原創(chuàng)失效分析案例

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1、銅管焊接彎頭開裂分析（王春亮龔應時李晉孫浩上海材料研究所200437）[摘要]利用光學金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡、電子能譜儀等方法對開裂銅管焊接彎頭進行失效分析，發(fā)現(xiàn)該銅管焊接彎頭久置于腐蝕性介質(zhì)屮，當在腐蝕坑處應力集小，便產(chǎn)生了開裂失效。同吋，還發(fā)現(xiàn)該工件在彎制時易形成微裂紋。關鍵詞：銅管彎頭，腐蝕，開裂失效.ANALYSEONTHECRACKSOFTHEBRASS-PIPE-ELBOW（ChunliangWang,YingshiGong,JinLi,HaoSun,Shanghairesearchinstituteofmaterials200437）[Abstract]Bymean

2、sofusingoptical-microscope,SEMandEDSetconanalyzethecrackofbrass-pipc-cross,wefoundthereasonofthefailure.Ithadbeenerodedwhenitdipincorrosivc-mcdium.Andwhenthestressconcentrateontheerodedholes,therearccracksbyfatigue.Aswellwefoundlittlecracksonthecrossofthenewsection.Keywords:brass-pipe-elbow,ero

3、ding,cracks.1.引言有i銅管焊接彎頭配件，埋于地下約10mm深處，便用約兩年以后，發(fā)現(xiàn)該彎頭R角處出現(xiàn)開裂漏水現(xiàn)象。但是這樣的銅管造成開裂的可能性冇許多種，譬如：銅管彎頭材料中有較多夾雜物使得在彎制時導致開裂；環(huán)境腐蝕性強使銅管彎頭受腐蝕后引起腐蝕開裂；安裝不當，水流通過時的微震動引起疲勞導致開裂等。為了杳明木丁件開裂的原因，我們采用光學金相、掃描電子顯微鏡（SEM）、電子能譜儀（EDS）等多種方法，針對具體材料及其工作環(huán)境作全面分析，從而防止以后故障的發(fā)生。2.檢驗及分析2」宏觀斷口分析經(jīng)肉眼和低倍放人鏡仔細觀察已鋸下的漏水彎頭，發(fā)現(xiàn)彎頭焊接管表面存在殘余水泥痕跡，銅管

4、表面顏色呈暗銅色，漏水部位處于彎頭的R角，在R角位置存在一條長約24mm的裂縫，在裂縫上有一個菱形孔，菱形孔底部有一個較新的銅亮點，在裂紋周圍有一些不規(guī)則的凹坑。裂縫離彎頭內(nèi)接管的最短距離約6mm,將彎頭上裂縫打開成斷口，斷口顏色呈暗灰色，近外壁斷口上有裂紋擴展臺階，裂紋擴展指向內(nèi)壁，整個斷口較為平整，無明顯塑性變形，該斷口屬脆性斷口；在彎頭銅管內(nèi)壁有銅綠色的腐蝕產(chǎn)物。從裂紋的擴展形式及表面堆積的腐蝕產(chǎn)物，可初步認為該銅管焊接彎頭開裂與環(huán)境腐蝕性介質(zhì)作用有關。2.2掃描電子顯微鏡分析將斷口試樣査于XL-30fl描電鏡下觀察，圖1（5582）是斷口低倍掃描電鏡照片，從圖屮看出外捲斷口有

5、許多相互平行的臺階，裂紋萌生于腐蝕坑底部。由此可見該斷口屬多元開裂件。圖2(5555)是裂源的掃描電鏡照片，山圖看出斷口裂源及斷口上的裂紋處于外壁凹坑處，斷口上覆蓋有較多腐蝕產(chǎn)物，斷口微觀形貌為疲勞條紋特征和解理及沿晶斷口特征，說明該斷口的斷裂機制為疲勞+穿沿晶混合斷裂(圖3-5)(5571/5585/556刃。在內(nèi)壁斷口處可觀察到較為連續(xù)的腐蝕坑及內(nèi)壁較厚的腐蝕產(chǎn)物(圖6)(5620),外壁裂紋擴展至近內(nèi)壁的疲勞條紋特征。斷口在最示斷裂區(qū)呈韌貢特征。銅管焊接彎頭外壁表而有明顯的擦傷痕跡。由以上斷口分析町發(fā)現(xiàn)該斷口開裂是由于外界腐蝕引起的多處裂紋源，在使用中因周期性應力作用，推進了裂

6、源以腐蝕和應力共同作用向詢延伸擴展，在斷口上的形貌為穿品+沿晶特征，最終由于管了承受的壓力超過可承載能力導致一次性斷裂，在瞬斷區(qū)表現(xiàn)為韌窩特征,即為最后撕裂區(qū)O[1]2.3金相檢驗2.3.1開裂銅管彎頭金相檢驗取斷口裂源剖面試樣，經(jīng)鑲嵌解拋及化學試劑侵蝕后在顯微鏡下觀察，圖7(figl7)是斷口剖而組織照片，從圖中看出斷口剖而以穿品為主，有少量二次裂紋。在試樣外壁表面有許多和互平行的裂紋，裂紋萌生于腐蝕坑底部，裂紋以穿晶為主，但也有穿晶+沿晶的混合型皿力腐蝕特征，最深的一條裂紋長約0.4mm,在試樣內(nèi)壁表面有許多腐蝕坑越靠近斷口處腐蝕坑越大，在斷口剖而上的腐蝕坑長度約為0.36nim

7、，試樣基體組織為單相a銅。同時，在外壁表而還觀察到機械損傷處，這些損傷痕跡易成為三向應力集中點，引起應力集中開裂，圖8(fig21)是彎頭焊管裂縫中損傷處的剖面組織，在孔壁邊緣鮫心部有形變現(xiàn)象，說明邊緣受外力所致。從整個斷口剖而看，外壁裂紋源及裂紋擴展區(qū)占?整個斷口截而的2/3,由此可知該斷口是在較長的服役吋間里，腐蝕性介質(zhì)和周期性小應力長期作用下引起的。2.3.2新銅管彎頭金相檢驗収新管彎頭R角部位(與開裂管相同處)剖而試樣，經(jīng)鑲嵌磨拋后在顯微鏡下觀察，