铜管焊接弯头开裂分析

铜管焊接弯头开裂分析 铜管焊接弯头开裂分析 王春亮，龚应时。李晋 (上海材料研究所检测中心上海,,,,,,) 摘要:利用光学金相显微镜、扫描电子显微镜、电子能谱仪等方法对开裂铜管焊接弯头进行失效分析，发现该铜管焊接弯头久置于腐蚀性介质中，当在腐蚀坑处应力集中，便产生了开裂失效。同时，还发现该,,件在弯制时易形成微裂纹。 关键词:铜管弯头;开裂失效;疲载 中图分类号:,,,,,(,，, 文献标识码:, 文章编号:,,,,,,,,,,(,,,,)增刊 , 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf ,模具不同部位硬度值,,, 力到压应力的变化，再加上材料缺陷造成的附加内 应力，这使得在型腔表面的多个拐角处应力集中部 位易萌生裂纹。另外表面脱碳加速裂纹的扩展。从 断,:,显示，模具是在高温高应力低周期的疲劳断裂 特征，当服役条件已定时，应力是模具开裂的主要原,讨论 因。也就是说，模具在正常的工作环境下，由于材料 内应力的作用，导致模具早期热机械疲劳失效。 虽然模具材料的名义成分符合,,,,,钢的标准要求，但材料质量存在缺陷，首先是钢中的化学成 , 结论分不均匀，出现带状偏析等现象，通常材料的化学成 模具材料成分偏析，是导致模具早期热机械疲分偏析是由于在结晶过程中，先结晶的枝干比较纯， 劳开裂的主要原因。碳浓度较低而迟结晶的枝晶间碳浓度较高所造成的，所以形成树枝状偏析，在随后的压力加工时，树 , 建议枝状偏析区域被拉长形成流线。这就是带状偏析， 在制作模具之前应对材料进行金相检验，发现带状偏析使组织不均匀，而产生附加的内应力〔,’,〕， 偏析，要采取均匀化退火的 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 改善偏析现象，以达通常均匀化退火能改善带状偏析。其次钢中冶金缺 到延长模具使用寿命的目的〔,,。陷一碳化物液析及非金属夹杂物严重，破坏了钢基 参考文献:体的均匀连续性造成了应力集中，促进了疲劳裂纹的产生，并在一定的条件下加速了裂纹的扩展，从而 〔,〕蔡美良(新编工模具钢金相热处理〔,〕(北京:机械工加速了疲劳破坏的过程,,,。此外模具表面脱碳，造 业出版社(,,,,(,,,,,,,(成表面硬度偏低，使表层呈现残余拉应力状态，降低 〔,, 曾振鹏(穿缸螺栓断裂原因分析〔,〕(理化检验一物理分 册，,,,,，,,(,,):,,,—,,,(疲劳强度〔,〕。 ,,,, 张德堂(钢中非金属夹杂物鉴别〔,〕(北京;国防工业 综合上述分析，可以推断，当炽热的铝金属压人 出版社，,,,,(,,,(模具型腔时，表层热膨胀，模具表面受到拉应力及拉 〔,,王广生(金属热处理缺陷分析及案例〔,〕(北京:机械应变的作用，当铝金属件取出时，型腔表面由于急剧 工业出版社，,,,,(,,,(降温而受到压应力及压应变的作用;同时，模具还受 〔,〕谭莹(,,,,钢模具开裂原因分析〔,〕(理化检验一物理到周期性的机械载荷作用;模具循环地经受由拉应 分册，,,,,，,,(,,):,,,—,,,( ? ,,, ? ,(,扫描电子显微镜分析(一 。，一 ““ 将断口试样置于,,一,,扫描电镜下观察，图, 有一铜管焊接弯头配件，埋于地下约,,,,,, 是断口低倍扫描电镜照片，从图中看出外壁断口有深处，使用约,(,年以后，发现该弯头尺角处出现 许多相互平行的台阶，裂纹萌生于腐蚀坑底部，由此开裂漏水现象。但是这样的铜管造成开裂的可能性 可见该断口属多源开裂件。有许多种，譬如:铜管弯头材料中有较多夹杂物使得在弯制时导致开裂;环境腐蚀性强使铜管弯头受腐蚀后引起腐蚀开裂;安装不当，水流通过时的微震动引起疲劳导致开裂等。为了查明本工件开裂的原 因，笔者采用光学金相、扫描电子显微镜(,,,)、电子能谱仪(,,,)等多种方法，针对具体材料及其工作环境作全面分 析，从而防止以后事故的发生。,检验及分析 图,断口宏观形貌,(,宏观断口分析 经肉眼和低倍放大镜仔细观察漏水铜管焊接弯 图,是裂源的扫描电镜照片，由图看出断口裂头，发现弯头焊接管表面存在残余水泥痕迹，铜管表 源及断口上的裂纹处于外壁凹坑处，裂纹源近断口面颜色呈暗铜色，漏水部位处于弯头的,角，在, 处覆盖有许多腐蚀产物(图,)，断口上可见疲劳辉角位置存在一条长约,,,,,的裂缝，在裂缝上有一 纹特征及解理特征(图,、,)，部分区域还可见沿晶个明显的菱形孔，菱形孔底部有一个较新的铜亮点， 现象(图,)，说明该断口的断裂机制为疲劳，穿沿在裂纹周围有一些不规则的凹坑(图,)。裂缝离弯 晶混合断裂。头内接管的最短距离约,(,,,,，将弯头上裂缝打开成断口，断口颜色呈暗灰色，近外壁断口上有裂纹扩展台阶，裂纹扩展指向内壁，整个断口较为平整，无 明显塑性变形，该断口属脆性断口;在弯头铜管内壁有铜绿色的腐蚀产物。 图,裂纹源区特征 图,实物照片 上述分析可见裂缝位于弯头,部位，裂缝周围的外壁表面有不规则的机械损伤痕迹;打开裂缝，从其断口观察可知，断口周围无塑性变形，断口及断口的内外壁表面均有腐蚀产物存在，由此可知该断口是与应力及腐蚀有关的脆性断口〔,〕。 图,疲劳辉纹 ? ,,, ? 取断口裂源剖面试样，经镶嵌、磨抛及化学试剂 侵蚀后在显微镜下观察，图,是断口剖面组织照片， 从图中看出断口剖面以穿晶为主，有少量二次裂纹。 在试样外壁表面有许多相互平行的裂纹，裂纹萌生 于腐蚀坑底部，裂纹以穿晶为主，也有穿晶，沿晶的 混合型特征，最深的一条裂纹长约,(,,,,，在试样 内壁表面有许多腐蚀坑，越靠近断口处腐蚀坑越大， 试样基体组织为单相,铜。 图,解理特征 图,断口截面组织 图,沿晶特征 图,是弯头焊管表面损伤处的剖面组织，在孑, 在断口靠近内壁处可见连续分布的腐蚀坑，坑 壁边缘存在严重的塑性变形，说明边缘凹坑是受外底积有腐蚀产物(图,)，在腐蚀坑向内壁延伸的方 力所致。而这些损伤痕迹易成为三向应力集中点引 向上存在解理面上的明显条纹，扩展方向由外壁向 起开裂，因此在加工和装配过程中要尤其注意。 内壁延伸。在离内壁,,,壁厚处观察到最后撕裂形成的韧窝特征。仔细观察，在铜管焊接弯头外壁表面还存在机械擦伤痕迹。 图,机械损伤处组织 由上分析可得，断口剖面以穿晶为主，在断口剖 图,断口上的腐蚀产物 面上有二次裂纹，试样外壁有许多相互平行的裂纹， 裂纹萌生于腐蚀坑底部，裂纹形态既有腐蚀疲劳特 综上可知，断口裂源位于外壁腐蚀坑处，且是多 征，又有应力腐蚀特征:在内壁表面有许多密集分源断裂，断口微观形貌为腐蚀疲劳，穿沿晶特征的 布的腐蚀坑，近断口处腐蚀坑较大，在内壁断口剖面解理和沿晶花样。在断口内壁同样也观察到较多的 腐蚀坑长度约为,(,,,,。从整个断口剖面看，外腐蚀产物和连续分布的腐蚀孔，说明内壁也同样受 壁裂纹源及裂纹扩展区占整个断口截面约,,,。到腐蚀。在最后撕裂区可观察到韧窝特征〔,〕。 ,(,(,新铜管弯头金相检验,(,金相检验 取新管弯头,角部位，制成金相试样后在显微,(,(, 开裂铜管弯头金相检验 镜下观察，试样外壁表面存在微裂纹，较长的微裂纹 ? ,,, ?长约,(,,,,(图,,)。 弯头断口表面受到硫、氯等腐蚀介质的腐蚀。 又对弯头断口进行元素含量分析，可知该开裂 铜管焊接弯头断口表面受到硫、氯等腐蚀介质的腐 蚀见表,。 表, 断口表面腐蚀产物分析 , 图,,微裂纹形貌 随后又对弯头内壁进行元素含量分析，可知该 试样经化学试剂侵蚀后观察，试样基体组织为 开裂铜管焊接弯头内壁表面受到硫、氯等腐蚀介质单相口铜。 外壁表面微裂纹处晶粒比心部晶粒稍 的腐蚀(见表,)。大，说明管子弯制时,角部位形变量较大。仔细观察可见微裂纹基本是穿晶的。 表, 内壁表面腐蚀产物分析 ,,(,显微硬度测定 将开裂弯头管及新弯头管试样置于,,一,,,显微硬度计上分别测定开裂管裂缝中孔边缘和心部显微硬度值;新弯头管,角外壁裂纹处和心部的显微硬度，结果见表,。 从这些元素的组成可以看出，内、外壁中存在的 表, 弯头各部位的显微硬度 氧、硫、氯等可构成盐类或碱类介质，造成腐蚀现 取样部位 显微硬度值,,,(,, 象〔,〕，易引起点腐蚀坑，进而在周期性外力作用下， 造成腐蚀疲劳开裂。 由上分析可得，该开裂铜管焊接弯头整体处于 腐蚀性环境中，加之铜管焊接弯头在生产加工过程 中于,处应力集中，外壁因受较大拉应力而易形成 由以上数据可知，开裂铜管焊接弯头菱形孔处 微裂纹，从而在应力与腐蚀的共同作用下，使得外壁存在较大塑性变形，由于形变强化导致该处硬度值 较先开裂失效并向内延伸，并且裂纹最终在靠近内比心部明显高。而从新铜管焊接弯头,角处与心 壁处穿透壁厚引起漏水。部硬度的比较可见，该弯头在生产加工过程中于尺 ,(,化学成分分析处产生形变硬化，又由于这种形变硬化作用使得材 取开裂弯头管，做化学成分分析，结果为,,，料脆性增加，导致易形成微裂纹而引起开裂隐患。 ,,含量,,(,,,，可知该铜牌号为纯铜,,〔,〕。,(,电子能谱分析 在开裂铜管焊接弯头上取样做电子能谱分析， ,结论与建议结果(质量分数)见表,。 铜管焊接弯头开裂是由于外壁表面存在腐蚀性 极强的氯、硫、氧等元素，使之在,角部位的机械损 表,外壁表面腐蚀产物分析 , 伤处或者某种缺陷处产生较多点腐蚀;且管子在弯 制时产生的内应力和管子在使用中产生的周期性应 力作用，因此在点腐蚀坑底部萌生腐蚀疲劳及应力 腐蚀裂纹，随着裂纹扩展，管壁厚度减薄，管壁的有 效强度下降，加之管子内壁也存在氯、硫、氧等元素 根据上述元素含量分析，可知该开裂铜管焊接 的点腐蚀坑。当管壁厚度减薄到有效强度小于管内 ?,,,? 中速柴油机活塞销断裂失效分析 吴坚，魏兴钊，曾德长，许麟康 (华南理工大学机械工程学院，中国机械工程学会失效分会华南理工大学失效分析网点。广州,,,,,,) 谭 菁 (大沥电厂) 摘妥溘登金相分析、断口观察以及力学性能测定等，对活塞销断裂失效进行了系统分析，结果表明，材料冶金质量欠佳，显微夹杂物含量较高;热处理质量低劣，渗碳层组织反常并存在显微裂纹，心部组织粗大，有过热倾向，故导致活塞销在服役中发生多源疲劳脆断。) 关键词:疲劳脆断;活塞销;冶金质量 中国分类号:,,,,,(,, 文献标识码:, 文章编号:,,,,—,,,,(,,,,)增刊 某电厂的中速柴油发电机组，在服役过程中发 ,宏观检查生活塞销断裂。、经过现场勘察、运行记录分析及厂方介绍，该机组已累计运行,,,,,,,，在发生故障 活塞销断裂发生在其轴长的约,,,部位，其失前各运行参数正常，未发现有其它异常现象。由于 效残件及断口宏观形貌见图,。活塞销属于非易损件，其使用寿命应与曲轴、机体相 从图,,中可见明显断裂起始于活塞销内孑,壁当。 面和外圆表面，如图中箭头,和箭头,指点处，断 (,)比例,:,(,, 图,断裂活塞销的实物形貌流体压强时，便发生了管子开裂穿透壁厚现象。 技术出版社(,,,,(,(,,,(通过以上分析，建议在生产过程中应尽量减少,处 〔,〕唐汝钧主编(机械工程材料测试手册(物理金相卷)应力集中，必要时在加工过程中增加去应力退火工 〔,〕(沈阳(辽宁科学技术出版社。,,,,(,,(,,,( 〔,〕上海冶金高等专科学校热处 理教研组编(有色金属及序。同时，铜管易受硫、氯的腐蚀，所以工作环境要 合金〔,〕(上海:上海科学技术出版社，,,,,(,(,,,(适当加强，以免引起点腐蚀。因为铜材强度低，所以 〔,〕机械工程手册,电机工程手册编委会(机械工程手装配过程中也要十分注意。 册(机械工程材料,(北京(机械工业出版社，,,,,(,( ,,—,,(参考文献:〔,〕胡世炎编著(机械失效分析手册〔,〕(成都(四川科学 ?,,,?