背景

某端框接頭材料為7050鋁合金，該材料是一種鋁-鎂-鋅-銅高強度可熱處理合金，具有比強度高、韌性好等優點，由于其良好的綜合力學性能，被廣泛應用于飛機的諸多重要部件，如飛機的隔框、托架等承載構件等。

某機載雷達端框接頭由7050鋁合金板整體加工成型，用于雷達端框的對接整合，為主傳力件，如圖1所示，接頭上緣板處設有4個螺栓孔，用來安裝雷達的吊裝點。

圖1 端框接頭示意圖

該機載雷達在進行地面聯試的吊裝轉移過程中，發生雷達端框接頭斷裂事故。端框為雷達陣面的主承力件，端框接頭是位于兩端間的接頭部位，為主傳力件。斷裂發生后，經外觀及無損檢測發現除端框接頭部位發生斷裂外，其余區域均未受損。雷達接頭上緣板為撕裂性破斷，斷口尺寸為190mm×80mm，如圖2所示。

圖2 斷裂端框接頭實物圖

為找出7050鋁合金端框接頭斷裂的原因，筆者通過理化檢驗對端框接頭進行了分析。

理化檢驗

仿真分析

根據吊裝損傷工況與各結構件相對位置關系，建立端框接頭受力有限元模型，將吊裝點約束，吊繩與端框接頭的夾角約為46°，可以計算出吊裝點吊繩上的載荷，通過提取模型中吊繩內力T1＝9.183kN，假設吊點1的垂向載荷為F1，得F1＝6.532kN。

通過對端框接頭建模和強度復核，應力最大值出現在端框接頭吊裝點處，該位置與實際斷裂損傷位置一致，如圖3所示。

圖3 端框接頭吊裝受力仿真圖

端框接頭應力最大值為566.1MPa，超過7050鋁合金材料的強度極限510MPa。

宏觀分析

為便于區分觀察，將端框接頭上緣板斷裂受損部位進行分區，如圖4所示。

圖4 斷裂端框接頭分區示意圖

從受損部位內側觀察，1區和4區轉接部位可見向下穿過螺栓孔的裂紋，3區可見多條垂直于斷口方向的裂紋。

對端框接頭上緣板斷裂脫落部位斷口進行觀察，如圖5所示。

圖5 斷裂端框接頭上緣板宏觀形貌

斷口可見典型的放射棱線，可判斷上緣板斷裂源區位于1區兩個螺栓孔處，分別沿壁板兩側擴展，兩孔之間匯聚至中部加強筋，之后裂紋沿加強筋擴展至2區；由于內側加強筋和外側接頭搭接的影響，2區隨后也橫向擴展；3區和4區斷面粗糙，高差較大，分析為裂紋擴展后期。

微觀分析

將端框接頭上緣板斷口1區清洗后置于掃描電鏡下進行微觀觀察，如圖6所示。

圖6 斷口微觀形貌

上緣板斷裂源區位于螺栓孔處，源區未見冶金缺陷，裂紋沿壁板長度方向擴展，呈沿晶特征，螺栓孔內擠壓痕跡較重。由此判斷上緣板為過載斷裂。

金相檢驗

在上緣板斷口附近平行于1區斷口方向截取金相試樣，磨制拋光后進行金相檢驗，如圖7所示。

圖7 斷口顯微組織形貌

可見上緣板組織均勻，未見異常。

硬度測試

在上緣板斷口附近平行于1區斷口方向截取硬度試樣，磨制拋光后進行硬度測試，結果見表1。

表1 上緣板硬度測試結果

HV200

由測試結果可知，上緣板硬度均勻，平均值為145HV200，換算成布氏硬度為137HBS。

拉伸性能試驗

對同批次上緣板進行拉伸性能試驗，結果見表2。

表2 上緣板拉伸試驗結果

由試驗結果可知，上緣板拉伸性能符合企業技術要求。

化學成分分析

對同批次上緣板進行化學成分分析，結果見表3，余量為鋁。由分析結果可知，上緣板化學成分符合GB/T 3190－2015對7050鋁合金的技術要求。

表3 上緣板化學成分(質量分數)

%

分析與討論

斷裂端框的硬度、力學性能及化學成分均符合要求。通過端框接頭受力有限元分析可知，其應力最大值超過了7050鋁合金材料的強度極限，最大值出現在端框接頭吊裝點處，該位置與實際斷裂損傷位置一致。

通過對端框接頭斷口宏觀、微觀形貌分析，可知斷口均為沿晶特征，斷裂性質為過載斷裂。

通過上述理化檢驗結果推測，端框接頭過載斷裂與異常操作有關，應為吊裝作業不規范導致。

結論及建議

該7050鋁合金端框接頭斷裂屬于過載斷裂，由吊裝作業不規范導致吊裝點的應力最大值超過材料的強度極限，最終在端框接頭吊裝點處發生過載斷裂。建議規范和細化吊裝操作流程，同時加強吊裝人員素質，杜絕因人為原因導致事故的再次發生。

選自：潘占，碩士，中國電子科技集團公司 第三十八研究所