(广东美的制冷设备有限公司 广东佛山 528311)
摘要：冰箱内胆开裂的成因多样，本文对某型号冰箱冷藏室内胆开裂的原因进行分析，发现主要是由冰箱运行产生的温差应力和使用过程中接触到的油脂共同作用导致，采取对应整改措施后有效降低了温差应力，从而降低了内胆开裂的比例。
关键词：冰箱内胆；开裂；温差应力；化学腐蚀
1、前言
在冰箱的生产和使用过程中存在的内胆开裂的问题，是整个冰箱行业共同面临的老大难问题。内胆开裂不仅降低了冰箱的成品率，还会在一定程度上影响到用户的使用，甚至影响到企业的质量信誉。造成内胆开裂的原因是多方面的，概括起来可以分为物理性开裂和化学性开裂两方面，其主要影响因素有：材料性能，成型工艺，化学药品和结构设计等[1]。
物理性开裂是内外应力共同作用所引起的。内应力主要是内胆加工过程中材料分子发生取向，造成内胆性能各向异性，在垂直分子取向方向上内胆的机械性能要低得多，因此在该方向上更容易发生开裂。另外在生产过程中的装配不合理使得内胆受到挤压、冲击也是内应力产生的原因之一，这一点可以通过生产工艺的规范加以避免。外应力主要是由于内胆各部位的温度不均匀，使材料的收缩不均匀而产生温差应力，这种应力随冰箱压缩机的开停而周期性的变化。温差应力的长期作用使得分子链产生疲劳断裂，从而使得内胆发生开裂。
化学性开裂是化学药品侵蚀和应力共同作用所致，一般化学开裂后期都会转化为物理性开裂。当液态或气态的化学药品作用时，会使高分子聚合物发生双向溶胀，使其机械强度明显降低，在拉伸应力或挠曲应力的作用下发生龟裂或开裂现象。在冰箱的制造过程中，内胆会接触到多种化学药品，如聚氨酯发泡时所使用的发泡剂环戊烷，在装配前或装配后清洗、去除加工过程中所带来的各类污垢如胶泥、铝模灰和油污等所使用的清洗剂等，都会对内胆材料产生一定的腐蚀。特别是清洗剂，如果选取不当，就可能造成批量的质量事故。另外在冰箱的使用过程中所接触的各类食物、油脂等都有可能侵蚀内胆，引起开裂[2][3]。
2、案例分析
某公司某型号的冰箱内胆开裂比例明显偏高，主要集中在冷藏室，该型冰箱内胆结构及易开裂部位如图1所示，裂纹方向如红线示意。其中以背部（位置1）的开裂尤多。而在如图红色方框所示位置的反面贴有蒸发器（蒸发器结构为在一片矩形铝片上盘着铝管，通过专用胶将铝片和内胆塑料紧密贴合在一起）。位置1开裂部位位于冷媒进、出管附近。
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图1、左：某型冰箱冷藏室内胆及易开裂部位示意图；右：冷藏室内胆背面图
2.1 开裂部位形貌分析
仔细观察发现开裂样品位置1内侧的裂纹长度大于外侧，因此可以判定裂纹是由内侧开始产生。图2是位置1的开裂断面的扫描电镜照片，右侧为高光面。裂痕靠近高光面一侧比较光滑，可以认为是受到了化学腐蚀而开裂。由于开裂样机为客户使用一段时间后发生的内胆开裂，可以推测化学物质应该为油脂类、食物汤汁等。相对而言，内胆的底部接触化学物质的概率远大于背部，但底部并未有开裂情况反馈，因此可以认为，除了化学物质外，还存在其它影响因素。
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图2、位置1开裂断面扫描电镜照片
冰箱内胆背面贴有蒸发器，这款机型的蒸发器进气管和出气管在同一侧，靠的比较近（见图1、右），开裂部位1恰好位于冷媒进、出管中间，因此分析此处的开裂应该和这个蒸发器的结构有关。当冰箱制冷时，压缩机开启，-25℃左右的液态冷媒从右侧的进气管进入蒸发器，然后高温的气态冷媒从左出气管出来，并且进气管和出气管跟内胆贴得比较近，因此在这区域的内胆的单位长度方向温差较大，各部位的收缩膨胀不一样，因而会产生较大的温差应力。这种应力随着压缩机的开停而周期性的变化，如此循环，最终导致材料分子链产生疲劳断裂，使内胆产生开裂。因此可以认为内胆背部开裂的主要原因是温差应力，化学物质只是加速了这一进程。
2.2 冰箱冷藏内胆背部所受应力分析
上一节中推测冷藏内胆背部在进、出气管附近部位产生的开裂主要是由温差应力所导致的，因此采取了对应的整改措施，即在蒸发器的进、出气管部位内胆加贴铝箔（见图3），增加该部位的热交换面积，以期使冷媒进出口部位周边受到的冷热冲击减弱。
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图3、冷藏内胆蒸发器整改措施
为了验证温差应力的大小及整改的效果，我们使用DSPS(Dynamic Signal Process System)动态信号处理系统测量冰箱内胆不同部位所受应力大小。
DSPS动态信号处理系统，使用电阻式应变片作为信号采集元件，共6个应变片，用502胶粘贴在冰箱内胆待测部位。
共测试了两台样机，样机1为整改前产品，样机2为采取整改措施后的产品，每台样机在冷藏室背部同样位置布置6个应变片，如图4所示A、B、…E、F位置，其中A~D#应变片为蒸发器进、出管附近部位。冰箱通电正常运行，DSPS仪器实时采集各点所受的应力变化情况。内胆弹性模量设为1000MPa。
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图4、应力测试布点示意图
两台样机不同位置所受应力曲线如图5~图6所示，可以看到，各位置均受到一个周期性交变应力的作用，各位置所受应力周期基本相同，与冰箱压缩机开停的周期相同。因此可以认为正是由于冰箱压缩机的开停，使冰箱内温度发生波动，因而内胆受到周期性的温差应力作用。应力振幅见表1。
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图5、整改前产品各位置应力曲线图
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图6、整改后产品各位置应力曲线图
表1、不同位置所受交变应力的振幅
可以看到，在蒸发器的进、出口部位附件A~D处受到的温差应力振幅远大于其他位置，贴了一片铝箔胶带后，对应位置A~D所受的交变应力的幅度均有所下降，尤其在易开裂位置C的应力振幅下降幅度达37%。这是因为贴上铝箔后增加了该部位的热交换面积，使得进出口部位周边受到的冷热冲击减弱，因此应力降低，从而内胆发生开裂的风险也会降低。整改方案实施一年后的售后维修数据统计也证实改型冰箱内胆开裂的比例大大降低，整改措施有效。
3、结束语
冰箱内胆开裂是由多个因素共同作用导致的，不同部位开裂的主要因素各不相同，需要分别进行分析，区别对待，采取相应的整改措施。冰箱运行时，内胆会受到温变应力的持续作用，如果背部粘贴的蒸发器进、出口管离得太近，会导致温差应力振幅过大，在该部位贴上铝箔可以有效降低温差应力，降低化学-应力开裂的风险。
参考文献：
[1].段跃斌，李敏.冰箱内胆开裂控制分析，家电科技，2011(12):74-76.
[2].徐鹏飞，余飞.冰箱不同材料内胆开裂现象的研究，2014年中国家用电器技术大会论文集[C].2014,118-123
[3].霍耀楠，黄玲等.冰箱内胆用HIPS耐食用油腐蚀性能探究，2017年中国家用电器技术大会论文集[C].2017:18-22