無縫氣瓶水壓試驗時瓶體開裂的案例分析

殳 宏 浙江省特種設備檢驗研究院

朱聯華 嘉興市特種設備檢測院

無縫氣瓶水壓試驗時瓶體開裂的案例分析

殳 宏 浙江省特種設備檢驗研究院

朱聯華 嘉興市特種設備檢測院

1 外觀檢查

將開裂的R483188氣瓶從肩部與筒體過渡位置鋸開，然后進行內外表面檢查，泄漏點的宏觀情況如圖1所示：

圖1 R483188內表面泄漏點放大圖

由圖1可以看出，在肩部弧形部內表面有一條長約15mm凸出的金屬。

2 瓶體材料化學成分與力學性能試驗

在瓶體上取化學成分分析試樣，對材料化學成分進行分析，瓶體基本材料的化學成份滿足圖樣和ISO11439標準要求。

在瓶體上截取力學性能試樣，對材料進行性能試驗，瓶體的力學性能滿足圖樣和ISO11439標準要求。

3 裂紋部位分析

將瓶體的裂紋部位截取下來，作成小試樣，見圖2所示，進行宏觀形貌檢查、電鏡（化學成份）、金相檢驗和非金屬夾雜物等試驗與分析。

圖2 R483188帶裂紋小試樣（外表面）

3.1 宏觀形貌檢查

開裂樣品的宏觀形貌見圖3～圖5。由宏觀形貌觀察可見，開裂部位斷口不規則，在中間部位可發現明顯的折迭、掉塊和起層情況。

圖3 斷面形貌

圖4 側面局部1

圖5 側面局部2

3.2 電鏡分析

對帶裂紋的小試樣進行電鏡（化學成份）分析，發現氣瓶外表面裂紋附近含有銅，其含量嚴重超過材料規定的含量（正常情況下，材料中含Cu＜0.04%)，見表1。

表1 試驗與分析結果

3.3 金相分析

首先對該試樣正常部位的非金屬夾雜和組織狀態進行了檢驗，結果見表2，組織形貌見圖6。可見，正常部位非金屬夾雜A、B、C、D評級均不超過0.5級，金相組織心部和外壁為馬氏體，內壁為鐵素體+微量珠光體。

正常部位檢驗結果表明鋼的內部質量良好，氣瓶是經過淬火處理后的，但瓶壁未淬透，內壁表面存在脫碳現象。

表2 正常部位金相組織檢驗

圖6 正常部位金相組織形貌

對正常部位的非金屬夾雜和組織狀態進行檢驗后，再對斷裂部位進行觀察，發現存在三種典型裂紋缺陷，如圖7a所示，有單一和復合裂紋形式，且在裂紋周圍存在明顯的氧化質點，見圖7b和7c。表明該開裂部位在加熱過程中已經形成氧化通道，這與原料的原始缺陷有關。

圖7 斷裂部位裂紋形貌

通過對帶裂紋的小試樣進行金相分析，金相組織為回火索氏體，組織正常。兩個試樣裂紋附近都存在脫碳層，說明裂紋是在熱處理之前就產生了。并且，R483188瓶體裂紋上還可以看到銅。結果見上表3。

表3 試驗與分析結果

4 分析結論

從上面分析的結果可以看出，泄漏氣瓶的材料、力學性能、金相組織以及材料的非金屬夾雜物等，都沒有問題，符合圖樣和ISO11439標準要求。但最關鍵的問題是裂紋部位含有嚴重超標銅，這是氣瓶肩部發生泄漏的根本原因，具體分析如下：

在氣瓶拔伸工序，其中一個模具是使用錫青銅制造的，在使用過程中，如果銅模具質量不好會產生磨損脫落，當瓶坯拔伸通過時，脫落的銅粉或銅塊會落到瓶坯的上部，并被碾壓到瓶坯的表面。在收口加熱時，由于加熱溫度在1130℃～1150℃，由于銅的熔點低，銅熔化后滲入到肩部金屬材料中，造成金屬局部開裂（銅脆）。由于收口模板的擠壓，開裂部位內表面金屬受擠壓向內呈凸出形態，外表面金屬經補充后仍然呈平整形態。

經調查核實，在該批氣瓶制造期間使用的一個銅模具存在嚴重的磨損現象，該銅模具可能對產品質量產生影響，由于開裂發生在氣瓶厚度較厚的肩部，加上氣瓶背面檢驗人員難以觀看。因此，因此氣瓶外觀檢驗時不容易被發現，導致試壓時發生泄漏。

5 整改措施

通過對編號為R483188的氣瓶水壓試驗時發生瓶體開裂的案例分析，筆者根據試驗結果和分析提出了引起開裂的具體原因，并提出以下整改措施：

1）要求公司認真檢查所使用的氣瓶制造模具，并采用另外材料制成的模具逐步更換了生產線上的銅模具，從根本上保證這種情況不會再次發生。

2）明確相關崗位檢驗人員責任，加強瓶坯外觀質量和氣瓶肩部外觀質量檢查，發現異常及時進行處理。

3）對生產線各崗位操作人員和檢驗人員，而尤其是瓶坯檢驗、收口、水壓試驗等關鍵崗位的人員進行培訓和教育，并加強管理。

2013－10－10）