室外机配管断裂失效分析及可靠性改善.doc

1、1室外机配管断裂失效分析及可靠性改善摘要:基于分体室外机配管的产品研发实践，结合市场上对断管现象不合格反馈信息，对目前室外机几种配管的断裂情况进行了总结，分析了失效产生的原因并制订了相应的整改措施，通过案例对管路故障模式的分析和应对策略进行讨论，相关的分析结论对提高配管工作可靠性具有指导性意义。 关键词:配管；振动；室外机；断管 中图分类号：U664.5+1 文献标识码：A 文章编号： 1.室外机配管的结构受力特点 分体室外机的制冷系统（以冷暖机为例）主要由以下几大部件组成：高压阀部件、四通阀部件、冷凝器部件、压缩机部件；空调在实际运行过程中，压缩机会产生较大的振动，同时由于压缩机并未完全固定

2、在底盘上面，底脚与固定螺栓之间可动间隙大，导致压机运行过程中竖直方向产生较大的切应力，但是冷凝器质量比较大，传递到其上的振动很小，高低压阀体由于固定在底盘上，传递到其上的振动也很小，因此压缩机吸排气过程中产生的振动主要通过排回气管来消耗； 与此同时，配管内部的冷媒随着压缩要的吸排气过程会产生压力的变化，从而在配管的弯管部位或横截面积发生变化的部位产生激振力，2从而使得配管振动并产生内应力，这种激振力会随着压缩机运行频率的变化而发生变化，因此变频机上的配管所受的应力环境更加恶劣；除开以上制冷系统的导致的受力以外，室外机在生产过程中由于装配、抽真空、充雪种等过程也容易对冷凝器输入输出管口造成损伤。

3、 图 1 空调制冷系统图 综上所述，室外机配管受力可以分为以下几种： 1.1 压机本体移动产生的竖直方向的切应力，它主要由压机振动引起，受压机底角与固定垫片之间的间隙以及压缩本身的振动值影响较大，主要受力对象是排回气管的第一个弯位； 1.2 管路内部雪种流动在弯位处产生的激振力，它主要由冷媒流动引起，受压机排量、系统压力变化影响较林，主要受力对象是排回气管各弯位； 1.3 生产装配及跌落运输过程中产生受的外力，它主要由装配排气管、抽真空、充雪种几个步骤引起，受力的对象主要是冷凝器的输入输出管弯位； 除此以外，光身铜管本身在加工过程中氧含量超标、焊接过程中过烧等问题会使得配管本身承受应力的能力下

4、降而造成管裂。 2.失效形式及整改措施 目前主要的配管裂管方式主要分为以下几种： 2.1 压缩机排回气管口处弯位的管裂 引起此类管裂的原因一般会有多个方面，重要的一点就是焊接过程3的控制，如果排回气口离第一个弯位设计距离过近，焊接时火焰容易烧到弯位，导致局部应力集中，即使火焰没有直接烧到，弯位也会受热过度产生残余应力，长期运行过程中容易发生疲劳断裂；另一个重要原因是振动产生的内应力过大，由于第一个弯位直接连接到排回气口，理所当然所承受的来自压缩机的振动值最大，当直线段一端振动值过大，容易造成另一端受力过大而发生疲劳断裂； 由以上的分析，结合实际经验，避免此类管列的方法有以下几个： 压缩机排回气

5、口直线段（即下图 2 中的红色直线段）的长度一定要大，最少要保证在 30mm 以上，同时第一个弯位与第二个弯位的距离（即下图中的蓝色直线段）尽可能大，避免同样的问题，具体空间视箱体的结构取最优值； 第 2 个弯位连接的直线段下摆（如图 3 中所示红色处）的振动值一定不能超标，如果有振动较大的情况，要通过增加配重块、防震胶等方式来减震 焊接过程及铜管质量要控制到位； 图 2 排气管示意图 图 2 排气管示意图 图 图 3 回气管示意图 2.2 冷凝器输入输出管口的管裂 4引起冷凝器输入管管口裂的情况主要有两方面：1、输入管弯位过主，在跌落运输过程中四通阀部件往下拉导致输入管口开裂；2、输入管边板

6、翻边过于锋利，有轻微弯管就造成管裂；导致冷凝器输出管管裂的情况主要是生产装配过程的充雪种和抽真空的过程，抽真空过程中（尤其是环形线机器和泵体一起随着线体移动时）真空泵的接头（充雪种过程的充注头）要固定在工艺管上面，接头的重量下压容易导致输出管处的杯形口裂； 结合实际经验，为避免以上情况，有以下几个整改措施： 冷凝器的边板，在输入输出管插入位置不允许设计翻边，避免利边割破管（见边板设计规范 QMK-J31.021-2011） ； 输入输出管的 L 型水平段尽可能段，减小受力的力臂，如果结构不允许则需要设计加强管或护管夹（如下图 4 所示） ； 抽真空及充雪种过程中，接头要有拉绳挂住，不能直接压到

7、工艺管上； 图 4 冷凝器输入输出管设计示例 3.实际管裂案例分析 阿根廷散件大客户 BGH 反馈我们的散件机型 BHAR-KFR26GW/Y-R1(B8)-(A)在销售过程中被用户投诉了出现冷媒泄漏的情况，事故样机 20 台左右，生产日期均为 2010 年 10 月份，该散件由美的提供原材料及设计图纸给客户，客户自己工厂加工生产，客户在对仓库机器检查的过程发现5回气管下摆振动值较大，管裂位置在回气管第二个弯位。 图 5 制冷系统管路件 图 6 管路开裂位置 由客户寄回来的照片和样品可以看出来，裂口在回气管第二个弯位，从上图可以看出，排气口直线段 a 的长度达到 40mm 以上，对弯位的影响有

8、限，同时第一个弯位没有裂而第二个弯位开裂，焊接的影响有限。 对客户投诉的机器进行测试振动值，结果如下： 表 1 样机振动测试结果 从测试结果基本可以得出，回气管下方的振值较大，已经超过了正常的企业标准 250um，最大已经到 475um，振动值最大的位置在图 1 中所未的 B 位置，由于该回气管的的另一端固定在压缩机的回气口，因此导致了第二个弯位，即图 1 中的 C 位置受到的应力最大。结合下图的铜管内部应力分析： 6图 7 断口表面电镜图 图 8 铜管基体金相组织（100x） 从以上的铜管内部应力分析结果可以看出，断口处的裂纹属于长期运行疲劳断裂，从剖开的截面来看，铜管成本、焊接残余应力等均

9、没有明显异常；因此回气管的振动是导致管裂的主要原因； 根据过往的设计经验，配管的设计，首先要避开与压机的共振点，其次是弯位的数量和高低设计，以本机型为例，弯位的高度够高，应力的释放比较充分，但是弯位大导致的振动值高、振幅过大，这是导致最终管裂的根本原因，因此减小 B 位置的振幅成为解决管裂问题的关键所在；根据以往设计经验，减小振动值的方式有避开频率点、增加管路刚度、增加质量待方法，结合本机型实际情况，选择了通过在下 U 位增加配重块、上 U 位增加防震胶的方式来减小振动值。 图 9 整改后的效果图 根据振动测试结果，增加防震胶和配重块以后，振动值下降到了100um 以内，振动值合格，长运测试一个月管路无任何异常，达到整改效果。 4.结语 对于目前整个空调行业来说，管路件内部的应力变化、管路件可靠性的评价方法、管路内部的材质分析等各方面都还相对比较薄弱，对于实际出现的问题，解决方式也大多根据设计经验来订；因此深入研究配管振动过程中的基本原理及改善方案，对提高空调设计水平，提高产品7市场竞争力，具有深远的意义。