針對汽車車輪輪輞生產(chǎn)中出現(xiàn)的實際開裂問題，通過跟蹤、取樣檢驗，分析影響輪輞開裂的因素及產(chǎn)生開裂的原因，解決輪輞生產(chǎn)中存在的問題。
某用戶汽車車輪輪輞焊接工藝采用電阻對焊，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→擴口→滾型Ⅰ→滾型Ⅱ→滾型Ⅲ→擴漲定徑→沖氣門孔→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。
由于輪輞在卷圓及電阻對焊后的焊縫要經(jīng)受擴口、三次滾壓成形、擴張定徑等多次大的變形工序，因此對焊接接頭質(zhì)量要求非常高。2003年該用戶三次出現(xiàn)輪輞焊縫開裂質(zhì)量問題，為找出開裂原因，進行了用戶現(xiàn)場跟蹤、取樣檢驗分析等用戶技術(shù)服務(wù)。
輪輞開裂情況調(diào)查
進行了5天用戶現(xiàn)場跟蹤調(diào)查，其結(jié)果是開裂率約15.8%，在焊后的各工序中都存在開裂現(xiàn)象，并且在對焊后、變形前開裂（對焊開裂）率達3.9%。出現(xiàn)質(zhì)量問題的爐號及其成分和性能見表1。從跟蹤結(jié)果看，開裂率與鋼板的生產(chǎn)批次、爐號、卷號之間無規(guī)律可尋。試制的SAPH370車輪輪輞鋼共88爐，其中有9爐涉及質(zhì)量問題，從表1看出，出現(xiàn)焊縫開裂的爐次化學成分在標準及內(nèi)控要求范圍內(nèi)，其C、S、Mn、Si、Al含量與開裂之間沒有對應(yīng)關(guān)系；其性能符合合同及標準要求，并且其強度在SAPH370標準要求的中下限范圍，說明抗拉強度的高低與開裂間也無規(guī)律性，伸長率也很高。
輪輞焊縫開裂原因分析
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。
● 沿焊件長度獲得合適的溫度分布，沿對口端面加熱均勻、溫度適當。
● 對口及其臨近區(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缺陷，它來源于焊前端面所殘留的氧化物及焊接加熱過程中新產(chǎn)生的氧化物。
對前者可通過焊前端面嚴格清理解決，對后者可施加保護氣氛來解決。
影響電阻焊質(zhì)量的因素如下。
● 工藝方面：未焊透；頂鍛留量過大。
● 設(shè)備方面：夾具鉗口長期磨損產(chǎn)生變形；夾具鉗口間存在剪刀差；焊接接頭錯邊量的控制。
● 材料方面：選材問題；鋼中的S；Mn/Si比。
2.取樣檢驗分析
觀察發(fā)現(xiàn)，該用戶輪輞焊縫開裂，分布在焊后各成形工序中。開裂的主要表現(xiàn)形式是其開裂起源部位在焊縫熔合線上，焊縫熱影響區(qū)及母材未見開裂，宏觀形貌見圖1。
從隨機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?，F(xiàn)象，見圖2、圖3。
取樣進行電鏡、金相檢驗，開裂處斷面形貌見圖4。高溫氧化物微觀形貌見圖5。夾雜物評級：A0，B0，C0，D0.5；A0，B0.5，C0，D0.5。母材金相組織見圖6。焊縫處組織見圖7。晶粒度10～11級。檢驗結(jié)果表明，材料組織、夾雜物、晶粒度均未見異常。
3.焊接工藝、設(shè)備情況分析
（1）從隨機取樣情況看，在焊接過程中，發(fā)現(xiàn)焊件沿焊縫方向冷熱狀態(tài)時的顏色均存在不一樣的現(xiàn)象，說明加熱溫度不均勻。電鏡檢驗發(fā)現(xiàn)存在高溫氧化物，說明未將氧化物擠出。存在輪輞厚度方向的錯邊，特別是存在邊部翹曲，電極壓力無法對懸空狀態(tài)的錯邊和翹曲壓平，導致焊接時電流分布不均。
（2）從開裂情況看，焊后去毛刺時發(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)過擴口等工序的塑性變形就出現(xiàn)開裂，表明導致輪輞焊縫開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。鋼的強度影響電阻焊的卷圓難度及焊接時的電極壓平程度。因此，在設(shè)備能力有限的條件下，在保證疲勞壽命的同時，盡可能選擇強度級別低的牌號。
（2）硫化物的影響。在電阻對焊過程中，若S含量過高，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比值對電阻對焊也有重要影響，當Mn/Si在4～40之間時，焊接時形成的氧化物熔點比鋼低，在電阻對焊頂鍛時容易被擠出，有利于焊接質(zhì)量提高。總之，鋼中的S越低越好，鋼的強度越低對卷圓、焊接越有利。
從實際統(tǒng)計及檢驗的情況看，硫含量控制一般在0.010%左右，未發(fā)現(xiàn)硫含量與開裂率間存在對應(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，用戶對相關(guān)設(shè)備進行了檢測及調(diào)試，通過采取及時更換磨損嚴重的夾具，使加熱溫度均勻，并控制好錯邊量等措施，杜絕假焊、搭焊，輪輞焊縫開裂率明顯下降，取得了較好的效果。
結(jié)論
● 原材料SAPH370車輪輪輞鋼的化學成分和力學性能均滿足合同要求及相關(guān)標準。
● 從統(tǒng)計及跟蹤的結(jié)果看，未發(fā)現(xiàn)焊縫開裂與鋼的強度、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。其焊縫開裂的原因主要是假焊、溫度不均和搭焊。
某用戶汽車車輪輪輞焊接工藝采用電阻對焊，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→擴口→滾型Ⅰ→滾型Ⅱ→滾型Ⅲ→擴漲定徑→沖氣門孔→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。
由于輪輞在卷圓及電阻對焊后的焊縫要經(jīng)受擴口、三次滾壓成形、擴張定徑等多次大的變形工序，因此對焊接接頭質(zhì)量要求非常高。2003年該用戶三次出現(xiàn)輪輞焊縫開裂質(zhì)量問題，為找出開裂原因，進行了用戶現(xiàn)場跟蹤、取樣檢驗分析等用戶技術(shù)服務(wù)。
輪輞開裂情況調(diào)查
進行了5天用戶現(xiàn)場跟蹤調(diào)查，其結(jié)果是開裂率約15.8%，在焊后的各工序中都存在開裂現(xiàn)象，并且在對焊后、變形前開裂（對焊開裂）率達3.9%。出現(xiàn)質(zhì)量問題的爐號及其成分和性能見表1。從跟蹤結(jié)果看，開裂率與鋼板的生產(chǎn)批次、爐號、卷號之間無規(guī)律可尋。試制的SAPH370車輪輪輞鋼共88爐，其中有9爐涉及質(zhì)量問題，從表1看出，出現(xiàn)焊縫開裂的爐次化學成分在標準及內(nèi)控要求范圍內(nèi)，其C、S、Mn、Si、Al含量與開裂之間沒有對應(yīng)關(guān)系；其性能符合合同及標準要求，并且其強度在SAPH370標準要求的中下限范圍，說明抗拉強度的高低與開裂間也無規(guī)律性，伸長率也很高。
輪輞焊縫開裂原因分析
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。
● 沿焊件長度獲得合適的溫度分布，沿對口端面加熱均勻、溫度適當。
● 對口及其臨近區(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缺陷，它來源于焊前端面所殘留的氧化物及焊接加熱過程中新產(chǎn)生的氧化物。
對前者可通過焊前端面嚴格清理解決，對后者可施加保護氣氛來解決。
影響電阻焊質(zhì)量的因素如下。
● 工藝方面：未焊透；頂鍛留量過大。
● 設(shè)備方面：夾具鉗口長期磨損產(chǎn)生變形；夾具鉗口間存在剪刀差；焊接接頭錯邊量的控制。
● 材料方面：選材問題；鋼中的S；Mn/Si比。
2.取樣檢驗分析
觀察發(fā)現(xiàn)，該用戶輪輞焊縫開裂，分布在焊后各成形工序中。開裂的主要表現(xiàn)形式是其開裂起源部位在焊縫熔合線上，焊縫熱影響區(qū)及母材未見開裂，宏觀形貌見圖1。
從隨機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?，F(xiàn)象，見圖2、圖3。
取樣進行電鏡、金相檢驗，開裂處斷面形貌見圖4。高溫氧化物微觀形貌見圖5。夾雜物評級：A0，B0，C0，D0.5；A0，B0.5，C0，D0.5。母材金相組織見圖6。焊縫處組織見圖7。晶粒度10～11級。檢驗結(jié)果表明，材料組織、夾雜物、晶粒度均未見異常。
3.焊接工藝、設(shè)備情況分析
（1）從隨機取樣情況看，在焊接過程中，發(fā)現(xiàn)焊件沿焊縫方向冷熱狀態(tài)時的顏色均存在不一樣的現(xiàn)象，說明加熱溫度不均勻。電鏡檢驗發(fā)現(xiàn)存在高溫氧化物，說明未將氧化物擠出。存在輪輞厚度方向的錯邊，特別是存在邊部翹曲，電極壓力無法對懸空狀態(tài)的錯邊和翹曲壓平，導致焊接時電流分布不均。
（2）從開裂情況看，焊后去毛刺時發(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)過擴口等工序的塑性變形就出現(xiàn)開裂，表明導致輪輞焊縫開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。鋼的強度影響電阻焊的卷圓難度及焊接時的電極壓平程度。因此，在設(shè)備能力有限的條件下，在保證疲勞壽命的同時，盡可能選擇強度級別低的牌號。
（2）硫化物的影響。在電阻對焊過程中，若S含量過高，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比值對電阻對焊也有重要影響，當Mn/Si在4～40之間時，焊接時形成的氧化物熔點比鋼低，在電阻對焊頂鍛時容易被擠出，有利于焊接質(zhì)量提高。總之，鋼中的S越低越好，鋼的強度越低對卷圓、焊接越有利。
從實際統(tǒng)計及檢驗的情況看，硫含量控制一般在0.010%左右，未發(fā)現(xiàn)硫含量與開裂率間存在對應(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，用戶對相關(guān)設(shè)備進行了檢測及調(diào)試，通過采取及時更換磨損嚴重的夾具，使加熱溫度均勻，并控制好錯邊量等措施，杜絕假焊、搭焊，輪輞焊縫開裂率明顯下降，取得了較好的效果。
結(jié)論
● 原材料SAPH370車輪輪輞鋼的化學成分和力學性能均滿足合同要求及相關(guān)標準。
● 從統(tǒng)計及跟蹤的結(jié)果看，未發(fā)現(xiàn)焊縫開裂與鋼的強度、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。其焊縫開裂的原因主要是假焊、溫度不均和搭焊。
