某公司铜套筒牌号为HPb59-1铅黄铜，图纸要求化学成分为：Cu57～60%，Fe0.5%， Pb0.8～1.9%，Ni1.0%，Zn为余量。套筒由管工及船装分别进行钎焊焊接。焊接方法为火焰加热钎焊，焊料为303，45%银基钎料，钎焊熔剂为QJ112膏状银钎焊熔剂。管工冷却方法为水冷，船装冷却方法为自然冷却。管工焊接的一端焊后部分连接套筒发现裂纹；船装焊接的另一端焊后出现了套筒鼓包现象。公司发现焊接缺陷后分别在管工及船装安排工人模拟实际工作流程焊接铜管。结果显示，在管工焊接的12件套筒中，有3件开裂。由此对样件进行了解剖检测，查找开裂与鼓包原因。

送检铜套筒如图1所示：左侧4件套筒为开裂件，其中带弯管套筒为管工焊后开裂件，另3件套筒是模拟实验开裂件；图1中间位置3件套筒是在船装施工现场热取的鼓包件，但经观察70K-150A型号套筒应为未经船装焊接就鼓包样件；右侧6件套筒为未焊接件，但化学成分略有差异。带弯管套筒如图2所示，由未焊端面宏观即可观察到内壁裂纹形态及走向（见图3）。将该套筒纵向切割后，多条纵向分布的裂纹清晰可见（见图4），其中最长裂纹长约9mm。裂纹穿过凹槽台阶和中心位置凸台，呈黑褐氧化色，为细微弯曲状裂纹（见图4图5）。图6为鼓包套筒。鼓包位置在套筒腰部（筒高的中部凸台位置），呈鼓型。随机测量了型号为70K-10A鼓包件，两端直径分别为22.9mm，中间直径为24.6mm（见图6）。图1右侧6件套筒为未经焊接的成品件。经对送检未焊接成品铜套筒进行测量，两种型号套筒尺寸分别为Φ22.9×26.2mm和Φ27.9×29mm。套内腰部位置有一凸台，凸台两侧至套端面之间各有一等距离沟槽（焊料放置部位）。

图1 送检样品

图2 带弯管套筒样品

图3 带弯管套筒样品内部裂纹形貌

图4 裂纹样品

图5 裂纹样品

图6 鼓包缺陷样品

采用不同温度及冷却方式对未经焊接的成品套筒进行了模拟试验，结果如表1及图 24～29所示。模拟试验结果与现场焊接操作最大的区别在于试验件为均匀加热，因此有利于晶粒长大。当加热温度为850℃、保温1min以上水冷时，出现局部过烧组织，但未开裂。

厂家模拟管工厂正常样品(焊后水冷)铜套筒组织如图 30所示，无过热、过烧组织出现；厂家模拟船上条件正常样品(焊后自然冷却)铜套筒组织如图 31所示，为铸态组织，无过热、过烧组织存在。

表1 模拟试验结果

图 24 740℃保温5min水冷

图 25 800℃保温10min水冷

图 26 850℃保温45秒水冷

图 27 850℃保温1min水冷

图 28 850℃保温1.5min水冷

图 29 750℃保温1min空冷

图 30 模拟管工厂试验（正常样品）组织

图 31 模拟船上条件试验（正常样品）组织

硬度检测结果如表2所示。裂纹样品明显高于未焊接铜套筒的硬度。

表2 硬度检测结果

5.1检测发现裂纹套筒宏观与微观裂纹均沿晶界扩展，说明晶界存在弱化及脆化现象。宏观裂纹的裂纹源主要产生于过渡台阶根部，是套筒的应力集中区域，更易引发开裂。

5.2金相组织检测结果显示，裂纹件局部虽晶粒尺寸不大，这与加热时间短有关，但有魏氏组织（羽毛状α相）及粗晶界、氧化晶界及微裂纹存在，说明套筒局部存在过热甚至过烧组织。过烧组织是金属材料的不可逆缺陷，会使晶粒间结合力大为减弱，在应力作用下极易引发开裂。受热不均、焊后水冷增加了材料的内应力是引发套筒开裂的诱因，过烧组织缺陷是导致裂纹产生的根本原因。

5.3个别套筒局部基体组织过烧，说明钎焊操作过程中局部温度瞬时可能接近熔点温度。这与客观存在的火焰直接喷射金属表面快速加热时，加热不均及控温困难有关。HPb59-1金属熔点为888℃（固）～900℃（液）。固-液转变间隔温度区间小，也增大了控温的难度。另外，用套筒导热的方式熔化内凹槽焊料，也加剧了局部温度升高的风险。

5.4在整个管线焊接接头区域，裂纹套筒所占比例毕竟较小，属个别现象，但在不改变套筒结构的情况下改善焊接质量只能加强温度控制。在现有测温设备条件下，应尽量减少车间环境的污染程度，尽可能拉近仪器的测量距离，从而增加仪器的灵敏度；最主要的是加强焊接时颜色变化等因素的观察，防止焊接温度过高，并应避免火焰直接喷射到金属表面。另外，虽然多数套筒并未开裂，但不等于都不存在局部过热或过烧现象，此类套筒材料强度及使用寿命均会降低，不容忽视。

5.5材料的化学成分对其性能的影响至关重要。就铅元素而言，其熔点为327℃，如果套筒中铅含量过高，会使金属的熔点降低。若杂质元素过多则会直接影响材料的力学性能。委托方提供的相关实验数据显示：管工人员A共焊接试验件6件，型号为70K-15A和70K-10A各三件；开裂两件，型号均为70K-15A，两件在试验中铅、铁元素分别超标和合格。人员B焊接6件中，开裂一件，型号为70K-15A，铅、铁元素超标。试验件中70K-10A型号共6件，成分合格为2件，但无一开裂。从模拟试验结果看，成分超标并未产生太明显结果。

检测试验结果表明，裂纹套筒因局部存在过

烧组织，导致晶界弱化，材料强度

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下降，脆性增加，在应力作用下导致开裂，因此加强温度控制和原材料检查是避免裂纹和鼓包的必要措施。采取该措施持续跟踪半年后，未再发现焊接鼓包现象，说明该措施是有效的。