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本帖最后由 stevengcn 于 2012-3-6 22:50 编辑
薄壁不锈钢焊管微裂纹原因的探讨
不锈钢薄壁焊管(简称焊管)的微裂纹是焊管中一个特有的现象,人们根据经验得出的结论,这种现象是由焊管线上与钢带或焊管接触的铜部件引起的。接触铜部件的薄壁焊管通过在线的感应热处理后,会出现大量的微裂纹。有趣的是这类焊管在做水下气密性试验时,即使部分焊管当时未发现有问题,而后放置数天在重复做,在先前未发现有微裂纹的焊管,也会出现微裂纹问题。人们对这类微裂纹现象称之为渗铜现象。
针对奥氏体不锈钢薄壁焊管的这个问题,人们做了大量的研究,有观点认为“被沾染的铜的焊管在热处理时,由于加热炉内奥氏体不锈的固熔温度达1030°以上,而不少铜部件:H68熔点950℃、青铜熔点910℃”,以此判断“铜部件在高温下熔化,液态铜对高温下固态不锈钢具有渗透作用,渗入了不锈钢材料的晶格中,造成了对不锈钢材料的腐蚀作用”,不锈钢薄壁焊管渗铜的原理果真如此吗?我认为这个观点值得商榷。
在生产实践中,我们经常遇到因各种设备的原因,焊管未能在线热处理(如果是没有其他可离线热处理设备对这类焊管进行热处理,只能作为废管处理),我将这类焊管用离线的炉道式退火炉进行热处理,效果不错,可以将这批“废管”复活。在做这个工作时,我想到在线感应热处理时薄壁焊管出现会微裂纹,那么离线的炉道式退火炉对薄壁焊管的热处理是否也会出现类似的问题?
就这个想法,我跟踪了焊管在离线热处理的过程,同时还有意识的在试验的焊管内用不同材质铜条进行刮磨,使铜条有明显的磨损,也有将不同大小颗粒铜屑放置在试验焊管内(这类试验在焊管生产线上也做过,结论是可以导致焊管产生微裂纹、裂纹、甚至穿孔),试验过程中对退火炉的温度也进行了调节,温度范围在1010°~1100°。试验的结果是:所有放置铜于焊管内的方法都未造成焊管的裂纹或损伤,特别是较大颗粒的铜屑/铜粒在焊管内熔化形成铜斑痕,也没有导致焊管的穿孔或裂纹。结果出乎我的意料,这给我提出了一个疑问:问题出在哪里(带着这个疑问,我在焊管生产线上又一次重复了相同的试验,结果是焊管出现微裂纹、裂纹、穿孔)?
面对这个疑问,我又做了一些试验,在焊管生产线上,用不同的低熔点金属屑(铝、纯铜、黄铜、锌等),发现焊管对纯铜特别敏感,黄铜、铝次之,锌居三。这个试验有个明显的倾向是,污染物的导电性影响试验的结果。同时试验中还有一个明显的倾向,微裂纹产生与焊管管壁厚薄有明显的不同,管壁薄的容易产生裂纹,管壁厚的则不易产生裂纹:管壁在0.5mm的,遇到细微的铜屑,会产生大量的微裂纹,管壁在0.7mm的,则微裂纹现象要明显减少,管壁在0.9mm的,基本不出现渗铜的裂纹问题。
以下对试验结果的分析,焊管生产线上,如果有铜部件接触薄壁焊管材质并发生铜部件磨损,微小的铜屑附着在焊管内壁,沾有铜屑的焊管在通过感应加热设备时,感应线圈的中高频感应渗透到铜屑所在部位。这样说吧,我们知道中高频感应电流集肤于被感应物体表面,频率越高,集肤效应越明显,感应电流渗透到被感应物体的深度就越浅。我们用的中频感应,频率也不低,焊管的表面到0.5mm处是强感应层,0.7mm处的感应也较强,再往深处感应强度递减。薄壁焊管内表面的细铜屑,恰巧处于较强的感应层,由于铜的电阻率远比不锈钢小,我们粗略的估算一下, I=U/R,铜电阻率为0.0175Ωmm2/m,常用不锈钢TP304电阻率为0.73Ωmm2/m,也就是说一般不锈钢的电阻率是纯铜的42倍左右,铜屑所在相应的局部电流也要高出很多,温度亦很高(实际温度要考虑铜屑的颗粒微小,所处的环境,与管壁的接触散热)。如此高的局部温度,铜不仅熔化同时烧灼焊管母材并渗入不锈钢管壁材质的晶格中,造成局部的材质缺陷,在冷却时应力作用下造成开裂;如果铜屑较大,则有可能烧穿管壁。这就是我对焊管渗透产生微裂纹的观点。
我们还可以对比炉道式退火炉对薄壁焊管热处理的试验,,同样的铜屑污染却不会造成薄壁焊管的微裂纹问题,这个现象也符合我上述观点。因为铜屑的存在,未在焊管内壁产生局部的高温,即使较大颗粒的铜颗粒,尽管在焊管内壁出现流淌状的铜斑,亦没有损伤焊管。
有一点我与人们的认识是相同的,不锈钢薄壁焊管在生产线上热处理所产生的微裂纹质量问题,基本上是有渗铜造成的,所以对带固熔热处理薄壁焊管生产过程中,不锈钢焊管材质要远离铜等低熔点低电阻的材质,以防止出现批量的微裂纹质量事故。
为了方便,我在这里以讨论形式描述我的观点,而不是论文形式。我想这种形式同行可以理解我的观点。
欢迎联系讨论:email:stevengcn@163.com qq:343406706 葛伟极 |
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