為探究管道搭焊結(jié)構(gòu)與304不銹鋼管套裝的內(nèi)在原因及失效機(jī)理，對(duì)失效件的化學(xué)成分、金相組織和斷口形貌進(jìn)行了檢測(cè)，并進(jìn)行了綜合分析。結(jié)合焊件本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。據(jù)分析，結(jié)構(gòu)焊接在薄壁管外徑透液、厚壁管內(nèi)徑、縫焊背面根部處容易出現(xiàn)應(yīng)力集中。連接兩者。另外，該地方是熔線的位置，結(jié)構(gòu)的均勻性較差，較容易。它會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件開(kāi)裂。一旦開(kāi)裂，裂紋在集中應(yīng)力的作用下會(huì)迅速擴(kuò)展，斷裂失效方式為疲勞脆性斷裂。
1. 一般信息
管套疊焊結(jié)構(gòu)是厚壁管包在薄壁管外面的結(jié)構(gòu)。厚壁管的內(nèi)徑與薄壁管的外徑相同。僅在加工過(guò)程中需要。根據(jù)上偏差，薄壁管的外徑與下偏差一致，直徑差控制在0.20.3mm以內(nèi)，以保證薄壁管能適應(yīng)厚壁管.使用中的管道與管套焊接結(jié)構(gòu)截面見(jiàn)如圖1。
圖1所示的焊接結(jié)構(gòu)是焊接絕緣氣瓶的出液管從中間層穿到外面的結(jié)構(gòu)。由于夾層內(nèi)側(cè)無(wú)法焊接，因此只能在外側(cè)焊接結(jié)構(gòu)。焊接結(jié)構(gòu)可以增加薄壁管的剪切力。由于該結(jié)構(gòu)僅限于一側(cè)焊接，具有一定的徑向間隙，因此在疲勞載荷下使用時(shí)具有一定的優(yōu)勢(shì)。
目前焊接隔熱氣瓶的主要材料是奧氏體304不銹鋼，這種材料具有良好的焊接性。在焊接熱輸入的作用下，其結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化。如果預(yù)處理工藝不充分，焊縫質(zhì)量就會(huì)發(fā)生變化。產(chǎn)生的問(wèn)題。本研究采用化學(xué)成分檢測(cè)、金相組織、斷口形貌等分析方法，結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和操作條件，對(duì)不銹鋼管材的搭接焊組織、奧氏體304、奧氏體304、研究焊接結(jié)構(gòu)失效的主要原因。
2 管道搭接焊結(jié)構(gòu)件及管道套裝失效情況
管件焊接結(jié)構(gòu)件縱剖面及宏觀裂紋照片見(jiàn)如圖2。圖2(a)中，通液薄壁管規(guī)格為10mm2mm100mm，厚壁管規(guī)格為22mm12mm30mm，外管規(guī)格為30mm8mm 15mm，外管規(guī)格 規(guī)格為30mm8mm20mm。焊接結(jié)構(gòu)在實(shí)際工況下失效，導(dǎo)致焊接絕緣氣瓶層間空隙破壞。相關(guān)技術(shù)人員通過(guò)宏觀金相觀察和滲透檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)故障位置在薄壁管與厚壁管結(jié)節(jié)的焊縫背面。缺陷類型為穿透裂紋，裂紋沿薄壁管壁厚方向（見(jiàn)圖2（b）），裂紋邊緣光滑，形狀無(wú)彎曲齒，其他位置未發(fā)現(xiàn)裂紋等缺陷。
3 測(cè)試過(guò)程
3.1 化學(xué)成分檢測(cè)
管接頭焊縫失效的結(jié)構(gòu)件為太鋼（集團(tuán)）有限公司生產(chǎn)的304不銹鋼管加工的管接頭，不銹鋼管執(zhí)行GB/T14976-標(biāo)準(zhǔn)。2012 《流體輸送用不銹鋼無(wú)縫鋼管》和不銹鋼棒執(zhí)行GB/T1220-2016 《不銹鋼棒》標(biāo)準(zhǔn)，焊接材料為2.0mm ER308L不銹鋼實(shí)心焊絲，按照YB/T2092-2005 《焊接用不銹鋼絲》標(biāo)準(zhǔn)，奧氏體304不銹鋼管、鋼棒和ER308L焊絲化學(xué)成分見(jiàn)表.
將表1中奧氏體304不銹鋼管、鋼棒和ER308L焊絲的化學(xué)成分與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，結(jié)果均符合要求。零件采用手工TIG 焊接方法焊接。薄壁管與內(nèi)套管的焊接參數(shù)為：電流（1505）A，電壓（11.50.5）V，焊接速度100mm/min，焊后風(fēng)冷焊縫坡口。
3.2 金相組織觀察
焊縫缺陷及顯微組織分析可參照GB/T3375-1994，觀察透液薄壁管及內(nèi)殼接頭裂紋區(qū)附近組織的顯微組織。觀測(cè)結(jié)果顯示在如圖3。焊接接頭主要分為焊縫區(qū)、熔合線和熱影響區(qū)。熱影響區(qū)分為過(guò)熱區(qū)、正火區(qū)和部分相變區(qū)。從圖3(c)和圖3(d)可以看出，母材為單一奧氏體組織，焊縫區(qū)基體為奧氏體組織，同時(shí)強(qiáng)鐵素體為分布于熱影響區(qū)，奧氏體組織晶粒粗大，有少量鐵素體析出，但區(qū)域?qū)挾容^小。裂紋的起始位置在焊縫熔合線位置，裂紋在發(fā)展過(guò)程中穿透母材并斷裂，即裂紋開(kāi)始后迅速發(fā)展到全部裂紋貫穿。
3.3 裂紋斷裂形貌觀察
用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察破碎液通過(guò)失效部位的薄壁管的斷裂形貌，結(jié)果見(jiàn)如圖4。
從圖4(a)和圖4(b)可以看出，斷口比較光滑，屬于脆性疲勞斷口。圖4(c)表明裂紋起始位置較為平坦，裂紋萌生后繼續(xù)進(jìn)入疲勞斷裂的初始階段；由圖4（e）可以看出，裂紋擴(kuò)展區(qū)（類似于海灘帶）存在明顯且均勻發(fā)展的疲勞條紋。酒館);由圖4(f)可以看出，瞬時(shí)斷裂區(qū)的疲勞裂紋已轉(zhuǎn)變?yōu)椴痪鶆虬l(fā)展的疲勞帶條紋，最終斷裂區(qū)有明顯的表面裂紋。
通過(guò)矩陣掃描和EDS分析觀察圖4(b)中的黑質(zhì)，結(jié)果如圖5和表2所示。分析結(jié)果表明黑質(zhì)為高粒子，是制備時(shí)與人混合的雜質(zhì)樣品。通過(guò)矩陣掃描和EDS分析觀察圖4(c)中的黑點(diǎn)，結(jié)果如圖6和表3所示。分析結(jié)果表明黑點(diǎn)的成分與母材相似，這是由于疲勞裂紋擴(kuò)展過(guò)程中裂紋兩側(cè)相互碰撞形成的小平臺(tái)。
4 測(cè)試結(jié)果分析與討論
4.1 材料分析
從表1的化學(xué)分析結(jié)果可以看出，母材和焊縫材料的化學(xué)成分符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
4.2 金相分析
由于熔線區(qū)域的微觀行為非常復(fù)雜，焊縫與母材的不均勻結(jié)合形成了不均勻的界面。該區(qū)域雖然范圍很窄，但由于其均勻性較差，對(duì)焊接接頭的強(qiáng)度和韌性影響較大，也是大多數(shù)脆性裂紋和斷層的發(fā)源地。在圖2(a)中，裂紋起始位置在薄壁管透液外徑根部、厚壁管內(nèi)徑根部和焊縫背面，兩者之間。該位置為銳角夾角，也是焊縫與母材連接的位置。容易形成高倍的應(yīng)力集中，因此裂紋一旦開(kāi)始，裂紋就會(huì)迅速發(fā)展，這與圖2(b)和圖3(b)中裂紋在擴(kuò)展過(guò)程中的直線路徑一致。 b)。此外，由于裂紋開(kāi)始后疲勞載荷施加的持續(xù)力，裂紋有足夠的能量沿母材繼續(xù)生長(zhǎng)。
4.3 斷口形貌分析
斷口形貌為典型的疲勞斷口形貌，起始端斷口光滑，疲勞帶條紋在裂紋擴(kuò)展區(qū)均勻發(fā)展，最后在瞬時(shí)斷裂區(qū)斷裂，瞬時(shí)斷裂區(qū)有明顯的解理表.
5. 結(jié)論
通過(guò)分析該套304不銹鋼管搭接焊縫組織缺陷部位的化學(xué)成分、金相組織和斷口形貌，并結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，得出以下結(jié)論：
(1)由于結(jié)構(gòu)本身的特點(diǎn)，管與管束的搭接結(jié)構(gòu)件容易在薄壁管外徑和內(nèi)徑厚管的位置造成應(yīng)力集中。壁管與背面焊縫根部?jī)烧咧g，且該處熔合。線的位置和組織的均勻性不好，容易引起結(jié)構(gòu)件開(kāi)裂。
(2)管-管套裝搭接焊結(jié)構(gòu)的斷裂失效模式為脆性疲勞斷裂。