四通換向閥毛細(xì)管斷裂分析

顏小林，周俊河

（珠海格力電器股份有限公司，廣東珠海 519070）

1 引言

四通換向閥是熱泵空調(diào)必須用到的重要部件之一，其質(zhì)量的好壞直接決定了空調(diào)器質(zhì)量的優(yōu)劣。在四通閥故障當(dāng)中，毛細(xì)管裂漏問題不容忽視，因?yàn)樗耐ㄩy毛細(xì)管裂漏一般具有隱蔽性、滯后性以及批量性三個(gè)特征，很容易導(dǎo)致空調(diào)器在售后出現(xiàn)批量的質(zhì)量事故。本文從一臺(tái)空調(diào)器上拆下的毛細(xì)管斷裂的四通閥分析出發(fā)，針對(duì)導(dǎo)致四通閥毛細(xì)管斷裂常見的一種失效模式進(jìn)行原因分析并提出預(yù)防方案。

2 四通換向閥毛細(xì)管斷裂失效分析

2.1 宏觀分析

圖1 試樣斷口宏觀形貌圖

該四通換向閥在使用不足半年即發(fā)生泄漏，拆下檢查發(fā)現(xiàn)毛細(xì)管有一條垂直于軸向的斷裂裂紋。該裂紋處于毛細(xì)管釬焊接頭的熱影響區(qū)，與焊縫距離5mm，見圖1。從失效件上切下帶斷裂裂紋的毛細(xì)管，毛細(xì)管從裂紋處自然分為兩截，觀察斷口，沒有塑性變形痕跡，表面不光滑，有輕微氧化。

2.2 材料成分分析

表1 毛細(xì)管成分測(cè)試結(jié)果

該故障毛細(xì)管使用的材料為TP2牌號(hào)的紫銅管，對(duì)毛細(xì)管采用ICP 進(jìn)行成分測(cè)試，主要成分含量見表1。測(cè)試結(jié)果表明，成分符合GB/T5231-2001 關(guān)于TP2標(biāo)準(zhǔn)要求［1］。

2.3 維氏顯微硬度測(cè)試（如表2）

表2 毛細(xì)管硬度檢測(cè)結(jié)果 /HV0.3，15S

2.4 金相分析

圖2 斷口附件材料金相組織圖

圖3 斷口表面裂紋源區(qū)微觀形貌

截取斷口附近銅管鑲樣、研磨、腐蝕，進(jìn)行金相觀察，試樣基體為單相α銅，呈完全退火態(tài)，其上沒有其他相夾雜，銅基體晶粒由于受釬焊熱影響而略微偏大，按YS/T347-2004 可評(píng)為5 級(jí)，其平均晶粒度直徑為0.082mm，金相組織見圖2，金相組織正常。

2.5 掃描電鏡、能譜分析

將斷口放在電鏡下觀察，裂紋源位于銅管外側(cè)，放大觀察裂紋源為多源點(diǎn)狀開裂，見圖3（a）、圖3（b），并未發(fā)現(xiàn)夾雜顆粒。銅管在開裂后沿垂直軸向方向擴(kuò)展，擴(kuò)展區(qū)有撕裂嶺，放大觀察有大量二次沿晶裂紋，有低周高應(yīng)力疲勞紋［1］，見圖3（c）、圖4，最終瞬斷區(qū)未見韌窩，能譜分析未見氧、磷富集。

3 失效分析總結(jié)

從成分分析角度來說，斷裂毛細(xì)管的制作材料符合GB/T5231-2001 關(guān)于TP2的要求。金相觀察，除斷口附近組織除晶粒比較大以外，未發(fā)現(xiàn)其他異常。我們注意到斷口位于毛細(xì)管釬焊接頭僅5mm的地方，斷口釬焊的一端有助焊劑，另一端未見明顯助焊劑包裹。失效件是空調(diào)器室外機(jī)，使用中會(huì)有振動(dòng)，有助焊劑包裹的部分相當(dāng)于有一圈加強(qiáng)筋，部分增加了銅管的強(qiáng)度，銅管上的力是均勻的。在有助焊劑和無助焊劑的地方，銅管受到外界作用，特別是振動(dòng)時(shí)的剪切都是均勻的，但在有助焊劑和無助焊劑的地方交接處，由于銅管有效受力面積的巨變，其受到外力的應(yīng)力作用也是巨變的，在積累的載荷作用下，銅管最容易在此處開裂。由于開裂位于釬焊熱影響區(qū)，銅管晶粒度長(zhǎng)大，雖然硬度很低，但在外界大應(yīng)力下仍然發(fā)生疲勞斷裂。因此要解決此類四通換向閥毛細(xì)管斷裂故障，需要減少系統(tǒng)振動(dòng)，可以在空調(diào)器室外機(jī)樣機(jī)生產(chǎn)時(shí)對(duì)四通換向閥位置進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試，保證空調(diào)器室外機(jī)振動(dòng)在可控范圍，同時(shí)對(duì)批量生產(chǎn)的空調(diào)器室外機(jī)出廠前必須定期抽樣進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)控，從源頭解決空調(diào)器室外機(jī)振動(dòng)造成斷裂故障。

圖4 斷口裂紋擴(kuò)展區(qū)微觀形貌

［1］張棟，鐘培道，陶春亮.失效分析［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2001.