針對(duì)汽車(chē)車(chē)輪輪輞生產(chǎn)中出現(xiàn)的實(shí)際開(kāi)裂問(wèn)題，通過(guò)跟蹤、取樣檢驗(yàn)，分析影響輪輞開(kāi)裂的因素及產(chǎn)生開(kāi)裂的原因，解決輪輞生產(chǎn)中存在的問(wèn)題。
某用戶汽車(chē)車(chē)輪輪輞焊接工藝采用電阻對(duì)焊，其生產(chǎn)工序流程為下料→打印→酸洗→卷圓→輪輞焊接→輪輞去毛刺→擴(kuò)口→滾型Ⅰ→滾型Ⅱ→滾型Ⅲ→擴(kuò)漲定徑→沖氣門(mén)孔→合成壓裝→四工位CO2合成焊接→清渣去毛刺→電泳涂裝→成品檢驗(yàn)。
由于輪輞在卷圓及電阻對(duì)焊后的焊縫要經(jīng)受擴(kuò)口、三次滾壓成形、擴(kuò)張定徑等多次大的變形工序，因此對(duì)焊接接頭質(zhì)量要求非常高。2003年該用戶三次出現(xiàn)輪輞焊縫開(kāi)裂質(zhì)量問(wèn)題，為找出開(kāi)裂原因，進(jìn)行了用戶現(xiàn)場(chǎng)跟蹤、取樣檢驗(yàn)分析等用戶技術(shù)服務(wù)。
輪輞開(kāi)裂情況調(diào)查
進(jìn)行了5天用戶現(xiàn)場(chǎng)跟蹤調(diào)查，其結(jié)果是開(kāi)裂率約15.8%，在焊后的各工序中都存在開(kāi)裂現(xiàn)象，并且在對(duì)焊后、變形前開(kāi)裂（對(duì)焊開(kāi)裂）率達(dá)3.9%。出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的爐號(hào)及其成分和性能見(jiàn)表1。從跟蹤結(jié)果看，開(kāi)裂率與鋼板的生產(chǎn)批次、爐號(hào)、卷號(hào)之間無(wú)規(guī)律可尋。試制的SAPH370車(chē)輪輪輞鋼共88爐，其中有9爐涉及質(zhì)量問(wèn)題，從表1看出，出現(xiàn)焊縫開(kāi)裂的爐次化學(xué)成分在標(biāo)準(zhǔn)及內(nèi)控要求范圍內(nèi)，其C、S、Mn、Si、Al含量與開(kāi)裂之間沒(méi)有對(duì)應(yīng)關(guān)系；其性能符合合同及標(biāo)準(zhǔn)要求，并且其強(qiáng)度在SAPH370標(biāo)準(zhǔn)要求的中下限范圍，說(shuō)明抗拉強(qiáng)度的高低與開(kāi)裂間也無(wú)規(guī)律性，伸長(zhǎng)率也很高。
輪輞焊縫開(kāi)裂原因分析
1.獲得優(yōu)質(zhì)接頭的基本條件及焊接質(zhì)量的影響因素
獲得電阻焊優(yōu)質(zhì)接頭的基本條件如下。
● 沿焊件長(zhǎng)度獲得合適的溫度分布，沿對(duì)口端面加熱均勻、溫度適當(dāng)。
● 對(duì)口及其臨近區(qū)域必須產(chǎn)生足夠的塑性變形。
● 焊縫中不應(yīng)有氧化夾雜。氧化夾雜是固相連接中的危險(xiǎn)缺陷，它來(lái)源于焊前端面所殘留的氧化物及焊接加熱過(guò)程中新產(chǎn)生的氧化物。
對(duì)前者可通過(guò)焊前端面嚴(yán)格清理解決，對(duì)后者可施加保護(hù)氣氛來(lái)解決。
影響電阻焊質(zhì)量的因素如下。
● 工藝方面：未焊透；頂鍛留量過(guò)大。
● 設(shè)備方面：夾具鉗口長(zhǎng)期磨損產(chǎn)生變形；夾具鉗口間存在剪刀差；焊接接頭錯(cuò)邊量的控制。
● 材料方面：選材問(wèn)題；鋼中的S；Mn/Si比。
2.取樣檢驗(yàn)分析
觀察發(fā)現(xiàn)，該用戶輪輞焊縫開(kāi)裂，分布在焊后各成形工序中。開(kāi)裂的主要表現(xiàn)形式是其開(kāi)裂起源部位在焊縫熔合線上，焊縫熱影響區(qū)及母材未見(jiàn)開(kāi)裂，宏觀形貌見(jiàn)圖1。
從隨機(jī)抽取的有代表性試樣情況看，存在明顯的未焊透（假焊）、焊縫溫度分布不均及搭焊等不正常現(xiàn)象，見(jiàn)圖2、圖3。
取樣進(jìn)行電鏡、金相檢驗(yàn)，開(kāi)裂處斷面形貌見(jiàn)圖4。高溫氧化物微觀形貌見(jiàn)圖5。夾雜物評(píng)級(jí)：A0，B0，C0，D0.5；A0，B0.5，C0，D0.5。母材金相組織見(jiàn)圖6。焊縫處組織見(jiàn)圖7。晶粒度10～11級(jí)。檢驗(yàn)結(jié)果表明，材料組織、夾雜物、晶粒度均未見(jiàn)異常。
3.焊接工藝、設(shè)備情況分析
（1）從隨機(jī)取樣情況看，在焊接過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)焊件沿焊縫方向冷熱狀態(tài)時(shí)的顏色均存在不一樣的現(xiàn)象，說(shuō)明加熱溫度不均勻。電鏡檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)存在高溫氧化物，說(shuō)明未將氧化物擠出。存在輪輞厚度方向的錯(cuò)邊，特別是存在邊部翹曲，電極壓力無(wú)法對(duì)懸空狀態(tài)的錯(cuò)邊和翹曲壓平，導(dǎo)致焊接時(shí)電流分布不均。
（2）從開(kāi)裂情況看，焊后去毛刺時(shí)發(fā)現(xiàn)輪輞端部有小裂口，占總量的比例為3.9%。焊接接頭未經(jīng)過(guò)擴(kuò)口等工序的塑性變形就出現(xiàn)開(kāi)裂，表明導(dǎo)致輪輞焊縫開(kāi)裂的原因主要是與設(shè)備調(diào)試及焊接工藝有關(guān)。
4.材料因素分析
（1）合理選材。鋼的強(qiáng)度影響電阻焊的卷圓難度及焊接時(shí)的電極壓平程度。因此，在設(shè)備能力有限的條件下，在保證疲勞壽命的同時(shí)，盡可能選擇強(qiáng)度級(jí)別低的牌號(hào)。
（2）硫化物的影響。在電阻對(duì)焊過(guò)程中，若S含量過(guò)高，則將在焊縫區(qū)出現(xiàn)裂紋，為了防止裂紋產(chǎn)生，需控制Mn/S比。另外，鋼中的Mn/Si比值對(duì)電阻對(duì)焊也有重要影響，當(dāng)Mn/Si在4～40之間時(shí)，焊接時(shí)形成的氧化物熔點(diǎn)比鋼低，在電阻對(duì)焊頂鍛時(shí)容易被擠出，有利于焊接質(zhì)量提高。總之，鋼中的S越低越好，鋼的強(qiáng)度越低對(duì)卷圓、焊接越有利。
從實(shí)際統(tǒng)計(jì)及檢驗(yàn)的情況看，硫含量控制一般在0.010%左右，未發(fā)現(xiàn)硫含量與開(kāi)裂率間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，Mn/Si比的控制范圍也在要求范圍內(nèi)。
措施及效果在原因分析的基礎(chǔ)上，用戶對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行了檢測(cè)及調(diào)試，通過(guò)采取及時(shí)更換磨損嚴(yán)重的夾具，使加熱溫度均勻，并控制好錯(cuò)邊量等措施，杜絕假焊、搭焊，輪輞焊縫開(kāi)裂率明顯下降，取得了較好的效果。
結(jié)論
● 原材料SAPH370車(chē)輪輪輞鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能均滿足合同要求及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
● 從統(tǒng)計(jì)及跟蹤的結(jié)果看，未發(fā)現(xiàn)焊縫開(kāi)裂與鋼的強(qiáng)度、Mn/Si比值及碳、硫、錳的含量之間存在規(guī)律性或?qū)?yīng)關(guān)系。
● 該用戶卷圓工序和焊接設(shè)備調(diào)試有較大優(yōu)化空間。其焊縫開(kāi)裂的原因主要是假焊、溫度不均和搭焊。
某用戶汽車(chē)車(chē)輪輪輞焊接工藝采用電阻對(duì)焊，其生產(chǎn)工序流程為下料→打印→酸洗→卷圓→輪輞焊接→輪輞去毛刺→擴(kuò)口→滾型Ⅰ→滾型Ⅱ→滾型Ⅲ→擴(kuò)漲定徑→沖氣門(mén)孔→合成壓裝→四工位CO2合成焊接→清渣去毛刺→電泳涂裝→成品檢驗(yàn)。
由于輪輞在卷圓及電阻對(duì)焊后的焊縫要經(jīng)受擴(kuò)口、三次滾壓成形、擴(kuò)張定徑等多次大的變形工序，因此對(duì)焊接接頭質(zhì)量要求非常高。2003年該用戶三次出現(xiàn)輪輞焊縫開(kāi)裂質(zhì)量問(wèn)題，為找出開(kāi)裂原因，進(jìn)行了用戶現(xiàn)場(chǎng)跟蹤、取樣檢驗(yàn)分析等用戶技術(shù)服務(wù)。
輪輞開(kāi)裂情況調(diào)查
進(jìn)行了5天用戶現(xiàn)場(chǎng)跟蹤調(diào)查，其結(jié)果是開(kāi)裂率約15.8%，在焊后的各工序中都存在開(kāi)裂現(xiàn)象，并且在對(duì)焊后、變形前開(kāi)裂（對(duì)焊開(kāi)裂）率達(dá)3.9%。出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的爐號(hào)及其成分和性能見(jiàn)表1。從跟蹤結(jié)果看，開(kāi)裂率與鋼板的生產(chǎn)批次、爐號(hào)、卷號(hào)之間無(wú)規(guī)律可尋。試制的SAPH370車(chē)輪輪輞鋼共88爐，其中有9爐涉及質(zhì)量問(wèn)題，從表1看出，出現(xiàn)焊縫開(kāi)裂的爐次化學(xué)成分在標(biāo)準(zhǔn)及內(nèi)控要求范圍內(nèi)，其C、S、Mn、Si、Al含量與開(kāi)裂之間沒(méi)有對(duì)應(yīng)關(guān)系；其性能符合合同及標(biāo)準(zhǔn)要求，并且其強(qiáng)度在SAPH370標(biāo)準(zhǔn)要求的中下限范圍，說(shuō)明抗拉強(qiáng)度的高低與開(kāi)裂間也無(wú)規(guī)律性，伸長(zhǎng)率也很高。
輪輞焊縫開(kāi)裂原因分析
1.獲得優(yōu)質(zhì)接頭的基本條件及焊接質(zhì)量的影響因素
獲得電阻焊優(yōu)質(zhì)接頭的基本條件如下。
● 沿焊件長(zhǎng)度獲得合適的溫度分布，沿對(duì)口端面加熱均勻、溫度適當(dāng)。
● 對(duì)口及其臨近區(qū)域必須產(chǎn)生足夠的塑性變形。
● 焊縫中不應(yīng)有氧化夾雜。氧化夾雜是固相連接中的危險(xiǎn)缺陷，它來(lái)源于焊前端面所殘留的氧化物及焊接加熱過(guò)程中新產(chǎn)生的氧化物。
對(duì)前者可通過(guò)焊前端面嚴(yán)格清理解決，對(duì)后者可施加保護(hù)氣氛來(lái)解決。
影響電阻焊質(zhì)量的因素如下。
● 工藝方面：未焊透；頂鍛留量過(guò)大。
● 設(shè)備方面：夾具鉗口長(zhǎng)期磨損產(chǎn)生變形；夾具鉗口間存在剪刀差；焊接接頭錯(cuò)邊量的控制。
● 材料方面：選材問(wèn)題；鋼中的S；Mn/Si比。
2.取樣檢驗(yàn)分析
觀察發(fā)現(xiàn)，該用戶輪輞焊縫開(kāi)裂，分布在焊后各成形工序中。開(kāi)裂的主要表現(xiàn)形式是其開(kāi)裂起源部位在焊縫熔合線上，焊縫熱影響區(qū)及母材未見(jiàn)開(kāi)裂，宏觀形貌見(jiàn)圖1。
從隨機(jī)抽取的有代表性試樣情況看，存在明顯的未焊透（假焊）、焊縫溫度分布不均及搭焊等不正常現(xiàn)象，見(jiàn)圖2、圖3。
取樣進(jìn)行電鏡、金相檢驗(yàn)，開(kāi)裂處斷面形貌見(jiàn)圖4。高溫氧化物微觀形貌見(jiàn)圖5。夾雜物評(píng)級(jí)：A0，B0，C0，D0.5；A0，B0.5，C0，D0.5。母材金相組織見(jiàn)圖6。焊縫處組織見(jiàn)圖7。晶粒度10～11級(jí)。檢驗(yàn)結(jié)果表明，材料組織、夾雜物、晶粒度均未見(jiàn)異常。
3.焊接工藝、設(shè)備情況分析
（1）從隨機(jī)取樣情況看，在焊接過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)焊件沿焊縫方向冷熱狀態(tài)時(shí)的顏色均存在不一樣的現(xiàn)象，說(shuō)明加熱溫度不均勻。電鏡檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)存在高溫氧化物，說(shuō)明未將氧化物擠出。存在輪輞厚度方向的錯(cuò)邊，特別是存在邊部翹曲，電極壓力無(wú)法對(duì)懸空狀態(tài)的錯(cuò)邊和翹曲壓平，導(dǎo)致焊接時(shí)電流分布不均。
（2）從開(kāi)裂情況看，焊后去毛刺時(shí)發(fā)現(xiàn)輪輞端部有小裂口，占總量的比例為3.9%。焊接接頭未經(jīng)過(guò)擴(kuò)口等工序的塑性變形就出現(xiàn)開(kāi)裂，表明導(dǎo)致輪輞焊縫開(kāi)裂的原因主要是與設(shè)備調(diào)試及焊接工藝有關(guān)。
4.材料因素分析
（1）合理選材。鋼的強(qiáng)度影響電阻焊的卷圓難度及焊接時(shí)的電極壓平程度。因此，在設(shè)備能力有限的條件下，在保證疲勞壽命的同時(shí)，盡可能選擇強(qiáng)度級(jí)別低的牌號(hào)。
（2）硫化物的影響。在電阻對(duì)焊過(guò)程中，若S含量過(guò)高，則將在焊縫區(qū)出現(xiàn)裂紋，為了防止裂紋產(chǎn)生，需控制Mn/S比。另外，鋼中的Mn/Si比值對(duì)電阻對(duì)焊也有重要影響，當(dāng)Mn/Si在4～40之間時(shí)，焊接時(shí)形成的氧化物熔點(diǎn)比鋼低，在電阻對(duì)焊頂鍛時(shí)容易被擠出，有利于焊接質(zhì)量提高。總之，鋼中的S越低越好，鋼的強(qiáng)度越低對(duì)卷圓、焊接越有利。
從實(shí)際統(tǒng)計(jì)及檢驗(yàn)的情況看，硫含量控制一般在0.010%左右，未發(fā)現(xiàn)硫含量與開(kāi)裂率間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，Mn/Si比的控制范圍也在要求范圍內(nèi)。
措施及效果在原因分析的基礎(chǔ)上，用戶對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行了檢測(cè)及調(diào)試，通過(guò)采取及時(shí)更換磨損嚴(yán)重的夾具，使加熱溫度均勻，并控制好錯(cuò)邊量等措施，杜絕假焊、搭焊，輪輞焊縫開(kāi)裂率明顯下降，取得了較好的效果。
結(jié)論
● 原材料SAPH370車(chē)輪輪輞鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能均滿足合同要求及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
● 從統(tǒng)計(jì)及跟蹤的結(jié)果看，未發(fā)現(xiàn)焊縫開(kāi)裂與鋼的強(qiáng)度、Mn/Si比值及碳、硫、錳的含量之間存在規(guī)律性或?qū)?yīng)關(guān)系。
● 該用戶卷圓工序和焊接設(shè)備調(diào)試有較大優(yōu)化空間。其焊縫開(kāi)裂的原因主要是假焊、溫度不均和搭焊。
