為探究管道搭焊結構與304不銹鋼管套裝的內在原因及失效機理，對失效件的化學成分、金相組織和斷口形貌進行了檢測，并進行了綜合分析。結合焊件本身的結構特點。據(jù)分析，結構焊接在薄壁管外徑透液、厚壁管內徑、縫焊背面根部處容易出現(xiàn)應力集中。連接兩者。另外，該地方是熔線的位置，結構的均勻性較差，較容易。它會導致結構件開裂。一旦開裂，裂紋在集中應力的作用下會迅速擴展，斷裂失效方式為疲勞脆性斷裂。
1. 一般信息
管套疊焊結構是厚壁管包在薄壁管外面的結構。厚壁管的內徑與薄壁管的外徑相同。僅在加工過程中需要。根據(jù)上偏差，薄壁管的外徑與下偏差一致，直徑差控制在0.20.3mm以內，以保證薄壁管能適應厚壁管.使用中的管道與管套焊接結構截面見如圖1。
圖1所示的焊接結構是焊接絕緣氣瓶的出液管從中間層穿到外面的結構。由于夾層內側無法焊接，因此只能在外側焊接結構。焊接結構可以增加薄壁管的剪切力。由于該結構僅限于一側焊接，具有一定的徑向間隙，因此在疲勞載荷下使用時具有一定的優(yōu)勢。
目前焊接隔熱氣瓶的主要材料是奧氏體304不銹鋼，這種材料具有良好的焊接性。在焊接熱輸入的作用下，其結構會發(fā)生變化。如果預處理工藝不充分，焊縫質量就會發(fā)生變化。產生的問題。本研究采用化學成分檢測、金相組織、斷口形貌等分析方法，結合其結構特點和操作條件，對不銹鋼管材的搭接焊組織、奧氏體304、奧氏體304、研究焊接結構失效的主要原因。
2 管道搭接焊結構件及管道套裝失效情況
管件焊接結構件縱剖面及宏觀裂紋照片見如圖2。圖2(a)中，通液薄壁管規(guī)格為10mm2mm100mm，厚壁管規(guī)格為22mm12mm30mm，外管規(guī)格為30mm8mm 15mm，外管規(guī)格 規(guī)格為30mm8mm20mm。焊接結構在實際工況下失效，導致焊接絕緣氣瓶層間空隙破壞。相關技術人員通過宏觀金相觀察和滲透檢測，發(fā)現(xiàn)故障位置在薄壁管與厚壁管結節(jié)的焊縫背面。缺陷類型為穿透裂紋，裂紋沿薄壁管壁厚方向（見圖2（b）），裂紋邊緣光滑，形狀無彎曲齒，其他位置未發(fā)現(xiàn)裂紋等缺陷。
3 測試過程
3.1 化學成分檢測
管接頭焊縫失效的結構件為太鋼（集團）有限公司生產的304不銹鋼管加工的管接頭，不銹鋼管執(zhí)行GB/T14976-標準。2012 《流體輸送用不銹鋼無縫鋼管》和不銹鋼棒執(zhí)行GB/T1220-2016 《不銹鋼棒》標準，焊接材料為2.0mm ER308L不銹鋼實心焊絲，按照YB/T2092-2005 《焊接用不銹鋼絲》標準，奧氏體304不銹鋼管、鋼棒和ER308L焊絲化學成分見表.
將表1中奧氏體304不銹鋼管、鋼棒和ER308L焊絲的化學成分與相關標準進行比較，結果均符合要求。零件采用手工TIG 焊接方法焊接。薄壁管與內套管的焊接參數(shù)為：電流（1505）A，電壓（11.50.5）V，焊接速度100mm/min，焊后風冷焊縫坡口。
3.2 金相組織觀察
焊縫缺陷及顯微組織分析可參照GB/T3375-1994，觀察透液薄壁管及內殼接頭裂紋區(qū)附近組織的顯微組織。觀測結果顯示在如圖3。焊接接頭主要分為焊縫區(qū)、熔合線和熱影響區(qū)。熱影響區(qū)分為過熱區(qū)、正火區(qū)和部分相變區(qū)。從圖3(c)和圖3(d)可以看出，母材為單一奧氏體組織，焊縫區(qū)基體為奧氏體組織，同時強鐵素體為分布于熱影響區(qū)，奧氏體組織晶粒粗大，有少量鐵素體析出，但區(qū)域寬度較小。裂紋的起始位置在焊縫熔合線位置，裂紋在發(fā)展過程中穿透母材并斷裂，即裂紋開始后迅速發(fā)展到全部裂紋貫穿。
3.3 裂紋斷裂形貌觀察
用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察破碎液通過失效部位的薄壁管的斷裂形貌，結果見如圖4。
從圖4(a)和圖4(b)可以看出，斷口比較光滑，屬于脆性疲勞斷口。圖4(c)表明裂紋起始位置較為平坦，裂紋萌生后繼續(xù)進入疲勞斷裂的初始階段；由圖4（e）可以看出，裂紋擴展區(qū)（類似于海灘帶）存在明顯且均勻發(fā)展的疲勞條紋。酒館);由圖4(f)可以看出，瞬時斷裂區(qū)的疲勞裂紋已轉變?yōu)椴痪鶆虬l(fā)展的疲勞帶條紋，最終斷裂區(qū)有明顯的表面裂紋。
通過矩陣掃描和EDS分析觀察圖4(b)中的黑質，結果如圖5和表2所示。分析結果表明黑質為高粒子，是制備時與人混合的雜質樣品。通過矩陣掃描和EDS分析觀察圖4(c)中的黑點，結果如圖6和表3所示。分析結果表明黑點的成分與母材相似，這是由于疲勞裂紋擴展過程中裂紋兩側相互碰撞形成的小平臺。
4 測試結果分析與討論
4.1 材料分析
從表1的化學分析結果可以看出，母材和焊縫材料的化學成分符合相關標準的要求。
4.2 金相分析
由于熔線區(qū)域的微觀行為非常復雜，焊縫與母材的不均勻結合形成了不均勻的界面。該區(qū)域雖然范圍很窄，但由于其均勻性較差，對焊接接頭的強度和韌性影響較大，也是大多數(shù)脆性裂紋和斷層的發(fā)源地。在圖2(a)中，裂紋起始位置在薄壁管透液外徑根部、厚壁管內徑根部和焊縫背面，兩者之間。該位置為銳角夾角，也是焊縫與母材連接的位置。容易形成高倍的應力集中，因此裂紋一旦開始，裂紋就會迅速發(fā)展，這與圖2(b)和圖3(b)中裂紋在擴展過程中的直線路徑一致。 b)。此外，由于裂紋開始后疲勞載荷施加的持續(xù)力，裂紋有足夠的能量沿母材繼續(xù)生長。
4.3 斷口形貌分析
斷口形貌為典型的疲勞斷口形貌，起始端斷口光滑，疲勞帶條紋在裂紋擴展區(qū)均勻發(fā)展，最后在瞬時斷裂區(qū)斷裂，瞬時斷裂區(qū)有明顯的解理表.
5. 結論
通過分析該套304不銹鋼管搭接焊縫組織缺陷部位的化學成分、金相組織和斷口形貌，并結合其結構特點，得出以下結論：
(1)由于結構本身的特點，管與管束的搭接結構件容易在薄壁管外徑和內徑厚管的位置造成應力集中。壁管與背面焊縫根部兩者之間，且該處熔合。線的位置和組織的均勻性不好，容易引起結構件開裂。
(2)管-管套裝搭接焊結構的斷裂失效模式為脆性疲勞斷裂。