压缩机外壳漏气分析

供稿|王鲁宁，王旭生，张楠 / WANG Lu-ning, WANG Xu-sheng, ZHANG Nan

内容导读

热轧低碳钢酸洗板制作的压缩机外壳出现了并不常见的漏气现象。文章根据密闭性检查的结果，对壳体上切割漏气部位的试样进行光学显微镜和扫描电子显微镜分析。压缩机外壳的外表面有深度约为600 μm的疑似裂纹，且形貌较为规则，未形成贯穿性裂纹，不会造成漏气，判断疑似裂纹为外物划伤或硌印。焊缝位置存在几乎贯穿的主裂纹以及多个微裂纹，漏气可能是由焊缝处焊点位置的主裂纹和微裂纹链接贯穿造成，也可能是主裂纹直接贯穿造成。

热轧酸洗板以其良好的表面质量和稳定的性能在家电压缩机外壳领域具有很大的优势，而压缩机外壳需要较大的冲压变形，生产应用中采用的典型钢种有SPHE、SPHD。梁小伟[1]研究认为超低碳和钛等微合金化钢(IF钢)有利于获得更好的深冲性能。在制作压缩机外壳的过程中会出现凸耳、漏气等问题，伍世鹏等[2]研究了生产压缩机上壳体的热轧酸洗板在拉深成形中出现的凸耳不均匀问题，根据不同的厚向异性系数能较准确地预测凸耳值。

热轧酸洗板制作压缩机外壳出现漏气现象并不多见。文章根据密闭性检查的结果，在壳体上切割漏气部位的试样，在光学显微镜和扫描电子显微镜下观察漏气位置的微观形貌，发现焊缝处有一条主裂纹和多条微裂纹，漏气现象是由这些裂纹引起的。

漏气试样形貌

热轧低碳钢制作压缩机外壳，经组装后进行打压浸水检测密闭性，压力为3.2×106Pa，浸水后发现一个制件有一处出现明显气泡泄漏的现象，如图1(a)所示。

随后对漏气部分进行切割取样，取下的弧形试样内表面焊点处的形貌如图1(b)所示。从图1(b)可以看到，焊点处有焊丝填入，并且由于温度较高，在焊点周围形成较大的圆形热影响区。

采用线切割将试样沿漏气的焊点中心和疑似漏气位置切开，检测有漏气现象的钢管内表面焊点如图1(c)所示。图1(d)为对应的外表面形貌。

外弧经轻微打磨，出现一处短线状裂口，由于未观察到肉眼可见的裂纹，裂口设定为疑似裂纹。采用线切割，沿着经过焊点中心的疑似裂纹的垂直线进行切割，切开后焊点掉落，如图2所示。从焊点掉落的形貌看，焊点圆形缺口整齐，底部有高低台阶，焊点掉落说明该位置可能因焊接联接不牢固而导致开裂。

图1 压缩机外壳漏气及漏气试样形貌

生产工艺反查

通过漏气压缩机外壳的生产数据，查询钢卷编号，根据钢卷编号在生产系统中反查生产工艺执行情况。生产系统数据显示，钢卷从炼钢到热轧、酸洗，未出现质量波动，各项工艺参数控制稳定 (表1)，可以排除因生产质量问题而引起漏气。

微观形貌分析

根据反馈的信息和试样的状态，对切割后的试样围绕焊点、热影响区和疑似裂纹利用金相和扫描电镜进行微观形貌分析。金相试样与扫描电镜试样分别为切割线两侧的试样。

金相分析

疑似裂纹位于热影响区，金相观察发现疑似裂纹的横断面呈现出极为规则的形貌，如图2(a)所示。疑似裂纹的深度约为600 μm，裂口方向与表面夹角约为60°，裂口周围组织均匀。母材的组织为多边形铁素体，如图2(b)所示。焊缝为上贝氏体和铁素体组织，如图2(c)所示。热影响区为粒状贝氏体和铁素体组织，如图2(d)所示。

表1 制作压缩机外壳使用的热轧酸洗板化学成分(质量分数，%)和力学性能

图2 疑似裂纹横断面、母材、焊缝、热影响区组织的形貌

焊点掉落后底部凹凸不平，在光学显微镜下，焊点掉落的底部存在裂纹，如图3所示。从图中可以看出，焊点掉落后，钢板的厚度约为1400 μm，主裂纹长达1200 μm，附近有较多微裂纹，且裂纹沿上贝氏体和铁素体晶界开裂、延伸扩展。从漏气现象可以推断出裂纹可能是由主裂纹和微裂纹链接贯穿，也可能是主裂纹直接贯穿，由于金相试样仅能看到一个截面，没有找到贯穿性裂纹。

图3 焊点掉落处裂纹形貌

扫描电镜分析

选取母材和焊点处对可能引起裂纹的因素进行微观分析，如图4所示，对应的化学成分如表2所示。母材中发现有断续圆点状非金属夹杂物，其化学成分为Al2O3；“焊点1”、“焊点2”、“焊点3”含有大量的硅、钛和锰，其中硅质量分数15.04%～ 25.51%，钛质量分数3.98%～10%，锰质量分数15.89%～25.66%；氧质量分数37.74%～47.01%，含有少量的铝和极少量硫。钢板的硅质量分数0.012%、锰质量分数0.18%，且没有添加钛，焊点掉落处的硅、钛和锰含量极高，这与焊接时焊丝的硅、钛和锰含量高有关。

图4 母材、焊点的扫描电镜图

表2 母材、焊点化学成分 (质量分数，%)

裂纹成因分析

制作压缩机外壳的热轧酸洗钢板母材的组织为多边形铁素体，而该组织适合冲压成形，适合用于制作压缩机外壳。

(1) 根据疑似裂纹的形貌观察和组织检测，疑似漏气的裂纹的深度约为600 μm，裂口较为规则，没有贯穿钢板造成漏气的可能，不是真正的裂纹，推断为外物划伤或硌印所致。

(2) 根据缺陷试样的检测结果，母材含有一定的氧化铝夹杂物，以圆球状断续分布；焊点位置的检测均含有氧化铝，说明氧化铝的分布较为均匀，没有集中分布。焊点1、焊点2和焊点3三个位置的检测均发现化学成分含量占比高的硅、钛和锰含量，说明在焊点周围，焊丝与钢有熔合现象，焊丝中的硅、钛和锰向钢中扩散。

(3) 裂纹位于焊点处最薄位置、预制孔内台阶的最深位置，冷却效果最差，焊接时无法及时冷却，易形成上贝氏体组织。焊接后，焊缝处的组织为上贝氏体和铁素体组织，热影响区为粒状贝氏体和铁素体组织，由于组织差异较大，在焊缝区域形成了应力集中，形成裂纹，并沿上贝氏体和铁素体晶界扩展，从而形成贯穿性的宏观裂纹。

结束语

(1) 排除疑似裂纹漏气，推断疑似裂纹可能为外物划伤或硌印所致。

(2) 焊缝试样采用线切割分切时焊点掉落，焊接时钢板和焊丝完好的熔合。

(3) 焊缝位置存在几乎贯穿的主裂纹以及多个微裂纹，漏气可能是由主裂纹和微裂纹链接贯穿造成，也可能是主裂纹直接贯穿造成。

《滤》徐 荧