無(wú)縫氣瓶水壓試驗(yàn)時(shí)瓶體開(kāi)裂的案例分析

殳 宏 浙江省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院

朱聯(lián)華 嘉興市特種設(shè)備檢測(cè)院

無(wú)縫氣瓶水壓試驗(yàn)時(shí)瓶體開(kāi)裂的案例分析

殳 宏 浙江省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院

朱聯(lián)華 嘉興市特種設(shè)備檢測(cè)院

1 外觀檢查

將開(kāi)裂的R483188氣瓶從肩部與筒體過(guò)渡位置鋸開(kāi)，然后進(jìn)行內(nèi)外表面檢查，泄漏點(diǎn)的宏觀情況如圖1所示：

圖1 R483188內(nèi)表面泄漏點(diǎn)放大圖

由圖1可以看出，在肩部弧形部?jī)?nèi)表面有一條長(zhǎng)約15mm凸出的金屬。

2 瓶體材料化學(xué)成分與力學(xué)性能試驗(yàn)

在瓶體上取化學(xué)成分分析試樣，對(duì)材料化學(xué)成分進(jìn)行分析，瓶體基本材料的化學(xué)成份滿足圖樣和ISO11439標(biāo)準(zhǔn)要求。

在瓶體上截取力學(xué)性能試樣，對(duì)材料進(jìn)行性能試驗(yàn)，瓶體的力學(xué)性能滿足圖樣和ISO11439標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 裂紋部位分析

將瓶體的裂紋部位截取下來(lái)，作成小試樣，見(jiàn)圖2所示，進(jìn)行宏觀形貌檢查、電鏡（化學(xué)成份）、金相檢驗(yàn)和非金屬夾雜物等試驗(yàn)與分析。

圖2 R483188帶裂紋小試樣（外表面）

3.1 宏觀形貌檢查

開(kāi)裂樣品的宏觀形貌見(jiàn)圖3～圖5。由宏觀形貌觀察可見(jiàn)，開(kāi)裂部位斷口不規(guī)則，在中間部位可發(fā)現(xiàn)明顯的折迭、掉塊和起層情況。

圖3 斷面形貌

圖4 側(cè)面局部1

圖5 側(cè)面局部2

3.2 電鏡分析

對(duì)帶裂紋的小試樣進(jìn)行電鏡（化學(xué)成份）分析，發(fā)現(xiàn)氣瓶外表面裂紋附近含有銅，其含量嚴(yán)重超過(guò)材料規(guī)定的含量（正常情況下，材料中含Cu＜0.04%)，見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)與分析結(jié)果

3.3 金相分析

首先對(duì)該試樣正常部位的非金屬夾雜和組織狀態(tài)進(jìn)行了檢驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2，組織形貌見(jiàn)圖6?？梢?jiàn)，正常部位非金屬夾雜A、B、C、D評(píng)級(jí)均不超過(guò)0.5級(jí)，金相組織心部和外壁為馬氏體，內(nèi)壁為鐵素體+微量珠光體。

正常部位檢驗(yàn)結(jié)果表明鋼的內(nèi)部質(zhì)量良好，氣瓶是經(jīng)過(guò)淬火處理后的，但瓶壁未淬透，內(nèi)壁表面存在脫碳現(xiàn)象。

表2 正常部位金相組織檢驗(yàn)

圖6 正常部位金相組織形貌

對(duì)正常部位的非金屬夾雜和組織狀態(tài)進(jìn)行檢驗(yàn)后，再對(duì)斷裂部位進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)存在三種典型裂紋缺陷，如圖7a所示，有單一和復(fù)合裂紋形式，且在裂紋周圍存在明顯的氧化質(zhì)點(diǎn)，見(jiàn)圖7b和7c。表明該開(kāi)裂部位在加熱過(guò)程中已經(jīng)形成氧化通道，這與原料的原始缺陷有關(guān)。

圖7 斷裂部位裂紋形貌

通過(guò)對(duì)帶裂紋的小試樣進(jìn)行金相分析，金相組織為回火索氏體，組織正常。兩個(gè)試樣裂紋附近都存在脫碳層，說(shuō)明裂紋是在熱處理之前就產(chǎn)生了。并且，R483188瓶體裂紋上還可以看到銅。結(jié)果見(jiàn)上表3。

表3 試驗(yàn)與分析結(jié)果

4 分析結(jié)論

從上面分析的結(jié)果可以看出，泄漏氣瓶的材料、力學(xué)性能、金相組織以及材料的非金屬夾雜物等，都沒(méi)有問(wèn)題，符合圖樣和ISO11439標(biāo)準(zhǔn)要求。但最關(guān)鍵的問(wèn)題是裂紋部位含有嚴(yán)重超標(biāo)銅，這是氣瓶肩部發(fā)生泄漏的根本原因，具體分析如下：

在氣瓶拔伸工序，其中一個(gè)模具是使用錫青銅制造的，在使用過(guò)程中，如果銅模具質(zhì)量不好會(huì)產(chǎn)生磨損脫落，當(dāng)瓶坯拔伸通過(guò)時(shí)，脫落的銅粉或銅塊會(huì)落到瓶坯的上部，并被碾壓到瓶坯的表面。在收口加熱時(shí)，由于加熱溫度在1130℃～1150℃，由于銅的熔點(diǎn)低，銅熔化后滲入到肩部金屬材料中，造成金屬局部開(kāi)裂（銅脆）。由于收口模板的擠壓，開(kāi)裂部位內(nèi)表面金屬受擠壓向內(nèi)呈凸出形態(tài)，外表面金屬經(jīng)補(bǔ)充后仍然呈平整形態(tài)。

經(jīng)調(diào)查核實(shí)，在該批氣瓶制造期間使用的一個(gè)銅模具存在嚴(yán)重的磨損現(xiàn)象，該銅模具可能對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響，由于開(kāi)裂發(fā)生在氣瓶厚度較厚的肩部，加上氣瓶背面檢驗(yàn)人員難以觀看。因此，因此氣瓶外觀檢驗(yàn)時(shí)不容易被發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致試壓時(shí)發(fā)生泄漏。

5 整改措施

通過(guò)對(duì)編號(hào)為R483188的氣瓶水壓試驗(yàn)時(shí)發(fā)生瓶體開(kāi)裂的案例分析，筆者根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和分析提出了引起開(kāi)裂的具體原因，并提出以下整改措施：

1）要求公司認(rèn)真檢查所使用的氣瓶制造模具，并采用另外材料制成的模具逐步更換了生產(chǎn)線上的銅模具，從根本上保證這種情況不會(huì)再次發(fā)生。

2）明確相關(guān)崗位檢驗(yàn)人員責(zé)任，加強(qiáng)瓶坯外觀質(zhì)量和氣瓶肩部外觀質(zhì)量檢查，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)進(jìn)行處理。

3）對(duì)生產(chǎn)線各崗位操作人員和檢驗(yàn)人員，而尤其是瓶坯檢驗(yàn)、收口、水壓試驗(yàn)等關(guān)鍵崗位的人員進(jìn)行培訓(xùn)和教育，并加強(qiáng)管理。

2013－10－10）