發動機燃油導管裂紋失效分析

摘 要：文章主要論述了發動機導管的失效分析過程、分析方法。借助典型案例，對發動機導管的主要失效形式及預防方法進行了論述。

關鍵詞：導管；失效；失效分析；疲勞斷裂

1 概述

發動機外部導管主要用來輸送燃油、滑油、空氣等物質，起著與人體血管一樣極為重要的作用，是發動機的重要零部件。在航空發動機的生產、研制和使用過程中，導管的斷裂故障十分突出。外部導管的質量和工作狀態直接影響到發動機的可靠性，導管的設計、選材、振動等因素都影響導管的壽命。文章主要討論當發動機導管斷裂失效時，如何進行分析，發現失效原因，找到解決辦法。

2 導管失效形式

某發動機燃油導管產生裂紋（見圖1），工作時間353h54min，裂紋發生在焊縫附近。

2.1 失效及失效分析

產品喪失規定的功能稱為失效。

通過分析、檢測、研究、判斷失效的原因，找出失效的機理和規律，為改進提供依據，這個過程稱為失效分析。

2.2 發動機導管的失效形式及產生原因

（1）疲勞斷裂：指導管在反復多次的應力或能量負荷循環后，才發生的斷裂現象。斷裂位置多發生在焊縫處，主要是由于焊接熱影響區強度下降，加之導管的裝配應力與發動機的振動應力疊加，構成疲勞斷裂。如果導管不按要求進行修理和維護，就有可能使導管產生磨損、壓傷、變形和腐蝕，而這些都會使導管損傷，在振動作用下，就可導致導管破裂。

（2）漏油：如果導管內液體流動不暢，或有阻塞，導致流體從導管連接處溢出。因此要保證導管內流體流動通暢，沒有阻塞，導管連接良好。

（3）磨損：由于發動機結構復雜，導管安裝空間狹小，加上拆裝時導管變形，卡箍松緊度不合適，使導管表面與其它物體相互磨損，而引起表面材料損失的現象。

3 導管的失效分析過程

3.1 材料檢查

導管材料為1Cr18Ni9Ti，符合設計要求。

3.2 外觀檢查

導管的斷裂位置在焊縫附近，外觀上只能看到斷口的宏觀形貌。經顯微鏡檢查，發現斷口表面磨損嚴重，屬于疲勞斷口，斷口位置可見兩個明顯的疲勞源，疲勞源側面沒有腐蝕的痕跡。

3.3 微觀檢查

在高倍顯微鏡下觀察，疲勞源附近有棱線，沒有觀察到明顯的冶金缺陷，疲勞擴展區可觀察到疲勞弧線。

經以上檢查分析：斷口是由于正常的裝配應力疊加引起的疲勞斷裂。

3.4 靜頻和動應力測試

3.4.1 靜頻測試

將導管在安裝狀態下測試調整夾箍前后的固有頻率，發動機轉速頻率在221HZ以內，結果表明，調整夾箍對導管固有頻率無明顯變化，導管固有頻率在在發動機轉速頻率范圍內，與發動機存在共振的可能，說明導管在設計上存在不足。

3.4.2 動應力測試

在導管斷裂位置粘貼應變片，發動機試車過程中，應變片拾取導管的微弱振動，經過放大器放大信號，傳輸到測試軟件，得到導管的振動應力及振動頻率。試驗結果表明斷裂位置的振動頻率與液壓系統柱塞泵脈動壓力頻率相近。

3.4.3 原因分析

通過以上試驗及分析可知，主要由于設計缺陷，與導管相連的柱塞泵的脈動壓力迫使導管振動應力過大，致使發生斷裂故障。

3.5 排故措施

改進導管設計，避開柱塞泵的脈動壓力頻率，提高導管強度。

4 預防發動機導管疲勞破壞的方法

疲勞斷裂是發動機的主要失效形式，而材料缺陷、焊接缺陷、裝配應力過大、導管共振等原因都會引起疲勞斷裂，下面針對不同情況分別加以論述。

4.1 材料缺陷

導管在安裝過程中，不得隨意矯形，要使用橡膠或木質工具敲打導管，避免導管出現損傷；要保持導管表面清潔；導管之間的間隙要符合要求，不小于3mm。有些導管對溫度比較敏感，在安裝過程中要考慮熱膨脹的影響。

4.2 焊接缺陷

常見的焊接缺陷有：夾渣、焊縫尺寸不合要求、未焊透、咬邊或漏邊、氣孔及裂紋等。由于這些缺陷導致焊縫位置強度降低，抗沖擊能力差，易發生疲勞斷裂。因此在焊接過程中，焊縫表面應圓滑轉接，焊接速度均勻，電流大小合適，焊縫打磨干凈，不允許有焊縫裂紋或氣孔等缺陷。并用X光嚴格檢查焊縫內部缺陷。

4.3 裝配應力引起

由于發動機結構復雜，零部件都是通過人工進行安裝。導管的制造誤差、發動機安裝附件位置積累誤差，會影響到導管的安裝，留下較大的裝配應力，降低導管工作的可靠性。因此，在發動機導管裝配過程中要嚴格執行裝配工藝。安裝過程中杜絕過度矯型和碰傷，力求將裝配應力控制在較低水平，保證發動機安全使用。

4.4 共振引起

由于發動機結構復雜，工作轉速高，頻率范圍寬，振動大。如果導管的固有頻率與發動機上的某激振源固有頻率相等時，將產生共振，有發生裂斷故障的危險。所以，在導管設計過程中要控制導管頻率，避免與發動機轉子轉動頻率相同或相近，安裝過程中合理安排管路支承點的位置。

參考文獻

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