王杰

摘要：某型液壓產(chǎn)品裝機(jī)工作后襯套和殼體處漏油量超標(biāo)，分解發(fā)現(xiàn)是其外側(cè)密封圈斷裂失效引起漏油，直接影響了產(chǎn)品的使用壽命。通過(guò)對(duì)斷裂密封圈外觀及斷口形貌觀察以及測(cè)試其微型硬度，分析討論了密封圈斷裂產(chǎn)生的原因，確定了密封圈失效模式，并提出糾正措施。 關(guān)鍵詞：液壓產(chǎn)品;O形密封圈;失效;糾正措施

0引言

0形密封圈是流體動(dòng)力系統(tǒng)中使用最多的密封形式，由于其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、密封性能良好、成本低廉、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于液壓與氣動(dòng)元件中，密封性能的優(yōu)劣取決于密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和密封圈質(zhì)量，影響著整個(gè)系統(tǒng)的性能以及使用壽命。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，飛機(jī)發(fā)生的機(jī)械故障中液壓系統(tǒng)的故障率最高，其中許多故障是由于O形橡膠密封圈失效引發(fā)的泄漏問(wèn)題，因此密封圈性能對(duì)液壓系統(tǒng)密封起著至關(guān)重要的作用。

在實(shí)際使用時(shí)，根據(jù)工作界面有無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)可將密封圈的密封分為靜密封和動(dòng)密封兩種形式。橡膠密封圈常見(jiàn)的失效形式有機(jī)械損傷、老化龜裂、化學(xué)侵蝕、局部炭化等。機(jī)械損傷會(huì)造成密封件割傷、咬傷、唇口撕裂、局部出現(xiàn)凹凸不平和斷裂等現(xiàn)象;老化會(huì)使密封圈的彈性、強(qiáng)度以及抗溶脹性能下降，密封件發(fā)粘、變硬、變脆;腐蝕會(huì)造成密封圈泄漏和材質(zhì)改性以及發(fā)生斷裂等現(xiàn)象;溫度和濕度也會(huì)促使橡膠密封件的炭化和老化。

某型液動(dòng)產(chǎn)品裝機(jī)工作47h后，發(fā)現(xiàn)其襯套和殼體處漏油量超標(biāo)，經(jīng)分解發(fā)現(xiàn)，襯套內(nèi)孔靠外側(cè)O形密封圈斷裂，內(nèi)側(cè)O形密封圈未斷裂，但是出現(xiàn)明顯的扭轉(zhuǎn)變形。該密封部位為動(dòng)密封，由內(nèi)外兩道O形密封圈組成，其材料牌號(hào)均為丁腈橡膠試5171，工作介質(zhì)為15#液壓油。本文通過(guò)對(duì)斷裂密封圈表面及斷口的宏微觀觀察以及性能檢測(cè)，從密封圈受力情況、使用環(huán)境等方面分析了密封圈失效的原因，進(jìn)而提出改進(jìn)措施，預(yù)防故障再次發(fā)生。

1故障分析

1.1外觀檢查

外側(cè)密封圈斷裂為大小兩個(gè)環(huán)，其中圖1為斷裂O形密封圈的小環(huán)部分，密封圈為45°分模，分模線已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重扭轉(zhuǎn)，表明密封圈在工作過(guò)程中受到扭轉(zhuǎn)載荷的作用;密封圈斷口處翹起，表明密封圈發(fā)生了永久變形。密封圈端面呈圓形，有彈性，無(wú)明顯壓縮變形現(xiàn)象，無(wú)發(fā)粘、變脆、龜裂等老化現(xiàn)象。

1.2斷口觀察

I#斷口宏觀形貌如圖2a）所示，斷面較為平整，未見(jiàn)缺膠、掉膠、氣泡、孔洞等明顯的材料缺陷，整個(gè)斷口表面沿逆時(shí)針?lè)较虺事菪隣钆まD(zhuǎn)。裂紋起源于密封圈表面，呈線源特征，裂紋沿周向加深，徑向擴(kuò)展，在斷口裂紋擴(kuò)展方向延伸出一些次裂紋，并且發(fā)生了一定的旋轉(zhuǎn)，未見(jiàn)疲勞特征，如圖2b）所示，表明密封圈在工作過(guò)程中受到扭轉(zhuǎn)載荷作用。

Ⅱ#斷口宏觀形貌如圖3a）所示，裂紋起源于密封圈表面，整個(gè)斷口呈螺旋狀扭轉(zhuǎn)特征，在扭轉(zhuǎn)載荷作用下，密封圈表面出現(xiàn)二次裂紋，表現(xiàn)為掉膠、表面粗糙等現(xiàn)象。源區(qū)位于分模線附近，但不起始于分模線，因此裂紋起源與分模線無(wú)關(guān)。源區(qū)呈線源特征，且源區(qū)由多個(gè)層片狀區(qū)域組成，可能由于密封圈在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中多次受力所致，沿源區(qū)周邊可見(jiàn)明顯的放射性特征，未見(jiàn)疲勞特征，如圖3b）所示。

1.3微型硬度檢測(cè)

對(duì)內(nèi)外兩側(cè)故障密封圈進(jìn)行微型硬度檢測(cè)，結(jié)果如表1所示。牌號(hào)為丁腈橡膠試5171，執(zhí)行GJB250A-96標(biāo)準(zhǔn)，其邵爾硬度技術(shù)指標(biāo)為77±5度，內(nèi)側(cè)未斷裂密封圈硬度滿足技術(shù)指標(biāo)的要求，表明此密封圈未發(fā)生明顯的硬化或降解;而外側(cè)斷裂密封圈硬度值比未斷裂密封圈下降了約10度，已低于技術(shù)指標(biāo)下線，表明斷裂密封圈已經(jīng)發(fā)生了降解反應(yīng)。

2分析與討論

外觀檢查表明，故障密封圈45°分模線發(fā)生了嚴(yán)重的扭轉(zhuǎn)，同時(shí)自然平放時(shí)，其斷面翹起，表明密封圈在使用過(guò)程中受到了扭轉(zhuǎn)載荷作用，并且在扭轉(zhuǎn)載荷作用下，密封圈發(fā)生了一定的永久變形。

通過(guò)觀察斷口形貌，I#斷口、Ⅱ#斷口均起源于密封圈表面，呈線源特征。整個(gè)斷面呈明顯的螺旋狀扭轉(zhuǎn)，表明密封圈在工作過(guò)程中受到扭轉(zhuǎn)載荷作用。I#斷口在扭轉(zhuǎn)載荷作用下，沿裂紋處擴(kuò)展出一定的次裂紋;Ⅱ#斷口在多次扭轉(zhuǎn)載荷作用下，源區(qū)呈層片狀。斷口未見(jiàn)疲勞特征，屬于扭轉(zhuǎn)載荷作用下產(chǎn)生的過(guò)載斷裂。

微型硬度檢測(cè)中，內(nèi)外兩側(cè)故障密封圈微型硬度值存在很大差異，可能是由于內(nèi)側(cè)密封圈與油液相接觸，有效隔絕了與氧氣的反應(yīng)，同時(shí)油液又具有潤(rùn)滑作用，減小了接觸摩擦力。而外側(cè)密封圈與空氣相接觸，易發(fā)生氧化反應(yīng)，同時(shí)在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生相對(duì)較大的摩擦力，以及在扭轉(zhuǎn)載荷作用下，使密封圈受熱。根據(jù)橡膠材料的焦耳熱效應(yīng)，密封圈因旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦熱而收縮，進(jìn)而促使密封圈的緊張程度加大，如此反復(fù)循環(huán)，會(huì)加速密封圈的老化和磨損。因此，在氧氣、機(jī)械力、溫度及介質(zhì)的共同作用下，促使密封圈發(fā)生了降解反應(yīng)，造成其性能降低，在扭轉(zhuǎn)載荷不斷作用下，導(dǎo)致其斷裂失效。

分析此液壓產(chǎn)品的工作原理，襯套在長(zhǎng)約1.5m的殼體內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，襯套由內(nèi)外兩道密封組成，內(nèi)側(cè)密封圈與油液相接觸，外側(cè)密封圈與空氣相接觸，正常工作時(shí)所受載荷無(wú)差異、較均勻，不會(huì)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象。而實(shí)際使用中密封圈受到扭轉(zhuǎn)載荷作用，說(shuō)明密封圈受力不均勻，一側(cè)受力較大發(fā)生扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象而繃緊，另一側(cè)在力的牽引作用下產(chǎn)生滑移現(xiàn)象，如此往復(fù)運(yùn)動(dòng)，最終導(dǎo)致密封圈斷裂失效。由此推斷，密封圈出現(xiàn)的扭轉(zhuǎn)變形，可能是由于襯套在較長(zhǎng)殼體內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生了一定的偏擺，使其形成一定的夾角而使密封圈受力不均勻，造成扭轉(zhuǎn)，最終導(dǎo)致斷裂失效。3結(jié)論

1）斷裂密封圈的使用工況使其發(fā)生降解反應(yīng)，性能下降，易于斷裂。

2）密封圈斷裂屬于扭轉(zhuǎn)載荷作用下的過(guò)載斷裂，主要原因是襯套在殼體中運(yùn)動(dòng)路徑過(guò)長(zhǎng)，發(fā)生偏擺，致使密封圈受力不均而發(fā)生扭轉(zhuǎn)，最終導(dǎo)致斷裂失效。

4糾正措施

為了防止密封圈再次發(fā)生扭轉(zhuǎn)斷裂而漏油，影響產(chǎn)品的使用壽命。襯套和殼體應(yīng)嚴(yán)格按照?qǐng)D紙要求加工，應(yīng)確保其符合設(shè)計(jì)要求。在進(jìn)行產(chǎn)品試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)確保試驗(yàn)臺(tái)性能穩(wěn)定、可靠，各項(xiàng)指標(biāo)良好，以避免外在因素影響試驗(yàn)結(jié)果?？紤]到密封圈的實(shí)際使用工況，在安裝密封圈前應(yīng)使其浸泡在工作介質(zhì)中，待性能穩(wěn)定后方可安裝。在安裝過(guò)程，應(yīng)按照裝配要求嚴(yán)格執(zhí)行，盡可能避免安裝造成的扭曲現(xiàn)象。同時(shí)，盡可能提高密封圈的表面質(zhì)量，特別是分模線處的表面質(zhì)量。殼體應(yīng)經(jīng)表面處理，增加表面光潔度，減小摩擦。