空調連接接頭失效分析及預防

舒鋼，眭敏

（珠海格力電器股份有限公司，廣東珠海 519070）

1 前言

TP2M紫銅管路連接件由于可釬焊性優、結構適應性強，為制冷行業目前普遍采用的制冷劑連接管件。同時兼備生產效率高、適合批量加工、耐腐蝕能力佳等優勢，為制冷行業連接件主流。但釬焊工藝、結構等導致的失效問題依然存在，如個別“結構安全系數評估不夠”安裝后振動應力導致的焊料裂漏失效。

本次失效結構為連接用管路件，管件材料牌號為TP2M，規格為?16×1，垂直對接規格為?25×1的管件，售后裂漏位置為焊接處的焊料受振動應離裂漏，具體位置如圖1。

2 理化檢驗

2.1 力學性能試驗

在失效管路件上取樣進行力學性能檢測，結果與 GB/T17791［1］要求相符。

2.2 材料組織、成分檢測

對失效管路件原材、焊料取樣進行材料組織、化學成分分析，結果與 GB/T 5231［2］、GB/T6418［3］要求相符。

2.3 斷口外觀檢驗

管路件裂口位于“T型”釬焊連接位置，附近銅材未見裂漏異常。

圖1 管路件泄漏位置示意

圖2 管路件釬焊連接處“振動應力裂紋”微觀組織100×

2.4 金相檢驗

在開裂處取樣，經鑲嵌、研磨、拋光并且侵蝕后，在顯微鏡下可見焊料明顯的裂紋，裂紋圓滑細長，可以確定為沖擊應力裂紋，見圖2。

3 “沖擊應力裂漏”原因分析

據相關資料［4］，“T型”垂直套接接頭 （如圖3），釬焊工藝的結構可靠。安全系數按下式計算:

式中:Y為安全系數 （一般薄件為2～5）;L為釬焊設計的理論套接長度 （mm）;σb為母材的拉伸強度 （kg/mm2）;στ為釬料的剪切強度 （kg/mm2）;δ為板厚 （或圓管壁厚）。

依據 （1）式計算失效“T”釬焊結構的安全系數為:

圖3 “T型”垂直套接接頭

式中:σb—經查閱資料［5］，TPM2為230 kg/mm2;στ—Cu93P為180 kg/mm2;δ— “T”釬焊結構，為小管壁厚，取1．0mm;L—取實際設計值2．0mm。

經 （2）式核算，目前釬焊結構安全系數存在偏低情況，釬焊設計規范要求Yε（2，5），由于“T型”垂直套接接頭結構振動應力集中于釬焊對接位置，導致圖3失效發生。

4 驗證試驗及結構優化

為了檢驗 （1）式的準確性，將不同結構條件下計算的安全系數與疲勞壓力沖擊次數 （Un）實驗值相比較。

4.1 疲勞壓力沖擊試驗簡介及裝置

試驗具體要求為:用0～4．2MPa的恒定氣體壓力頻率1Hz對待測冷凝器進管組件連續沖擊20萬次后進行檢漏。

將待測件焊至工裝架，一端接于氣壓傳動裝置，與高壓氣源接通，并將待測件其余終端出口焊死，保證壓力沖擊密閉性，接通電源、氣源，將高壓氮氣瓶輸出壓力調節至4．2MPa，對冷凝器進管組件進行沖擊，壓力輸出后，內部的節流裝置將輸出壓力與高壓氣源瞬時切斷，完成一次沖擊，計數器跳動一次，整個過程歷時1s左右。

疲勞壓力沖擊試驗裝置原理圖如圖4。

圖4 疲勞壓力沖擊試驗裝置連接原理圖

圖5 疲勞振動次數Un實驗值與安全系數Y的比較

4.2 試驗結果

如圖5所示，可以看出，計算安全系數Y與實際疲勞振動次數 （Un）呈現明顯線性關系，相對偏差在10%以內，因此 （1）式結合圖5可以很好的指導結構優化。

5 結論

1）“T型”垂直套接接頭釬焊點售后開裂屬于設計過程安全系數評審失效，在售后振動應力作用下產生微觀裂紋導致泄漏。通過可靠的結構模型、實驗驗證 （圖5），調整優化結構保持安全系數在2．66以上，可保證振動實驗20萬次以上及售后6年質量要求。

2）因售后運輸及使用過程，空調的振動及其產生的對焊點的應力難以避免。但通過結構安全系數的評估、驗證與優化結構設計，廠內重復實驗驗證及售后用戶使用，類似“T”型套接釬焊結構沒有再出現“振動應力裂紋”導致裂漏現象。

［1］國家標準GB/T 17791－2007空調與制冷設備用無縫銅管 ［S］

［2］國家標準GB/T 5231－2001加工銅及銅合金化學成分和產品形狀 ［S］

［3］國家標準GB/T 6418－2008銅基釬料 ［S］

［4］魏貞閔．空調配管釬焊套接長度的試驗分析 ［J］．新技術新工藝，2006（02）:6－7

［5］田榮璋，王祝堂．銅合金及其加工手冊 ［M］．長沙:中南大學出版社，2005