4J29接線腳點焊不牢原因分析及探討

高風(fēng)華

摘 要：某型號基座組合在鍍銅后進行試點焊過程發(fā)現(xiàn)無法通過牢度檢查，經(jīng)過多方面的分析與工藝驗證后，證實接線腳所使用的4J29材料為新供應(yīng)商提供的新批次材料，未經(jīng)批量試燒結(jié)與裝配即投入生產(chǎn)。本文通過分析，導(dǎo)致點焊不牢的根本原因為本批材料在加工成型過程中由于預(yù)變形量過大，材料再結(jié)晶溫度偏低，燒氫凈化過程中出現(xiàn)不均勻晶粒，從而導(dǎo)致可焊性差而失效，并提出了4J29入庫復(fù)驗的注意事項。

關(guān)鍵詞：4J29;再結(jié)晶;金相;電阻點焊;預(yù)變形量

1 問題概述

熱表車間電鍍工序發(fā)現(xiàn)在對某批基座組合電鍍銅后進行試點焊過程中，發(fā)現(xiàn)存在點焊不牢的現(xiàn)象，經(jīng)退鍍并陪鍍其它型號的基座組合并一同再試點焊該型號基座仍有不牢的情況，但陪鍍的基座組合就能夠點焊牢固。至此操作人員反饋信息，熱表工藝人員介入原因分析及措施采取。

2 過程排查與故障復(fù)現(xiàn)

2.1過程排查

該基座組合由4J29材料的基板與4J29材料的接線腳燒結(jié)而成，表面進行鍍銅并鉻酸鹽鈍化處理。根據(jù)點焊不牢的可能因素列故障樹如圖1。

根據(jù)點焊不牢的可能因素進行可能要因確認，確認結(jié)果見表1。

通過多次對比驗證結(jié)果的確認，從上述人、機、料、法、環(huán)進行試驗，最終認定該批次點焊不牢原因定位的要因唯一，即點焊材料可焊性差，分為鍍金簧片或者接線腳材料。而多次驗證過程中，使用的同批銀鎂鎳鍍金簧片，對于陪鍍件試點焊合格則可以排除鍍金簧片的可能，因此最終確定本批次基座組合點焊不牢的原因為接線腳材料可焊性差。焊接后只是與材料表面結(jié)合，未能有效形成熔核，焊接熔核向非焊點處流動形成焊瘤，未能形成區(qū)域熔核。故障失效以及陪鍍點焊微區(qū)放大見圖2。

2.2故障復(fù)現(xiàn)

在故障復(fù)現(xiàn)過程，主要對電鍍過程進行了工藝驗證，工藝驗證采用對比的方式，即每道前處理工序進行對比分析，對比結(jié)果明顯，點焊牢固的接線腳與不牢的接線腳表面有明顯的不同，見圖6。

從圖6可以看出，點焊牢固的接線腳鍍銅后表面光滑細致，而點焊不牢的接線腳銅鍍層表面粗糙凹凸不平，退鍍后材料表面結(jié)塊狀晶型。

經(jīng)對未進行電鍍處理的接線腳在40X顯微鏡下觀察沒有結(jié)塊狀晶型，那么是否是因為電鍍處理不當導(dǎo)致接線腳材料變化而可焊性性差，為此進行了各道工序的對比驗證，結(jié)果表明，問題批次4J29材料的結(jié)塊狀晶型在電鍍前處理的“去石墨”工序開始出現(xiàn)，但是從生產(chǎn)現(xiàn)場的另外一個批次基座組合接線腳前處理后也出現(xiàn)結(jié)塊狀晶型，但是卻點焊牢固，說明電鍍前處理過程不是造成4J29材料可焊性差的原因。具體工藝驗證見圖7。

3 原因分析與討論

3.1電阻點焊影響因素

基座組合采用4J29接線腳與基板進行燒結(jié)并電鍍銅后與鍍金的銀鎂鎳簧片進行電阻點焊。該過程是一個材料冶金過程，焊縫的成型與兩種金屬是否具有較好的冶金相容性相關(guān)，而材料的化學(xué)成分以及組織均勻性對熔合過程起到很大的影響。因此，為評價電阻電焊質(zhì)量，點焊完成后采用規(guī)定的牢度檢測方法進行測試，具體測試方法為：用尖嘴鉗夾住簧片繞接線腳打彎，若焊接區(qū)域未脫落與分離，則點焊牢度合格。該方法等同于對點焊后的接頭進行強度與塑性性能的檢測。

一般點焊不牢的現(xiàn)象表現(xiàn)為：1.焊接熔接區(qū)脫落，簧片與接線腳分離。2.焊接區(qū)表面鍍層與被焊簧片熔合并與母材接線腳脫離。

3.2 4J29晶粒變化

4J29用于封接均需經(jīng)過凈化、預(yù)氧化、燒結(jié)三大高溫過程，對材料的金相組織將發(fā)生變化。即4J29在燒結(jié)前的各種熱處理過程，伴隨著回復(fù)、再結(jié)晶與晶粒長大三個過程[1]。

據(jù)4J29材料進行燒結(jié)的整個工藝過程，4J29材料需要進行如下幾個對于晶粒大小有影響的過程：預(yù)氧化—凈化—燒結(jié)，在工藝驗證過程中發(fā)現(xiàn)，原材料晶粒非常細小，在600X金相顯微鏡下幾乎看不見，而經(jīng)過預(yù)氧化后，晶粒有所長大，但不明顯，凈化后材料已經(jīng)經(jīng)過再結(jié)晶，但故障批材料再結(jié)晶不充分，出現(xiàn)了芯部粗大，表面細致的不均勻金相結(jié)構(gòu)，而陪鍍件在凈化后晶粒均勻性顯而易見，因此可見，凈化后出現(xiàn)的晶粒不均勻性是導(dǎo)致電阻點焊不牢的根本原因。見圖8。

3.3再結(jié)晶不均勻原因分析

4J29在前期加工過程中，需要進行冷拔，以滿足不同外徑尺寸的材料供應(yīng)需求。冷拔時合金要沿拉拔方向延伸，由于這種塑性變形的結(jié)果，晶粒碎化，且導(dǎo)致晶粒沿拉拔方向被拉長。這就解釋了原材料在600X顯微鏡下幾乎觀察不到晶粒組織。而預(yù)氧化后由于溫度較低，時間短，變形組織尚未消失，但已經(jīng)出現(xiàn)了一些等軸可見晶粒。燒氫凈化時，溫度達到材料再結(jié)晶溫度以上，冷拔時產(chǎn)生的變形組織完全消失，并出現(xiàn)二次結(jié)晶，并開始出現(xiàn)晶粒長大。但是由于本批原材料的預(yù)先變形率，即冷拔時變形量過大，導(dǎo)致再結(jié)晶溫度較正常材料批次的溫度低，二次結(jié)晶溫度降低，最終出現(xiàn)不均勻金相組織。點焊時，在粗大晶粒與細小晶粒界面容易出現(xiàn)微觀裂紋，導(dǎo)致焊接頭強度與塑性性能降低。

4 結(jié)論

基座組合點焊不牢的根本原因在于故障批次材料在加工過程因不當?shù)念A(yù)變形率，造成采用常規(guī)的高溫燒氫凈化工藝，材料再結(jié)晶后晶粒不均勻，材料表面與料芯中間晶粒分層嚴重，電阻點焊后表層晶粒產(chǎn)生裂紋并最終在牢固度檢測中無法通過。由此可以說明以下幾點：

1）材料的晶粒均勻性可以影響電阻點焊后接頭的強度與塑性性能，從而影響焊接組合件的牢固與否;

2）燒結(jié)、電鍍、點焊均為特殊過程，原材料的改變需要經(jīng)過充分的批次驗證才能實施;

3）4J29材料等涉及到可能影響實際使用過程中對材料的其他方面性能的指標入廠復(fù)驗時不能簡單進行化學(xué)成分分析，需要對其它典型的指標進行復(fù)驗，尤其是材料的組織均勻性。

參考文獻：

[1]馬莒生.精密合金及粉末冶金材料[M].北京：機械工業(yè)出版社，1986：119-123.