一、前言

二、裂紋分布及擴(kuò)展路徑

三、焊接工藝及材料

四  、試驗內(nèi)容及方法

5.1  化學(xué)成分及力學(xué)性能分析

支管、圓柱的化學(xué)成分檢測結(jié)果均滿足5083鋁合金標(biāo)準(zhǔn)成分的要求。從支管上截取2件拉伸試樣，測試結(jié)果見表1。試樣1力學(xué)性能檢查結(jié)果合格，試樣2力學(xué)性能檢查結(jié)果不合格。

5.2  宏觀金相分析

將圓柱與支管焊接接頭環(huán)焊縫沿縱剖面等分成4份，觀察4個縱剖面焊接接頭情況。環(huán)焊縫產(chǎn)生裂紋一側(cè)的情況見圖4(a)所示，裂紋由焊縫與支管的表面熔合線處起裂，未沿焊縫熔合線縱向繼續(xù)開裂，而是沿母材開裂。環(huán)焊縫未產(chǎn)生裂紋一側(cè)的情況見圖4(b)所示，未發(fā)現(xiàn)缺陷。

5.3  微觀金相分析

環(huán)焊縫產(chǎn)生裂紋一側(cè)，在焊縫與支管交接的熔合線上拋光態(tài)下可觀察到腐蝕形貌，如圖5所示，在支管表面也觀察到一處腐蝕形貌(圖5右上)。

在焊縫側(cè)也觀察到腐蝕形貌(圖6)，裂紋呈較寬直線狀(圖5)。侵蝕后的形貌見圖7，裂紋起裂部位為焊縫與支管交接的熔合線處的腐蝕坑，起裂后裂紋沿支管橫截面基體裂開。

環(huán)焊縫未產(chǎn)生裂紋一側(cè)，焊縫與支管交接的熔合線處拋光態(tài)下可觀察到腐蝕形貌，焊縫側(cè)也觀察到嚴(yán)重腐蝕形貌，見圖8。侵蝕后形貌見圖9。腐蝕位于熔合線處和焊縫表面。

5.4  斷口分析

母材的拉伸斷口形貌如圖10，呈韌窩特征。裂紋處斷口表面有很厚的腐蝕產(chǎn)物，腐蝕產(chǎn)物中有氧、硫、氯等元素。

將斷口清洗后觀察，但可觀察的新鮮斷口很少，斷口呈多源斷裂特征，已交匯形成臺階，見圖11。

由以上分析結(jié)果可知：①5083鋁合金圓柱、支管化學(xué)成分滿足要求。②5083鋁合金支管材料力學(xué)性能不穩(wěn)定，No1檢查結(jié)果合格，No2檢查結(jié)果不合格，說明母材本身存在質(zhì)量缺陷。③在使用過程中發(fā)生斷裂試樣的環(huán)焊縫四周的熔合線處均已產(chǎn)生腐蝕坑，腐蝕坑主要位于靠近支管的焊縫處。斷裂僅在環(huán)焊縫受向上拉力一側(cè)的支管上發(fā)生，在環(huán)焊縫受向壓力的對面一側(cè)未發(fā)生。④支管母材拉伸試樣的斷口呈韌性斷裂特征，而使用過程中發(fā)生斷裂試樣的斷口呈脆性斷裂特征。⑤斷口表面腐蝕產(chǎn)物很厚，腐蝕產(chǎn)物中有氧、硫、氯等元素。

從上述②、③、④可以得出：斷裂與腐蝕坑有關(guān)、與拉應(yīng)力有關(guān)、是非過載的損傷型斷口。5083鋁合金在拉應(yīng)力作用下、在有氯離子的潮濕環(huán)境中具備發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂的傾向。焊縫熔合線處是截面過渡的地方，也是組織突變的部位，該處組織明顯粗大，更容易產(chǎn)生腐蝕。

在金相觀察中腐蝕坑出現(xiàn)的位置也主要就在焊縫熔合線處。焊縫熔合線處應(yīng)力集中，應(yīng)力腐蝕易在腐蝕坑處起裂，在受拉應(yīng)力的地方會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。斷裂的試樣裂紋也正是從腐蝕坑處起裂，并僅在環(huán)焊縫受拉應(yīng)力的一側(cè)發(fā)生裂透支管橫截面的應(yīng)力腐蝕斷裂。該焊接接頭的斷裂屬于應(yīng)力腐蝕斷裂。

結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)和斷裂失效因素采取以下解決措施：(1)采購優(yōu)質(zhì)合格的原材料，材料化學(xué)成分、力學(xué)性能均應(yīng)合格，加強(qiáng)進(jìn)貨檢驗，保證母材質(zhì)量。(2)焊縫熔合線處應(yīng)力集中程度高，焊后采用去應(yīng)力處理，消除殘余應(yīng)力，避免熔合線處的應(yīng)力集中。(3)加強(qiáng)焊縫熔合線處的焊接質(zhì)量，注意熔合線處的平滑過渡，降低熔合線處的應(yīng)力集中程度。經(jīng)過以上的改進(jìn)措施，在隨后的焊后檢驗中，母材及焊縫未發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，接頭無裂紋產(chǎn)生，保證了產(chǎn)品的焊接質(zhì)量。

（1）母材本身存在質(zhì)量缺陷，在腐蝕環(huán)境下發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，產(chǎn)生腐蝕坑。

（2）裂紋發(fā)生部位在焊縫熔合線處，熔合線部位存在腐蝕坑，再加上熔合線本身應(yīng)力集中程度高，該部位在工作狀態(tài)又承受拉應(yīng)力，產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂。