某型機一起電纜表面局部發(fā)黑故障分析與排除

鄭卉婷，呂志召

（國營蕪湖機械廠，安徽蕪湖）

1 故障現(xiàn)象

在對某架飛機巡檢中發(fā)現(xiàn)，成型架30 框處通往2號油箱的M5-У15 電纜表面可視部分發(fā)黑，疑是碳化（見圖1）[1]，將M5-У15 電纜從飛機上分解下來，目視發(fā)黑部位長約為3 cm（見圖2），距離M5-У15（負線）端的距離約為50 cm，距離M5-У15（5-У15“-”）端的距離約為75 cm。

圖1 機上電纜狀態(tài)

圖2 拆解后電纜狀態(tài)

2 故障分析

2.1 機理分析

M5-У15 電纜從成型架30 框壁板敷設(shè)至2 號油箱油泵，一端負線與機體連接，另一端與2 號油箱油泵連接。M5-У15（負線、5-У15“-”）電纜在進入2 號油箱孔處發(fā)黑，目視發(fā)黑部位長約為3 cm，距離M5-У15（負線）端的距離約為50 cm，距離M5-У15（5-У15“-”）端的距離約為75 cm。發(fā)黑部位的電纜，一側(cè)發(fā)黑嚴(yán)重，另一側(cè)則發(fā)黑較輕微，同時發(fā)黑處周圍還可見明顯的磨損痕跡，表面薄膜已發(fā)生磨損破壞，見圖3（a）和圖3（b）。

圖3 電纜外觀

將電纜發(fā)黑處截取下來后，將表皮薄膜剝落，再取完好處的電纜用于對比，外觀見圖4。可見發(fā)黑處僅表面薄膜發(fā)生明顯的變色，長度約為3 cm，而聚乙烯內(nèi)襯未見明顯的異常，同時薄膜發(fā)黑處，還可見一塊與薄膜呈一定角度的矩形痕跡。

圖4 發(fā)黑處電纜外觀

按照電纜安裝狀態(tài)，發(fā)黑嚴(yán)重區(qū)域位于導(dǎo)線彎折內(nèi)側(cè)，與2 號油箱孔接觸區(qū)域；電纜表皮薄膜破損嚴(yán)重處位于導(dǎo)線彎折外側(cè)與У15К3 屏蔽導(dǎo)線接觸處。

2.2 故障樹分析

電纜發(fā)黑故障樹見圖5。

圖5 電纜發(fā)黑故障樹

（1） 電纜周邊空間狹小，與導(dǎo)管、卡箍、結(jié)構(gòu)銳邊等靠磨，出現(xiàn)電纜磨損。

（2） 該電纜是截面積為6 mm2的粗導(dǎo)線，輸送電流較大，可能出現(xiàn)負線與機體連接效果不好,出現(xiàn)電流過大情況。

（3） 故障飛機服役時間長，導(dǎo)線可能老化變色。

（4） 該電纜上方有通氣增壓導(dǎo)管經(jīng)過，飛機飛行時，通氣增壓導(dǎo)管溫度較高，高氣流使周邊電纜、型材等溫度升高，同時電纜與油箱出口導(dǎo)管孔接觸，油箱內(nèi)燃油溫度上升較快，燃油熱量傳遞至油箱出口導(dǎo)管孔，由于電纜與之接觸，加劇了電纜絕緣層的老化、變色、開裂。

（5） 該電纜截面積為6 mm2的鍍錫銅絲俄制導(dǎo)線，一般用于非高溫區(qū)域，導(dǎo)線絕緣層為聚偏氟乙烯薄膜。

2.3 宏觀檢查

體視顯微鏡下觀察電纜表面形貌[2]，完好處電纜表面薄膜透明，整體呈內(nèi)襯的聚乙烯，見圖6（b），而電纜發(fā)黑部位則明顯變色，顏色變深，同時一側(cè)變色嚴(yán)重而另一側(cè)則輕微些，見圖6（a）；將表面薄膜剝離后，電纜發(fā)黑處，聚乙烯內(nèi)襯未見明顯異常，見圖6（c），僅表面薄膜發(fā)生了明顯的變色，發(fā)黑處的薄膜顏色明顯比完好處的顏色深，見圖6（d），而且薄膜一側(cè)變色較為嚴(yán)重，另一側(cè)則輕微些，進一步觀察顏色變色區(qū)域，還可見一處寬約4 mm，長約21 mm 的矩形痕跡。

圖6 宏觀形貌

由于2 號油箱孔附近無附件安裝，正上方有通氣增壓導(dǎo)管經(jīng)過（見圖7），分析矩形痕跡可能是粗導(dǎo)線與2 號油箱孔邊緣長時間接觸導(dǎo)致。

圖7 機上安裝狀態(tài)

2.4 熱重分析

分別對發(fā)黑處和未發(fā)黑處的聚乙烯PE 內(nèi)襯進行熱重分析[3]，熱重曲線見圖8，可見兩處PE 的熱重曲線相同。

圖8 PE 熱重分析曲線

分別對發(fā)黑處和未發(fā)黑處的PVDF 薄膜進行熱重分析，熱重曲線見圖9，兩處PVDF 的熱重曲線略有不同，發(fā)黑處PVDF 薄膜的熱重曲線有向后移動的趨勢，初始分解溫度增大了，說明發(fā)黑處PVDF 薄膜熱穩(wěn)定有所提高。

圖9 PVDF 熱重分析曲線

2.5 差示掃描量熱分析

分別對發(fā)黑處和未發(fā)黑處的聚乙烯PE 內(nèi)襯進行差示掃描量熱分析[4-5]，DSC 曲線見圖10。可見兩處PE的DSC 曲線相同，結(jié)晶溫度均為114 ℃左右，而熔融溫度均在128 ℃左右，未見明顯差異。

圖10 PE 的DSC 曲線

分別對發(fā)黑處和未發(fā)黑處的PVDF 薄膜進行差示掃描量熱分析[5]，DSC 曲線見圖11。可見兩處PVDF的DSC 曲線略有差別，未發(fā)黑處的結(jié)晶溫度在為118.7 ℃，而發(fā)黑處的結(jié)晶溫度在116.2 ℃；未發(fā)黑處的熔融溫度均在153.9 ℃，而發(fā)黑處的結(jié)晶溫度在149.6 ℃，發(fā)黑處PVDF 薄膜的結(jié)晶溫度和熔融溫度均發(fā)生了前移。

圖11 PVDF 的DSC 曲線

通過實驗表明，M5-У15 （負線、5-У15“-”）電纜發(fā)黑是因為表層透明絕緣層變色所致，且透明絕緣層已發(fā)生老化現(xiàn)象，但里面的聚乙烯外絕緣層未見明顯異常，未發(fā)生老化現(xiàn)象。

3 故障復(fù)現(xiàn)定位

綜合故障樹及導(dǎo)線熱重分析、差示掃描量熱分析試驗結(jié)果，電纜發(fā)黑原因定位如下：

（1） 查看發(fā)黑電纜機上安裝狀態(tài)，經(jīng)確認電纜附近無附件安裝，正上方通氣增壓導(dǎo)管經(jīng)過，電纜未與導(dǎo)管接觸，電纜與2 號油箱出口導(dǎo)管孔為無應(yīng)力接觸，所以可以排除因電纜被磨損，導(dǎo)致電纜擊穿打火，出現(xiàn)發(fā)黑情況。

（2） 對發(fā)黑電纜進行外觀檢查及分析，拆剝電纜后發(fā)現(xiàn)，是透明絕緣層已發(fā)生老化現(xiàn)象，但里面的聚乙烯絕緣層未見明顯異常，可以排除電纜電流過大，電纜使用時間長的情況。

（3） 對發(fā)黑電纜局部變色的內(nèi)襯和薄膜進行熱重分析和差示掃描量熱對比分析：

a.薄膜老化變色處一側(cè)變色較為嚴(yán)重，另一側(cè)則輕微些，嚴(yán)重一側(cè)為與2 號油箱孔內(nèi)表面接觸一側(cè)，同時在變色嚴(yán)重一側(cè)，還可見寬約4 mm，長約21 mm的矩形痕跡。b.發(fā)黑處和未發(fā)黑處聚乙烯PE 內(nèi)襯的熱重和DSC 曲線均相同，說明發(fā)黑處PE 內(nèi)襯熱物理性能未發(fā)生變化。c.發(fā)黑處和未發(fā)黑處PVDF 薄膜的熱重曲線和DSC 曲線均發(fā)生了變化，進一步佐證了發(fā)黑處PVDF 薄膜發(fā)生了老化。

聚偏氟乙烯薄膜僅是與孔內(nèi)表面接觸的局部區(qū)域發(fā)生老化變色，而大部分區(qū)域未發(fā)生老化變色，說明在該處PVDF 薄膜受到了更為嚴(yán)酷的某個或某些環(huán)境因素的影響，結(jié)合電纜的實際安裝情況，及局部老化薄膜明顯一側(cè)變色嚴(yán)重，而另一側(cè)變色輕微些，推測薄膜老化的因素很大可能性是溫度。變色嚴(yán)重一側(cè)溫度稍高，而變色輕微側(cè)溫度稍低，才會導(dǎo)致同一部位老化程度不同，故電纜周邊環(huán)境溫度過高、電纜材質(zhì)問題可能導(dǎo)致電纜發(fā)黑。

綜上所述，電纜局部變黑是因為局部表面聚偏氟乙烯薄膜發(fā)生老化變色。結(jié)合發(fā)黑電纜機上實際安裝情況，M5-У15 電纜表面局部發(fā)黑可能與電纜本身絕緣層材質(zhì)以及飛機飛行時油量控制相關(guān)，當(dāng)剩余油量較少時，消耗艙內(nèi)的燃油溫度上升較快，消耗艙的燃油熱量傳遞至油箱出口導(dǎo)管孔，由于電纜與之接觸，加劇了電纜絕緣層的老化、變色、開裂。

4 措施總結(jié)

增加對2 號油箱孔位置的導(dǎo)線質(zhì)量檢查要求，對導(dǎo)線外絕緣層明顯老化、變硬、發(fā)黑變色、油浸等導(dǎo)線進行更換。拆除原機M5-Y15 電纜，重新壓接電纜兩端接線板，安裝固定后，故障排除。