背景

某端框接头材料为7050铝合金，该材料是一种铝-镁-锌-铜高强度可热处理合金，具有比强度高、韧性好等优点，由于其良好的综合力学性能，被广泛应用于飞机的诸多重要部件，如飞机的隔框、托架等承载构件等。

某机载雷达端框接头由7050铝合金板整体加工成型，用于雷达端框的对接整合，为主传力件，如图1所示，接头上缘板处设有4个螺栓孔，用来安装雷达的吊装点。

图1 端框接头示意图

该机载雷达在进行地面联试的吊装转移过程中，发生雷达端框接头断裂事故。端框为雷达阵面的主承力件，端框接头是位于两端间的接头部位，为主传力件。断裂发生后，经外观及无损检测发现除端框接头部位发生断裂外，其余区域均未受损。雷达接头上缘板为撕裂性破断，断口尺寸为190mm×80mm，如图2所示。

图2 断裂端框接头实物图

为找出7050铝合金端框接头断裂的原因，笔者通过理化检验对端框接头进行了分析。

理化检验

仿真分析

根据吊装损伤工况与各结构件相对位置关系，建立端框接头受力有限元模型，将吊装点约束，吊绳与端框接头的夹角约为46°，可以计算出吊装点吊绳上的载荷，通过提取模型中吊绳内力T1＝9.183kN，假设吊点1的垂向载荷为F1，得F1＝6.532kN。

通过对端框接头建模和强度复核，应力最大值出现在端框接头吊装点处，该位置与实际断裂损伤位置一致，如图3所示。

图3 端框接头吊装受力仿真图

端框接头应力最大值为566.1MPa，超过7050铝合金材料的强度极限510MPa。

宏观分析

为便于区分观察，将端框接头上缘板断裂受损部位进行分区，如图4所示。

图4 断裂端框接头分区示意图

从受损部位内侧观察，1区和4区转接部位可见向下穿过螺栓孔的裂纹，3区可见多条垂直于断口方向的裂纹。

对端框接头上缘板断裂脱落部位断口进行观察，如图5所示。

图5 断裂端框接头上缘板宏观形貌

断口可见典型的放射棱线，可判断上缘板断裂源区位于1区两个螺栓孔处，分别沿壁板两侧扩展，两孔之间汇聚至中部加强筋，之后裂纹沿加强筋扩展至2区；由于内侧加强筋和外侧接头搭接的影响，2区随后也横向扩展；3区和4区断面粗糙，高差较大，分析为裂纹扩展后期。

微观分析

将端框接头上缘板断口1区清洗后置于扫描电镜下进行微观观察，如图6所示。

图6 断口微观形貌

上缘板断裂源区位于螺栓孔处，源区未见冶金缺陷，裂纹沿壁板长度方向扩展，呈沿晶特征，螺栓孔内挤压痕迹较重。由此判断上缘板为过载断裂。

金相检验

在上缘板断口附近平行于1区断口方向截取金相试样，磨制抛光后进行金相检验，如图7所示。

图7 断口显微组织形貌

可见上缘板组织均匀，未见异常。

硬度测试

在上缘板断口附近平行于1区断口方向截取硬度试样，磨制抛光后进行硬度测试，结果见表1。

表1 上缘板硬度测试结果

HV200

由测试结果可知，上缘板硬度均匀，平均值为145HV200，换算成布氏硬度为137HBS。

拉伸性能试验

对同批次上缘板进行拉伸性能试验，结果见表2。

表2 上缘板拉伸试验结果

由试验结果可知，上缘板拉伸性能符合企业技术要求。

化学成分分析

对同批次上缘板进行化学成分分析，结果见表3，余量为铝。由分析结果可知，上缘板化学成分符合GB/T 3190－2015对7050铝合金的技术要求。

表3 上缘板化学成分(质量分数)

%

分析与讨论

断裂端框的硬度、力学性能及化学成分均符合要求。通过端框接头受力有限元分析可知，其应力最大值超过了7050铝合金材料的强度极限，最大值出现在端框接头吊装点处，该位置与实际断裂损伤位置一致。

通过对端框接头断口宏观、微观形貌分析，可知断口均为沿晶特征，断裂性质为过载断裂。

通过上述理化检验结果推测，端框接头过载断裂与异常操作有关，应为吊装作业不规范导致。

结论及建议

该7050铝合金端框接头断裂属于过载断裂，由吊装作业不规范导致吊装点的应力最大值超过材料的强度极限，最终在端框接头吊装点处发生过载断裂。建议规范和细化吊装操作流程，同时加强吊装人员素质，杜绝因人为原因导致事故的再次发生。

选自：潘占，硕士，中国电子科技集团公司 第三十八研究所