淺析熱成形鋼搭接電阻焊接頭失效原因

劉偉 胡會(huì)娥

摘 要：熱成形鋼具有極高的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度，廣泛應(yīng)用于汽車制造領(lǐng)域。但隨著強(qiáng)度的提升，合金元素相應(yīng)增加，對(duì)焊接工藝的要求越來越高。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，為保證生產(chǎn)穩(wěn)定連續(xù)進(jìn)行，通常采用搭接電阻焊對(duì)鋼帶連接。分析了厚規(guī)格熱成形鋼22MnB5在2130連續(xù)退火機(jī)組生產(chǎn)過程中，焊接接頭失效的原因，得出提高焊接接頭韌性的有效方法。

關(guān)鍵詞：熱成形鋼；搭接電阻焊

隨著中國(guó)汽車行業(yè)的快速發(fā)展，為滿足汽車輕量化和節(jié)能減排的需要，高強(qiáng)度汽車板成為越來越多汽車零部件的選擇[1]。其中熱成形鋼不僅具有極高的強(qiáng)度，同時(shí)能提高汽車碰撞安全性，在車身制造中得到大量應(yīng)用。

隨著馬鞍山鋼鐵股份有限公司（簡(jiǎn)稱馬鋼）熱成形鋼產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)的不斷發(fā)展，在連續(xù)退火機(jī)組，高強(qiáng)度汽車板在高溫、大張力下的穩(wěn)定運(yùn)行尤為重要[2]，對(duì)入口搭接焊焊接質(zhì)量提出了極高的要求。為防止熱成形鋼在連續(xù)退火過程中因焊接接頭失效導(dǎo)致斷帶事故，馬鋼2130退火線對(duì)厚規(guī)格22MnB5進(jìn)行焊接試驗(yàn)，焊后對(duì)焊接接頭進(jìn)行性能測(cè)試及微觀分析，尋找提高焊接接頭韌性的方法。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為馬鋼2130退火線生產(chǎn)的厚度為2.5mm的22MnB5，帶鋼狀態(tài)為入口軋硬卷，試驗(yàn)材料成分見表1。

1.2 試驗(yàn)方法

在馬鋼連續(xù)退火線入口對(duì)厚度為2.5mm 22MnB5進(jìn)行搭接電阻焊試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)備為西門子窄搭接電阻焊機(jī)，焊輪直徑為20mm。焊接工藝見表2。

2 結(jié)果與分析

2.1 焊接接頭性能

焊后現(xiàn)場(chǎng)對(duì)焊接接頭做杯突測(cè)試，結(jié)果顯示未出現(xiàn)杯突性能良好的焊接接頭，杯突測(cè)試結(jié)果如圖1所示。

由圖1可以看出焊接接頭韌性較差，具體情況為：焊接接頭較難實(shí)現(xiàn)熔合，焊接接頭呈現(xiàn)搭接面處剝離，且接頭表面質(zhì)量較差；焊接接頭區(qū)域較脆，厚度方向未顯示變形，破裂后呈錐形；裂紋起始于杯突最高處，首先平行于焊縫方向擴(kuò)展，后在裂紋起始源處又垂直于焊縫擴(kuò)展至母材，最后形成”十”形裂紋形態(tài)。

2.2 焊接接頭微觀分析

為分析焊接接頭性能較差的原因，對(duì)焊接接頭橫截面進(jìn)行SEM觀察并對(duì)接頭熔合區(qū)硬度進(jìn)行測(cè)試。由圖2可以看出接頭內(nèi)部未熔合區(qū)域較寬且有邊部裂紋，未熔合末端呈現(xiàn)階梯狀擴(kuò)展痕跡，接頭熔合區(qū)域平均硬度為565HV，熔合區(qū)域組織為針狀馬氏體，與板條馬氏體相比針狀馬氏體易產(chǎn)生較大焊接內(nèi)應(yīng)力，而未熔合區(qū)域?yàn)閼?yīng)力的釋放提供了路徑，使焊縫的結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)一步降低[3]，焊接接頭表現(xiàn)出較低的韌性和較高的裂紋傾向。

對(duì)杯突斷口SEM觀察，可以看出在斷口上部與下部沿晶斷裂特征明顯，且該區(qū)域具有微裂紋，在斷口中部，呈現(xiàn)拉剪型韌窩斷口形貌，韌窩較淺，如圖3所示。

圖4中B1處為沿晶析出物，B2處為晶面區(qū)域，對(duì)沿晶析出物成分及晶面成分進(jìn)行能譜分析可知鈦的氮化物在晶界沉淀析出以及磷元素在晶界偏聚是產(chǎn)生沿晶脆斷，導(dǎo)致焊接接頭韌性降低的另一重要因素，能譜分析結(jié)果見圖5所示。

3 結(jié)論

焊縫中存在較為脆硬針狀馬氏體及較大的焊接應(yīng)力，未熔合區(qū)域?yàn)閼?yīng)力釋放提供了路徑，是造成焊接接頭失效的主要原因；沿晶斷口中磷偏析及鈦的氮化物析出引起焊縫組織晶界弱化是造成焊接接頭韌性降低的重要因素?？梢酝ㄟ^減小未熔合尺寸和消除晶界弱化的方法提高22MnB5焊接接頭韌性。

參考文獻(xiàn)

[1] 陸匠心，王 利. 高強(qiáng)度汽車鋼板的生產(chǎn)與使用[J]. 汽車工藝與材料，2004，18（2）：1-7.

[2] 朱愛輝，呂 爽. 窄搭接電阻焊在連續(xù)退火機(jī)組上的成功應(yīng)用[J]. 熱處理技術(shù)與裝備，2013，34（2）：58-60.

[3] 趙玉輝，萬一群，鄭均干. 窄搭接焊接工藝介紹[J]. 梅山科技，2012（4）：8-10.