Page 70 - 理化检验-物理分册2022年第十二期

郭河苗: 航空管路补偿器平衡式波纹管开裂原因

图 9 纵向试样抛光态微观形貌 图 10 横向试样显微组织

图 11 波纹管与两端连接圈间的焊接接头微观形貌
示, 由图 11 可知: 靠近裂纹一端的外层波纹管与连 端连接圈通过电子束焊方式连接, 内层波纹管与连
接圈之间焊接良好, 而内层波纹管与连接圈之间的 接圈之间焊接接头未熔合, 存在焊接缺陷。
焊接接头未熔合, 存在焊接缺陷; 相对裂纹的另一端 从开裂波纹管的断口观察结果可知: 裂纹源区
内、 外层波纹管与连接圈之间的焊接接头均已熔合 位于纵焊缝的热影响区, 可见明显的疏松、 夹杂等缺
并焊透, 符合焊接工艺要求。 陷, 裂纹扩展区有典型的疲劳条带及二次裂纹, 裂纹
1.5 硬度测试 的最后人工撕裂区呈韧窝特征, 因此可以判断平衡
在平衡式波纹管第一个波峰裂纹附近截取试样 式波纹管的开裂性质为疲劳开裂。根据能谱分析和
横截面, 进行镶嵌、 打磨和抛光后, 用显微硬度计测 金相检验结果, 可以判断裂纹源区附近的夹杂物为
试其硬度, 结果如表 2 所示。依据技术要求, 波纹管 B 类氧化铝夹杂物, 属于脆性化合物相。
材料经过固溶和时效热处理后的洛氏硬度应不小于 综上所述, 管路补偿器平衡式波纹管的开裂性

36HRC , 母材、 焊缝区和热影响区的硬度均满足技 质为疲劳开裂, 其开裂原因有两个方面: 一是平衡式
术要求。 波纹管靠近裂纹一端的内层波纹管与连接圈之间焊
表 2 波纹管第一个波峰裂纹附近硬度测试结果
接接头未熔合, 存在焊接缺陷, 在正常条件下, 双层
维氏硬度 / HV 洛氏硬度 / 波纹管的夹层应处于真空状态, 由于存在焊接缺陷,
位置
实测值 平均值 HRC 内部气体进入双层波纹管的夹层, 使外层波纹管受
母材 443 , 440 , 439 444 , 445 , 442 45.1 到内部气体的附加压力作用; 二是裂纹源区存在疏
焊缝区 430 , 431 , 429 434 , 428 , 430 44.1 松和 B 类氧化铝脆性夹杂物等缺陷, 降低了材料的
热影响区 402 , 397 , 392 401 , 396 , 398 41.5 抗疲劳性能, 裂纹源区位于波纹管内表面纵焊缝的
热影响区附近, 由于焊接接头的粗晶热影响区是接
2 综合分析
头的薄弱部位 [ 8 ] , 源区附近又存在疏松、 夹杂等缺
由上述试验结果可知, 该管路补偿器平衡式波 陷, 破坏了波纹管基体组织的连续性, 在内部气体压
纹管的化学成分、 显微组织和硬度均符合技术要求。 力的作用下, 产生应力集中, 基体与夹杂物之间界面
从平衡式波纹管的宏观观察结果可知: 裂纹位 分离, 产生微孔, 在波纹管轴向拉应力的作用下, 微
于平衡式波纹管的第一个波峰, 且穿过纵焊缝沿波 孔和疏松不断长大、 聚合, 形成了裂纹。在内部气体
纹管周向延伸, 裂纹与纵焊缝方向垂直, 波纹管与两 ( 下转第 57 页)
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