某發(fā)動(dòng)機(jī)可調(diào)靜子機(jī)構(gòu)連桿斷裂故障分析
2019-02-19
陳剛 陳凱征 郭桃都 任志遠(yuǎn)
(中國航發(fā)沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司)
1 高壓壓氣機(jī)可調(diào)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡介
調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)隨狀態(tài)變化帶動(dòng)0級~3級靜子葉片角度變化三級拉桿一側(cè)的球形頭連桿組合件與聯(lián)動(dòng)環(huán)連接,另一側(cè)通過三級連桿組合件與操縱支架相連,兩端連接部位均裝有關(guān)節(jié)軸承。球形頭連桿組合件與三級連桿組合件用螺紋連接,根據(jù)靜子葉片角度調(diào)節(jié)要求調(diào)整長度,調(diào)整后擰緊端面螺母并打好保險(xiǎn)絲。
2 故障排查分析
故障發(fā)生后,從各方面開展復(fù)查和分析工作,列出故障樹以確定可能引發(fā)故障的各種原因,并對相關(guān)因素逐一排查。
2.1斷口分析
2.1.1斷口宏觀檢查
球形頭連桿沿螺紋槽底斷裂,斷口表面較平緩,從顏色上明顯地分為3種區(qū)域,Z外層的呈灰褐色,中間層的呈亮灰色,中心部呈暗灰色;斷口表面可見到較明顯的疲勞弧線特征,初步判斷球形頭連桿斷口性質(zhì)為疲勞斷口。
2.1.2斷口微觀檢查
在掃描電鏡下進(jìn)行觀察,可見到較明顯的放射棱線及疲勞弧線特征,表明斷口性質(zhì)為疲勞斷口。根據(jù)放射棱線匯聚方向判斷,疲勞起源于球形頭連桿螺紋槽底的兩側(cè)表面,相向擴(kuò)展??梢娖谠磪^(qū)為多源起始,表面磨損均較嚴(yán)重,未見明顯的冶金缺陷。
2.1.3材質(zhì)分析
對故障件斷口處進(jìn)行能譜分析,主要合金元素含量與標(biāo)準(zhǔn)要求基本相符,從發(fā)生斷裂的球形頭連桿螺紋段取樣進(jìn)行硬度測試及金相組織檢查,硬度測試結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求,金相組織未見明顯異常。
2.1.4斷口分析結(jié)論
?。?)故障機(jī)球形連桿斷裂性質(zhì)為多源疲勞斷裂,疲勞起源于螺紋兩側(cè)槽底的表面,相向擴(kuò)展;(2)疲勞源區(qū)未見明顯的冶金缺陷,球形頭連桿組合件斷裂故障的產(chǎn)生與其材質(zhì)無直接關(guān)系。
2.2故障件檢查
2.2.1故障件關(guān)節(jié)軸承擴(kuò)口情況檢查
檢查故障件關(guān)節(jié)軸承,發(fā)現(xiàn)其脫出裝配位置約2mm,進(jìn)一步檢查關(guān)節(jié)軸承兩端擴(kuò)口部位未形成明顯擴(kuò)口。轉(zhuǎn)動(dòng)球形頭連桿組合件關(guān)節(jié)軸承靈活無卡滯。
進(jìn)一步檢查故障件,對比擴(kuò)口標(biāo)準(zhǔn)件與隨機(jī)抽取的庫存件球形頭連桿組合件關(guān)節(jié)軸承擴(kuò)口情況,從對比檢查結(jié)果看,擴(kuò)口標(biāo)準(zhǔn)件、庫存件形成明顯擴(kuò)口,標(biāo)準(zhǔn)件擴(kuò)口較好,庫存件擴(kuò)口不規(guī)則,故障件關(guān)節(jié)軸承外緣未形成明顯擴(kuò)口,槽底有工裝壓痕。
2.2.2表面磨痕檢查
進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)故障件球形頭連桿表面存在兩處磨痕,對與故障件配合的三級連桿組合件、三級聯(lián)動(dòng)環(huán)搭接段及三級曲柄進(jìn)行檢查,對應(yīng)表面也存在磨損痕跡。
2.2.3故障件檢查結(jié)果
通過對故障件進(jìn)行仔細(xì)檢查,結(jié)合故障件裝配位置及與周圍零組件之間的配合關(guān)系以及斷口分析結(jié)論,初步分析認(rèn)為:(1)關(guān)節(jié)軸承軸向脫出,擴(kuò)口部位未形成明顯擴(kuò)口;(2)關(guān)節(jié)軸承脫出后工作過程中與相配件存在干涉,磨痕情況與斷口檢查發(fā)現(xiàn)的雙向疲勞擴(kuò)展斷裂形貌有對應(yīng)關(guān)系。
2.3質(zhì)量復(fù)查
故障發(fā)生后,故障分析組對故障件同批次球形頭連桿裝機(jī)情況進(jìn)行復(fù)查,同時(shí)對具備檢查條件的批產(chǎn)和科研發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)節(jié)軸承脫出及擴(kuò)口情況進(jìn)行了全面檢查。
2.3.1實(shí)物復(fù)查
故障件同批次件復(fù)查。復(fù)查56件操縱支架組合件裝機(jī)情況,關(guān)節(jié)軸承擴(kuò)口實(shí)際質(zhì)量狀況參差不齊,目視關(guān)節(jié)軸承外緣未形成明顯擴(kuò)口的較多,同時(shí)存在局部擴(kuò)口、擴(kuò)口不規(guī)則等情況,存在軸向脫出現(xiàn)象的關(guān)節(jié)軸承外緣均未形成明顯擴(kuò)口。
2.3.2裂紋件檢查
對存在關(guān)節(jié)軸承脫出的球形頭連桿組合件均進(jìn)行熒光檢查,發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)軸承脫出量Z大的發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)上半機(jī)匣三級拉桿球形頭連桿組合件螺紋段存在裂紋,脫出量小于1.5mm的其余件未見異常。
對該新發(fā)現(xiàn)故障件進(jìn)行仔細(xì)檢查及斷口分析,并與故障機(jī)故障件進(jìn)行對比,結(jié)論如下:(a)該故障件關(guān)節(jié)軸承軸向脫出1.78mm,比故障機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)故障件脫出量略小,兩者脫出方向一致;(b)在該故障件上發(fā)現(xiàn)兩處異常磨損,位置與故障機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)故障件相同;(c)該故障件表面裂紋為雙向疲勞裂紋,裂紋斷口源區(qū)未見材質(zhì)冶金缺陷,金相組織及材料硬度檢查也未見異常,斷口檢查結(jié)果與故障機(jī)故障件斷口分析結(jié)論一致。
2.3.3生產(chǎn)和工藝復(fù)查
對整改前球形頭連桿組合件擴(kuò)口的工藝和實(shí)施情況進(jìn)行復(fù)查,發(fā)現(xiàn)問題如下:(1)故障件批次擴(kuò)口工序使用的工裝圖紙未保留,實(shí)物已報(bào)廢,均不可追溯?,F(xiàn)場使用的工裝是測繪舊工裝后設(shè)計(jì)加工的;(2)擴(kuò)口工裝尺寸不進(jìn)行檢查,也未規(guī)定可加工零件的數(shù)量,以加工出的零件是否滿足要求判定;(3)擴(kuò)口工裝定位芯棒與擴(kuò)口錐面無同軸度要求,可能導(dǎo)致擴(kuò)口時(shí)位置存在偏差,