氧催化轉(zhuǎn)化器焊道開(kāi)裂分析改進(jìn)

摘 要：車(chē)輛行駛過(guò)程中，底盤(pán)存在異響，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)催化轉(zhuǎn)化器總成焊道開(kāi)裂，伴隨顧客消費(fèi)理念的的不斷提升，追求方向的不斷轉(zhuǎn)換，對(duì)于產(chǎn)品要求也在不斷升級(jí)，對(duì)駕駛舒適性、零部件的使用壽命也提出了更高要求，對(duì)于個(gè)人維權(quán)有了新的認(rèn)識(shí)，同時(shí)國(guó)家對(duì)汽車(chē)排放有了越來(lái)越嚴(yán)的要求。通過(guò)對(duì)故障件現(xiàn)象的宏觀確認(rèn)結(jié)合金相分析測(cè)試結(jié)果對(duì)氧催化轉(zhuǎn)化器焊道開(kāi)裂進(jìn)行分析測(cè)試確認(rèn)，并進(jìn)行優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：氧催化轉(zhuǎn)化器 焊道 焊接 開(kāi)裂

中圖分類(lèi)號(hào)：U463 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-3973（2013）010-046-02

1 故障現(xiàn)象

汽車(chē)在短里程（5000-10000公里）內(nèi)出現(xiàn)氧催化轉(zhuǎn)化器焊道開(kāi)裂問(wèn)題，故障原因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)焊接電流低于焊接工藝要求實(shí)際值為146A，標(biāo)準(zhǔn)要求為170-220A，管體焊道未連續(xù)融合導(dǎo)致焊縫開(kāi)裂。

2 故障分析

經(jīng)分析，焊縫開(kāi)裂失效的原因主要有以下幾點(diǎn)：原材料、偏焊、咬邊、錯(cuò)邊、未焊透、過(guò)燒、焊道氧化、氬氣不純、加渣、開(kāi)機(jī)/接板產(chǎn)生焊接不良缺陷等。具體確認(rèn)過(guò)程如下：

（1）故障件焊道宏觀確認(rèn)結(jié)果：將管體沿徑向切斷后用砂紙打磨，確認(rèn)焊道狀態(tài)，焊道無(wú)明顯偏焊、咬邊、錯(cuò)邊、未焊透、加渣現(xiàn)象。對(duì)故障件（行駛21395km）管體未開(kāi)裂部分焊道進(jìn)行拉力檢測(cè)，抗拉強(qiáng)度為365MPa，對(duì)另外一例正常管體（行駛23000km）焊道進(jìn)行拉力檢測(cè)，抗拉強(qiáng)度為445MPa，故障件管體焊道抗拉強(qiáng)度明顯低于正常件，且開(kāi)裂部位為熱影響區(qū)，脆性開(kāi)裂。

（2）2013年4月10日，針對(duì)4月市場(chǎng)返回故障件管體樣塊委托實(shí)驗(yàn)中心進(jìn)行金相檢驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果如圖1。

1 基體組織為等軸晶粒鐵素體，開(kāi)裂焊縫部分區(qū)域開(kāi)始熔化，組織變粗，晶界明顯增大，屬于熱組織，焊縫位置未見(jiàn)異常

（3）2013年5月29日，屹馬針對(duì)5月份市場(chǎng)返回故障件管體樣塊委托河北農(nóng)大失效研究所進(jìn)行金相檢驗(yàn)，結(jié)論如下：

1）原材料：試件成分C、Si、Mn、S、P等成分符合SUH409材質(zhì)要求；

2）非金屬夾雜物檢驗(yàn)：按照GB/T 10561-2005鋼中非金屬夾雜物評(píng)級(jí)為DS1.5級(jí)，無(wú)異常；

3）金相分析：金相組織為較粗大且不均勻的鐵素體，鐵素體按照GB 4335-84第一標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖評(píng)為5級(jí)，且在鐵素體及晶界處有一定數(shù)量的碳化物，沿晶界處得碳化物易引起工件的沿晶斷裂。

（4）工藝參數(shù)排查：按照目前工藝參數(shù)施焊，依據(jù)GB/T 12770-2002對(duì)管體進(jìn)行擴(kuò)口、壓扁、彎曲實(shí)驗(yàn)，焊道無(wú)開(kāi)裂；對(duì)管體焊縫進(jìn)行力學(xué)檢測(cè)及金相檢驗(yàn)，焊縫抗拉強(qiáng)度為（470-510）MPa，焊縫金相無(wú)枝狀馬氏體組織，排除生產(chǎn)工藝參數(shù)不合理導(dǎo)致焊道開(kāi)裂問(wèn)題。

（5）焊接電流及焊接速度采用制管機(jī)自動(dòng)控制，氬氣保護(hù)流量采用流量計(jì)進(jìn)行監(jiān)控，排除過(guò)程參數(shù)控制一致性偏差導(dǎo)致焊縫脆化開(kāi)裂。

（6）對(duì)供方生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行排查，鋼板料頭、料尾邊沿存在磕傷現(xiàn)象，開(kāi)機(jī)、接板時(shí)需調(diào)試焊道，焊道調(diào)試過(guò)程中容易產(chǎn)生焊接不良，供方對(duì)板材料頭、料尾無(wú)明確檢測(cè)及報(bào)廢要求，存在不合格品流出的隱患。

（7）利用紅外測(cè)溫儀對(duì)焊槍附近無(wú)氬氣保護(hù)區(qū)域焊縫溫度進(jìn)行檢測(cè)，溫度范圍為370℃-440℃，焊縫溫度超過(guò)400℃容易與空氣H、O反應(yīng)，出現(xiàn)脆化。

依據(jù)行業(yè)推薦做法，建議在焊槍后部增加氬氣保護(hù)拖罩。經(jīng)檢測(cè)氬氣保護(hù)罩后部溫度為140℃-177℃，消除焊道與空氣中H、O反應(yīng)發(fā)生脆化問(wèn)題。

3 改進(jìn)效果

（1）制管縱縫金相檢驗(yàn)（圖2為焊接參數(shù)合理的前提下的試樣，焊縫為單相鐵素體組織，無(wú)枝狀馬氏體組織等，結(jié)論：按焊接工藝要求施焊不產(chǎn)生晶粒粗大引起的）。

（2）經(jīng)制管縱縫壓扁、彎曲試驗(yàn)對(duì)比，在現(xiàn)有小范圍下正常施焊焊縫、熱影響區(qū)塑性、韌性都能滿足生產(chǎn)加工的要求。

（3）制管縱縫脹口試驗(yàn)對(duì)比，見(jiàn)圖3（生產(chǎn)中要求 50→ 60，極限測(cè)試 50→ 84，左管：焊接參數(shù)合理，未添加二次保護(hù)；右管：焊接參數(shù)合理，添加了二次保護(hù)，結(jié)論：添加二次保護(hù)后，焊縫的塑、韌性有明顯提高）。

（4）制管縱縫橫向拉伸試驗(yàn)對(duì)比，見(jiàn)圖4（管1：焊接參數(shù)合理，裂口在焊縫處開(kāi)始且焊縫收縮明顯；管2：焊接參數(shù)合理，冷卻前移焊縫收縮減小；管3：焊接參數(shù)合理，添加二次保護(hù)焊縫接近母材，結(jié)論：加二次保護(hù)后焊縫延展性比未加保護(hù)前有提高）。

（5）制管縱縫縱向拉伸試驗(yàn)對(duì)比：焊接參數(shù)合理，冷卻未前移、二次保護(hù)未添加，斷裂在熱影響區(qū)，脆斷；焊接參數(shù)合理，冷卻前移、添加二次保護(hù)，斷裂在焊縫中間，塑性斷裂。結(jié)論，加二次保護(hù)后，焊縫、熱影響區(qū)塑性均有提高。

改進(jìn)效果：對(duì)改進(jìn)前后焊道進(jìn)行拉力檢測(cè)，改進(jìn)前焊道抗拉強(qiáng)度為（470-510）MPa，改進(jìn)后焊道抗拉強(qiáng)度為（510-545）MPa，焊縫表面質(zhì)量、塑韌性均有所提高。