車輛防爬器彈簧墊圈裂紋分析

劉和平　丁寶英

摘 要：地鐵車輛防爬器是通過螺栓連接在車輛頭部車體鋼結構上，具有三種功能，一是車輛碰撞時吸收碰撞能量，減緩對車輛的損壞程度;二是防止兩車碰撞時產生攀爬，造成車輛更大的損壞;三是保護車上司乘人員安全。隨著車輛運營時的振動和運營里程的增加，防爬器螺栓彈墊往往會出現裂紋直至斷裂的可能，造成螺栓松動、扭矩失效，存在防爬器脫落的安全風險，威脅行車安全。本文就現場案例分析了防爬器彈墊失效的原因，并提出預防解決措施，具有現實意義。

關鍵詞：防爬器;彈簧墊圈;氫脆;糾正預防措施

一、引言

螺栓彈簧墊圈斷裂失效，一般有三種類型：疲勞斷裂、塑性斷裂、脆性斷裂，斷裂失效的主要因素有：（1） 彈簧墊圈材質不良，非金屬夾雜物嚴重，成為裂紋啟裂源;（2） 彈簧墊圈制造工藝有缺陷，不符合機械性能要求;（3）施工工藝不科學，不滿足運營實際工況要求。

二、問題描述

某地鐵項目T車防爬器安裝后，涂膠時發現發現第該列T車等共有17個彈墊出現裂紋，不良率為20%。

三、理化檢測

1、彈簧墊圈技術參數

螺栓（JIS B 1180：2004），規格為M16×70，8.8級，由日本供應商提供。

彈簧墊圈（JIS B 1251：2001），材質為SWRH62（JIS G 3506：2004 高碳鋼線材）相當于國標60Mn、65Mn材料，表面鍍鋅（由供應商代理，產地日本，表面鍍鋅處理）。

2、理化檢測

現場取九種樣品送第三方檢測機構檢驗，斷口、硬度、化學成分、含氫量檢測情況如下：

四、機理分析

1、斷口分析。從掃描電鏡低倍形貌觀察，斷口較粗糙、發亮且顏色一致;斷口微觀形貌呈現沿晶斷裂特征，并伴有晶間二次裂紋，晶面可見“雞爪紋”、準解理及韌窩，屬脆性斷裂，見圖2、圖3。

2、斷件化學成分。從表2：試樣化學成分分析結果（%）可以看出，材質的重要組分均在合理的區間內（其中1#、4#、5#樣品含C量超標;9#含Mn量超標，試樣化學成分有離散、不穩定），基本符合日本JIS G 3506-2004 高碳鋼線材標準。

3、氫含量。雖然含氫量不能作為判定合金鋼彈墊是否會發生氫脆斷裂的依據，但測量氫含量有助于了解彈墊的抗氫脆性。一般認為，當氫含量達到5ppm以上時，材料的沖擊韌性ak值會有不同程度的降低，而且隨著氫含量的增加ak 值隨之下降。查看第三方檢測機構出具的報告，去鍍層的樣件氫含量均在2ppm以下，未去鍍層的樣件氫含量在3.6～16ppm之間，基本確定存在氫脆斷裂。

4、制造工藝。彈簧墊圈制造工藝：彈簧鋼盤條→拉線→盤線→切割→酸洗→電鍍鋅→去氫，經調查供應商生產工藝，確認彈簧墊圈電鍍鋅后未進行去氫處理。

5、結論。造成彈簧墊圈斷裂的原因：原材料中C元素超標造成沖擊韌度降低;電鍍鋅后未去氫處理[2]。

五、糾正預防措施

1、修訂彈簧墊圈供貨技術條件，增加以下要求：

1）原材料化學成分滿足JIS或GB/T 對應標準化學成分之要求。

2）采用無氫脆電鍍工藝，嚴格執行除氫工藝及工序專檢，保證除氫回火溫度200℃、保溫時間6小時。

3）按照JIS或GB/T3.98.17-2000標準實施氫脆檢驗，提供彈簧墊圈氫脆出廠試驗報告。

2、進貨檢驗

根據緊固件入廠檢驗通用指南，對彈墊進行外觀檢查，并核對原產地證明及出廠試驗報告。

3、嚴格施工工藝

嚴格按照防爬器安裝作業指導書中緊固扭矩為220N·m，使用計量有效期內的扭矩扳手進行施工。

4、跟蹤觀察實施效果，固化彈簧墊圈檢驗文件及防爬器安裝作業指導書。

參考文獻

[1] JIS G 3506-2004 高碳鋼線材[S]出版地：日本標準，2004.

[2] 孫小炎，螺栓氫脆問題研究[J].航天標準化，2007（2）：2-3.