壓縮機(jī)外殼漏氣分析

供稿|王魯寧，王旭生，張楠 / WANG Lu-ning, WANG Xu-sheng, ZHANG Nan

內(nèi)容導(dǎo)讀

熱軋低碳鋼酸洗板制作的壓縮機(jī)外殼出現(xiàn)了并不常見的漏氣現(xiàn)象。文章根據(jù)密閉性檢查的結(jié)果，對殼體上切割漏氣部位的試樣進(jìn)行光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡分析。壓縮機(jī)外殼的外表面有深度約為600 μm的疑似裂紋，且形貌較為規(guī)則，未形成貫穿性裂紋，不會造成漏氣，判斷疑似裂紋為外物劃傷或硌印。焊縫位置存在幾乎貫穿的主裂紋以及多個(gè)微裂紋，漏氣可能是由焊縫處焊點(diǎn)位置的主裂紋和微裂紋鏈接貫穿造成，也可能是主裂紋直接貫穿造成。

熱軋酸洗板以其良好的表面質(zhì)量和穩(wěn)定的性能在家電壓縮機(jī)外殼領(lǐng)域具有很大的優(yōu)勢，而壓縮機(jī)外殼需要較大的沖壓變形，生產(chǎn)應(yīng)用中采用的典型鋼種有SPHE、SPHD。梁小偉[1]研究認(rèn)為超低碳和鈦等微合金化鋼(IF鋼)有利于獲得更好的深沖性能。在制作壓縮機(jī)外殼的過程中會出現(xiàn)凸耳、漏氣等問題，伍世鵬等[2]研究了生產(chǎn)壓縮機(jī)上殼體的熱軋酸洗板在拉深成形中出現(xiàn)的凸耳不均勻問題，根據(jù)不同的厚向異性系數(shù)能較準(zhǔn)確地預(yù)測凸耳值。

熱軋酸洗板制作壓縮機(jī)外殼出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象并不多見。文章根據(jù)密閉性檢查的結(jié)果，在殼體上切割漏氣部位的試樣，在光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡下觀察漏氣位置的微觀形貌，發(fā)現(xiàn)焊縫處有一條主裂紋和多條微裂紋，漏氣現(xiàn)象是由這些裂紋引起的。

漏氣試樣形貌

熱軋低碳鋼制作壓縮機(jī)外殼，經(jīng)組裝后進(jìn)行打壓浸水檢測密閉性，壓力為3.2×106Pa，浸水后發(fā)現(xiàn)一個(gè)制件有一處出現(xiàn)明顯氣泡泄漏的現(xiàn)象，如圖1(a)所示。

隨后對漏氣部分進(jìn)行切割取樣，取下的弧形試樣內(nèi)表面焊點(diǎn)處的形貌如圖1(b)所示。從圖1(b)可以看到，焊點(diǎn)處有焊絲填入，并且由于溫度較高，在焊點(diǎn)周圍形成較大的圓形熱影響區(qū)。

采用線切割將試樣沿漏氣的焊點(diǎn)中心和疑似漏氣位置切開，檢測有漏氣現(xiàn)象的鋼管內(nèi)表面焊點(diǎn)如圖1(c)所示。圖1(d)為對應(yīng)的外表面形貌。

外弧經(jīng)輕微打磨，出現(xiàn)一處短線狀裂口，由于未觀察到肉眼可見的裂紋，裂口設(shè)定為疑似裂紋。采用線切割，沿著經(jīng)過焊點(diǎn)中心的疑似裂紋的垂直線進(jìn)行切割，切開后焊點(diǎn)掉落，如圖2所示。從焊點(diǎn)掉落的形貌看，焊點(diǎn)圓形缺口整齊，底部有高低臺階，焊點(diǎn)掉落說明該位置可能因焊接聯(lián)接不牢固而導(dǎo)致開裂。

圖1 壓縮機(jī)外殼漏氣及漏氣試樣形貌

生產(chǎn)工藝反查

通過漏氣壓縮機(jī)外殼的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，查詢鋼卷編號，根據(jù)鋼卷編號在生產(chǎn)系統(tǒng)中反查生產(chǎn)工藝執(zhí)行情況。生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示，鋼卷從煉鋼到熱軋、酸洗，未出現(xiàn)質(zhì)量波動，各項(xiàng)工藝參數(shù)控制穩(wěn)定 (表1)，可以排除因生產(chǎn)質(zhì)量問題而引起漏氣。

微觀形貌分析

根據(jù)反饋的信息和試樣的狀態(tài)，對切割后的試樣圍繞焊點(diǎn)、熱影響區(qū)和疑似裂紋利用金相和掃描電鏡進(jìn)行微觀形貌分析。金相試樣與掃描電鏡試樣分別為切割線兩側(cè)的試樣。

金相分析

疑似裂紋位于熱影響區(qū)，金相觀察發(fā)現(xiàn)疑似裂紋的橫斷面呈現(xiàn)出極為規(guī)則的形貌，如圖2(a)所示。疑似裂紋的深度約為600 μm，裂口方向與表面夾角約為60°，裂口周圍組織均勻。母材的組織為多邊形鐵素體，如圖2(b)所示。焊縫為上貝氏體和鐵素體組織，如圖2(c)所示。熱影響區(qū)為粒狀貝氏體和鐵素體組織，如圖2(d)所示。

表1 制作壓縮機(jī)外殼使用的熱軋酸洗板化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)和力學(xué)性能

圖2 疑似裂紋橫斷面、母材、焊縫、熱影響區(qū)組織的形貌

焊點(diǎn)掉落后底部凹凸不平，在光學(xué)顯微鏡下，焊點(diǎn)掉落的底部存在裂紋，如圖3所示。從圖中可以看出，焊點(diǎn)掉落后，鋼板的厚度約為1400 μm，主裂紋長達(dá)1200 μm，附近有較多微裂紋，且裂紋沿上貝氏體和鐵素體晶界開裂、延伸擴(kuò)展。從漏氣現(xiàn)象可以推斷出裂紋可能是由主裂紋和微裂紋鏈接貫穿，也可能是主裂紋直接貫穿，由于金相試樣僅能看到一個(gè)截面，沒有找到貫穿性裂紋。

圖3 焊點(diǎn)掉落處裂紋形貌

掃描電鏡分析

選取母材和焊點(diǎn)處對可能引起裂紋的因素進(jìn)行微觀分析，如圖4所示，對應(yīng)的化學(xué)成分如表2所示。母材中發(fā)現(xiàn)有斷續(xù)圓點(diǎn)狀非金屬夾雜物，其化學(xué)成分為Al2O3；“焊點(diǎn)1”、“焊點(diǎn)2”、“焊點(diǎn)3”含有大量的硅、鈦和錳，其中硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)15.04%～ 25.51%，鈦質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.98%～10%，錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)15.89%～25.66%；氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)37.74%～47.01%，含有少量的鋁和極少量硫。鋼板的硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.012%、錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.18%，且沒有添加鈦，焊點(diǎn)掉落處的硅、鈦和錳含量極高，這與焊接時(shí)焊絲的硅、鈦和錳含量高有關(guān)。

圖4 母材、焊點(diǎn)的掃描電鏡圖

表2 母材、焊點(diǎn)化學(xué)成分 (質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

裂紋成因分析

制作壓縮機(jī)外殼的熱軋酸洗鋼板母材的組織為多邊形鐵素體，而該組織適合沖壓成形，適合用于制作壓縮機(jī)外殼。

(1) 根據(jù)疑似裂紋的形貌觀察和組織檢測，疑似漏氣的裂紋的深度約為600 μm，裂口較為規(guī)則，沒有貫穿鋼板造成漏氣的可能，不是真正的裂紋，推斷為外物劃傷或硌印所致。

(2) 根據(jù)缺陷試樣的檢測結(jié)果，母材含有一定的氧化鋁夾雜物，以圓球狀斷續(xù)分布；焊點(diǎn)位置的檢測均含有氧化鋁，說明氧化鋁的分布較為均勻，沒有集中分布。焊點(diǎn)1、焊點(diǎn)2和焊點(diǎn)3三個(gè)位置的檢測均發(fā)現(xiàn)化學(xué)成分含量占比高的硅、鈦和錳含量，說明在焊點(diǎn)周圍，焊絲與鋼有熔合現(xiàn)象，焊絲中的硅、鈦和錳向鋼中擴(kuò)散。

(3) 裂紋位于焊點(diǎn)處最薄位置、預(yù)制孔內(nèi)臺階的最深位置，冷卻效果最差，焊接時(shí)無法及時(shí)冷卻，易形成上貝氏體組織。焊接后，焊縫處的組織為上貝氏體和鐵素體組織，熱影響區(qū)為粒狀貝氏體和鐵素體組織，由于組織差異較大，在焊縫區(qū)域形成了應(yīng)力集中，形成裂紋，并沿上貝氏體和鐵素體晶界擴(kuò)展，從而形成貫穿性的宏觀裂紋。

結(jié)束語

(1) 排除疑似裂紋漏氣，推斷疑似裂紋可能為外物劃傷或硌印所致。

(2) 焊縫試樣采用線切割分切時(shí)焊點(diǎn)掉落，焊接時(shí)鋼板和焊絲完好的熔合。

(3) 焊縫位置存在幾乎貫穿的主裂紋以及多個(gè)微裂紋，漏氣可能是由主裂紋和微裂紋鏈接貫穿造成，也可能是主裂紋直接貫穿造成。

《濾》徐 熒