液冷接頭安裝孔出現密封圈多余物診斷分析*

羅 錫，喬 平，王智峰，魏凡智

(航空工業西安航空計算技術研究所，陜西 西安 710068)

0 引 言

某型綜合處理機計算機液冷側板組件如圖1所示，由蓋板和框體采用真空釬焊焊接組成，后續經封堵、數銑、耐壓測試、封堵、表面處理、沖洗等工藝步驟保證零件的成型和流道內部的清潔度。液冷側板組件的流道和液冷快速接頭允許通過的最大顆粒為200 μm，通過近兩年的產品故障情況來看，導致綜合處理機的流道堵塞，接頭泄漏、密封圈切斷等故障均與液冷結構件清潔度有關。因此,機載計算機液冷結構件加工過程中嚴格控制零部件的加工工藝,采用各種有效手段保證產品的清潔度,確保流道內無多余物，是計算機液冷結構件生產中的關鍵問題。筆者通過對接頭安裝孔多余物診斷分析，得出密封圈多余物產生的原因，為防止多余物產生提供了控制方法。

1 多余物故障情況分析

綜合處理計算機外場維護人員在進行產品漏液問題排故現場，對涉及漏液的模塊進行接頭更換的過程中，將液冷快速接頭拆除后，發現其中的一個SPM模塊，接頭安裝孔(見圖1圓圈位置)內存在一個黑色O型密封圈多余物。

圖1 液冷側板組件結構圖

1.1 多余物問題定位

經過對液冷側板組件工藝過程的清查，液冷側板組件工藝過程會用到密封圈的工序為表面處理前的封堵工序。即工藝文件要求表面處理前用帶密封圈的M5堵頭，堵頭如圖2所示，對液冷側板出入口進行流道封堵，表面處理氧化工步完成后，進行烘干之前，要求拆除帶密封圈的堵頭。

圖2 帶密封圈堵頭示意圖

1.2 故障樹

根據故障定位從設計、材料和操作三個方面對故障進行分析，可能造成接頭安裝孔殘留黑色O型密封圈多余物故障的可能原因包括：密封圈卡槽尺寸設計不合理，密封圈尺寸選擇不合適，密封圈材料無彈性，密封圈未卡入卡槽，重復使用密封圈脫落，其故障樹如圖3。

圖3 故障樹

2 多余物診斷分析

造成液冷接頭安裝孔殘留黑色O型密封圈多余物的原因，主要從設計問題、材料問題、操作問題三個方面分析。

2.1 設計問題

2.1.1 密封圈卡槽尺寸設計不合理

通過對帶密封圈的M5堵頭分析，堵頭由國標M5螺釘改制而成，堵頭頭部考慮M8×0.75接頭安裝孔尺寸，同時對堵頭需要套裝密封圈的位置，進行了密封圈安裝位置預留處理，加工了一個環形槽尺寸Φ4×1.5，堵頭尺寸如圖4所示。卡槽前后端存在1～1.5 mm的卡扣，能滿足內徑Φ4密封圈卡扣需要，卡槽尺寸合理。

圖4 堵頭結構圖

2.1.2 密封圈尺寸選擇不合適

O型密封圈選用市場通用型，尺寸為Φ4×1.5，內徑尺寸Φ4，截面尺寸1.5，外徑尺寸Φ7。該尺寸密封圈能卡在卡槽內，如圖1所示。

O型橡膠密封圈壓縮率為密封圈受壓后直徑的變化量與其初始截面直徑的比值，可表示為[2]:

式中：W為壓縮率，%；d0為密封圈初始截面直徑，mm；d2為壓縮狀態下，密封圈沿壓縮方向的截面直徑，mm。

依據接頭安裝孔尺寸，如圖5所示，密封圈徑向最大變形由Φ7變形至Φ7.25，壓縮率0.125/1.5×100%=8%，依據機械密封用O型密封圈JB/T7757.2固定密封的壓縮率為15%～25%標準，遠小于壓縮率的標準。因此從理論分析，該密封圈尺寸滿足標準要求。

圖5 接頭安裝孔

由于內徑Φ4，卡槽前后端Φ5和Φ5.5的外徑能卡住密封圈，密封圈在無外力情況下不會脫落脫出。密封圈尺寸選擇合適。

2.2 材料問題

O型密封圈為市場采購密封圈，經對未使用的O型密封圈進行擠壓測試，正常使用后密封圈能恢復至使用前狀態，新密封圈材料無問題。

密封圈在壓縮狀態時，必然會發生物理變化和化學變化。當壓縮力消失后，這些變化阻止橡膠恢復到原來的狀態，于是就產生了壓縮永久變形。壓縮永久變形性能涉及到橡膠的彈性與恢復，是衡量橡膠制品密封性能的好壞及使用壽命長短的重要指標之一。壓縮永久變形率C按下式計算[2]：

式中：d0為密封圈初始截面直徑，mm；d2為壓縮狀態下，密封圈沿壓縮方向的截面直徑，mm；d1為恢復后，密封圈沿壓縮方向的截面直徑，mm。

液冷模塊使用的O型密封圈在封堵后，會經歷酸堿、導電氧化液、冷熱水、M5堵頭擠壓的機械應力的工藝過程，理論上會導致O型密封圈變形，老化，硬化，失去彈性[1]。

經對生產現場經歷一次氧化過程后，從接頭安裝孔拆除的堵頭密封圈來看，密封圈彈性影響不大，幾乎能恢復至原始狀態。隨著使用次數的增加，變形逐漸增加。因此密封圈多次使用導致失去彈性，發生永久變形是可能的。

2.3 操作問題

2.3.1 密封圈未卡入卡槽

考慮生產過程中，密封圈存在未卡入或未完全卡入環槽內情況,如圖6所示。

圖6 密封圈未卡入卡槽示意

由于堵頭前端為M5螺紋，當螺紋旋入液冷模塊M5堵頭安裝孔后，隨著螺紋的旋入，將擠壓密封圈向后端移動，直至卡入后端卡槽內壓緊。拆卸時密封圈已卡入卡槽，密封圈隨堵頭的旋出一并帶出安裝孔。經現場實際操作，密封圈未卡入或未完全卡入環槽內，旋入壓緊后在旋出，密封圈能隨著堵頭一并帶出，該情況不會導致密封圈殘留安裝孔內。

2.3.2 重復使用密封圈脫落

從故障現象看，在進行堵頭拆除過程時，密封圈未隨堵頭一并旋出拆除，僅拆除了堵頭，密封圈遺漏在接頭安裝孔內。后續工序也未對接頭安裝孔內部進行多余物檢查，導致遺漏的密封圈一直在接頭安裝孔內，致使問題發生。

正常情況下，密封圈卡在環槽內，密封圈與M5堵頭為一個整體。封堵使用過程不會脫落。

密封圈與M5堵頭分離，一般是密封圈內徑大于M5堵頭螺紋的大徑尺寸，才會發生。由于密封圈為統一采購，內徑尺寸一致，只有在多次使用，密封圈變形，老化，硬化，失去彈性，未恢復到能卡在環形槽內狀態，導致拆除M5堵頭時，M5堵頭與密封圈分離，這是密封圈遺漏在安裝孔內的原因。

3 密封圈實驗和驗證

將已使用過經歷酸堿、導電氧化液、冷熱水、M5堵頭擠壓的機械應力的工藝過程的密封圈與未使用的密封圈，進行旋入壓緊旋出過程試驗，對經過該過程的密封圈內徑進行測量，使用過的密封圈比未使用的密封圈內徑相差0.4，彈性恢復能力相差7.5%。由于使用過的密封圈恢復能力差，密封圈內徑變大，存在大概率從螺釘堵頭前端脫出風險。

經對生產過程清查來看，故障模塊生產指令號為1400F2，該批次生產模塊為2塊，液冷模塊編號為201901011和201901018，對應液冷側板組件編號為201807054和201807022。經對該批液冷側板生產過程清查，涉及液冷側板8塊，編號201807022、201807056、201807016、2018080009、201807026、201807071、201807031、201807054。對液冷側板生產過程清查和調查，發現操作者在進行表面處理前的封堵時，采用已使用過的密封圈堵頭進行了該批次液冷側板組件的封堵，由于個別密封圈因已使用一次導致密封圈變形，老化，硬化，失去彈性，未恢復到能卡在環形槽內狀態，導致拆除M5堵頭時，M5堵頭與密封圈分離遺漏在安裝孔內。

4 結 語

通過對液冷接頭安裝孔殘留黑色O型橡膠密封圈多余物故障的診斷分析、清查和驗證，出現殘留主要是操作者重復使用密封圈，由于密封圈多次使用造成永久變形導致從卡槽脫出，從而堵頭旋出時未一同帶出殘留在安裝孔內。

通過完善堵頭密封圈使用要求，將密封圈使用次數規定為一次性使用，使用一次后嚴禁再次使用，并在后續工序也對進行多余物檢查要求，明確后續工序進行操作前，嚴格執行目視檢查接頭安裝孔內無多余物。確保從技防和人防兩方面阻止故障現象的發生。