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摘要：本文通過對某換熱器膨脹節(jié)制造過程中產(chǎn)生裂紋的原因分析:在沒有外載的情況下,膨脹節(jié)產(chǎn)生裂紋的主要原因是制造過程中沒有很好地執(zhí)行工藝,同時也說明了對膨脹節(jié)制造過程應(yīng)加強質(zhì)量控制的必要性,。 中 關(guān)鍵詞：換熱器 膨脹節(jié) 裂紋 質(zhì)量控制 1、引言 某單位制造了一臺帶有膨脹節(jié)的換熱器,在膨脹節(jié)與筒體連接的對接焊縫焊完后不久,即在焊縫熱影響區(qū)發(fā)現(xiàn)了一條300mm長的貫穿裂紋,。在修補該裂紋時,裂紋又沿著周向擴展到大約960mm長。針對該膨脹節(jié)的焊縫產(chǎn)生裂紋的現(xiàn)象,我們做了必要的試驗并對可能造成裂紋產(chǎn)生的各個環(huán)節(jié)進行了分析。 2,、試驗與分析 2.1 膨脹節(jié)的材料 經(jīng)過審查膨脹節(jié)殼體材料的質(zhì)量證明書和檢驗記錄,確定其材料為Q345R,經(jīng)過具體的理化性能試驗看出,原材料質(zhì)量證明書上的化學(xué)成份與復(fù)驗的化學(xué)成份基本相同,說明材料沒有用錯,但是材料的力學(xué)性能出入較大,尤其是沖擊功數(shù)據(jù)。 2.2 硬度測定 對膨脹節(jié)的母材及焊縫熱影響區(qū)做了硬度（HB）測定,結(jié)果顯示,焊縫熱影響區(qū)的硬度大于母材的硬度,說明焊縫熱影響區(qū)由于淬火作用而發(fā)生硬化,這使得初始裂紋頂端附近的斷面韌性下降,對斷裂強度影響很大,。 2.3 膨脹節(jié)的壓型制造 該膨脹節(jié)的成型方法是用一個圓環(huán)整體壓制而成,。制造工藝過程要求:先將圓環(huán)加熱,翻內(nèi)孔（即φ819mm的孔）,然后把下模翻轉(zhuǎn),下面朝上,冷壓圓環(huán)外孔（即φ1186mm的孔）,成型后進行正火處理。 經(jīng)核查,該膨脹節(jié)制造時沒有完全執(zhí)行制造工藝,而是先冷壓,在壓制過程中胎具破裂,就直接用火焰加熱壓制,由于火焰加熱的時間及溫度很難控制,壓制后又沒有經(jīng)過正火處理,致使其產(chǎn)生了較大的熱應(yīng)力,、組織應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力,這些殘余應(yīng)力應(yīng)是導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生的主要原因,。 2.4 膨脹節(jié)的焊接工藝 膨脹節(jié)與筒體組焊的焊接工藝為:采用手工電弧焊,焊條為E5015（結(jié)507）、φ3.2mm,焊接電流為90～130A,焊接電壓為22～28V,焊接速度控制在150～250mm/min[3],。 2.5 斷口分析 裂紋產(chǎn)生在膨脹節(jié)上,距焊縫熔合線2mm左右,斷口附近的材料沒有明顯的變形,斷口平齊,具有明亮的光澤,呈晶狀斷口,這表明為脆性斷裂,。 2.6 金相分析 經(jīng)對膨脹節(jié)裂紋處進行金相分析。其金相組織為珠光體和少量的鐵素體,晶粒度為5級,并有0.5級硫化物及1.5級氧化物夾雜物,。從顯微組織可以看出,該處是過熱組織,晶粒有長大傾向,并產(chǎn)生少量魏氏體組織,該組織的出現(xiàn)使材料的塑性和韌性顯著下降,根據(jù)cottrell理論[1]提出的臨界條件: σf≥2μrd-1/2/ksy (1) 式中:σf—斷裂臨界應(yīng)力;μ—剪切彈性模量;r—表面能;d—晶粒尺寸,晶粒度; ksy—與晶粒度有關(guān)的材料常數(shù),代表一個晶粒屈服之后,使鄰近晶粒屈服所需增加的剪應(yīng)力量,。 從以上分析可以看出,當其它條件不變時,隨晶粒尺寸d的增大,斷裂臨界應(yīng)力σf下降,因而發(fā)生脆性斷裂危險增加。 2.7 膨脹節(jié)焊接的殘余應(yīng)力分析 膨脹節(jié)的直徑與壁厚之比較大,其環(huán)縫中的應(yīng)力分布與平板對接相類似,即焊縫區(qū)會發(fā)生軸向縮短和周向收縮,從而引起剪力Q和彎矩M增大,其結(jié)果是使膨脹節(jié)中產(chǎn)生軸向的殘余應(yīng)力σx及周向的殘余應(yīng)力σt,。 2.8 膨脹節(jié)的焊接變形 2.8.1 橫向收縮變形 在焊接結(jié)構(gòu)中,橫向收縮比縱向拘束形成較大的拘束應(yīng)力,導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋,。由于實際板厚B為8mm,小于臨界板厚Bc,因此冷卻后膨脹節(jié)的橫向收縮可由下式[1]計算: ΔW=αq/CρB （2） 式中:ΔW—橫向收縮;α—線膨脹系數(shù),取10.76×10-6mm/mm℃; q—線能量,取16000J/cm;C—比熱,取0.12J/g℃;ρ—密度,取7.85g/cm3。 將各值代入上式得: ΔW=2.38mm 說明膨脹節(jié)焊縫冷卻后的橫向收縮量為2.38mm,。 2.8.2 角變形 除了產(chǎn)生橫向收縮變形外,母材還會產(chǎn)生角變形,由于沿板厚方向加熱不均勻,塑性變形不同,橫向收縮不一致,于是板件將以焊縫為軸心轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生角變形,其角變形可用下式[1]求得: β=0.0176tgα/2 (3) 式中:β—角變形;α—V形坡口角度,取60°,。 將該值代入上式得:β=0.01 說明膨脹節(jié)的焊縫冷卻后產(chǎn)生了0.01弧度的角變形,其變形很小。 2.9 質(zhì)量管理分析 從質(zhì)量管理的角度,經(jīng)調(diào)查分析,發(fā)現(xiàn)該膨脹節(jié)制造過程中,未能嚴格執(zhí)行工藝紀律,車間施工人員和專職檢驗員也未在過程中進行跟蹤督促檢查或者中間環(huán)節(jié)的巡查,只是在每一個工序完成后進行完工檢驗;沒有對工人進行定期的培訓(xùn),以提高工人的質(zhì)量意識,、自覺性和責任感,。 質(zhì)量保證體系責任人員也應(yīng)該深入到制造現(xiàn)場對質(zhì)量體系的運行、產(chǎn)品重要零部件的組焊等重要環(huán)節(jié),在制造過程中進行有效地監(jiān)督檢查,使質(zhì)量保證體系在制造單位能夠得到有效的貫徹并實施,真正做到:有法可依,有法必依,使產(chǎn)品質(zhì)量得到有效地控制,。 3,、結(jié)語 從以上的試驗與分析中可得出如下結(jié)論:該膨脹節(jié)產(chǎn)生裂紋的主要原因是該膨脹節(jié)在制造過程中沒按照制造工藝進行制造,熱成形后沒有正火處理,使其具有了較大的殘余應(yīng)力;在焊接接頭中,熱影響區(qū)又存在著較高的殘余拉伸應(yīng)力,同時此區(qū)也是材料性能發(fā)生變化的區(qū)域,加上熱應(yīng)變時效脆化的影響,最終促使材料產(chǎn)生了脆性斷裂,。 綜上所述,膨脹節(jié)的制造必須嚴格執(zhí)行產(chǎn)品工藝及焊接工藝,同時,也充分說明了對膨脹節(jié)等重要零部件制造過程實行過程質(zhì)量檢驗控制的必要性。 參考文獻 [1] 孟廣哲,賈安東.焊接結(jié)構(gòu)強度的斷裂.機械工業(yè)出版社,1986年. [2]（日）鈴木春義.鋼材的焊接裂紋.機械工業(yè)出版社,1981年. [3] 羅曉明.特種設(shè)備焊接技術(shù).機械工業(yè)出版社,2008年. |
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