发布时间：2021-05-19点击：3272
摘要:某紫铜管与低碳钢管焊接件焊接后在焊接接头靠近紫铜管侧出现了大量开裂现象,通过对开裂部位紫铜管部分进行宏观分析、化学成分分析、扫描电镜断口观察及金相检验,对焊接件的开裂原因进行了分析。。。。。结果表明:紫铜管原材料中氧含量超标以及焊接温度过高共同引起晶界弱化,致使在焊接接头处叠加了较大的组织应力和热应力,当叠加应力大于材料的承受能力时就会引起晶界破裂,导致焊接件开裂。。。。。***后在分析的基础上提出了改进措施。。。。。
关键词:紫铜管与低碳钢管焊接件;开裂;氧含量;晶界弱化.
中图分类号:TG457.6 文献标志码:B 文章编号:1001-4012(2010)06-0385-03
紫铜管具有优良的塑性、导热性及耐腐蚀性,广泛应用于空调制冷行业。。。。。作为热交换和输液管路的铜管通常要与储液罐等其他材质的器件进行连接,目前普遍采用火焰硬钎焊工艺连接[1]。。。。。某产品采用TP2(M)紫铜管与低碳钢管经火焰钎焊焊接而成,在焊接后发现该产品在焊接接头靠近紫铜管一侧有开裂现象,废品率达到30%。。。。。为找出该产品开裂的原因及提高产品质量,笔者对其进行了理化检验及分析。。。。。
1.理化检验
1.1宏观分析
图1为开裂产品的宏观形貌,可见开裂位于紫铜管与低碳钢管焊接接头靠近紫铜管一侧,将裂纹人工打开可见断口呈砖红色,未见明显塑性变形。。。。。紫铜管表面则呈橘皮网状形貌。。。。。
1.2化学成分分析
分别在紫铜管原材料和开裂产品上取样进行化学成分分析。。。。。原材料取样为同批次未焊接紫铜管,焊接后开裂产品取样位置在图1所示的A处。。。。。由表1可见,紫铜管原材料的氧含量高于标准值;而焊接后
靠近焊缝处紫铜管的磷含量明显偏低,铁含量则略有偏高。。。。。其中磷偏低推测可能是因为晶界上的化合物融化所致,铁则来自于低碳钢管。。。。。紫铜管中未检出铅、铋等杂质元素,因此可排除分布于晶界上低熔点共晶或脆性化合物造成的热脆和冷脆的可能性。。。。。
1.3金相检验
在图1所示的B处位置截取金相试样,光学显微镜下观察发现其显微组织有严重的晶间裂纹,部分晶界上有点状孔洞,如图2所示。。。。。图2 开裂紫铜管的显微组织
1.4扫描电镜分析
在断口处取样,清洗后用日立S3400N钨灯丝扫描电镜对断口形貌进行观察。。。。。由图3可见,断口以韧窝形貌为主,断面上有明显的孔洞类缺陷,局部有沿晶二次裂纹及氧化现象。。。。。其中,图3(a)为断面低倍形貌,宏观观察未见明显塑性变形的断口在微观下可见其壁厚略有收缩,这是韧性材料一次性断裂的特征[2];图3(b)为放大后的断口形貌,可见断面上存在孔洞和凹坑类缺陷;另开裂紫铜管外壁局部断面上还分布着较多的沿晶二次裂纹,断口特征为韧窝,见图3(c);断口经进一步放大后可观察到晶界上存在细小微孔及氧化现象,见图3(d)。。。。。
2.综合分析
化学成分分析结果表明紫铜管原材料中的氧含量为0.018%,高于GB/ T 5231- 1985中对于TP2紫铜中氧含量上限的规定值(0.010%);在与低碳钢管焊接后其磷含量急剧下降,由0.024%降低为
0.002%。。。。。金相检验发现开裂紫铜管的显微组织中有较严重的晶间裂纹,局部晶界上可观察到孔洞,此为典型的过热或过烧特征。。。。。扫描电镜分析发现,断口以韧窝为主,断面上有孔洞及氧化现象;且开裂紫铜管外壁局部有沿晶二次裂纹,晶界上发现有细小微孔,具有沿晶韧性断裂特征[2]。。。。。这是因为过热引起紫铜管晶界上的Cu3P化合物溶解形成孔洞,晶界在高温下蠕变,形成沿晶韧性裂纹。。。。。
开裂焊接接头为紫铜管和低碳钢管之间的异种焊接,两种材料的物理性能数据见表2[3],可见紫铜和低碳钢的导热系数差别较大,如果焊接时低碳钢管一侧预热不足,就会使紫铜管一侧的焊接温度偏高,从而引起过热或过烧,使其分布于晶界上的Cu3P化合物溶化导致晶界弱化。。。。。
开裂焊接件紫铜管侧的裂纹属于大应力一次性开裂,晶界间化合物溶化以及晶界破裂的综合作用是导致晶间裂纹产生的主要原因。。。。。紫铜管中的氧一般存在于晶界上,当焊接温度在800℃以上时,易与H2、CO、C2H2等还原性气体反应生成气体在晶界上聚集,当所受应力超过材料的强度时,就会引起晶界破裂,这与用扫描电镜观察到的大量小韧窝相一致。。。。。在晶界破裂与晶界间孔洞的综合作用下,***终导致焊接件在紫铜管一侧发生开裂。。。。。
3.结论及建议
由于紫铜管原材料中氧含量超标以及焊接温度过高共同引起晶界弱化,致使在紫铜管和低碳钢管焊接接头处叠加了较大的组织应力以及热应力,当叠加应力大于材料的承受能力时就会引起晶界破裂,导致焊接件开裂。。。。。建议加强原材料的成分控制,特别是氧含量;控制和改进焊接工艺,充分预热低碳钢管一侧,尽量降低或避免焊接温度及焊接时间等因素对焊接件质量的影响。。。。。采取上述措施后成产的焊接接头废品率大为降低。。。。。
来源：中国知网 作者：尚延伟
