浙江至德钢业有限公司磷脱氧铜无缝管断裂原因分析

  浙江至德钢业有限公司用SEM等方法对电冰箱压缩机用磷脱氧无缝铜管异常断裂进行了分析。结果表明,夹杂物局部偏聚是铜管断裂的内在原因,焊接时产生的热应力及弯曲变形是铜管断裂的外部诱发因素。有效的改进措施是严格控制杂质含量、将高温焊接工艺改为低温焊接工艺。

 我公司电冰箱压缩机用铜制吸气管和工艺管,其规格为<8mm×0.9mm,材质为磷脱氧铜无缝管。在装配电冰箱时需将该管与冰箱回流管进行钎焊,为便于操作,在钎焊过程中,要把铜管多次弯曲,这时常有铜管发生断裂。为此,我们从原材料、焊接工艺、断口形貌等方面对铜管异常断裂的原因进行了分析。

一、检验及分析

 1. 原材料检验

 原材料从江苏某铜管厂购进。从进货检验记录中发现,铜管中铜含量只有99.81%,而其它各项性能指标均符合我公司的企业标准,见表。铜含量的偏低意味着杂质元素含量较高。

 2. 焊接工艺

  对比日本铜管,发现我公司采用高温焊接工艺,焊后铜管晶粒较粗大,而改用低温焊接工艺,则晶粒度降至与日本同类产品的水平。

  另外,改为低温焊接还可减少焊接时产生的热应力,减少铜管脆性断裂的倾向。

 3. 金相检验

  在近断口处截取金相试样,光学显微镜下观察,未发现氧化铜类的异常显微组织。

 4. 断口形貌

  图为断面及管外壁的低倍电子扫描形貌。由图可见,管外壁近断口处有裂纹,断面有夹杂,由夹杂物尖端引发二次裂纹,断口主要呈解理状,属于脆性断裂。将图局部区域放大,可以更清楚地看到夹杂周围的微裂纹,且裂纹已相互连接。

  图为断口及断口以下的内壁低倍形貌。由图可见,管内表面存在大量孔洞,内壁孔洞的存在可能与内表面较粗糙有关,近断口处孔洞明显多于远离断口处,这可能与孔洞在外力作用下生成、长大有关。放大图可见,不少孔洞内还存有颗粒状夹杂物。图为离断口较近处的孔洞形貌,孔洞较大,有裂纹横穿洞内。联系实际生产工艺,认为该裂纹是由于热应力经酸洗后生成的。

  断口上有少量如图所示的切变韧窝及韧窝周围正常的滑移线和滑移面，而大部分断口呈现如图所示的因受腐蚀而产生的泥块状花样，故属脆性断裂。

二、结论与措施

  1. 夹杂物局部偏聚是铜管断裂的内在原因。当夹杂恰好处在铜管弯曲变形处时易发生应力开裂造成铜管断裂。

  2. 焊接时产生的热应力易集中在夹杂周围及孔洞内部。该应力在酸洗过程中释放出来，产生裂纹源。在外力弯曲变形的条件下，裂纹扩展并相互连接,造成铜管断裂。热应力及弯曲变形是铜管微裂纹扩展、最终导致断裂的外部诱发因素。

   针对上述分析,防止铜管断裂的措施有：

     a. 把好原材料进货检验关,严格控制杂质含量;

     b. 将焊接工艺由原来的高温焊接改为低温焊接;

     c. 重视铜管内外壁的表面质量检验,铜管内外壁表面应光滑、清洁,不应有裂纹、划伤、拉痕等缺陷,以减少裂纹源。

三、效果验证

    根据上述措施,我公司在铜管抽检时保证各项性能指标达到并超过企业标准要求,并采用低温焊接工艺,取得一定的效果。