20G變徑管接頭裂紋分析與研究

吳海青

(太原工業(yè)學(xué)院 機(jī)械工程系，山西 太原 030008)

1 研究背景

一批碳鋼集箱在進(jìn)行工作壓力1.5倍、保壓5 min[1]的水壓試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)某個(gè)集箱的兩個(gè)20G變徑管接頭處有漏水現(xiàn)象，隨后對(duì)這兩個(gè)變徑管接頭進(jìn)行滲透無損檢測，著色后出現(xiàn)沿變徑管徑向方向的裂紋。最后對(duì)未安裝的剩余400件變徑管接頭進(jìn)行滲透無損檢測，均未發(fā)現(xiàn)缺陷。

與外協(xié)廠溝通得知該批變徑管接頭采用熱壓工藝壓制，生產(chǎn)工藝為：20G鋼管入廠檢驗(yàn)→鋸床下料→去除毛刺→坡口倒角→燃?xì)鉅t加熱→模壓→自然風(fēng)冷→除銹→機(jī)加工→尺寸檢測→無損檢測。

集箱20G變徑管接頭位置示意圖如圖1所示,出現(xiàn)裂紋的兩個(gè)變徑管接頭兩側(cè)均有焊接筋板且裂紋均沿變徑管徑向方向，因此可以斷定裂紋產(chǎn)生的原因是一致的。為了查明缺陷的性質(zhì)和產(chǎn)生的原因，抽取其中一件進(jìn)行檢測和分析，以便與外協(xié)制造廠溝通，進(jìn)而避免類似失效現(xiàn)象的再次發(fā)生。

圖1 集箱20G變徑管接頭布置示意圖

2 理化檢測

2.1 試樣制備

對(duì)其中一個(gè)變徑管接頭的裂紋部位取化學(xué)、金相試樣，編號(hào)為化1、金1、金2、金3,變徑管接頭裂紋部位取樣示意圖如圖2所示。

圖2 20G變徑管接頭裂紋部位取樣示意圖

2.2 化學(xué)成分分析

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T4336—2016[2]，采用ARL3460火花發(fā)射光譜儀對(duì)化1試樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，分析結(jié)果見表1。試樣的化學(xué)成分均符合產(chǎn)品技術(shù)條件要求。

表1 化學(xué)成分分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

2.3 金相分析

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T13298—2015[3]和GB/T6394—2017[4]，采用ZEIZZ AXIO光學(xué)顯微鏡對(duì)金1、金2和金3試樣顯微組織進(jìn)行檢測，并對(duì)晶粒度進(jìn)行評(píng)定，檢測結(jié)果見表2和如圖3～圖5所示。

由表2和圖3可知：金1號(hào)試樣存在穿晶裂紋及沿晶裂紋，裂紋左側(cè)的金相組織為鐵素體+珠光體+魏氏，為完全正火恢復(fù)階段但未到再結(jié)晶階段，平均晶粒度等級(jí)為8級(jí)；右側(cè)的金相組織為鐵素體+顆粒碳化物，為Ac1～Ac3不完全相變組織，平均晶粒度等級(jí)為6級(jí)。

圖3 金1號(hào)試樣金相組織

由表2和圖4、圖5可知：金2、金3號(hào)試樣金相組織均為鐵素體+珠光體，為20G正常組織即Ac3再結(jié)晶階段，平均晶粒度等級(jí)為7級(jí)。

表2 顯微組織及平均晶粒度檢測結(jié)果

圖4 金2號(hào)試樣金相組織(100×) 圖5 金3號(hào)試樣金相組織(100×)

2.4 硬度試驗(yàn)

依據(jù)GB/T231.2—2012[5]采用Wilson BH3000布氏硬度儀對(duì)金1(左、右側(cè))、金2、金3試樣進(jìn)行硬度測試，選用2.5 mm硬質(zhì)合金壓頭，測量力值為187.5 kg，試驗(yàn)結(jié)果見表3。均符合DL/T438—2016[6]附錄C電站常用金屬材料硬度值。

表3 硬度測試結(jié)果

3 結(jié)論

(1)由金1、金2、金3號(hào)試樣顯微組織可知(見表2)，存在裂紋的變徑管金相組織存在三種熱過程組織，說明變徑管在燃?xì)鉅t內(nèi)受熱不均勻(與變徑管在爐內(nèi)的擺放位置有關(guān))，導(dǎo)致鋼管在模壓過程中未能形成理想組織。

(2)焊接筋板會(huì)對(duì)20G變徑管薄弱的金相組織產(chǎn)生二次應(yīng)力，導(dǎo)致產(chǎn)生了穿晶、沿晶裂紋。

(3)建議對(duì)庫中滲透檢測未發(fā)現(xiàn)裂紋的20G變徑管進(jìn)行正火處理，使組織恢復(fù)正常。