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铜管开裂失效分析

发布日期:2024-05-29阅读量:510
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  • 铜管开裂失效是一个复杂且关键的问题,它涉及多个方面的因素,包括铜管的质量、使用条件、安装工艺以及环境因素等。以下是对铜管开裂失效的详细分析:


    铜管开裂失效分析


    首先,铜管的质量是导致开裂失效的重要因素之一。铜管在制造过程中可能存在一些缺陷,如表面划痕、内部氧化或夹杂物等,这些缺陷会影响铜管的强度和耐腐蚀性,从而增加开裂的风险。此外,铜管的材质和规格也会影响其性能和使用寿命。

    其次,使用条件也是导致铜管开裂失效的关键因素。在高温、高压或腐蚀性环境下,铜管的性能会受到严重影响,容易出现开裂现象。此外,如果铜管在使用过程中受到外力冲击或振动,也容易导致开裂失效。

    再次,安装工艺对铜管开裂失效的影响也不容忽视。如果安装过程中存在操作不当或焊接不牢固等问题,会导致铜管在使用过程中出现开裂。因此,在安装铜管时,需要严格按照操作规程进行,确保安装质量。

    最后,环境因素也会对铜管开裂失效产生影响。例如,空气中的氧气和水分会与铜管发生化学反应,导致铜管腐蚀和开裂。此外,长期暴露在阳光下或受到其他环境因素的影响,也会加速铜管的老化和开裂。

    综上所述,铜管开裂失效是一个多因素导致的问题。为了预防铜管开裂失效,需要从铜管质量、使用条件、安装工艺和环境因素等多个方面入手,采取有效的措施进行防范和应对。同时,在使用过程中,也需要对铜管进行定期检查和维护,及时发现并处理潜在的问题,确保铜管的安全可靠运行。


    一、铜管开裂失效分析案例背景

    某铜管出厂前已通过气压测试,组装后铜管在焊缝位置发生开裂泄漏现象,现需分析失效原因。


    二、铜管开裂失效分析过程


    1.断口SEM&EDS检测

    在光学显微镜下观察,NG样品裂纹均处于焊缝位置,但经气密性测试发现裂纹亦处于焊缝位置。NG样品在开裂位置处的黄铜六角螺丝均可见明显机械损伤痕迹,OK样品未见裂纹和明显机械损伤痕迹,见下图:


    铜管开裂失效分析

    NG样品宏观形貌图


    对NG样品打开裂纹观察断口,在光学显微镜下可见焊缝裂纹内部存在变色。在电镜下观察,位置1(人为打开的焊缝处的断口)处可见解理扇形,为应力过载导致的脆性解理断裂,断口未见明显异物;位置2(焊缝开裂位置)亦呈解理断裂,部分位置沿条状相界面开裂,高倍下可见断口表面存在氧化腐蚀形貌;位置3(人为打开的黄铜六角螺丝处的断口)可见明显韧窝形貌,为韧性过载断裂,见下图:


    铜管失效分析

    NG样品断口宏观EDS位置图


    铜管开裂失效分析

    NG样品-位置1 SEM


    铜管开裂失效分析

    NG样品-位置2 SEM


    铜管开裂失效分析

    NG样品-位置3 SEM


    由EDS结果,NG样品位置1/位置2均为银磷铜焊料成分,位置2氧含量略高,此处断口可能已被氧化。位置3为铅黄铜螺丝成分,断裂时沿铅颗粒断裂,因此铅含量较高。


    铜管开裂失效分析

    NG样品EDS位置1谱图


    铜管开裂失效分析

    NG样品EDS位置2谱图


    铜管开裂失效分析

    NG样品EDS位置3谱图


    铜管开裂失效分析

    NG样品EDS测试数据


    2.CT 检查

    对NG样品进行CT测试,可见样品焊料未完全渗透填满紫铜管与黄铜六角螺丝间的缝隙,而裂纹已贯穿焊缝,连通缝隙与外部,紫铜管未发生开裂,见下图:


    金属失效分析

    NG样品CT测试图片


    3.金相组织检查

    选择NG样品和OK样品镶嵌制样。先将NG样品研磨至裂纹浅表面,可见紫铜管与黄铜六角螺丝较存在较大缝隙未填充焊料,裂纹在焊缝中呈穿晶扩展,见下图:

    再将NG样品和OK样品均研磨至轴线位置,可见OK样品焊料已基本填充缝隙,焊接较好。而NG样品焊料则堆积在外部,内部留有大量缝隙未填充,且存在假焊。NG样品和OK样品紫铜管和黄铜六角螺丝基材均未见明显夹杂异常,见下图:


    铜管开裂失效分析

    NG样品-裂纹浅表面形貌


    铜管开裂失效分析

    NG样品-轴线位置


    铜管开裂失效分析

    OK样品轴线位置


    将样品腐蚀处理后,可见NG样品和OK样品焊缝组织均为树枝状初生α相+共晶组织,黄铜六角螺丝组织均为白色针块状α相+黑色β相+均匀分布的颗粒状Pb相,紫铜管组织均为等轴α孪晶组织,未见明显组织异常,见下图:


    铜管开裂失效分析

    NG样品腐蚀态


    铜管开裂失效分析

    OK样品腐蚀态


    三、铜管开裂失效分析结论

    综上所述,样品失效原因推测为紫铜管与黄铜六角螺丝有效焊接面积过小,同时在较大外力作用下引发的过载开裂。


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