浙江至德鋼業有限公司磷脫氧銅無縫管斷裂原因分析

  浙江至德鋼業有限公司用SEM等方法對電冰箱壓縮機用磷脫氧無縫銅管異常斷裂進行了分析。結果表明,夾雜物局部偏聚是銅管斷裂的內在原因,焊接時產生的熱應力及彎曲變形是銅管斷裂的外部誘發因素。有效的改進措施是嚴格控制雜質含量、將高溫焊接工藝改為低溫焊接工藝。

 我公司電冰箱壓縮機用銅制吸氣管和工藝管,其規格為<8mm×0.9mm,材質為磷脫氧銅無縫管。在裝配電冰箱時需將該管與冰箱回流管進行釬焊,為便于操作,在釬焊過程中,要把銅管多次彎曲,這時常有銅管發生斷裂。為此,我們從原材料、焊接工藝、斷口形貌等方面對銅管異常斷裂的原因進行了分析。

一、檢驗及分析

 1. 原材料檢驗

 原材料從江蘇某銅管廠購進。從進貨檢驗記錄中發現,銅管中銅含量只有99.81%,而其它各項性能指標均符合我公司的企業標準,見表。銅含量的偏低意味著雜質元素含量較高。

 2. 焊接工藝

  對比日本銅管,發現我公司采用高溫焊接工藝,焊后銅管晶粒較粗大,而改用低溫焊接工藝,則晶粒度降至與日本同類產品的水平。

  另外,改為低溫焊接還可減少焊接時產生的熱應力,減少銅管脆性斷裂的傾向。

 3. 金相檢驗

  在近斷口處截取金相試樣,光學顯微鏡下觀察,未發現氧化銅類的異常顯微組織。

 4. 斷口形貌

  圖為斷面及管外壁的低倍電子掃描形貌。由圖可見,管外壁近斷口處有裂紋,斷面有夾雜,由夾雜物尖端引發二次裂紋,斷口主要呈解理狀,屬于脆性斷裂。將圖局部區域放大,可以更清楚地看到夾雜周圍的微裂紋,且裂紋已相互連接。

  圖為斷口及斷口以下的內壁低倍形貌。由圖可見,管內表面存在大量孔洞,內壁孔洞的存在可能與內表面較粗糙有關,近斷口處孔洞明顯多于遠離斷口處,這可能與孔洞在外力作用下生成、長大有關。放大圖可見,不少孔洞內還存有顆粒狀夾雜物。圖為離斷口較近處的孔洞形貌,孔洞較大,有裂紋橫穿洞內。聯系實際生產工藝,認為該裂紋是由于熱應力經酸洗后生成的。

  斷口上有少量如圖所示的切變韌窩及韌窩周圍正常的滑移線和滑移面，而大部分斷口呈現如圖所示的因受腐蝕而產生的泥塊狀花樣，故屬脆性斷裂。

二、結論與措施

  1. 夾雜物局部偏聚是銅管斷裂的內在原因。當夾雜恰好處在銅管彎曲變形處時易發生應力開裂造成銅管斷裂。

  2. 焊接時產生的熱應力易集中在夾雜周圍及孔洞內部。該應力在酸洗過程中釋放出來，產生裂紋源。在外力彎曲變形的條件下，裂紋擴展并相互連接,造成銅管斷裂。熱應力及彎曲變形是銅管微裂紋擴展、最終導致斷裂的外部誘發因素。

   針對上述分析,防止銅管斷裂的措施有：

     a. 把好原材料進貨檢驗關,嚴格控制雜質含量;

     b. 將焊接工藝由原來的高溫焊接改為低溫焊接;

     c. 重視銅管內外壁的表面質量檢驗,銅管內外壁表面應光滑、清潔,不應有裂紋、劃傷、拉痕等缺陷,以減少裂紋源。

三、效果驗證

    根據上述措施,我公司在銅管抽檢時保證各項性能指標達到并超過企業標準要求,并采用低溫焊接工藝,取得一定的效果。