航空快卸卡箍连接结构开裂原因.pdf
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1、31质量控制与失效分析2023年第59 卷PTCACPARTAPHYS.TEST.)91理化检验-物理分册D0l:10.11973/lhjy-wl202309009航空快卸卡箍连接结构开裂原因都亚仙,孙智君(中国航发上海商用航空发动机制造有限责任公司,上海2 0 1 30 6)摘要:某航空卡箍连接结构中的燃油分配器主壳体及卡箍发生开裂。采用宏观观察、扫描电镜分析、金相检验及硬度测试等方法对卡箍连接结构开裂的原因进行分析。结果表明:燃油分配器主裂纹起源于安装边R角,呈多源、线源特征,为起始应力较大的双向弯曲疲劳开裂;卡箍发生了起始应力较大的疲劳开裂,裂纹起源于连接环内侧表面,呈多源、线源特征;燃
2、油分配器与卡箍接触面受力不均是其发生早期疲劳开裂的主要原因,结合面挤压摩擦损伤也促进了疲劳裂纹的萌生。关键词:燃油分配器;卡箍;疲劳开裂;挤压摩擦损伤中图分类号:TB31;T G 1 1 5.2文献标志码:B文章编号:1 0 0 1-40 1 2(2 0 2 3)0 9-0 0 31-0 5Cracking reasons of the aviation quick release clamp connection structureDUYaxian,SUNZhijun(AECC Commercial Aircraft Engine Manufacture Co.,Ltd.,Shanghai
3、201306,China)Abstract:The main shell of the fuel distributor and clamp in the aviation clamp connection structure cracked.The cracking causes of clamp connection structure were analyzed by macroscopic observation,scanning electronmicroscope analysis,metallographic examination and hardness test.The r
4、esults show that the main crack of the fueldistributor originated from the R angle of the mounting edge and was characterized by multi-source and line source,which was a bidirectional bending fatigue crack with large initial stress.The clamp experienced fatigue cracking withlarge initial stress.The
5、crack originated from the inner surface of the connecting ring,which was characterized bymulti-source and line source.The uneven stress on the contact surface between the fuel distributor and the clampwas the main reason for its early fatigue fracture and the extrusion friction damage of the joint s
6、urface also promotedthe initiation of fatigue cracks.Keywords:fuel distributor;clamp;fatigue cracking;extrusion friction damage卡箍结构包括安装卡箍、连接卡箍、固定卡箍以及其他卡箍等,常用于飞机、发动机上各种管路的连接、固定与支撑,电线、电缆的捆扎、固定与安装,以及仪器、仪表附件的安装与固定等1。在卡箍结构的实际应用中,许多文献对导管固定卡箍的失效原因进行了报道2-7 。燃油分配器是发动机燃油控制系统的核心部件之一,其采用实时分配燃油的方式来实现分级燃烧8 。因此,燃油
7、分配器的质量直接决定了燃烧的效率和温度场的分布,燃油分配器出现故障会严重影响发动机的可靠性及飞行安全。快卸卡箍连接结构用于固定燃油分配器,在发动机预收稿日期:2 0 2 2-1 0-1 0作者简介:都亚仙(1 9 8 9 一),女,工程师,主要从事航空发动机材料金相检验及失效分析工作,研阶段,采用振动试验的方法对燃油分配器及其卡箍连接结构进行质量检验,有利于设计改进,避免发动机出现故障。对某航空发动机燃油分配器及其卡箍连接结构开展方向的扫频及驻频振动试验,试验频率为52 0 0 0 H z,燃油分配器的质量为4.9 kg,其试验系统的连接方式如图1 所示,卡箍将燃油分配器主壳体安装边与倾角为4
8、0 的工装箍紧连接。试验后,在燃油分配器主壳体以及卡箍处均发现裂纹。燃油分配器主壳体材料为2 A14钢,试验时间约为4h。卡箍的材料为1 Cr18Ni9固溶钢,试验时间约为2 8 h。笔者采用宏观观察、扫描电镜(SEM)分析、金相检验及硬度测试等方法分析了其开裂原因,并提出了相关改进措施,以避免该类问题再次发生。32都亚仙构开裂原因理化检验-物理分册燃油分配器40卡箍工装之图1振动试验系统的连接方式示意1理化检验1.1宏观观察1.1.1燃油分配器主壳体燃油分配器主壳体的宏观形貌如图2 所示。由图2 可知:裂纹位于安装边R角及安装座前端内圆R角位置,两处的周向裂纹长度约为1 5cm;裂纹产生于安
9、装位置的上侧,安装边R角有深浅不一的黑色接触痕迹,安装座前端有掉块现象;安装边R角安装边R角接触痕迹较明显a)整体b)挤压变形程度重处接触痕迹不明显掉块安装座前端内圆R角c)挤压变形程度较轻处d)安装座前端图2燃油分配器主壳体的宏观形貌处及安装边棱角处的接触痕迹较明显,其他配合面无明显接触痕迹;连接环卡扣两侧的接触痕迹有明显差别,一侧挤压变形程度较重,另一侧挤压变形程度较轻,部分裂纹沿挤伤部位扩展。说明整个配合面受力不均匀,接触部位承受较大的应力。人工打开安装边R角处裂纹,断口的宏观形貌如图3所示。由图3可知:断面较粗糙,颜色较暗,呈多源、线源特征,棱线粗大;断口扩展棱线分别收敛于断口内侧和外
10、侧,即安装边外侧R角及安装座前端内圆R角,说明裂纹分别起源于两侧,其中起源于安装边R角位置的裂纹扩展较为充分,约占整个断口面积的3/4,为主裂纹。1.1.22卡箍卡箍的宏观形貌如图4所示。由图4可知:卡箍为保持型V型卡箍,两段式结构,卡箍中间活动块采用铆钉连接,接口处活动挡片由铆钉固定在端图3安装边R角处断口的宏观形貌头耳片上,螺母起到紧固连接的作用;卡箍裂纹位于端头耳片处,在端头耳片与顶面连接处形成贯穿性裂纹;卡箍与燃油分配器安装边配合部位有深浅不一的黑色接触痕迹,与燃油分配器主壳体安装边的接触痕迹吻合;卡箍连接环内侧底部有与4个面连接的台阶,裂纹所在位置是燃油分配器安装边挤压变形程度较重的
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