淺析熱成形鋼搭接電阻焊接頭失效原因

劉偉 胡會娥

摘 要：熱成形鋼具有極高的屈服強度、抗拉強度，廣泛應用于汽車制造領域。但隨著強度的提升，合金元素相應增加，對焊接工藝的要求越來越高。在實際生產過程中，為保證生產穩定連續進行，通常采用搭接電阻焊對鋼帶連接。分析了厚規格熱成形鋼22MnB5在2130連續退火機組生產過程中，焊接接頭失效的原因，得出提高焊接接頭韌性的有效方法。

關鍵詞：熱成形鋼；搭接電阻焊

隨著中國汽車行業的快速發展，為滿足汽車輕量化和節能減排的需要，高強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度，同時能提高汽車碰撞安全性，在車身制造中得到大量應用。

隨著馬鞍山鋼鐵股份有限公司（簡稱馬鋼）熱成形鋼產品研發、生產的不斷發展，在連續退火機組，高強度汽車板在高溫、大張力下的穩定運行尤為重要[2]，對入口搭接焊焊接質量提出了極高的要求。為防止熱成形鋼在連續退火過程中因焊接接頭失效導致斷帶事故，馬鋼2130退火線對厚規格22MnB5進行焊接試驗，焊后對焊接接頭進行性能測試及微觀分析，尋找提高焊接接頭韌性的方法。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

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

1.2 試驗方法

在馬鋼連續退火線入口對厚度為2.5mm 22MnB5進行搭接電阻焊試驗，試驗設備為西門子窄搭接電阻焊機，焊輪直徑為20mm。焊接工藝見表2。

2 結果與分析

2.1 焊接接頭性能

焊后現場對焊接接頭做杯突測試，結果顯示未出現杯突性能良好的焊接接頭，杯突測試結果如圖1所示。

由圖1可以看出焊接接頭韌性較差，具體情況為：焊接接頭較難實現熔合，焊接接頭呈現搭接面處剝離，且接頭表面質量較差；焊接接頭區域較脆，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展，后在裂紋起始源處又垂直于焊縫擴展至母材，最后形成”十”形裂紋形態。

2.2 焊接接頭微觀分析

為分析焊接接頭性能較差的原因，對焊接接頭橫截面進行SEM觀察并對接頭熔合區硬度進行測試。由圖2可以看出接頭內部未熔合區域較寬且有邊部裂紋，未熔合末端呈現階梯狀擴展痕跡，接頭熔合區域平均硬度為565HV，熔合區域組織為針狀馬氏體，與板條馬氏體相比針狀馬氏體易產生較大焊接內應力，而未熔合區域為應力的釋放提供了路徑，使焊縫的結合強度進一步降低[3]，焊接接頭表現出較低的韌性和較高的裂紋傾向。

對杯突斷口SEM觀察，可以看出在斷口上部與下部沿晶斷裂特征明顯，且該區域具有微裂紋，在斷口中部，呈現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處為晶面區域，對沿晶析出物成分及晶面成分進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生沿晶脆斷，導致焊接接頭韌性降低的另一重要因素，能譜分析結果見圖5所示。

3 結論

焊縫中存在較為脆硬針狀馬氏體及較大的焊接應力，未熔合區域為應力釋放提供了路徑，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。可以通過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

[1] 陸匠心，王 利. 高強度汽車鋼板的生產與使用[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退火機組上的成功應用[J]. 熱處理技術與裝備，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.