功用及散熱器基本結(jié)構(gòu)

1.1 汽車?yán)鋮s系統(tǒng)功用及工作原理

冷卻系統(tǒng)的功用是使發(fā)動機(jī)在所有工況下都能保持在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)。冷卻系統(tǒng)既要防止發(fā)動機(jī)過熱，又要防止冬季發(fā)動機(jī)過冷。目前傳統(tǒng)汽車發(fā)動機(jī)的冷卻系統(tǒng)均為強(qiáng)制循環(huán)水冷系統(tǒng)，即利用水泵提高冷卻液的能力，強(qiáng)制冷卻液在發(fā)動機(jī)中循環(huán)流動

。

3.注重戰(zhàn)略思維與管理者決策相融合。管理者在組織機(jī)構(gòu)中是戰(zhàn)略伙伴、是變革推動者。由于企業(yè)戰(zhàn)略與組織機(jī)構(gòu)相匹配的重要性，管理者的專業(yè)水準(zhǔn)、個人素質(zhì)對企業(yè)的戰(zhàn)略發(fā)展起著關(guān)鍵的作用。因此，有必要提高管理者的專業(yè)技能水平，使其能與企業(yè)戰(zhàn)略及組織機(jī)構(gòu)相匹配。一是要改變原有的思維方式，以新的思維模式與新的視野來思考分析問題。二是要提高宏觀決策水平。從宏觀上把握形勢，提高決策的準(zhǔn)確性，建立適宜的企業(yè)戰(zhàn)略并與組織機(jī)構(gòu)相匹配。三是要提高學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。不斷進(jìn)行知識更新，培養(yǎng)創(chuàng)新意識，才能制定出正確的戰(zhàn)略決策與相應(yīng)的組織機(jī)構(gòu)，并凝聚員工的變革共識，帶領(lǐng)企業(yè)員工對戰(zhàn)略加以實踐，以促進(jìn)企業(yè)的發(fā)展。

系統(tǒng)組成主要包括冷卻液、水泵、散熱器(低溫散熱器)、冷卻風(fēng)扇、膨脹水箱(帶壓力蓋)、冷卻管路(包括溫控閥)等零件組成。冷卻系統(tǒng)在整車前艙的布置(圖1-1)及冷卻水路工作原理(圖1-2)。

大學(xué)學(xué)習(xí)自由度大，學(xué)習(xí)的自主性和廣泛性特點顯著。大學(xué)要求大學(xué)生必須對自身的學(xué)習(xí)負(fù)責(zé)，課時數(shù)也有所減少。由于中學(xué)和大學(xué)教育銜接不通暢，大學(xué)生入學(xué)后容易出現(xiàn)焦慮迷茫期，導(dǎo)致學(xué)期動力減退，心理相對脆弱，學(xué)習(xí)成績不合格率升高（金國雄等，2003）。大學(xué)商務(wù)英語課程通常采取班級授課制，班級學(xué)生英語水平和英語學(xué)習(xí)態(tài)度不一，而由于他們自主學(xué)習(xí)能力不足，導(dǎo)致班級授課效果不高，班級分層越來越嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)有些學(xué)生完全放棄英語學(xué)習(xí)的情況。即使程度較好的班級，也更多的是由教師來主導(dǎo)課堂，學(xué)生被動接受。而這種英語學(xué)習(xí)方式并無法充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動力。

為了達(dá)到散熱的效果，在發(fā)動機(jī)汽缸蓋和汽缸體上都鑄有冷卻水套，與冷卻系統(tǒng)連通后，通過冷卻液的循環(huán)來完成發(fā)動機(jī)總成的散熱。冷卻液的循環(huán)過程簡述如下，即水泵將低溫冷卻液從散熱器中吸出并加壓輸送到汽缸體水套和汽缸蓋水套中，冷卻液吸收發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的熱量變成高溫的冷卻液，再從汽缸蓋頂部的節(jié)溫器(節(jié)溫器打開狀態(tài))流回散熱器中，在此過程中冷卻液便將熱量從發(fā)動機(jī)帶至散熱器。通過散熱器的換熱功能，在冷卻風(fēng)扇的強(qiáng)力抽吸作用下，空氣高速流過散熱器，將高溫冷卻液的熱量帶到空氣中，降低冷卻液的溫度，低溫冷卻液在水泵的作用下又流回到發(fā)動機(jī)中，由此不斷循環(huán)，從而使發(fā)動機(jī)及相關(guān)零部件得到冷卻。

1.2 散熱器基本結(jié)構(gòu)

循環(huán)時間：55s保持0℃，55s保持100℃。

散熱器芯體作為散熱器的核心部分，起主要的散熱作用。散熱器芯體主要由散熱扁管、散熱帶(翅片)、主板、側(cè)板等組成。由于它具有足夠的散熱面積，因此能將發(fā)動機(jī)散發(fā)的熱量帶到周圍的大氣中。

本文分析的散熱器是一種比較常用的結(jié)構(gòu)，采用管帶式、橫流的芯體結(jié)構(gòu)，主要參數(shù)如表1-1。

2 問題現(xiàn)象

售后市場出現(xiàn)多起車輛高溫限扭的案例，通過對實車?yán)鋮s系統(tǒng)排查發(fā)現(xiàn)冷卻液水壺存在缺水的現(xiàn)象，進(jìn)一步排查發(fā)現(xiàn)，除散熱器芯體上存在明顯的冷卻液泄漏痕跡，其余零件均正常，在散熱器泄漏點附近存在翅片堆積的現(xiàn)象。同時，從收集到的樣本車輛的信息看，大部分車輛出現(xiàn)在短里程，具體信息梳理如表2-1；從回運的故障件看，未發(fā)現(xiàn)有碰撞或石擊的痕跡，散熱器芯體能看到冷卻液的泄漏點及泄漏痕跡，在散熱器底部角落位置，同時還現(xiàn)一個現(xiàn)象，失效散熱器泄漏點處均存在不同程度的翅片堆積(見圖2-1)。

眾所周知，散熱器總成作為冷卻系統(tǒng)的關(guān)鍵零部件，散熱器的失效，輕則引起冷卻液減少、動力限扭，重則會造成發(fā)動機(jī)缸體拉缸，嚴(yán)重影響車輛的正常使用。

3 失效原因分析

進(jìn)一步對冷熱交變循環(huán)失效件進(jìn)行金相分析，從泄漏位置看出(如圖3-3)，扁管存在變形和撕裂的現(xiàn)象。

將故障件打壓后放置測試水槽中發(fā)現(xiàn)，在散熱器下端角落(第一根扁管上)位置有連續(xù)氣泡冒出，僅有1處，其余位置未發(fā)現(xiàn)有氣泡冒出，判斷該位置即為冷卻液泄漏點。通過進(jìn)一步觀察散熱器泄漏點，發(fā)現(xiàn)泄漏扁管上存在細(xì)微裂紋，且裂紋附近的翅片存在堆積現(xiàn)象如圖3-1。

為進(jìn)一步確認(rèn)引起扁管裂紋的原因，從芯體尺寸、扁管材料、試驗驗證(翅片堆積對扁管開裂的影響)、制造工藝，進(jìn)行逐項排查分析。

F2=0.012X1-0.253X2+0.102X3+0.068X4+0.438X5+0.104X6+0.459X7

3.1 關(guān)鍵尺寸測量

從失效件中抽取3套(1#、2#、3#)失效散熱器對其關(guān)鍵尺寸進(jìn)行測量，判斷散熱器是否存在撞擊、變形等情況，排查情況見表3-1。

實施健康教育前高血脂患者TC、TG、LDL-C、HDL-C分別為（5.46±0.52）mmol/L、（1.74±0.28）mmol/L、（4.19±0.45）mmol/L、（0.80±0.12）mmol/L；實施健康教育后高血脂患者TC、TG、LDL-C、HDL-C分別為（4.82±0.48）mmol/L、（1.41±0.23）mmol/L、（3.65±0.39）mmol/L、（1.08±0.20）mmol/L，組間比較，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t=4.044、4.072、4.055、5.368，P＜0.05）。

3.2 失效件材料分析

對扁管材料進(jìn)行檢測，排查零件材料是否符合設(shè)計要求，試驗方法參照GB∕T7999-2015《鋁及鋁合金光電直讀發(fā)射光譜分析方法》進(jìn)行，通過切割不同的3套失效散熱器，獲取3片扁管，用于材料分析，分析結(jié)論見表3-2。

培養(yǎng)人才是文化發(fā)展及中華文化走出去的第一資源[14]。亳文化既快又好地走出去離不開具有國際視野的文化從業(yè)人才的培育，然而，當(dāng)前亳文化人才的缺乏是全方位的，既缺乏在國內(nèi)外有影響的高端創(chuàng)意人才，也缺乏文化營銷、文化管理、項目策劃等方面的專業(yè)人才。

3.3 故障復(fù)現(xiàn)(通過冷熱交變循環(huán)試驗)

根據(jù)金屬熱脹冷縮的特性，結(jié)合經(jīng)驗分析，若翅片出現(xiàn)了堆積，散熱器在冷卻液冷熱交變或冷熱不均勻時，散熱器芯體上的扁管會出現(xiàn)受力不均勻，進(jìn)而造成應(yīng)力集中的現(xiàn)象

。為驗證這一假設(shè)，選取3件存在翅片堆積(3峰堆積)的散熱器總成零件進(jìn)行熱循環(huán)試驗，實驗循環(huán)次數(shù)為 337500(即2.25倍高低壓循環(huán)，其中1倍循環(huán)為150000次

，其中，冷卻液溫度：0 ± 2℃ to 100 ± 2℃；

我國的銀行、證券公司、保險公司、基金公司等金融機(jī)構(gòu)都開辦了種類繁多、性質(zhì)各異的理財業(yè)務(wù)，不同金融機(jī)構(gòu)的理財產(chǎn)品，由于其不同的監(jiān)管主體出臺的監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)和采取的監(jiān)管措施不同，缺乏一套相互協(xié)調(diào)的機(jī)制，從而導(dǎo)致不同的金融機(jī)構(gòu)所面臨的監(jiān)管程度和服從成本存在很大的差異，造成各類金融機(jī)構(gòu)在市場上面對不公平、不合理的競爭條件，異化了理財產(chǎn)品在金融市場上的競爭。

壓力：150±10 kPa(G)；

3)從模擬數(shù)據(jù)顯示：隨著開挖深度,距離盾構(gòu)井50 m左右范圍內(nèi)冠梁軸力影響較大，呈現(xiàn)受拉狀態(tài)；在四個工況下，標(biāo)準(zhǔn)段第一道的內(nèi)支撐軸力均大于盾構(gòu)井軸力值.工況一：標(biāo)準(zhǔn)段內(nèi)支撐軸力大于盾構(gòu)井內(nèi)支撐軸力；工況二：最大內(nèi)支撐軸力還是標(biāo)準(zhǔn)段第一道內(nèi)支撐；工況三：最大軸力出現(xiàn)在盾構(gòu)井第二道內(nèi)支撐，且標(biāo)準(zhǔn)段第一道和第二道內(nèi)支撐軸力大于第三道；工況四：最大內(nèi)支撐軸力在盾構(gòu)井第三道內(nèi)支撐，且標(biāo)準(zhǔn)段第三道內(nèi)支撐軸力大于第一道和第二道內(nèi)支撐軸力.從模擬軸力云圖能看出，隨著開挖深度的增大，內(nèi)支撐的最大軸力位置，也逐漸下移，最終出現(xiàn)在盾構(gòu)井的斜撐位置.

發(fā)動機(jī)散熱器主要由水室、散熱器芯體等組成。

從光譜分析數(shù)據(jù)看出，散熱器芯體的扁管材料均在設(shè)計限值范圍內(nèi)，說明扁管的材料性能符合設(shè)計要求。

耐久循環(huán)完成后對試驗件進(jìn)行氣密測試，將散熱器置于水下100mm至150mm，使用壓力衰減系統(tǒng)進(jìn)行測試，測試條件如下：

環(huán)境溫度23℃±5℃，壓力：min250 kPa(A)

持續(xù)時間:>60s，氣檢≤ 4cc/min(干燥空氣)

從試驗結(jié)論(統(tǒng)計為上表)看，3件≥3峰堆積的樣品均出現(xiàn)失效，失效現(xiàn)象均為扁管裂紋，失效點在翅片堆積附近，且1件樣件無法完成1倍壽命的熱循環(huán)試驗,失效件見圖3-2。

3.4 金相分析

為準(zhǔn)確找出散熱器的泄漏點，首先對失效件進(jìn)行密封性試驗濕試(氣密測試)，測試要求：散熱器打壓壓力250kPa(A), 保壓60s，氣檢≤ 4cc/min(干燥空氣)。

結(jié)合冷熱循環(huán)驗證結(jié)論和金相分析結(jié)論可以得出，翅片出現(xiàn)堆積時，在釬焊后便會合為一體，該處扁管在冷熱交變循環(huán)試驗時出現(xiàn)受力不均勻，最終引起應(yīng)力集中，從而造成扁管撕裂的現(xiàn)象(圖3-3)，最終表現(xiàn)為散熱器滲漏。

所以，從試驗結(jié)論看，翅片堆積對扁管開裂有直接影響，且故障現(xiàn)象與售后故障現(xiàn)象表現(xiàn)一致。

3.5 制造工藝及控制排查

從制造工藝流程(如圖3-4)可以看出，造成翅片堆積的工序可能為制管/滾翅、芯體組裝階段，結(jié)合故障件生產(chǎn)批次，進(jìn)一步排查發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)線存在翅片來料長度偏長并通過手工裁切后繼續(xù)回用的情況。

由于翅片由裁切機(jī)器控制，精度控制±2峰，而手工裁切的尺寸無法有效控制，會引起翅片長度超差的情況。

毛主席1936年在保安對斯諾說：“這是我們唯一的外債，是紅軍拿了藏民的糧食而欠的債，有一天我們必須向藏民償還我們不得不從他們那里拿走的給養(yǎng)。”④《紅星照耀中國》159頁和《長征——前所未有的故事》308頁。鄧小平同志在1952年7月21日西南軍政委員會第一次全體會議上說：“紅軍北上，在那里（川西北兄弟民族地區(qū)）是把他們（當(dāng)?shù)乩习傩眨└憧嗔?，這在當(dāng)時是為保存紅軍，沒有辦法，把他們的糧食吃光了，他們吃了很大的虧，要在具體利益上向他們賠償，真正要從經(jīng)濟(jì)上幫助他們得到利益。”⑤《血對西藏說》第31頁——32頁。

從表3-1測量數(shù)據(jù)看出，零件關(guān)鍵尺寸均在設(shè)計要求的限值范圍。

同時，在排查生產(chǎn)工藝卡時，并未看到對翅片堆積的檢查或管控，這也是造成散熱器翅片堆積的一個潛在因素。

綜上分析，造成散熱器扁管失效的根本原因為翅片堆積誘發(fā)局部應(yīng)力集中，從而引起散熱器開裂并漏液的失效現(xiàn)象。

采用SPSS17.0統(tǒng)計學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計量資料以表示，組間差異比較采用t檢驗，計數(shù)資料以%表示，組間差異比較采用χ2檢驗。

4 方案優(yōu)化

為避免類似質(zhì)量問題，從如下兩方面進(jìn)行改進(jìn)和控制：

1、嚴(yán)格控制生產(chǎn)工藝，杜絕散熱器翅片人工裁剪并回用的現(xiàn)象，并且全部采用裁切機(jī)器控制翅片長度；

2、工藝卡片增加檢查工序，即在主板和側(cè)板裝配時人工檢查翅片堆積情況，同時，使用自動化梳齒設(shè)備(如圖4-1)，保證兩端散熱帶分布均勻。并在散熱器檢測時增加翅片堆積檢查項，要求堆積<2峰，以確保零件的質(zhì)量。

5 試驗驗證

為進(jìn)一步驗證工藝改進(jìn)的有效性，在已斷點的批產(chǎn)零件中隨機(jī)抽取3套散熱器總成，進(jìn)行冷熱循環(huán)交變試驗，試驗要求同“3.3故障復(fù)現(xiàn)”項。試驗完成后，對3組零件進(jìn)行泄漏試驗測試，試驗方法及條件同“3.3故障復(fù)現(xiàn)”項：

天氣突然的熱起來，說是“二八月，小陽春”，自然冷天氣還是要來的，但是這幾天可熱了。春天帶著強(qiáng)烈的呼喚從這頭走到那頭……

從表 5-1驗證結(jié)論可以看出，翅片堆積問題得到有效控制，且零件完成2.25倍壽命后未出現(xiàn)失效。

6 結(jié)論

經(jīng)過上述排查分析及對比驗證得出，造成散熱器失效的原因為翅片堆積后，在冷熱交變循環(huán)沖擊作用下扁管兩側(cè)出現(xiàn)受力不均勻，導(dǎo)致局部應(yīng)力集中的現(xiàn)象，進(jìn)而造成扁管開裂，最終出現(xiàn)散熱器滲漏冷卻液的故障。

同時，針對類似量產(chǎn)后的問題，由于整車開發(fā)過程中已經(jīng)對相關(guān)零件進(jìn)行過虛擬仿真和完整的整車及零件的耐久驗證，因此可優(yōu)先從零件質(zhì)量，特別是生產(chǎn)工藝控制方面進(jìn)行排查和分析，提高問題分析和解決的效率。

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[3]張麗英.汽車散熱器耐壓力交變疲勞性研究[J].北京:時代汽車,2018(12),143