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(guò)對(duì)開裂部位紫銅管部分進(jìn)行宏觀分析、化學(xué)成分分析、掃描電鏡斷口觀察及金相檢驗(yàn),對(duì)焊接件的開裂原因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:紫銅管原材料中氧含量超標(biāo)以及焊接溫度過(guò)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(yīng)力和熱應(yīng)力,當(dāng)疊加應(yīng)力大于材料的承受能力時(shí)就會(huì)引起晶界破裂,導(dǎo)致焊接件開裂。***后在分析的基礎(chǔ)上提出了改進(jìn)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(hào):TG457.6　　　文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B　　文章編號(hào):1001-4012(2010)06-0385-03

紫銅管具有優(yōu)良的塑性、導(dǎo)熱性及耐腐蝕性,廣泛應(yīng)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(chǔ)液罐等其他材質(zhì)的器件進(jìn)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(dá)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(duì)其進(jìn)行了理化檢驗(yàn)及分析。

1.理化檢驗(yàn)

1.1宏觀分析

圖1為開裂產(chǎn)品的宏觀形貌,可見(jiàn)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(jiàn)斷口呈磚紅色,未見(jiàn)明顯塑性變形。紫銅管表面則呈橘皮網(wǎng)狀形貌。

1.2化學(xué)成分分析

分別在紫銅管原材料和開裂產(chǎn)品上取樣進(jìn)行化學(xué)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(jiàn),紫銅管原材料的氧含量高于標(biāo)準(zhǔn)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(cè)可能是因?yàn)榫Ы缟系幕衔锶诨?鐵則來(lái)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(diǎn)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(yàn)

在圖1所示的B處位置截取金相試樣,光學(xué)顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)其顯微組織有嚴(yán)重的晶間裂紋,部分晶界上有點(diǎn)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(duì)斷口形貌進(jìn)行觀察。由圖3可見(jiàn),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(jiàn)明顯塑性變形的斷口在微觀下可見(jiàn)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(jiàn)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(jiàn)圖3(c);斷口經(jīng)進(jìn)一步放大后可觀察到晶界上存在細(xì)小微孔及氧化現(xiàn)象,見(jiàn)圖3(d)。

2.綜合分析

化學(xué)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(duì)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(yàn)發(fā)現(xiàn)開裂紫銅管的顯微組織中有較嚴(yán)重的晶間裂紋,局部晶界上可觀察到孔洞,此為典型的過(guò)熱或過(guò)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(xì)小微孔,具有沿晶韌性斷裂特征[2]。這是因?yàn)檫^(guò)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(jiàn)表2[3],可見(jiàn)紫銅和低碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)差別較大,如果焊接時(shí)低碳鋼管一側(cè)預(yù)熱不足,就會(huì)使紫銅管一側(cè)的焊接溫度偏高,從而引起過(guò)熱或過(guò)燒,使其分布于晶界上的Cu3P化合物溶化導(dǎo)致晶界弱化。

開裂焊接件紫銅管側(cè)的裂紋屬于大應(yīng)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(dǎo)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(dāng)焊接溫度在800℃以上時(shí),易與H2、CO、C2H2等還原性氣體反應(yīng)生成氣體在晶界上聚集,當(dāng)所受應(yīng)力超過(guò)材料的強(qiáng)度時(shí),就會(huì)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(dǎo)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(biāo)以及焊接溫度過(guò)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(yīng)力以及熱應(yīng)力,當(dāng)疊加應(yīng)力大于材料的承受能力時(shí)就會(huì)引起晶界破裂,導(dǎo)致焊接件開裂。建議加強(qiáng)原材料的成分控制,特別是氧含量;控制和改進(jìn)焊接工藝,充分預(yù)熱低碳鋼管一側(cè),盡量降低或避免焊接溫度及焊接時(shí)間等因素對(duì)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(lái)源：中國(guó)知網(wǎng)   作者：尚延偉