摘要:某紫銅管與低碳鋼管焊接件焊接后在焊接接頭靠近紫銅管側(cè)出現(xiàn)了大量開裂現(xiàn)象,通過對開裂部位紫銅管部分進行宏觀分析、化學成分分析、掃描電鏡斷口觀察及金相檢驗,對焊接件的開裂原因進行了分析。結(jié)果表明:紫銅管原材料中氧含量超標以及焊接溫度過高共同引起晶界弱化,致使在焊接接頭處疊加了較大的組織應力和熱應力,當疊加應力大于材料的承受能力時就會引起晶界破裂,導致焊接件開裂。***后在分析的基礎(chǔ)上提出了改進措施。

關(guān)鍵詞:紫銅管與低碳鋼管焊接件;開裂;氧含量;晶界弱化.

中圖分類號:TG457.6　　　文獻標志碼:B　　文章編號:1001-4012(2010)06-0385-03

紫銅管具有優(yōu)良的塑性、導熱性及耐腐蝕性,廣泛應用于空調(diào)制冷行業(yè)。作為熱交換和輸液管路的銅管通常要與儲液罐等其他材質(zhì)的器件進行連接,目前普遍采用火焰硬釬焊工藝連接[1]。某產(chǎn)品采用TP2(M)紫銅管與低碳鋼管經(jīng)火焰釬焊焊接而成,在焊接后發(fā)現(xiàn)該產(chǎn)品在焊接接頭靠近紫銅管一側(cè)有開裂現(xiàn)象,廢品率達到30%。為找出該產(chǎn)品開裂的原因及提高產(chǎn)品質(zhì)量,筆者對其進行了理化檢驗及分析。

1.理化檢驗

1.1宏觀分析

圖1為開裂產(chǎn)品的宏觀形貌,可見開裂位于紫銅管與低碳鋼管焊接接頭靠近紫銅管一側(cè),將裂紋人工打開可見斷口呈磚紅色,未見明顯塑性變形。紫銅管表面則呈橘皮網(wǎng)狀形貌。

1.2化學成分分析

分別在紫銅管原材料和開裂產(chǎn)品上取樣進行化學成分分析。原材料取樣為同批次未焊接紫銅管,焊接后開裂產(chǎn)品取樣位置在圖1所示的A處。由表1可見,紫銅管原材料的氧含量高于標準值;而焊接后

靠近焊縫處紫銅管的磷含量明顯偏低,鐵含量則略有偏高。其中磷偏低推測可能是因為晶界上的化合物融化所致,鐵則來自于低碳鋼管。紫銅管中未檢出鉛、鉍等雜質(zhì)元素,因此可排除分布于晶界上低熔點共晶或脆性化合物造成的熱脆和冷脆的可能性。

1.3金相檢驗

在圖1所示的B處位置截取金相試樣,光學顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)其顯微組織有嚴重的晶間裂紋,部分晶界上有點狀孔洞,如圖2所示。圖2　開裂紫銅管的顯微組織

1.4掃描電鏡分析

在斷口處取樣,清洗后用日立S3400N鎢燈絲掃描電鏡對斷口形貌進行觀察。由圖3可見,斷口以韌窩形貌為主,斷面上有明顯的孔洞類缺陷,局部有沿晶二次裂紋及氧化現(xiàn)象。其中,圖3(a)為斷面低倍形貌,宏觀觀察未見明顯塑性變形的斷口在微觀下可見其壁厚略有收縮,這是韌性材料一次性斷裂的特征[2];圖3(b)為放大后的斷口形貌,可見斷面上存在孔洞和凹坑類缺陷;另開裂紫銅管外壁局部斷面上還分布著較多的沿晶二次裂紋,斷口特征為韌窩,見圖3(c);斷口經(jīng)進一步放大后可觀察到晶界上存在細小微孔及氧化現(xiàn)象,見圖3(d)。

2.綜合分析

化學成分分析結(jié)果表明紫銅管原材料中的氧含量為0.018%,高于GB/ T 5231- 1985中對于TP2紫銅中氧含量上限的規(guī)定值(0.010%);在與低碳鋼管焊接后其磷含量急劇下降,由0.024%降低為

0.002%。金相檢驗發(fā)現(xiàn)開裂紫銅管的顯微組織中有較嚴重的晶間裂紋,局部晶界上可觀察到孔洞,此為典型的過熱或過燒特征。掃描電鏡分析發(fā)現(xiàn),斷口以韌窩為主,斷面上有孔洞及氧化現(xiàn)象;且開裂紫銅管外壁局部有沿晶二次裂紋,晶界上發(fā)現(xiàn)有細小微孔,具有沿晶韌性斷裂特征[2]。這是因為過熱引起紫銅管晶界上的Cu3P化合物溶解形成孔洞,晶界在高溫下蠕變,形成沿晶韌性裂紋。

開裂焊接接頭為紫銅管和低碳鋼管之間的異種焊接,兩種材料的物理性能數(shù)據(jù)見表2[3],可見紫銅和低碳鋼的導熱系數(shù)差別較大,如果焊接時低碳鋼管一側(cè)預熱不足,就會使紫銅管一側(cè)的焊接溫度偏高,從而引起過熱或過燒,使其分布于晶界上的Cu3P化合物溶化導致晶界弱化。

開裂焊接件紫銅管側(cè)的裂紋屬于大應力一次性開裂,晶界間化合物溶化以及晶界破裂的綜合作用是導致晶間裂紋產(chǎn)生的主要原因。紫銅管中的氧一般存在于晶界上,當焊接溫度在800℃以上時,易與H2、CO、C2H2等還原性氣體反應生成氣體在晶界上聚集,當所受應力超過材料的強度時,就會引起晶界破裂,這與用掃描電鏡觀察到的大量小韌窩相一致。在晶界破裂與晶界間孔洞的綜合作用下,***終導致焊接件在紫銅管一側(cè)發(fā)生開裂。

3.結(jié)論及建議

由于紫銅管原材料中氧含量超標以及焊接溫度過高共同引起晶界弱化,致使在紫銅管和低碳鋼管焊接接頭處疊加了較大的組織應力以及熱應力,當疊加應力大于材料的承受能力時就會引起晶界破裂,導致焊接件開裂。建議加強原材料的成分控制,特別是氧含量;控制和改進焊接工藝,充分預熱低碳鋼管一側(cè),盡量降低或避免焊接溫度及焊接時間等因素對焊接件質(zhì)量的影響。采取上述措施后成產(chǎn)的焊接接頭廢品率大為降低。

來源：中國知網(wǎng)   作者：尚延偉

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