鈦換熱管脹接裂紋失效分析

燕輝，劉鴻彥，郗運富，陳欣，濮陸豐，羅瑯

（南京寶色股份公司， 江蘇 南京 211100）

1 背景

鈦合金材料比強度高、在適當的氧化性環境中可形成一種薄而致密的氧化膜，具有優異的耐腐蝕性能，此外，還具有非磁性、線膨脹系數小等特點，廣泛用于航空航天、海洋、化學工業等領域。α型鈦合金具有良好的比強度、熱強性和熱穩定性，焊接性能好，TA2無縫管廣泛用于換熱器中換熱管用途。

在某化工項目換熱器設備制作中所用TA2無縫換熱管在脹接過程中出現貫穿裂紋，脹接工藝選擇貼脹的方式，壁厚減薄率約2%～3%。失效管的材質為TA2，規格：Φ25×2，換熱管經冷軋、退火酸洗后供貨，成品換熱管出廠試驗報告均符合GB/T 3625-2007標準要求。

選取失效脹接裂紋換熱管進行失效分析，試驗主要是從換熱管的宏觀形貌、化學成分、力學性能、金相組織、斷口形貌及能譜分析等方面進行分析研究。

2 試驗過程

2.1 宏觀形貌與分析

(1)對失效管試樣進行宏觀觀察，裂紋方向為縱向，長度約24mm，裂紋已貫穿，對該批號進行線切割，觀察內外表面情況，如圖1所示。

圖1 失效換熱管內外壁宏觀圖片

從宏觀圖片可以看出，脹接實驗對失效換熱管內外表面損傷較為輕微，同時觀察到管外表面除貫穿裂紋位置外，在鄰近區域同時伴有一定長度和深度的縱向線性缺陷。

(2)對失效管試樣進行制樣，保留裂紋的原始斷口，對斷口進行多次清洗后，使用體視顯微鏡進行宏觀斷口的觀察，如圖2所示。

圖2 失效換熱管斷口宏觀圖片

從斷口宏觀形貌可以看出，斷口整體形貌呈灰色，失效管斷口近外壁斷口相較于其它部位顏色較暗，沿厚度方向相對光亮平坦，從宏觀形貌可以判斷管材失效由外壁向厚度方向擴展。……