孔探仪堵盖组合件弹簧失效原因分析及改进

付延英 王全 翟贤超

摘 要：某型高压压气机孔探仪堵盖组合件弹簧断裂，文章采用宏观分析、断口微观形貌分析、成分分析等手段对弹簧断裂性质进行了分析，判定弹簧为疲劳断裂，疲劳起源于弹簧表面，针对弹簧断裂原因，提出了有效的改进措施。

关键词：弹簧失效；断口分析；疲劳断裂

中图分类号：TH135 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）20-0119-02

Abstract： The spring fracture of the plug cap assembly of a certain high pressure compressor hole detector is analyzed by means of macroscopic analysis， microanalysis of fracture surface and composition analysis， and the spring is judged to be fatigue fracture. Fatigue originated from the spring surface， and the effective improvement measures are put forward in view of the causes of spring fracture.

Keywords： spring failure； fracture analysis； fatigue fracture

1 概述

弹簧广泛应用于武器装备、仪器仪表，石油化工，机电设备，交通能源等。工作过程中，弹簧起到缓冲平衡，自动控制，储存能量，安全保险等作用[1]。但是，弹簧的疲劳破坏等失效形式，在使用过程中经常发生，有时会造成严重事故，甚至危及到人们的生命安全[2]。导致弹簧失效的因素有很多，主要有原材料表面缺陷、原材料偏析、热处理工艺缺陷、弹簧加工不当等[3-4]，因此分析彈簧的失效原因并找到改进措施非常重要。

某型航空发动机高压压气机孔探仪堵盖组合件弹簧失效，分解检查后发现弹簧上端堆积断裂，为了彻底查清断裂的原因，进行了一系列的检测分析。

2 检查与分析

2.1 宏观检查

故障弹簧宏观图像如图1所示，弹簧断为“一长两短”三部分，较长段弹簧在断裂处附近存在塑性变形。将弹簧断口进行编号，其中A断口和B断口为对偶面，C断口和D断口为对偶面，故对A断口和C断口进行断口分析。

2.2 断口分析

A断口宏观放大形貌，断口表面呈银灰色，较平滑，部分边缘区域存在磨损和卷边。在扫描电镜下，对A断口进行观察，低倍形貌如图2所示。断口隐约可见疲劳弧线和放射棱线形貌特征，表明断口性质为疲劳断口，根据疲劳弧线和放射棱线的方向判断，疲劳起源于弹簧表面，呈线源特征，位置见图中箭头所指处，疲劳扩展区约占整个断口面积的40%。

放大观察疲劳源区，源区平滑，部分边缘区域存在磨损，未见明显的冶金缺陷。疲劳扩展区可见较细密的疲劳条带。瞬断区为典型的韧窝形貌特征，见图3。

C断口宏观放大形貌，断口表面呈银灰色，略有起伏。在扫描电镜下，对C断口进行观察，低倍形貌如图4所示。断口隐约可见放射棱线形貌特征，表明断口性质为疲劳断口，根据放射棱线的方向判断，疲劳起源于弹簧表面，呈线源特征，位置见图中箭头所指处，疲劳扩展区和瞬断区分界面较清晰，疲劳扩展区约占整个断口面积的35%。

放大观察疲劳源区，源区较平滑，可见放射棱线形貌特征，疲劳弧线特征不明显，未见明显的冶金缺陷。疲劳扩展区可见较细密的疲劳条带。瞬断区为典型的韧窝形貌特征，见图5。

3 成分分析

对故障弹簧取样进行能谱分析，结果如表1所示，主要合金元素含量基本满足标准YB/T 5253-93要求。

4 改进措施

通过对弹簧进行断裂断口分析，得出如下结论，并提出改进措施：

（1）孔探仪堵盖组合件弹簧在反复压缩作用下，发生疲劳断裂，疲劳起源于弹簧表面。

（2）疲劳源区均未见明显的冶金缺陷。

（3）故障弹簧材质未见明显异常。

（4）孔探仪堵盖组合件在使用过程中弹簧上端卡滞，经过反复压缩导致弹簧失效，可增加销子结构，销子的作用是对弹簧进行引导，以防止弹簧蹿动卡滞。

参考文献：

[1]于汇泳，周慧琳，胡俊华.弹簧振动失效断口分析[J].机械设计与制造，2013（3）：260-264.

[2]金双峰，程鹏，等.弹簧的失效分析与预防技术[J].金属热处理，2011（36）：140-144.

[3]万新通.浅谈弹簧失效[J].科技传播，2011（5）：60.

[4]吴小良，郑开宇，王炜.弹簧早期失效影响因素分析及预防措施[J].物理测试，2016，34（3）：28-31.