车辆防爬器弹簧垫圈裂纹分析

刘和平　丁宝英

摘 要：地铁车辆防爬器是通过螺栓连接在车辆头部车体钢结构上，具有三种功能，一是车辆碰撞时吸收碰撞能量，减缓对车辆的损坏程度;二是防止两车碰撞时产生攀爬，造成车辆更大的损坏;三是保护车上司乘人员安全。随着车辆运营时的振动和运营里程的增加，防爬器螺栓弹垫往往会出现裂纹直至断裂的可能，造成螺栓松动、扭矩失效，存在防爬器脱落的安全风险，威胁行车安全。本文就现场案例分析了防爬器弹垫失效的原因，并提出预防解决措施，具有现实意义。

关键词：防爬器;弹簧垫圈;氢脆;纠正预防措施

一、引言

螺栓弹簧垫圈断裂失效，一般有三种类型：疲劳断裂、塑性断裂、脆性断裂，断裂失效的主要因素有：（1） 弹簧垫圈材质不良，非金属夹杂物严重，成为裂纹启裂源;（2） 弹簧垫圈制造工艺有缺陷，不符合机械性能要求;（3）施工工艺不科学，不满足运营实际工况要求。

二、问题描述

某地铁项目T车防爬器安装后，涂胶时发现发现第该列T车等共有17个弹垫出现裂纹，不良率为20%。

三、理化检测

1、弹簧垫圈技术参数

螺栓（JIS B 1180：2004），规格为M16×70，8.8级，由日本供应商提供。

弹簧垫圈（JIS B 1251：2001），材质为SWRH62（JIS G 3506：2004 高碳钢线材）相当于国标60Mn、65Mn材料，表面镀锌（由供应商代理，产地日本，表面镀锌处理）。

2、理化检测

现场取九种样品送第三方检测机构检验，断口、硬度、化学成分、含氢量检测情况如下：

四、机理分析

1、断口分析。从扫描电镜低倍形貌观察，断口较粗糙、发亮且颜色一致;断口微观形貌呈现沿晶断裂特征，并伴有晶间二次裂纹，晶面可见“鸡爪纹”、准解理及韧窝，属脆性断裂，见图2、图3。

2、断件化学成分。从表2：试样化学成分分析结果（%）可以看出，材质的重要组分均在合理的区间内（其中1#、4#、5#样品含C量超标;9#含Mn量超标，试样化学成分有离散、不稳定），基本符合日本JIS G 3506-2004 高碳钢线材标准。

3、氢含量。虽然含氢量不能作为判定合金钢弹垫是否会发生氢脆断裂的依据，但测量氢含量有助于了解弹垫的抗氢脆性。一般认为，当氢含量达到5ppm以上时，材料的冲击韧性ak值会有不同程度的降低，而且随着氢含量的增加ak 值随之下降。查看第三方检测机构出具的报告，去镀层的样件氢含量均在2ppm以下，未去镀层的样件氢含量在3.6～16ppm之间，基本确定存在氢脆断裂。

4、制造工艺。弹簧垫圈制造工艺：弹簧钢盘条→拉线→盘线→切割→酸洗→电镀锌→去氢，经调查供应商生产工艺，确认弹簧垫圈电镀锌后未进行去氢处理。

5、结论。造成弹簧垫圈断裂的原因：原材料中C元素超标造成冲击韧度降低;电镀锌后未去氢处理[2]。

五、纠正预防措施

1、修订弹簧垫圈供货技术条件，增加以下要求：

1）原材料化学成分满足JIS或GB/T 对应标准化学成分之要求。

2）采用无氢脆电镀工艺，严格执行除氢工艺及工序专检，保证除氢回火温度200℃、保温时间6小时。

3）按照JIS或GB/T3.98.17-2000标准实施氢脆检验，提供弹簧垫圈氢脆出厂试验报告。

2、进货检验

根据紧固件入厂检验通用指南，对弹垫进行外观检查，并核对原产地证明及出厂试验报告。

3、嚴格施工工艺

严格按照防爬器安装作业指导书中紧固扭矩为220N·m，使用计量有效期内的扭矩扳手进行施工。

4、跟踪观察实施效果，固化弹簧垫圈检验文件及防爬器安装作业指导书。

参考文献

[1] JIS G 3506-2004 高碳钢线材[S]出版地：日本标准，2004.

[2] 孙小炎，螺栓氢脆问题研究[J].航天标准化，2007（2）：2-3.