容器罐托板裂纹分析_杨国兰.pdf
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1、2023年 第4期 热加工70热 处 理Heat Treatment容器罐托板裂纹分析杨国兰,汤浩,熊勇,赵香丽,刘依依中国航发贵州黎阳航空动力有限公司 贵州贵阳 550014摘要:采用宏观检测、断口形貌及成分分析、金相组织及维氏硬度测定等方法,对某容器罐托板在焊缝附近出现的裂纹进行检测。结果表明:托板裂纹为疲劳裂纹,形成原因主要与运输过程中的振动应力相对较大有关,同时,焊接残余应力和应力集中也对其有重要的促进作用。关键词:Q235B钢;焊缝;疲劳裂纹;成分分析;维氏硬度1 序言作为最常见的碳素钢之一,Q235B是一种碳含量低,以及韧性、铸造性能较好的碳素结构钢,易于冲压和焊接,加上成本低,能
2、够满足大多数对性能指标要求不高的部件,因此在机械零件制造、建筑、桥梁及隧道等领域均得到了广泛应用,主要用于其中承力构件部分1-5。某批Q235B钢制容器罐共生产了9件,其中运往同一地方的两件容器罐在开箱检查时,均在托板焊缝附近发现裂纹缺陷,而运往其他地方的其余7件均未发现故障情况,裂纹零件未经使用。为确定裂纹的性质和产生原因,对存在裂纹的容器罐托板进行了分析,并初步提出了预防措施6,7。2 试验和调研2.1 宏观观察零件外观如图1所示,每个托板与钢架之间通过a、b两条焊缝连接,托板上的两条裂纹均贯穿托板壁厚。其中,裂纹1位于焊缝a根部托板一侧,与焊缝a 平行;裂纹2与裂纹1平行,位于焊缝b收弧
3、位置附近。在两条裂纹位置取样获取断口,经宏观观察可见:裂纹1断口的源区位于外表面焊缝根部的热影响区,呈长线源特征,断口上可见大量收敛于外表面的放射棱线,如图2所示;裂纹2断口的源区位于外表面焊缝b的收弧位置,源区为短线源特征,源区可见放射棱线收敛特征;扩展区末尾可见疲劳弧线,a)零件外观b)裂纹位置图1零件外观及托板上的裂纹位置人为瞬断区呈金属灰色,如图3所示。对托板进行壁厚测量,其厚度约为4.0mm。2.2 扫描电镜观察在扫描电镜下观察,裂纹1和裂纹2断口的源区均可见放射棱线收敛特征,扩展区较为平坦,源区、扩展区均氧化严重。裂纹1断口的原始断口特征不明显,在局部氧化物脱落位置可见细密疲劳条带
4、特征,未见明显的瞬断区,如图4图6所示。裂纹2断口的扩展区局部可见原始断口形貌,原始断口为准解理特征,可见细密的疲劳条带特征;2023年 第4期 热加工71热 处 理Heat Treatment在扩展区末尾可见疲劳弧线和细密疲劳条带特征;人为断口区为变形韧窝,如图7、图8所示。2.3 化学成分分析分别对零件断口的源区、扩展区以及裂纹2断口的人为断口区进行能谱化学成分分析,结果表明,源区和扩展区均存在大量的O元素,人为断口区成分为100%的Fe元素,分析结果见表1。重新取样进行化学成分分析,其化学成分符合a)裂纹源区 a)31 a)100a)27 a)裂纹源区b)外观形貌图2裂纹1断口形貌b)8
5、00图4裂纹1断口源区特征b)4590图5裂纹1断口扩展区特征b)100图6裂纹2断口源区特征b)外观形貌图3裂纹2断口形貌2023年 第4期 热加工72热 处 理Heat TreatmentQ235B钢技术要求。2.4 金相检测在焊缝a和焊缝b位置取样进行金相检测。1)腐蚀前观察:焊缝a位置钢架和托板之间存在明显的间隙,其最大间隙约为1.1mm;焊缝b位置钢架和托板之间的间隙不明显,最大间隙约为0.1mm,如图9所示。除间隙外,未见焊接气孔、疏松和夹杂等缺陷。同时,按GB/T 105612005钢中非金属夹杂a)31 a)800物评级对托板基体进行纯洁度检测,其非金属夹杂物含量结果为:A类夹
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