關于空調管路加工成型的可靠性分析與研究

甘立榮 葉遠佳

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519070）

前言

隨著國內空調市場的快速發展，為確保良好的市場競爭力，對空調自身的性能及質量提出了更高的要求[1]。制冷劑泄漏問題就是在實際使用過程中亟需解決的主要問題。制冷劑泄漏會導致空調壓縮機故障，從而導致制冷效果降低并進一步污染環境[2-4]。空調管路作為制冷劑的承載體，其可靠性程度直接影響實際使用過程中是否會出現制冷劑泄漏問題。本文通過對空調管路上分配器沖壓、管路折彎加工過程中的分析研究，完善空調管路加工工藝，進一步提高管路可靠性，降低售后出現制冷劑泄漏問題的概率。

1 分配器結構研究

集氣管上閉合式沖壓結構的分配器在售后故障率較高，為研究其失效形式，現對故障件取樣進行分析。

1.1 微觀分析

在故障位置取樣，經鑲嵌、研磨、拋光后在光學顯微鏡下觀察。由圖1所見，在50倍顯微鏡下觀察，焊縫與銅材過度處存在泄漏通道。在100倍顯微鏡下觀察，開裂處平整，晶粒組織未有明顯拉伸，呈穿晶斷裂，為疲勞裂紋[5]。

圖1 泄漏位置截面形貌

1.2 實驗分析

根據上述金相分析情況可推斷集氣管沖壓處在交變冷媒沖擊下，腔體焊縫與銅材過度的應力集中處銅材出現疲勞過度材質開裂。為進一步驗證其可靠性性能，設計水壓及油壓實驗，將其與非閉合式沖壓結構分配器對比分析，兩種結構如圖2所示。

圖2 兩種沖壓結構

油壓脈沖實驗按照通電1.8 s再斷電1.8 s，脈沖壓力0～4.2 MPa沖擊5萬次進行測試。水壓沖擊實驗分為耐壓實驗與耐破壞實驗兩組，耐壓試驗按要求將水壓上升至6.45 MPa后保壓3 min內觀察是否存在滲漏、開裂、變形現象；耐破壞壓力需將水壓緩慢上升至20 MPa觀察過程中是否存在滲漏、開裂、變形現象。

實驗三組取平均值，結果如表1所示。對比實驗結果閉合式沖壓結構在油壓脈沖達2萬余次時出現泄漏，水壓極限可達到12.1 MPa。非閉合式沖壓結構油壓脈沖5萬次未出現泄漏，水壓極限可達到17.74 MPa。相比之下非閉合式結構在耐壓性能上要明顯優于閉合式結構，即抗應力強度更優。故而在確保加工質量的前提下，建議優先選用非閉合式沖壓結構。

表1 油壓脈沖及水壓實驗結果

2 管路折彎

銅管折彎處泄漏是制冷劑泄漏失效形式的一種。如圖3所示，壓縮機排氣管折彎處頂面呈現扁平狀，側面棱角處銅管裂漏，判斷為棱角處應力集中導致裂漏。經測量此處銅管彎扁率為1.24，數值偏大。現驗證銅管折彎彎扁率與其管路應力關系。

圖3 銅管折彎泄漏位置

2.1 理論分析

經過彎管加工后，彎管處的橫截面會由彎前的圓形變成橢圓形，橢圓形的長徑X與短徑Y之比，即為管路彎扁率，計算公式如下：

式中：

X—彎曲處橢圓截面最寬處尺寸；

Y—彎曲處橢圓截面最窄處尺寸。

由圖4可見，制冷劑對銅管的沖擊力F可轉化為兩個切于截面的σ力。彎扁率越大，橫向的拉應力也就越大[6]。

圖4 受力分析

2.2 微觀分析

制備兩組不同的彎扁率的折彎銅管進行金相對比分析。第一組彎扁率為1.15，外表頂面圓滑，無明顯棱角；第二組彎扁率1.25，頂部略顯平面狀，如圖5所示。

圖5 兩組折彎銅管樣品

在折彎位置取樣，經鑲嵌、研磨、拋光后在光學顯微鏡下觀察，對比截面形狀與晶粒組織。第一組彎制樣件棱角位于管路兩側中部，觀察晶粒正常。第二組彎制樣件棱角位于頂部扁平面左右兩側，觀察晶粒呈拉伸狀條狀，具有較大殘余應力。

2.3 仿真分析

對彎管仿真分析，如圖6所示，彎扁率1.15的彎管制樣應力最大處位于銅管側面，應力值為3.151 2 MPa。對不同彎扁率銅管仿真最終形成圖7的折線圖。由圖可見，銅管彎扁率與最大應力基本呈現線性關系，隨著彎扁率增大，管路折彎處的最大應力也越大。

圖6 管路應力仿真圖

圖7 彎扁率對管路應力的影響

在實際使用過程中，管路彎扁率越大，折彎處銅管在制冷劑沖擊下，越容易導致應力疊加致使銅管疲勞裂漏。故而在彎管工序中應嚴格控制管路彎扁率大小，避免因彎扁率超標引起整機運行時應力集中裂漏。

3 結論

1）通過對故障分配器的微觀分析判斷其失效原因，進而引申出對分配器結構穩定性的討論。通過對兩種不同結構的分配器的耐壓強度測試，得知非閉合式沖壓結構在抗應力強度方面更優于閉合式結構，且不易發生裂漏，在空調管路件的應用中更加穩定。建議在加工分配器時，通過調整沖床參數及模具尺寸，同時在成型后增加水壓、油壓等測試手段，確保分配器加工成型的可靠性。

2）空調在實際使用過程中，管路折彎處存在斷管現象，基于管路可靠性研究驗證銅管折彎質量與管路斷裂之間聯系。通過仿真分析建立彎管彎扁率與其管路應力的數據模型，得知銅管折彎處最大應力與彎扁率大小呈正相關。建議通過調整彎管機的模具參數、增加過程點檢控制彎扁率數值大小，從而確保彎管質量的一致性，提升管路件可靠性。