四通换向阀毛细管断裂分析

颜小林，周俊河

（珠海格力电器股份有限公司，广东珠海 519070）

1 引言

四通换向阀是热泵空调必须用到的重要部件之一，其质量的好坏直接决定了空调器质量的优劣。在四通阀故障当中，毛细管裂漏问题不容忽视，因为四通阀毛细管裂漏一般具有隐蔽性、滞后性以及批量性三个特征，很容易导致空调器在售后出现批量的质量事故。本文从一台空调器上拆下的毛细管断裂的四通阀分析出发，针对导致四通阀毛细管断裂常见的一种失效模式进行原因分析并提出预防方案。

2 四通换向阀毛细管断裂失效分析

2.1 宏观分析

图1 试样断口宏观形貌图

该四通换向阀在使用不足半年即发生泄漏，拆下检查发现毛细管有一条垂直于轴向的断裂裂纹。该裂纹处于毛细管钎焊接头的热影响区，与焊缝距离5mm，见图1。从失效件上切下带断裂裂纹的毛细管，毛细管从裂纹处自然分为两截，观察断口，没有塑性变形痕迹，表面不光滑，有轻微氧化。

2.2 材料成分分析

表1 毛细管成分测试结果

该故障毛细管使用的材料为TP2牌号的紫铜管，对毛细管采用ICP 进行成分测试，主要成分含量见表1。测试结果表明，成分符合GB/T5231-2001 关于TP2标准要求［1］。

2.3 维氏显微硬度测试（如表2）

表2 毛细管硬度检测结果 /HV0.3，15S

2.4 金相分析

图2 断口附件材料金相组织图

图3 断口表面裂纹源区微观形貌

截取断口附近铜管镶样、研磨、腐蚀，进行金相观察，试样基体为单相α铜，呈完全退火态，其上没有其他相夹杂，铜基体晶粒由于受钎焊热影响而略微偏大，按YS/T347-2004 可评为5 级，其平均晶粒度直径为0.082mm，金相组织见图2，金相组织正常。

2.5 扫描电镜、能谱分析

将断口放在电镜下观察，裂纹源位于铜管外侧，放大观察裂纹源为多源点状开裂，见图3（a）、图3（b），并未发现夹杂颗粒。铜管在开裂后沿垂直轴向方向扩展，扩展区有撕裂岭，放大观察有大量二次沿晶裂纹，有低周高应力疲劳纹［1］，见图3（c）、图4，最终瞬断区未见韧窝，能谱分析未见氧、磷富集。

3 失效分析总结

从成分分析角度来说，断裂毛细管的制作材料符合GB/T5231-2001 关于TP2的要求。金相观察，除断口附近组织除晶粒比较大以外，未发现其他异常。我们注意到断口位于毛细管钎焊接头仅5mm的地方，断口钎焊的一端有助焊剂，另一端未见明显助焊剂包裹。失效件是空调器室外机，使用中会有振动，有助焊剂包裹的部分相当于有一圈加强筋，部分增加了铜管的强度，铜管上的力是均匀的。在有助焊剂和无助焊剂的地方，铜管受到外界作用，特别是振动时的剪切都是均匀的，但在有助焊剂和无助焊剂的地方交接处，由于铜管有效受力面积的巨变，其受到外力的应力作用也是巨变的，在积累的载荷作用下，铜管最容易在此处开裂。由于开裂位于钎焊热影响区，铜管晶粒度长大，虽然硬度很低，但在外界大应力下仍然发生疲劳断裂。因此要解决此类四通换向阀毛细管断裂故障，需要减少系统振动，可以在空调器室外机样机生产时对四通换向阀位置进行应力应变测试，保证空调器室外机振动在可控范围，同时对批量生产的空调器室外机出厂前必须定期抽样进行应力应变监控，从源头解决空调器室外机振动造成断裂故障。

图4 断口裂纹扩展区微观形貌

［1］张栋，钟培道，陶春亮.失效分析［M］.北京：冶金工业出版社，2001.