一起連接器櫛形墊斷裂分析

朱亮亮

摘要：某型飛機(jī)調(diào)試過(guò)程中發(fā)生武器外掛物意外掉落故障，對(duì)該故障進(jìn)行研究分析，查找掉落原因，找出故障點(diǎn)，研究制定改進(jìn)辦法，為修理、研究等相關(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：櫛形墊;纖維形貌;應(yīng)力

1故障情況

外掛武器在飛行時(shí)可通過(guò)正常或應(yīng)急發(fā)射完成預(yù)定的作戰(zhàn)任務(wù)。某型飛機(jī)已完成2100多飛行小時(shí)的飛行任務(wù)，在發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)車(chē)情況下進(jìn)行武器控制系統(tǒng)通電檢查時(shí)，機(jī)翼右側(cè)武器外掛物自動(dòng)掉落。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)車(chē)過(guò)程中在振動(dòng)條件下連接武器外掛物的型號(hào)為PD-23A連接器內(nèi)的16號(hào)與21號(hào)插針?biāo)矔r(shí)導(dǎo)通，造成該武器外掛物掛彈鉤非正常開(kāi)鎖，導(dǎo)致武器掉落。該P(yáng)D-23A連接器裝配在飛機(jī)前機(jī)身13～29框，打開(kāi)連接器發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部櫛形墊斷裂，如圖1所示。

2故障分析

2.1 PD-23A連接器結(jié)構(gòu)

連接器型號(hào)為PD-23A，櫛形墊材料為酚醛層壓布板3027，與絕緣體一起用于插針的定位，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

從結(jié)構(gòu)上看，在進(jìn)行產(chǎn)品連接器與機(jī)上連接器座對(duì)接的安裝和拆卸時(shí)，因?yàn)檫B接器座有分離力的要求，插釘與插孔對(duì)接時(shí)的分離力會(huì)作用在櫛形墊上。對(duì)櫛形墊材料本身有一定的強(qiáng)度要求，產(chǎn)品連接器與機(jī)上連接器座正常的裝配過(guò)程不會(huì)造成櫛形墊的損傷。

2.2櫛形墊材料分析

櫛形墊材料為酚醛層壓布板3027。酚醛層壓布板是用棉布浸以酚醛樹(shù)脂經(jīng)浸膠、烘干、熱壓而成，作為機(jī)械、電機(jī)、電器設(shè)備中的絕緣結(jié)構(gòu)零部件使用。在酚醛層壓布板的整個(gè)生產(chǎn)流程中，酚醛樹(shù)脂的配比、刷膠工藝、溫度控制等都會(huì)影響壓布板的力學(xué)性能和粘合強(qiáng)度。查閱JB886-75標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)該型酚醛層壓布板的主要技術(shù)要求如下。

1）外觀(guān)目視觀(guān)察：表面應(yīng)平整光滑，不允許有雜質(zhì)和其他明顯的缺陷，允許有輕微擦傷;邊緣應(yīng)切割整齊，端面不得有分層和裂紋。

2）尺寸應(yīng)符合規(guī)定。

3）機(jī)械加工后不應(yīng)有裂紋（沖減后為分層）和掉渣。

4）物理、機(jī)械和介電性能應(yīng)符合規(guī)定。

制造廠(chǎng)家在櫛形墊制造加工成型后，目視檢查櫛形墊的外觀(guān)，判斷其是否符合要求，無(wú)需專(zhuān)用檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行檢查。

2.3櫛形墊斷裂外觀(guān)檢查

對(duì)PD-23A連接器的櫛形墊斷裂處進(jìn)行外觀(guān)檢查，如圖3所示，在第一處齒根位置發(fā)生斷裂，斷裂位置的附近表面存在一處月牙形凹坑，其他位置未見(jiàn)明顯的損傷。分別編號(hào)斷裂的兩部分為1#和2#。該櫛形墊由酚醛樹(shù)脂制造而成，酚醛樹(shù)脂具有較高的耐熱性能、良好的介電性能、優(yōu)異的耐燒蝕性能和較好的力學(xué)性能，但是固化后酚醛樹(shù)脂的最大缺點(diǎn)是脆性大，耐沖擊性不好。故障連接器隨飛機(jī)裝機(jī)使用，觀(guān)察櫛形墊的顏色，未見(jiàn)氧化或因潮濕引起的水解等自然老化現(xiàn)象;查看其組織;未見(jiàn)因油液浸泡引起的老化現(xiàn)象;未見(jiàn)因電流工作溫度而產(chǎn)生的炭化發(fā)黑的老化現(xiàn)象。該故障連接器已使用22年，因保護(hù)較好未見(jiàn)明顯的老化現(xiàn)象。

2.4櫛形墊斷裂斷口分析

1#斷口的外觀(guān)如圖4a）所示，中間低，兩邊高;2#斷口（即1#匹配斷口）外觀(guān)如圖4b）所示，中間高，兩邊低;兩個(gè)斷口均較為粗糙。

掃描電鏡觀(guān)察1#斷口，其宏觀(guān)形貌如圖5所示，斷口分為上側(cè)斷口和下側(cè)斷口兩個(gè)部分。

上側(cè)斷口的纖維形貌見(jiàn)圖6a），可見(jiàn)纖維由左向右（即由櫛形墊的根部R角向外側(cè)擴(kuò)展）和由上向下擴(kuò)展（即由櫛形墊的表面向內(nèi)擴(kuò)展）;上側(cè)斷口的樹(shù)脂形貌見(jiàn)圖6b），由左上向右下擴(kuò)展。

下側(cè)斷口的纖維形貌如圖7a）所示，可見(jiàn)纖維由上向下、由左向右擴(kuò)展;其樹(shù)脂形貌見(jiàn)圖7b），由左上向右下擴(kuò)展。綜上，下側(cè)斷口的擴(kuò)展方向與上側(cè)斷口的擴(kuò)展方向一致。

觀(guān)察斷口的側(cè)表面，存在大量的微裂紋。對(duì)櫛形墊其他齒根附近的表面進(jìn)行觀(guān)察，同樣存在大量的微裂紋。上述分析表明，該櫛形墊的斷裂性質(zhì)為過(guò)載斷裂，裂紋由櫛形墊的根部R角向外擴(kuò)展，同時(shí)伴隨由月牙形凹坑對(duì)側(cè)向月牙形凹坑一側(cè)的擴(kuò)展。

櫛形墊在存在月牙形凹坑的最外側(cè)齒根處發(fā)生斷裂。1#斷口呈兩邊高，中間低，對(duì)其進(jìn)行顯微觀(guān)察，上下兩部分?jǐn)嗫诘睦w維和樹(shù)脂均呈現(xiàn)由齒根內(nèi)側(cè)向外側(cè)以及由上向下的擴(kuò)展特征。斷口表面的樹(shù)脂形貌未見(jiàn)機(jī)械疲勞、蠕變疲勞、熱機(jī)械疲勞、腐蝕疲勞、滑動(dòng)接觸疲勞和滾動(dòng)接觸疲勞等形式的疲勞特征，可見(jiàn)明顯的棱線(xiàn)擴(kuò)展特征。觀(guān)察斷口的側(cè)面，發(fā)現(xiàn)該齒根附近的表面存在大量的微裂紋;同時(shí)檢查該櫛形墊的其他齒根附近表面，同樣存在一定的微裂紋。故障件的表面存在一處明顯的月牙形凹坑，表明該處在工作過(guò)程中受到了應(yīng)力的作用，從而造成其附近的齒在根部發(fā)生斷裂。

2.5櫛形墊斷裂分析結(jié)論

該起故障問(wèn)題出現(xiàn)在櫛形墊斷裂導(dǎo)致連接器16、21號(hào)針在振動(dòng)的情況下瞬時(shí)短接，外掛物意外掉落。櫛形墊的斷裂起源于齒根，是由其齒根R角處表面的大量微裂紋和應(yīng)力作用共同引起。

3改進(jìn)措施

為避免再次出現(xiàn)因櫛形墊斷裂導(dǎo)致的線(xiàn)路短接、斷路等情況，增加下列方式，以加強(qiáng)對(duì)PD型連接器的維護(hù)、檢查、修理和裝配要求。

1）維護(hù)時(shí)，連接器在修理、裝配、使用過(guò)程中，應(yīng)做好連接器的油液、雨水防護(hù)，減少外來(lái)液體對(duì)櫛形墊的加速老化。

2）檢查修理時(shí)，使用5倍以上的放大鏡檢查櫛形墊零件，其表面不應(yīng)出現(xiàn)劃傷、斑點(diǎn)、掉塊、發(fā)黑和炭化等現(xiàn)象，櫛形墊齒根R處不得有缺損和裂紋，如有上述情況則一律進(jìn)行換新處理。

3）在分解PD型連接器時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)尾部電纜的保護(hù)，在裝配電纜時(shí)應(yīng)注意連接器尾部，避免產(chǎn)生連接器裝配應(yīng)力，以免櫛形墊因受到外力產(chǎn)生裂紋、凹坑壓痕等損傷。