一起电缆接线柄断裂故障分析与改进

李 炜

（国营芜湖机械厂，芜湖 241007）

1 故障概况

某型飞机进行地面通电检查时发现部分产品未供电，无法正常工作，影响飞行安全[1]。经检查，位于飞机发动机舱固定安装在机体端的一处电缆负线接线柄断裂，导致部分产品的供电线路断开。接线柄断裂位置位于端子舌片与压线筒连接R角处，具体见图1。

图1 接线柄断裂情况图

2 故障树分析

故障树分析图如图2所示。由图2可知，分析接线柄断裂故障的可能原因包括3个方面。第一，该架飞机长期在沿海环境中飞行，接线柄位于发动机舱内，飞行时受高温、油气及振动等叠加因素影响，导致接线柄表面可能存在腐蚀疲劳等现象。第二，接线柄有应力安装，线束固定时未进行预敷设，接线柄及其线束的第一个卡箍未同步逐渐拧紧固定，导致接线柄和第一个卡箍之间线束应力无法释放而作用在接线柄上。第三，接线柄的打印标识属于薄弱区域，受外力作用最先产生微小裂纹，在反复荷载作用下最终脆性断裂。

图2 故障树分析图

3 失效分析

3.1 外观观察

断裂接线柄如图3所示。图3（a）对应安装位置，接线柄断裂后，断开的两部分发生了错位。断裂位置位于变截面处（铜管压扁处），表面覆盖红漆，断裂经过一处刻字“0”，如图3（b）所示。

图3 断裂接线柄外观形貌

3.2 体视检查

使用体视显微镜对断裂接线柄进行观察[2]，如图4所示。其中：图4（a）为断裂处形貌；图4（b）为接线柄右端断面形貌，磨损严重；图4（c）为固定端形貌，断裂位置经过刻字及压痕处；图4（d）为左侧断开部分断面形貌，大部分区域被磨损，局部可见断面原始形貌，断面上端存在黑色胶状物质，断面相对平整。

图4 宏观观察

3.3 微观检查

使用场发射扫描电子显微镜对断裂接线柄进行观察[3]，如图5所示。其中：图5（a）为左侧形貌，局部中间区域可见解理脆性特征；图5（b）中左侧断面棱线收敛于下端，该位置为刻字“0”位置，源区形貌为解理断裂（即宏观脆性断裂），局部可见沿晶特征；图5（c）为中间区域形貌，主要是磨损形貌；图5（d）为右侧断面形貌，可见棱线主要收敛于下端，断面形貌为解理加沿晶的混合特征，可见疲劳条带形貌（疲劳条带是疲劳断口最典型的微观特征）；图5（e）为右侧下端形貌，右侧晶面上可见疲劳特征和腐蚀痕迹。

图5 断面微观形貌

可见，断面整体磨损严重，局部断面呈现解理加沿晶的脆性断裂特征，源区位于断面下端经过刻字处，断面存在细密疲劳条带特征，晶粒表面存在疲劳特征及腐蚀痕迹。

3.4 能谱分析

对失效接线柄断面进行能谱成分分析[4]，结果如图6所示。其中：图6（a）为断面源区成分，可知接线柄材料应为纯铜，断面存在少量的S、Cl元素，表层镀Sn；图6（b）为晶粒表面成分，存在少量S、Cl元素。可见，断面及晶粒表面均存在腐蚀性S、Cl元素。

图6 能谱分析结果

3.5 金相检查

将断裂接线柄沿平行于断面方向制备金相试样[5]，结果如图7所示。其中：图7（a）和图7（b）为腐蚀后的金相组织形貌，材料应为退火状态，组织为退火孪晶形貌，局部区域晶粒相对较大，放大观察见图7（c）和图7（d），局部边缘区域存在小裂纹及表层不连续特征。

图7 金相检查

3.6 分析结论

通过失效分析可知接线柄的断裂原因主要包括3个方面。第一，接线柄断面和晶粒表面均存在腐蚀性S、Cl元素，而腐蚀会优先形成蚀坑，致使接线柄强度下降。第二，接线柄断裂位置位于端子舌片与压线筒连接R角处，且断裂两部分发生错位，断面相对平整，说明接线柄安装受力。第三，断裂位置经过刻字“0”，接线柄界面由于刻字变薄，在腐蚀环境与交变载荷共同作用下，为快速萌生裂纹提供了条件，导致接线柄最终脆性断裂。因为接线柄表面存在腐蚀痕迹且晶粒表面疲劳特征明显，综合分析可知接线柄断裂性质为腐蚀疲劳断裂。

4 改进措施

4.1 细化接线柄检查、修理方法

首先，用5倍放大镜检查接线柄表面是否有腐蚀、变形、开裂等情况，尤其注意刻字部位是否光滑、无腐蚀、无变形，发现腐蚀、变形或裂纹更换接线柄。其次，接线柄安装时，要将接线柄机上连接处打磨出金属光泽，打磨面积不超过接线柄面积的两倍。再次，接线柄下涂防锈膏，在接线柄紧固后，用棉纱擦去多余的防锈膏。最后，接线柄的连接应在打磨清理后6 h以内安装完毕（超过时间则需重新打磨），且在机上连接处外缘打磨出的裸露处涂上清漆。

4.2 细化负线安装方法

首先，在装配导线、固定接线柄前预敷设线束，长度不够时更换导线。其次，沿接线柄指向方向，将导线依次放入卡箍，保持卡箍呈松弛状态。再次，将接线柄挂在托板螺栓上，同时梳理线束，调整第一个卡箍的角度与线束垂直安装，保证接线柄不受应力。最后，将接线柄的自锁螺母和第一个卡箍的固定螺钉同步逐渐拧紧，再依次将其余卡箍拧紧固定，安装状态见图8。

图8 安装状态

5 结语

综上所述，接线柄断裂性质为腐蚀疲劳断裂，加之受安装应力影响，为快速萌生裂纹提供了条件，导致接线柄最终脆性断裂。落实改进措施后，该型飞机未发生同类故障，证明改进措施基本有效，进一步消除了装备故障隐患，保证了飞机的飞行安全。