1.1 宏觀觀察

      近幾年，常有一些焊管客戶反饋不銹鋼焊管在密封性測試后出現(xiàn)裂紋，與常見的焊管裂紋不同的是，常見焊管裂紋通常發(fā)生在焊縫位置，而該類裂紋不是發(fā)生在焊縫處,而是發(fā)生于焊管的母材位置，且為垂直于焊縫的橫向裂紋，裂紋較短，長度通常小于3mm，有時(shí)小如針尖狀(見圖1)。該類裂紋在304、316L、321等奧氏體不銹鋼中均被發(fā)現(xiàn)過，已發(fā)現(xiàn)缺陷的母材試樣均為厚度小于1.0mm的薄板。

      開裂斷口宏觀形貌如圖2所示，中間為開裂區(qū)域，左側(cè)為裂紋兩邊人為掰斷的區(qū)域。

1.2 化學(xué)成分分析

     試樣基體為316L不銹鋼，母材的化學(xué)成分如表1所示。

1.3 金相檢驗(yàn)

     在母材上截取金相試樣，將其置于光學(xué)顯微鏡下觀察，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知：母材組織為奧氏體，晶粒度為9.0級。焊管規(guī)格(外徑×壁厚)為25mm×0.5mm，在自動(dòng)生成線上完成焊接、焊后熱處理加工，隨后對其進(jìn)行水壓測試。在焊接之后未發(fā)現(xiàn)明顯裂紋，而在完成水壓測試后，發(fā)現(xiàn)焊管母材上出現(xiàn)了大量垂直于焊縫的橫向短裂紋。

1.4 掃描電鏡和能譜分析

     將裂紋斷口試樣進(jìn)行機(jī)械切割、超聲清洗、乙醇清洗、烘干，再置于SEM下觀察，并對其進(jìn)行能譜分析，結(jié)果如圖4及表2所示。

     根據(jù)以上分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)開裂試樣具有以下特征：(1)開裂位置在非焊縫區(qū)，且沒有向焊縫擴(kuò)展；(2)開裂呈沿晶特征，斷口呈冰糖狀；(3)開裂處銅元素沿晶界富集。

    以上特征符合銅污染裂紋(CCC)的特征，CCC是一種液態(tài)金屬脆化(LME)現(xiàn)象，即具有較好塑性的固態(tài)金屬材料在接觸到特定的液態(tài)金屬后，原子間的結(jié)合力下降，在受到拉伸力后，金屬材料的強(qiáng)度和塑性顯著下降，這通常發(fā)生在兩種熔點(diǎn)相差較大的金屬之間。對于奧氏體不銹鋼來說，焊接過程中常見的能引起LME現(xiàn)象的低熔點(diǎn)金屬為Cu和Zn。裂紋位置富集了大量的Cu元素，純銅熔點(diǎn)為1083℃，隨純度降低熔化溫度降低，比不銹鋼的熔點(diǎn)低得多，在焊接過程中，熱影響區(qū)如果受到銅污染，則可能會(huì)發(fā)生LME現(xiàn)象，而母材受到銅污染后產(chǎn)生裂紋的原因則為進(jìn)行了焊后熱處理，不銹鋼焊后熱處理溫度通常選擇大于1000℃。該溫度下熱處理時(shí)表面沾染的銅變成液態(tài),而奧氏體不銹鋼的熱膨脹系數(shù)較高,在毛細(xì)作用下，液態(tài)Cu會(huì)沿著奧氏體晶界向內(nèi)滲入，從而形成晶界滲透，破壞了晶界的連續(xù)性，導(dǎo)致晶界脆化，結(jié)合力下降，在拉應(yīng)力的作用下產(chǎn)生裂紋。如果材料較薄,則形成穿透性裂紋，因此，將該裂紋確認(rèn)為CCC。

     作為合金添加的銅一般不會(huì)引起銅污染裂紋。最有可能引入銅污染的就是焊管自動(dòng)加工生產(chǎn)線，在焊管生產(chǎn)線上存在較多的銅制工件，如夾具、觸頭等。防止CCC最有效的辦法是避免材料和銅發(fā)生刮擦殘留，大多數(shù)情況下，應(yīng)注意焊接夾具、導(dǎo)電嘴或其他可能接觸材料表面的銅基部件。

     對制管生產(chǎn)流程進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，采用鎢極氬弧焊(TIG)焊接方式制管，除了正常的焊槍位置有保護(hù)氣體外，管內(nèi)設(shè)置內(nèi)保護(hù)氣體。用戶使用銅管進(jìn)行內(nèi)保護(hù)氣體輸送，現(xiàn)場可發(fā)現(xiàn)銅管與不銹鋼內(nèi)壁接觸，在生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)發(fā)生刮擦，且銅管已經(jīng)發(fā)生一定程度的磨損，由此確認(rèn)輸送內(nèi)保護(hù)氣體的銅管為CCC的來源。用戶更換送氣管后不再發(fā)生開裂問題。

     (1)316L不銹鋼焊管裂紋為銅污染裂紋，為輸送焊接內(nèi)保護(hù)氣體銅管在焊管內(nèi)壁刮擦殘留導(dǎo)致。

     (2)焊管材料在加工及使用過程中要遠(yuǎn)離銅、鋅、鋁等低熔點(diǎn)物質(zhì)，或盡量避免與該類物質(zhì)的刮碰摩擦，才能從根源上防止該類微裂紋產(chǎn)生。

     (3)用戶更換不銹鋼保護(hù)氣輸送管后，焊管不再發(fā)生開裂現(xiàn)象。