DAB喇叭線束運輸斷裂機理解析

汽車線束承載著車輛動力、信號、信息安全傳遞等職能，日常使用中會因環(huán)境、壽命、功能耐久等逐漸老化，引發(fā)各種用車安全風(fēng)險和失效故障。因此，關(guān)注線束的可靠性能極其重要。本文解析的是一批DAB喇叭線束在新車裝配后PDI檢查線發(fā)現(xiàn)的喇叭功能失效故障。

于DAB喇叭給多個車型供貨，因此同時開展橫向排查活動，未發(fā)現(xiàn)其他批次故障情況出現(xiàn)，故鎖定為該批次零件存在問題。

問題分析

1.故障調(diào)查

某廠新到一批DAB喇叭，在裝配后上線測試，發(fā)現(xiàn)喇叭不響，拆解后發(fā)現(xiàn)，喇叭線束與接線端子處有黃白兩根線，測試發(fā)現(xiàn)白線導(dǎo)通、黃線失效（見圖1）。進而排查其他零件，發(fā)現(xiàn)故障件多達20多例。由

2.結(jié)構(gòu)分析

喇叭線束由黃白兩線匯聚于環(huán)形接線端口，外覆絕緣表皮，各含7根銅絲，直徑約 0.240mm ，直徑、尺寸滿足GB/T3953要求[2]。黃線彎折度明顯大于白線（見圖2），但白線比黃線長約 50% ，故障件黃線斷裂于環(huán)形端口下1mm處。

斷口分析

1.EDS元素掃描

故障件尺寸太小，采用EDS做斷面元素掃描，顯示表面存在氧化，不同斷面位置線束主元素Cu含量比重有差異。

2.機械性能測試

取故障件和正常件，分別依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T3953要求，采用SC-5伸長率試驗儀測試延伸率，100N拉力計測試線束拔脫力，結(jié)果符合技術(shù)要求，見表2。

3.斷口分析

（1）宏觀分析對故障件采用超聲清洗后，在體式顯微鏡下進行宏觀斷口觀察：斷口均呈紅褐色，表面有黑綠色物質(zhì)覆蓋，斷口形狀基本保持原狀，無明顯頸縮，如圖3所示。

取正常件和表面有發(fā)黑的件做EDS能譜分析顯示，正常件主要為Cu元素（見圖4），而發(fā)黑部位除了Cu元素外，還存在大量的O元素和C元素（見圖5），說明發(fā)黑為燒蝕所致，應(yīng)為零件安裝后通電短路所致[3]。

（2）微觀形貌分析對斷裂線束進行微觀形貌觀察，斷口整體呈現(xiàn)階梯狀走勢，2#、3#明顯塑性變形，斷口離接線端子最近，1#、7#、4#斷口變形較小，處于中間梯次，5#、6#斷口宏觀上基本看不出頸縮情況。此外，各導(dǎo)線側(cè)表面還存在不同程度的平行皸裂紋（見圖6），邊緣參差不齊。

首先觀察2#斷口，形貌存在塑性變形及一定的疲勞弧線，終斷區(qū)孔洞及二次裂紋匯聚，斷口整體破碎不堪（見圖7）。

再選取1#斷口觀察發(fā)現(xiàn)：斷口整體比較粗糙，多孔、磨損、皸裂并存。裂紋源有明顯塑性變形，裂紋呈放射狀擴展，終斷于圖中虛線處（見圖8）。斷口可見拉長的等軸狀韌窩和顯微孔洞（見圖9）；在終斷區(qū)可看到裂紋孔洞匯聚塊，形貌粗糙（見圖10）。

最后觀察5#斷口，發(fā)現(xiàn)斷口存在大量平行二次裂紋（見圖11），中間還有疲勞紋線匯聚出現(xiàn)[4]，顯示斷□經(jīng)受周期性力作用。

原因分析

1.失效分析

線束斷裂一般分為疲勞、過載和損傷。外在皸裂顯示存在應(yīng)力損傷，第一梯次的塑性形貌顯示存在過載情況，第三梯次的斷口形貌顯示斷口有低周高應(yīng)力疲勞情況。研究顯示，尺寸較大的構(gòu)件斷口可明顯分為疲勞源、擴展區(qū)和終斷區(qū)，而對于小斷面組成的大斷面區(qū)，則很難區(qū)分疲勞源區(qū)、擴展區(qū)和終斷區(qū)[5]。

從上面的形貌分析可以判斷劃分整個線束的斷裂特點：斷裂線束首先從2#、3#起始，擴展于1#、7#、4#線束，最后在5#、6#線束發(fā)生最終斷裂。整體呈現(xiàn)出一個復(fù)雜的斷裂受力特征。

2.機理分析

1）黃色線束比白色線束短了 50% ，且彎折力度較大，對線束形成外在拉應(yīng)力（2#、3#）和壓應(yīng)力（5#、6#）。2）查詢工藝參數(shù)及產(chǎn)品技術(shù)要求發(fā)現(xiàn)，該批次產(chǎn)品線束連接部位發(fā)生2處設(shè)計變更，使得連接部位上下活動量增大，在振動環(huán)境下，對橫向的線束拉扯力將變大。3）針對以上分析，對該結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品展開模擬運輸和路試振動測試，用極限加速2g的加速度做振動測試，7h后故障復(fù)現(xiàn)，斷口特征和故障線束一致（見圖12）。

3.整改措施

針對該斷裂機理，建議廠家及時調(diào)整線束尺寸、 安裝參數(shù)和防護措施，消除線束在交變載荷應(yīng)力環(huán)境中失效風(fēng)險。

結(jié)語

1）線束斷裂整體屬于振動疲勞斷裂，裂紋源由外在作用力誘發(fā)塑性疲勞源，進而擴展至其他線束，最后在運輸中發(fā)生振動疲勞斷裂。2）線束的斷裂與一般單一構(gòu)件斷裂不同，是由小的斷裂面構(gòu)成大的斷裂面，需要從整體和單一個體逐一分析，最后結(jié)合樣件所處的環(huán)境和技術(shù)要求，做出最終的分析判斷。3）本次失效雖然發(fā)生于運輸過程，但明顯不是運輸質(zhì)量問題。產(chǎn)品在設(shè)計涉變驗證時，不應(yīng)該僅僅關(guān)注產(chǎn)品本身的質(zhì)量要求，也應(yīng)關(guān)注與之相配合的零部件質(zhì)量特性，同時要盡可能多的考慮產(chǎn)品實際所經(jīng)歷得所有過程環(huán)境，從而依此開展DOE功能模擬驗證，以此來提升產(chǎn)品質(zhì)量和功能壽命。

參考文獻：

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[3]王宇，姚旭東，歐文軍，等.汽車用導(dǎo)線現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].汽車電器，2020（4）：35-38，42.

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