儲氣筒卡箍失效分析及改進

摘 要：通過對儲氣筒卡箍化學成分檢驗、金相分析及掃描電鏡斷口分析，結果表明：由于儲氣筒卡箍與支架連接處產生應力集中，產生裂紋，最終導致疲勞斷裂。通過分析，采用增加橡膠墊予以改進。

關鍵詞：重型汽車；儲氣筒卡箍；疲勞斷裂

1 概述

售后市場反饋，用戶行駛過程中儲氣筒卡箍發生斷裂，導致儲氣筒脫落，部分用戶自行采用鐵絲綁定。斷裂卡箍形貌如圖1所示，卡箍斷裂位置一致。通過對裝配位置分析，卡箍沿儲氣筒周向將其固定于托架上，卡箍斷裂發生在托架上側、與托架棱邊線接觸處同位置，如圖2所示。

2 理化檢驗

2.1 宏觀斷口分析

斷裂處附近局部形貌見圖3，肉眼觀察，失效卡箍鋼帶其表面漆膜較為完整，弧形內側均有不同程度的磨損，未見明顯的折彎、扭曲等異常變形；斷裂零件斷口較為平齊，大致與其長度方向垂直斷口，附近無宏觀塑性變形，斷口平齊，斷面上隱約可見疲勞輝線，斷面有輕微腐蝕產物。

2.2 微觀斷口分析

在掃描電鏡下觀察：斷口起裂區可見明顯疲勞條帶，見圖4。

2.3 硬度檢查

失效零件硬度平均為147HV10。

2.4 拉力試驗

拉力試驗結果見表1。

2.5 化學成分

失效卡箍化學成分如表2所示，零件材質與標準要求20#鋼相符。

2.6 金相組織

在零件斷裂部位附近進行顯微組織檢查。斷裂卡箍斷口附近基體組織為鐵素體+鏈狀滲碳體，見圖5。

從儲氣筒卡箍的斷口分析表明，失效件為典型的微動疲勞斷裂，疲勞源產生于儲氣筒卡箍與托架線接觸區。托架為沖壓件，儲氣筒支架焊接板棱邊為直角，其棱邊刃口較為鋒利，與卡箍剛性接觸，導致整車運行時儲氣筒卡箍沿著寬度方向受到橫向剪切力，與儲氣筒接觸區形成明顯的應力集中，產生疲勞裂紋，隨著車輛行駛過程中的顛簸，受到疊加的沖擊力，最終失穩斷裂。

3 改進措施

失效分析表明：儲氣筒卡箍裂紋源的產生主要由于儲氣筒卡箍與支架連接處產生應力集中；故在此處增加橡膠墊，一方面解決了橫向剪切現象，另一方面可以對行駛的瞬時沖擊力有適當的緩沖。同時，將卡箍擰緊螺栓也做了加長螺紋，填補增加墊片后的間隙。

4 結束語

（1）儲氣筒卡箍的材料、組織特征符合技術要求。

（2）卡箍的斷裂是由于在裝配過程中，受到儲氣筒支架棱邊的剪切產生裂紋，在隨后的服役過程中發生疲勞斷裂。

（3）通過加裝橡膠墊片，防止支架棱邊對卡箍的剪切力，并起到緩沖作用，從根本上杜絕斷裂隱患。