304不锈钢管套堆焊结构失效分析

1. 一般信息

管套叠焊结构是厚壁管包在薄壁管外面的结构。厚壁管的内径与薄壁管的外径相同。仅在加工过程中需要。根据上偏差，薄壁管的外径与下偏差一致，直径差控制在0.20.3mm以内，以保证薄壁管能适应厚壁管.使用中的管道与管套焊接结构截面见如图1。

图1所示的焊接结构是焊接绝缘气瓶的出液管从中间层穿到外面的结构。由于夹层内侧无法焊接，因此只能在外侧焊接结构。焊接结构可以增加薄壁管的剪切力。由于该结构仅限于一侧焊接，具有一定的径向间隙，因此在疲劳载荷下使用时具有一定的优势。

目前焊接隔热气瓶的主要材料是奥氏体304不锈钢，这种材料具有良好的焊接性。在焊接热输入的作用下，其结构会发生变化。如果预处理工艺不充分，焊缝质量就会发生变化。产生的问题。本研究采用化学成分检测、金相组织、断口形貌等分析方法，结合其结构特点和操作条件，对不锈钢管材的搭接焊组织、奥氏体304、奥氏体304、研究焊接结构失效的主要原因温州不锈钢管厂家。

2 管道搭接焊结构件及管道套装失效情况

管件焊接结构件纵剖面及宏观裂纹照片见如图2。图2(a)中，通液薄壁管规格为10mm2mm100mm，厚壁管规格为22mm12mm30mm，外管规格为30mm8mm 15mm，外管规格 规格为30mm8mm20mm。焊接结构在实际工况下失效，导致焊接绝缘气瓶层间空隙破坏。相关技术人员通过宏观金相观察和渗透检测，发现故障位置在薄壁管与厚壁管结节的焊缝背面。缺陷类型为穿透裂纹，裂纹沿薄壁管壁厚方向（见图2（b）），裂纹边缘光滑，形状无弯曲齿，其他位置未发现裂纹等缺陷。

3 测试过程

3.1 化学成分检测

管接头焊缝失效的结构件为太钢（集团）有限公司生产的304不锈钢管加工的管接头，不锈钢管执行GB/T14976-标准。2012 《流体输送用不锈钢无缝钢管》和不锈钢棒执行GB/T1220-2016 《不锈钢棒》标准，焊接材料为2.0mm ER308L不锈钢实心焊丝，按照YB/T2092-2005 《焊接用不锈钢丝》标准，奥氏体304不锈钢管、钢棒和ER308L焊丝化学成分见表.

将表1中奥氏体304不锈钢管、钢棒和ER308L焊丝的化学成分与相关标准进行比较，结果均符合要求。零件采用手工TIG 焊接方法焊接。薄壁管与内套管的焊接参数为：电流（1505）A，电压（11.50.5）V，焊接速度100mm/min，焊后风冷焊缝坡口。

3.2 金相组织观察

焊缝缺陷及显微组织分析可参照GB/T3375-1994，观察透液薄壁管及内壳接头裂纹区附近组织的显微组织。观测结果显示在如图3。焊接接头主要分为焊缝区、熔合线和热影响区。热影响区分为过热区、正火区和部分相变区。从图3(c)和图3(d)可以看出，母材为单一奥氏体组织，焊缝区基体为奥氏体组织，同时强铁素体为分布于热影响区，奥氏体组织晶粒粗大，有少量铁素体析出，但区域宽度较小。裂纹的起始位置在焊缝熔合线位置，裂纹在发展过程中穿透母材并断裂，即裂纹开始后迅速发展到全部裂纹贯穿。

3.3 裂纹断裂形貌观察

用扫描电子显微镜（SEM）观察破碎液通过失效部位的薄壁管的断裂形貌，结果见如图4。

从图4(a)和图4(b)可以看出，断口比较光滑，属于脆性疲劳断口。图4(c)表明裂纹起始位置较为平坦，裂纹萌生后继续进入疲劳断裂的初始阶段；由图4（e）可以看出，裂纹扩展区（类似于海滩带）存在明显且均匀发展的疲劳条纹。酒馆);由图4(f)可以看出，瞬时断裂区的疲劳裂纹已转变为不均匀发展的疲劳带条纹，最终断裂区有明显的表面裂纹。

通过矩阵扫描和EDS分析观察图4(b)中的黑质，结果如图5和表2所示。分析结果表明黑质为高粒子，是制备时与人混合的杂质样品。通过矩阵扫描和EDS分析观察图4(c)中的黑点，结果如图6和表3所示。分析结果表明黑点的成分与母材相似，这是由于疲劳裂纹扩展过程中裂纹两侧相互碰撞形成的小平台。

4 测试结果分析与讨论

4.1 材料分析

从表1的化学分析结果可以看出，母材和焊缝材料的化学成分符合相关标准的要求。

4.2 金相分析

由于熔线区域的微观行为非常复杂，焊缝与母材的不均匀结合形成了不均匀的界面。该区域虽然范围很窄，但由于其均匀性较差，对焊接接头的强度和韧性影响较大，也是大多数脆性裂纹和断层的发源地。在图2(a)中，裂纹起始位置在薄壁管透液外径根部、厚壁管内径根部和焊缝背面，两者之间。该位置为锐角夹角，也是焊缝与母材连接的位置。容易形成高倍的应力集中，因此裂纹一旦开始，裂纹就会迅速发展，这与图2(b)和图3(b)中裂纹在扩展过程中的直线路径一致。 b)。此外，由于裂纹开始后疲劳载荷施加的持续力，裂纹有足够的能量沿母材继续生长。

4.3 断口形貌分析

断口形貌为典型的疲劳断口形貌，起始端断口光滑，疲劳带条纹在裂纹扩展区均匀发展，最后在瞬时断裂区断裂，瞬时断裂区有明显的解理表.

5. 结论

通过分析该套304不锈钢管搭接焊缝组织缺陷部位的化学成分、金相组织和断口形貌，并结合其结构特点，得出以下结论：

(1)由于结构本身的特点，管与管束的搭接结构件容易在薄壁管外径和内径厚管的位置造成应力集中。壁管与背面焊缝根部两者之间，且该处熔合。线的位置和组织的均匀性不好，容易引起结构件开裂。

(2)管-管套装搭接焊结构的断裂失效模式为脆性疲劳断裂。