钢管焊接开裂失效分析

钢管焊接弯头开裂失效分析

（温乐鹏）

[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，还发现该工件在弯制时易形成微裂纹。

关键词：铜管弯头，腐蚀，开裂失效分析.

ANALYSE ON THE CRACKS OF THE BRASS-PIPE-ELBOW

（ｗｅｎｌｅｐｅｎｇ）

[Abstract]By means of using optical-microscope, SEM and EDS etc on analyze the crack of brass-pipe-cross, we found the reason of the failure.It had been eroded when it dip in corrosive-medium. And when the stress concentrate on the eroded holes ,there are cracks by fatigue .As well we found little cracks on the cross of the new section.

Key words: brass-pipe-elbow, eroding, cracks.

1.引言

有一铜管焊接弯头配件，埋于地下约10mm深处，使用约两年以后，发现该弯头R角处出现开裂漏水现象。但是这样的铜管造成开裂的可能性有许多种，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，我们采用光学金相、扫描电子显微镜（SEM）、电子能谱仪（EDS）等多种方法，针对具体材料及其工作环境作全面分析，从而防止以后故障的发生。

2.检验及分析

2.1 宏观断口分析

经肉眼和低倍放大镜仔细观察已锯下的漏水弯头，发现弯头焊接管表面存在残余水泥痕迹，铜管表面颜色呈暗铜色，漏水部位处于弯头的R角，在R角位置存在一条长约24mm的裂缝，在裂缝上有一个菱形孔，菱形孔底部有一个较新的铜亮点，在裂纹周围有一些不规则的凹坑。裂缝离弯头内接管的最短距离约6mm，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。

从裂纹的扩展形式及表面堆积的腐蚀产物，可初步认为该铜管焊接弯头开裂与环境腐蚀性介质作用有关。

2.2 扫描电子显微镜分析

将断口试样置于XL-30扫描电镜下观察，图1（5582）是断口低倍扫描电镜照片，从图中看出外壁断口有许多相互平行的台阶，裂纹萌生于腐蚀坑底部。由此可见该断口属多元开裂件。图2（5555）是裂源的扫描电镜照片，由图看出断口裂源及断口上的裂纹处于外壁凹坑处，断口上覆盖有较多腐蚀产物，断口微观形貌为疲劳条纹特征和解理及沿晶断口特征，说明该断口的断裂机制为疲劳+穿沿晶混合断

裂（图3－5）(5571/5585/5569)。

在内壁断口处可观察到较为连续的腐蚀坑及内壁较厚的腐蚀产物（图6）（5620），外壁裂纹扩展至近内壁的疲劳条纹特征。断口在最后断裂区呈韧窝特征。铜管焊接弯头外壁表面有明显的擦伤痕迹。

由以上断口分析可发现该断口开裂是由于外界腐蚀引起的多处裂纹源，在使用中因周期性应力作用，推进了裂源以腐蚀和应力共同作用向前延伸扩展，在断口上的形貌为穿晶+沿晶特征，最终由于管子承受的压力超过可承载能力导致一次性断裂，在瞬断区表现为韧窝特征，即为最后撕裂区。[1]

2.3 金相检验

2.3.1 开裂铜管弯头金相检验

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7（fig17）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，但也有穿晶+沿晶的混合型应力腐蚀特征，最深的一条裂纹长约0.4mm，在试样内壁表面有许多腐蚀坑越靠近断口处腐蚀坑越大，在断口剖面上的腐蚀坑长度约为0.36mm，试样基体组织为单相α铜。同时，在外壁表面还观察到机械损伤处，这些损伤痕迹易成为三向应力集中点，引起应力集中开裂，图8（fig21）是弯头焊管裂缝中损伤处的剖面组织，在孔壁边缘较心部有形变现象，说明边缘受外力所致。

从整个断口剖面看，外壁裂纹源及裂纹扩展区占整个断口截面的