談熱水器內(nèi)膽水壓疲勞試驗(yàn)開裂原因范文

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摘要:某廠生產(chǎn)的熱水器內(nèi)膽，在進(jìn)行水壓疲勞試驗(yàn)時(shí)，多次發(fā)生直焊縫開裂漏水事件。通過對(duì)熱水器內(nèi)膽裂紋的檢測(cè)與分析，結(jié)果表明，焊縫與基體夾角處存在較大應(yīng)力集中是導(dǎo)致斷裂產(chǎn)生的主要原因。

關(guān)鍵詞:熱水器內(nèi)膽;裂紋;應(yīng)力集中

熱水器內(nèi)膽是熱水器的主體部件，作為儲(chǔ)水并將水在其內(nèi)進(jìn)行加熱的容器，由于水的反復(fù)進(jìn)出及加熱冷卻，內(nèi)膽將長(zhǎng)期處于一個(gè)壓力變化的環(huán)境之中工作。因此，生產(chǎn)廠在生產(chǎn)熱水器內(nèi)膽時(shí)，將會(huì)進(jìn)行水壓疲勞試驗(yàn)，通過以一定的頻率改變熱水器內(nèi)膽內(nèi)的水壓，來檢測(cè)熱水器內(nèi)膽的承壓能力。某廠生產(chǎn)的熱水器內(nèi)膽，采用三段式埋弧焊接，產(chǎn)品焊縫示意圖見圖1，每個(gè)內(nèi)膽上有直焊縫一條，弧形焊縫兩條，在進(jìn)行水壓疲勞試驗(yàn)時(shí)，多次發(fā)生直焊縫開裂漏水事件。本文通過對(duì)熱水器內(nèi)膽裂紋的檢測(cè)與分析，探討熱水器水壓疲勞試驗(yàn)開裂的主要原因。

1取樣及試驗(yàn)方法

觀察焊縫裂紋區(qū)域，可見焊縫一側(cè)存在長(zhǎng)度約100mm左右的裂紋。在焊縫開口最大處取1#試圖1熱水器內(nèi)膽焊縫示意圖圖2取樣示意圖樣，在臺(tái)式鉗上壓斷，用以觀察斷口形貌。在焊縫裂紋區(qū)域以線切割加工的方式切取兩塊金相試樣，用以從截面觀察焊縫裂紋形貌及裂紋附近組織形態(tài)。在遠(yuǎn)離焊縫處切取4#、5#試樣，分別用以進(jìn)行化學(xué)成分分析和拉伸力學(xué)性能檢驗(yàn)。取樣示意圖見圖2。

2試驗(yàn)結(jié)果與分析

2．1化學(xué)成分化學(xué)成分分析結(jié)果見表1，未見異常。

2．2拉伸力學(xué)性能拉伸力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果見表2，該熱水器內(nèi)膽的力學(xué)性能符合產(chǎn)品要求。

2．3斷口觀察用掃描電鏡對(duì)1#裂紋壓斷斷口進(jìn)行觀察，斷裂源于熱水器內(nèi)膽外側(cè)面，如圖3(a)所示。斷裂源區(qū)斷口形貌為脆性準(zhǔn)解理，未見夾雜等缺陷，如圖3(b)所示。斷裂擴(kuò)展區(qū)為脆性疲勞斷口形貌，可見明顯的疲勞輝紋，如圖3(c)所示。斷口顯示，裂紋是在熱水器內(nèi)膽外表面形成后，內(nèi)膽中不斷變化的水壓周期性的改變裂紋兩側(cè)的應(yīng)力，使裂紋以疲勞斷裂的方式不斷向熱水器內(nèi)表面擴(kuò)展的。

2．4金相檢驗(yàn)將2#和3#試樣鑲嵌后，用240#—600#—1200#水磨氧化鋁砂紙磨平后拋光，并用4%硝酸酒精浸蝕后，觀察焊縫、裂紋形態(tài)及試樣各處組織。圖4(a)、4(b)為2#試樣焊縫低倍及裂紋，圖5(a)、5(b)為3#試樣焊縫低倍及裂紋，兩個(gè)試樣的裂紋均位于一側(cè)焊肉與基板連接處，而另一側(cè)則未見裂紋。裂紋所在的連接處，其焊肉余高與基板之間夾角與未見裂紋一側(cè)相比，均顯得更加尖銳，此處更易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。此外，從裂紋與焊縫的位置關(guān)系來看，我們還可以發(fā)現(xiàn)，裂紋起源于焊縫與熱影響區(qū)的交界處，如圖6所示。焊縫處組織為鐵素體+貝氏體+少量珠光體，如圖7所示，熱影響區(qū)組織為鐵素體+珠光體+少量貝氏體，如圖8所示。裂紋兩側(cè)組織存在明顯差異，此處會(huì)產(chǎn)生一定的組織應(yīng)力。試樣基體組織為鐵素體+少量珠光體+少量滲碳體，未見異常組織。

3討論分析

由以上檢驗(yàn)結(jié)果可見，該熱水器內(nèi)膽的化學(xué)成分、力學(xué)性能均符合產(chǎn)品要求，基體金相組織亦未見異常。斷裂源于焊肉與基體交界處，此處也是焊縫與熱影響區(qū)的交界處，因此這里存在由焊縫與熱影響區(qū)組織差異帶來的組織應(yīng)力，并且當(dāng)熱水器內(nèi)膽在水壓疲勞試驗(yàn)過程中，受到水壓膨脹作用力時(shí)，在焊肉與基體所構(gòu)成的尖角處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，因此該處屬于應(yīng)力高度集中區(qū)域。當(dāng)該處應(yīng)力超出材料所能承擔(dān)的范圍時(shí)，就會(huì)形成裂紋源，并在周期變化的水壓驅(qū)動(dòng)下，形成疲勞裂紋擴(kuò)展。

4結(jié)語(yǔ)

該熱水器屬于應(yīng)力疲勞斷裂，焊縫與基體夾角處存在較大應(yīng)力集中是導(dǎo)致斷裂產(chǎn)生的主要原因。

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作者：楊崢 李進(jìn) 牟祖茂 宋祖峰 單位：馬鋼股份公司技術(shù)中心