一起電纜接線柄斷裂故障分析與改進

李 煒

（國營蕪湖機械廠，蕪湖 241007）

1 故障概況

某型飛機進行地面通電檢查時發(fā)現(xiàn)部分產(chǎn)品未供電，無法正常工作，影響飛行安全[1]。經(jīng)檢查，位于飛機發(fā)動機艙固定安裝在機體端的一處電纜負線接線柄斷裂，導(dǎo)致部分產(chǎn)品的供電線路斷開。接線柄斷裂位置位于端子舌片與壓線筒連接R角處，具體見圖1。

圖1 接線柄斷裂情況圖

2 故障樹分析

故障樹分析圖如圖2所示。由圖2可知，分析接線柄斷裂故障的可能原因包括3個方面。第一，該架飛機長期在沿海環(huán)境中飛行，接線柄位于發(fā)動機艙內(nèi)，飛行時受高溫、油氣及振動等疊加因素影響，導(dǎo)致接線柄表面可能存在腐蝕疲勞等現(xiàn)象。第二，接線柄有應(yīng)力安裝，線束固定時未進行預(yù)敷設(shè)，接線柄及其線束的第一個卡箍未同步逐漸擰緊固定，導(dǎo)致接線柄和第一個卡箍之間線束應(yīng)力無法釋放而作用在接線柄上。第三，接線柄的打印標識屬于薄弱區(qū)域，受外力作用最先產(chǎn)生微小裂紋，在反復(fù)荷載作用下最終脆性斷裂。

圖2 故障樹分析圖

3 失效分析

3.1 外觀觀察

斷裂接線柄如圖3所示。圖3（a）對應(yīng)安裝位置，接線柄斷裂后，斷開的兩部分發(fā)生了錯位。斷裂位置位于變截面處（銅管壓扁處），表面覆蓋紅漆，斷裂經(jīng)過一處刻字“0”，如圖3（b）所示。

圖3 斷裂接線柄外觀形貌

3.2 體視檢查

使用體視顯微鏡對斷裂接線柄進行觀察[2]，如圖4所示。其中：圖4（a）為斷裂處形貌；圖4（b）為接線柄右端斷面形貌，磨損嚴重；圖4（c）為固定端形貌，斷裂位置經(jīng)過刻字及壓痕處；圖4（d）為左側(cè)斷開部分斷面形貌，大部分區(qū)域被磨損，局部可見斷面原始形貌，斷面上端存在黑色膠狀物質(zhì)，斷面相對平整。

圖4 宏觀觀察

3.3 微觀檢查

使用場發(fā)射掃描電子顯微鏡對斷裂接線柄進行觀察[3]，如圖5所示。其中：圖5（a）為左側(cè)形貌，局部中間區(qū)域可見解理脆性特征；圖5（b）中左側(cè)斷面棱線收斂于下端，該位置為刻字“0”位置，源區(qū)形貌為解理斷裂（即宏觀脆性斷裂），局部可見沿晶特征；圖5（c）為中間區(qū)域形貌，主要是磨損形貌；圖5（d）為右側(cè)斷面形貌，可見棱線主要收斂于下端，斷面形貌為解理加沿晶的混合特征，可見疲勞條帶形貌（疲勞條帶是疲勞斷口最典型的微觀特征）；圖5（e）為右側(cè)下端形貌，右側(cè)晶面上可見疲勞特征和腐蝕痕跡。

圖5 斷面微觀形貌

可見，斷面整體磨損嚴重，局部斷面呈現(xiàn)解理加沿晶的脆性斷裂特征，源區(qū)位于斷面下端經(jīng)過刻字處，斷面存在細密疲勞條帶特征，晶粒表面存在疲勞特征及腐蝕痕跡。

3.4 能譜分析

對失效接線柄斷面進行能譜成分分析[4]，結(jié)果如圖6所示。其中：圖6（a）為斷面源區(qū)成分，可知接線柄材料應(yīng)為純銅，斷面存在少量的S、Cl元素，表層鍍Sn；圖6（b）為晶粒表面成分，存在少量S、Cl元素。可見，斷面及晶粒表面均存在腐蝕性S、Cl元素。

圖6 能譜分析結(jié)果

3.5 金相檢查

將斷裂接線柄沿平行于斷面方向制備金相試樣[5]，結(jié)果如圖7所示。其中：圖7（a）和圖7（b）為腐蝕后的金相組織形貌，材料應(yīng)為退火狀態(tài)，組織為退火孿晶形貌，局部區(qū)域晶粒相對較大，放大觀察見圖7（c）和圖7（d），局部邊緣區(qū)域存在小裂紋及表層不連續(xù)特征。

圖7 金相檢查

3.6 分析結(jié)論

通過失效分析可知接線柄的斷裂原因主要包括3個方面。第一，接線柄斷面和晶粒表面均存在腐蝕性S、Cl元素，而腐蝕會優(yōu)先形成蝕坑，致使接線柄強度下降。第二，接線柄斷裂位置位于端子舌片與壓線筒連接R角處，且斷裂兩部分發(fā)生錯位，斷面相對平整，說明接線柄安裝受力。第三，斷裂位置經(jīng)過刻字“0”，接線柄界面由于刻字變薄，在腐蝕環(huán)境與交變載荷共同作用下，為快速萌生裂紋提供了條件，導(dǎo)致接線柄最終脆性斷裂。因為接線柄表面存在腐蝕痕跡且晶粒表面疲勞特征明顯，綜合分析可知接線柄斷裂性質(zhì)為腐蝕疲勞斷裂。

4 改進措施

4.1 細化接線柄檢查、修理方法

首先，用5倍放大鏡檢查接線柄表面是否有腐蝕、變形、開裂等情況，尤其注意刻字部位是否光滑、無腐蝕、無變形，發(fā)現(xiàn)腐蝕、變形或裂紋更換接線柄。其次，接線柄安裝時，要將接線柄機上連接處打磨出金屬光澤，打磨面積不超過接線柄面積的兩倍。再次，接線柄下涂防銹膏，在接線柄緊固后，用棉紗擦去多余的防銹膏。最后，接線柄的連接應(yīng)在打磨清理后6 h以內(nèi)安裝完畢（超過時間則需重新打磨），且在機上連接處外緣打磨出的裸露處涂上清漆。

4.2 細化負線安裝方法

首先，在裝配導(dǎo)線、固定接線柄前預(yù)敷設(shè)線束，長度不夠時更換導(dǎo)線。其次，沿接線柄指向方向，將導(dǎo)線依次放入卡箍，保持卡箍呈松弛狀態(tài)。再次，將接線柄掛在托板螺栓上，同時梳理線束，調(diào)整第一個卡箍的角度與線束垂直安裝，保證接線柄不受應(yīng)力。最后，將接線柄的自鎖螺母和第一個卡箍的固定螺釘同步逐漸擰緊，再依次將其余卡箍擰緊固定，安裝狀態(tài)見圖8。

圖8 安裝狀態(tài)

5 結(jié)語

綜上所述，接線柄斷裂性質(zhì)為腐蝕疲勞斷裂，加之受安裝應(yīng)力影響，為快速萌生裂紋提供了條件，導(dǎo)致接線柄最終脆性斷裂。落實改進措施后，該型飛機未發(fā)生同類故障，證明改進措施基本有效，進一步消除了裝備故障隱患，保證了飛機的飛行安全。