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O形密封圈失效機(jī)制
作為橡膠密封件行業(yè)從事產(chǎn)品設(shè)計(jì)多年的工程師，本人親自對(duì)上千種從客戶泄漏的設(shè)備中拆下來的O型密封圈進(jìn)行過分析。當(dāng)一種*的新失效模式出現(xiàn)的時(shí)候，需要進(jìn)行一些額外的研究。這種情況下，將各種因素相結(jié)合，能建立一種O型墊圈失效的新機(jī)制。
背景
在實(shí)際應(yīng)用中，飛機(jī)燃油泵制造商聯(lián)系到了Parker Hannifin尋求幫助，以解決一系列不正常的O型墊圈失效導(dǎo)致燃油泄漏的問題。2008年6月和7月，三種不同的飛機(jī)的燃油泵都進(jìn)行了日常的檢修保養(yǎng)。在這所有三個(gè)例子里面，從配件市場(chǎng)采購(gòu)的O型墊圈以及燃油泵裝配在飛機(jī)服役之前，都通過了初的泄漏測(cè)試。兩個(gè)月內(nèi)，所有修復(fù)好的泵都有燃油泄漏的跡象。拆卸后，所有的三個(gè)O型墊圈在凹槽處都出現(xiàn)斷裂，每一處斷裂都產(chǎn)生了90°的彎曲（如圖1）。根據(jù)維修情況來看，這些特殊的O型墊圈并非由Parker公司制造的。然而，燃油泵制造廠家對(duì)Parker的工程領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)知識(shí)是很熟悉的，因此邀請(qǐng)他作為專業(yè)技術(shù)支持，針對(duì)該特殊的O型墊圈失效情況進(jìn)行診斷并提出解決方案。
外觀檢查
該失效分析中關(guān)鍵性的一步是要對(duì)O型墊圈的機(jī)械損壞進(jìn)行*的檢查。顯然，所有的三個(gè)O型墊圈都產(chǎn)生了損壞，這必將會(huì)導(dǎo)致泄漏。令人驚訝的是，所有三個(gè)O型圈的斷裂都被朝著壓力源的方向，而不是背離它。然而，忽略其它可能導(dǎo)致失效的原因則可能會(huì)導(dǎo)致對(duì)更關(guān)鍵因素的忽視，而這些關(guān)鍵因素能帶來的預(yù)防方法。在本文的例子里面，O型墊圈并沒有產(chǎn)生其它的機(jī)械損壞。舉例來說，這種O型圈不存與壓力有關(guān)的擠出失效證據(jù)，當(dāng)流體的壓力超過材料所能承受的強(qiáng)度時(shí)，橡膠會(huì)被擠壓進(jìn)入配件之間的空隙，留下“損毀”橡膠的區(qū)域。這種情況顯然不存在于此O型墊圈上。并且沒有任何的跡象表明這種O型墊圈在裝配的零件之間產(chǎn)生了任何方式的壓縮。
此外，該橡膠材料也沒有任何化學(xué)分解或者熱降解的跡象。不同于其它損壞點(diǎn)，該O型墊圈沒有明顯的膨脹、硬化、變軟、起泡、壓縮變形、脆化或者抗拉強(qiáng)度的損失等。非常簡(jiǎn)單，與其他較明顯的損毀相比不存在損壞。基于這些原因，這些密封材料的化學(xué)和熱不兼容性的因素得以被證明不是失效根本原因的潛在因素。
對(duì)斷裂進(jìn)行分析
O型墊圈的失效出現(xiàn)在為了滿足應(yīng)用，O形墊圈被拉伸的裝配過程中。在這種情況下，雖然，O型墊圈通過了初始的泄露測(cè)試和并且使用了長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)星期。對(duì)于被毀壞的O型墊圈這是不可能的。因此，在進(jìn)行安裝和初始?jí)毫y(cè)試的時(shí)候，O型墊圈必須是沒有損壞的。這意味著O形墊圈肯定是在使用過程中損毀，即在它被安裝在槽內(nèi)之后，這是一種在靜態(tài)O型墊圈密封裝置中中非常罕見的情況。這種類型的使用中的損毀通常可以追溯到一個(gè)或兩個(gè)原因。
見的使用中的O型墊圈損毀的原因是撕裂，它是從初的扭縮點(diǎn)傳開的。在這種情況下，O型密封圈的一部分在安裝配合的金屬零件中被壓碎，通常是在安裝過程中意外彈出凹槽時(shí)產(chǎn)生的。以這種方式損毀的O型密封圈會(huì)表現(xiàn)出明顯的機(jī)械損壞跡象，其中包括：部分被嚴(yán)重壓碎，O型密封圈上某部分缺失，橫截面上有呈半圓形的切除等。在某些情況下，一個(gè)縮緊的O型密封圈會(huì)通過初始的泄露試驗(yàn)并在使用過程中損毀，這是由于O型密封圈初始的縮緊損壞傳播的結(jié)果。然而，在這些失效O型密封圈中沒有任何縮緊損壞的證據(jù)。