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      2. 某型發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管焊縫裂紋失效分析

        發(fā)布時(shí)間:2024-08-25
        某型發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管焊縫裂紋失效分析
        某型發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管焊縫裂紋失效分析
        摘要:通過(guò)對(duì)裂紋斷口進(jìn)行的宏、微觀觀察,成分檢查和綜合分析,結(jié)果顯示,發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管焊縫的裂紋性質(zhì)為疲勞裂紋,疲勞起始于焊縫靠近外表面處的疏松缺陷。釬焊部位存在疏松缺陷是導(dǎo)致焊縫產(chǎn)生裂紋的根本原因。
        關(guān)鍵詞:航空發(fā)動(dòng)機(jī);導(dǎo)管;疲勞斷裂;焊接裂縫
        中圖分類號(hào):tg142.33
        1 引言
        某發(fā)動(dòng)機(jī)在檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)從層板節(jié)流器到加力汽化器導(dǎo)管(一下簡(jiǎn)稱導(dǎo)管)焊縫出現(xiàn)2條裂紋。
        該發(fā)動(dòng)機(jī)總工作時(shí)間為799小時(shí)22分。導(dǎo)管材料為1cr18ni9ti不銹鋼。導(dǎo)管焊接方法為釬焊。
        2 檢查與分析
        2.1 外觀檢查
        圖1為導(dǎo)管及裂紋外觀。導(dǎo)管呈“u”型,裂縫位于導(dǎo)管一端靠外側(cè)的焊縫處,如圖1(a)中箭頭所示。裂紋分為兩段,均沿焊縫周向分布,分別長(zhǎng)約2mm、3mm。不銹鋼管直徑長(zhǎng)約6mm,搭接管直徑長(zhǎng)約8.4mm,搭接寬度約為3.5mm。
        裂紋打開后的斷口形貌如圖2所示。裂紋已經(jīng)穿透焊縫。裂紋區(qū)斷口較平整,為暗灰色,呈扇形分布,大小約為3.8mm×1.3mm。裂紋區(qū)斷口上肉眼可見明顯的由焊縫外表面向內(nèi)表面擴(kuò)展的疲勞弧線特征,疲勞區(qū)面積約占整個(gè)斷口面積的20%。新打開斷口呈亮白色,具有金屬光澤。
        圖1 導(dǎo)管及裂紋外觀(a)導(dǎo)管外觀;(b)導(dǎo)管裂紋
        圖2 裂紋斷口及疲勞形貌(a)裂紋斷口;(b)疲勞區(qū)
        圖3 疲勞源區(qū)形貌(a)疲勞源區(qū);(b)疲勞源區(qū)的疏松缺陷
        2.2 微觀檢查
        在掃描電鏡下觀察,疲勞源為多源,疲勞起始于焊縫外表面處的疏松缺陷。疏松缺陷沿焊縫周向呈帶狀分布,寬度200um,長(zhǎng)約9mm。疲勞源區(qū)形貌見圖3。圖3(b)為疲勞源處的疏松缺陷,疲勞源區(qū)德疏松缺陷長(zhǎng)約3mm。圖4為斷口特征形貌,圖4(a)為疲勞弧線特征,圖4(b)為瞬斷區(qū)韌窩特征。疲勞區(qū)之外的疏松缺陷見圖5所示。
        圖4 斷口特征形貌(a)疲勞弧線特征;(b)瞬斷區(qū)韌窩特征
        2.3 成分檢查
        使用x射線能譜儀對(duì)導(dǎo)管斷口和疏松缺陷進(jìn)行成分檢查,結(jié)果表明成分符合要求。
        圖5 疲勞區(qū)之外的疏松缺陷(a)疲勞區(qū)左側(cè);(b)疲勞區(qū)右側(cè)
        3 綜合分析
        導(dǎo)管焊縫的裂紋性質(zhì)為疲勞裂紋,疲勞起始于焊縫表面處的疏松缺陷,這種疏松缺陷是焊料在金屬凝固過(guò)程中產(chǎn)生的。
        釬焊部位表層存在著疏松缺陷,沿焊縫周向呈帶狀分布,尺寸為200um×9mm。這些表面和亞表面缺陷面積較大或連續(xù)分布時(shí)就形成了對(duì)焊縫疲勞性能危害嚴(yán)重的面型缺陷。疏松一方面減少了裂紋部位的承載面積;另一方面破壞了表面的完整性,造成焊縫表層較大的應(yīng)力集中。同時(shí)由于結(jié)構(gòu)限制,導(dǎo)管外側(cè)裂紋部位不可避免地存在有安裝彎曲應(yīng)力。因此,在使用過(guò)程中,導(dǎo)管在振動(dòng)應(yīng)力、內(nèi)應(yīng)力和安裝彎曲預(yù)應(yīng)力的作用下,疲勞從疏松缺陷處起始,并向內(nèi)部擴(kuò)展,直至穿透整個(gè)導(dǎo)管壁厚。
        焊縫表面原本看不到裂紋,在長(zhǎng)時(shí)間的工作過(guò)程中,焊縫亞表面萌生疲勞裂紋并擴(kuò)展,裂紋逐漸張開,形成了肉眼可見的宏觀裂紋。
        因此釬焊部位存在疏松缺陷是導(dǎo)致焊縫產(chǎn)生裂紋的根本原因。
        4 分析結(jié)論
        (1)發(fā)動(dòng)機(jī)從層板節(jié)流器到加力汽化器導(dǎo)管焊縫的裂紋性質(zhì)為疲勞裂紋,疲勞起始于焊縫靠近外表面處的疏松缺陷。
        (2)釬焊部位存在疏松缺陷是導(dǎo)致焊縫產(chǎn)生裂紋的根本原因。
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