車輛防爬器彈簧墊圈裂紋分析

劉和平　丁寶英

摘 要：地鐵車輛防爬器是通過螺栓連接在車輛頭部車體鋼結(jié)構(gòu)上，具有三種功能，一是車輛碰撞時(shí)吸收碰撞能量，減緩對(duì)車輛的損壞程度;二是防止兩車碰撞時(shí)產(chǎn)生攀爬，造成車輛更大的損壞;三是保護(hù)車上司乘人員安全。隨著車輛運(yùn)營時(shí)的振動(dòng)和運(yùn)營里程的增加，防爬器螺栓彈墊往往會(huì)出現(xiàn)裂紋直至斷裂的可能，造成螺栓松動(dòng)、扭矩失效，存在防爬器脫落的安全風(fēng)險(xiǎn)，威脅行車安全。本文就現(xiàn)場(chǎng)案例分析了防爬器彈墊失效的原因，并提出預(yù)防解決措施，具有現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：防爬器;彈簧墊圈;氫脆;糾正預(yù)防措施

一、引言

螺栓彈簧墊圈斷裂失效，一般有三種類型：疲勞斷裂、塑性斷裂、脆性斷裂，斷裂失效的主要因素有：（1） 彈簧墊圈材質(zhì)不良，非金屬夾雜物嚴(yán)重，成為裂紋啟裂源;（2） 彈簧墊圈制造工藝有缺陷，不符合機(jī)械性能要求;（3）施工工藝不科學(xué)，不滿足運(yùn)營實(shí)際工況要求。

二、問題描述

某地鐵項(xiàng)目T車防爬器安裝后，涂膠時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)第該列T車等共有17個(gè)彈墊出現(xiàn)裂紋，不良率為20%。

三、理化檢測(cè)

1、彈簧墊圈技術(shù)參數(shù)

螺栓（JIS B 1180：2004），規(guī)格為M16×70，8.8級(jí)，由日本供應(yīng)商提供。

彈簧墊圈（JIS B 1251：2001），材質(zhì)為SWRH62（JIS G 3506：2004 高碳鋼線材）相當(dāng)于國標(biāo)60Mn、65Mn材料，表面鍍鋅（由供應(yīng)商代理，產(chǎn)地日本，表面鍍鋅處理）。

2、理化檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)取九種樣品送第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)，斷口、硬度、化學(xué)成分、含氫量檢測(cè)情況如下：

四、機(jī)理分析

1、斷口分析。從掃描電鏡低倍形貌觀察，斷口較粗糙、發(fā)亮且顏色一致;斷口微觀形貌呈現(xiàn)沿晶斷裂特征，并伴有晶間二次裂紋，晶面可見“雞爪紋”、準(zhǔn)解理及韌窩，屬脆性斷裂，見圖2、圖3。

2、斷件化學(xué)成分。從表2：試樣化學(xué)成分分析結(jié)果（%）可以看出，材質(zhì)的重要組分均在合理的區(qū)間內(nèi)（其中1#、4#、5#樣品含C量超標(biāo);9#含Mn量超標(biāo)，試樣化學(xué)成分有離散、不穩(wěn)定），基本符合日本JIS G 3506-2004 高碳鋼線材標(biāo)準(zhǔn)。

3、氫含量。雖然含氫量不能作為判定合金鋼彈墊是否會(huì)發(fā)生氫脆斷裂的依據(jù)，但測(cè)量氫含量有助于了解彈墊的抗氫脆性。一般認(rèn)為，當(dāng)氫含量達(dá)到5ppm以上時(shí)，材料的沖擊韌性ak值會(huì)有不同程度的降低，而且隨著氫含量的增加ak 值隨之下降。查看第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)出具的報(bào)告，去鍍層的樣件氫含量均在2ppm以下，未去鍍層的樣件氫含量在3.6～16ppm之間，基本確定存在氫脆斷裂。

4、制造工藝。彈簧墊圈制造工藝：彈簧鋼盤條→拉線→盤線→切割→酸洗→電鍍鋅→去氫，經(jīng)調(diào)查供應(yīng)商生產(chǎn)工藝，確認(rèn)彈簧墊圈電鍍鋅后未進(jìn)行去氫處理。

5、結(jié)論。造成彈簧墊圈斷裂的原因：原材料中C元素超標(biāo)造成沖擊韌度降低;電鍍鋅后未去氫處理[2]。

五、糾正預(yù)防措施

1、修訂彈簧墊圈供貨技術(shù)條件，增加以下要求：

1）原材料化學(xué)成分滿足JIS或GB/T 對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)成分之要求。

2）采用無氫脆電鍍工藝，嚴(yán)格執(zhí)行除氫工藝及工序?qū)z，保證除氫回火溫度200℃、保溫時(shí)間6小時(shí)。

3）按照J(rèn)IS或GB/T3.98.17-2000標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施氫脆檢驗(yàn)，提供彈簧墊圈氫脆出廠試驗(yàn)報(bào)告。

2、進(jìn)貨檢驗(yàn)

根據(jù)緊固件入廠檢驗(yàn)通用指南，對(duì)彈墊進(jìn)行外觀檢查，并核對(duì)原產(chǎn)地證明及出廠試驗(yàn)報(bào)告。

3、嚴(yán)格施工工藝

嚴(yán)格按照防爬器安裝作業(yè)指導(dǎo)書中緊固扭矩為220N·m，使用計(jì)量有效期內(nèi)的扭矩扳手進(jìn)行施工。

4、跟蹤觀察實(shí)施效果，固化彈簧墊圈檢驗(yàn)文件及防爬器安裝作業(yè)指導(dǎo)書。

參考文獻(xiàn)

[1] JIS G 3506-2004 高碳鋼線材[S]出版地：日本標(biāo)準(zhǔn)，2004.

[2] 孫小炎，螺栓氫脆問題研究[J].航天標(biāo)準(zhǔn)化，2007（2）：2-3.