焊管加工过程中沿焊缝开裂的原因分析

20 2013 年第 36 卷第 2 期焊管加工过程中沿焊缝开裂的原因分析 陈 述 （攀钢集团研究院有限公司） 摘 要：采用金相、扫描电镜、力学和化学分析技术，结合生产工艺分析了焊管加工成汽车减震器零件过程中扁形段沿焊缝开裂的缺陷原因。通过解剖分析认为焊接接头焊接后的组织异常，硬度偏高，塑性差是焊管扁形段压扁加工沿焊缝开裂的主要原因。焊接后对焊管进行 915C 的正火处理可以改变焊接接头的组织及性能，避免焊缝在后续压扁加工过程中的开裂现象。 关键词：焊管加工；焊接；焊缝开裂；粒状贝氏体；正火 0 引言 某焊管厂用 轧板（板厚为 3.2 产的 26.5 管，在后续加工成汽车减震器零件过程中出现其扁形一段沿焊缝开裂的现象。为查找开裂原因，分别在开裂段和未开裂段切取试样，进行金相检验、压扁试验和断口观察等分析。 1 检验分析 宏观检验 某焊管后续加工零件过程中圆管段未发现开裂，但扁平段沿焊缝出现开裂现象，外貌见图 1。在扁平段截取样品后，再将试样扁平段焊缝对边管壁沿纵向锯开，发现部分样品沿裂纹自行脱开，说明裂纹已局部贯穿管壁。暴露的开裂面断口在体视显微镜下的形貌见图 2，靠管内壁侧为细晶状的平断口（图 2 下部），而靠外壁侧为韧性的撕裂断口（图 2 上部），经过测量开裂面宽度为 说明焊缝开裂后无缩颈变形，焊缝区域几乎无塑性。 图 1 焊管压扁段沿焊缝开裂的外貌 500m 图 2 开裂面形貌 析 将前述扁平段试样用超声波清洗后置于扫描电镜下观察，试样扁平段焊缝表面显示断续状、各段宽窄不一的裂纹形貌（见图3），开裂面断口形貌见图 4。图 4 下部是管内侧壁，为细晶状平断口。电镜观察显示，无论是扁平段的表面，还是断口面都没有集中分布的非金属夹杂和冶金缺陷。 图 3 裂纹的放大貌 攀 钢 技 术 21图 4 裂纹断口面的形貌 金相检验 锯取开裂的扁平段和未开裂的圆管段横向试样，样品制备后于 相显微镜下观察，沿焊缝开裂的裂纹形态见图 5，未开裂的圆管段焊缝区组织形态见图 6。开裂焊缝的裂纹产生于焊缝中间，管内外壁焊缝端部发现有粗晶区（见图 7） 。焊缝组织全部都是粒状贝氏体组织（见图 8），而母材都是铁素体+ 少量珠光体。检验开裂管段和圆管段上截取的轧向试样，非金属夹杂分散分布极稀少。 图 5 沿焊缝开裂的裂纹形态 图 6 未压扁段的焊缝形态 20 开裂管段焊缝大晶粒区 20 开裂管段焊缝组织 力学检验 显微硬度测量 在开裂管段切取横向试样，抛光并浅腐蚀后，测定其显微硬度（，结果如下：基体， 影响区， 缝， 微硬度测量结果表明，焊缝组织硬度明显高于基体组织。 从未开裂的管段切取横向试样，进行 915C 正火处理，保温时间 5正火后的试样制备成金相试样，其组织为晶粒细小的铁素体+ 少量珠光体。测定 915C 正火处理后试样的显微硬度（，结果如下：基体， 影响区， 缝， 9 为显微硬度测试的结果对比。 500影响区 焊缝原始试样正火处理后的试样500 显微硬度测试的结果 22 2013 年第 36 卷第 2 压扁试验 将未开裂段切取的横向试样，在压力机上缓慢地加载压扁（焊缝位置在压扁面的中心） ，然后检查焊缝及侧边未见开裂。正火处理后试样用同样的方法压扁后，也未发现焊缝及侧边开裂。这种侧面压扁试验，试件的两边被压，而另外两边未受约束，最可能开裂的部位在不加约束的两边表面。压扁试验表明: 开裂管的原始圆管段未开裂，说明材料具有足够的韧性；正火处理后的试样压扁试验不开裂，则说明正火处理后的材料仍然具有足够的韧性可以进行扁形段加工1。 化学成分分析 从开裂管段上切取的样品，经直读光谱分析的化学成分结果见表 1。由于该钢号暂时无国家标准规定，因此以宝钢企业标准2中规定的学成分值作比较。成分分析结果显示，开裂管的材质满足宝钢企业标准的要求，这说明开裂原因与试样的化学成分无关。 表 1 开裂管的化学成分 % 项目 C n P S 开裂管试样 钢企业标准值 开裂原因分析 焊管制件开裂发生在扁平段的加工过程中，沿裂纹暴露的断口面内壁侧显示出细晶状断口形貌，外壁侧为撕裂的韧性断口。这种断裂形貌说明开裂起源于内壁，而后向外壁方向扩展。根据焊管压扁过程中的受力分析可知，在扁平面加工开始变形时内壁位置的拉应力最大，随着两个扁平面趋于平行，拉应力减小，因此形成细晶状断口和撕裂断口两部分。一般的高频焊管生产线，在焊接之后有退火或者正火处理消除焊接接头的淬硬组织。但金相分析显示焊缝全部为贝氏体组织，说明送检试样在焊接完成后未经正火处理。显微硬度测试结果表明这种组织的硬度比母材（铁素体+ 少量珠光体）高，其相应的强度也高，但韧性会降低，整个焊接接头部分因此塑性不足，此处是焊管在后续压扁加工过程中沿焊缝开裂的主要原因。焊缝两端（即内、外壁）出现粗晶区，强度低、韧性差则会成为压扁过程中的起裂点3 通过实验室所做的热处理试验及相关的检验工作可知：焊管焊接后进行 915,5，提高焊缝的塑性。 3 结论及建议 1）焊管压扁段的开裂是因为焊接后未进行相应的热处理，焊接接头组织异常、硬度偏高，塑性差。在压扁加工过程中，焊缝内侧壁在拉应力作用下，沿薄弱的粗晶区开裂。 2）焊管焊接后增加 915C 左右的正火处理即可以消除焊接接头部位的异常组织，同时可以降低母材和焊缝的硬度差异，提高焊缝的塑性。 3）扁平段加工过程中，管内壁金属紧贴在芯棒上延伸，润滑剂和加工速度的选择以及芯棒间隙（公差）的配合都对成功成型起重要作用。因此，生产前需进行试验性加工扁平段，以调整焊接技术及热处理工艺，确定最佳的工艺配合。 参考文献： 1 吴凤梧. 国外高频直缝焊管生产M. 冶金工业出版社,1985:354,3922 Q/.