基于金相檢測的焊接質量缺陷研究及控制

張云卿

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基于金相檢測的焊接質量缺陷研究及控制

張云卿

（上汽大眾汽車有限公司，上海 201805）

利用金相檢測方法檢驗焊接質量狀態(tài)，可以從根本上判斷缺陷形態(tài)及成因，并在此基礎上進行有針對性地優(yōu)化和控制工作。文章對金相檢測的關鍵步驟，檢測結果的主要質量缺陷狀態(tài)和優(yōu)化措施進行了研究，對于焊接質量的缺陷識別及優(yōu)化控制提供客觀評價依據，并為建立參數化金相檢測網聯化信息系統(tǒng)提供數據支撐。

金相檢測；焊接質量

1 整車焊接質量檢測方法

整車焊接質量檢測，主要分為目視檢測、非破壞性鑿測、破壞性鑿測、超聲波檢測和金相檢測。目視檢測要求檢驗人員在能力許可情況下進行檢測；非破壞性鑿測的檢測范圍為不影響表面質量的鑿測、鑿測可達的焊點、非熱成型板焊點及板材組合中最小板厚小于等于1.2mm的焊點；超聲波檢測方法主要對非破壞性鑿測無法覆蓋的區(qū)域進行補充；金相檢測作為不可見焊接區(qū)域質量評價方法，對于焊接質量評價直接客觀，可以從根本上發(fā)現焊接質量缺陷的來源，從源頭控制和優(yōu)化焊接質量狀態(tài)。

2 金相檢測關鍵步驟

2.1 取樣和切割

取樣是金相檢測的第一步，較適宜的大小為10mm-12mm見方或見圓的柱體[1]。過小的尺寸將對后續(xù)切割產生困難，過大的尺寸也將增加磨拋的時間，同時增大磨拋的難度。取樣的范圍和數量需進行明確定義，以確保抽樣周期及檢測范圍滿足要求，取樣完畢需及時做好相關記錄，便于后續(xù)統(tǒng)計整改和跟蹤。切割需明確設備安全操作規(guī)程，確保試樣表面狀態(tài)，避免其他殘留氧化物或化學殘留物影響最終檢測結果。

2.2 磨拋

磨拋工序需選用專用磨拋機，進行磨拋時，二檔轉換高速或低速，按需選擇試樣工序，一般粗磨，細磨采用低檔工序（320-650r/min）選擇開關，選用所需速度。選用280#粗磨水砂紙和800#細磨水砂紙，輕壓于磨盤上進行粗磨、細磨和拋光。磨拋過程中需注意檢測試樣與磨盤切線方向平行，完成后需及時取出砂紙，防止污染磨盤。

2.3 腐蝕

試樣進行磨拋后，需進行腐蝕工序以將金相顯微組織顯現出來，一般選取硝酸酒精溶液對試樣磨拋截面進行處理，處理時間長短與試樣材質相關，當顯微觀察試樣金相不清晰時需要重新進行試樣切割、磨拋及腐蝕步驟。

2.4 顯微拍照

金相專用顯微鏡要求在正規(guī)標定后，定期對顯微鏡進行復校，以確保顯微鏡在受控計量范圍內使用操作，建議復校周期為每周。復校結果反映了標尺測量值與理論標準值的偏差程度，當結果<0.1mm，認定為合格狀態(tài)，可正常開始實驗工作；當結果>0.1mm，認定為不合格，需要對顯微鏡重新標定，并對上一周期的試驗樣品進行重新測量，追溯直至3件樣品測量結果完全吻合為止。

3 金相檢測常見質量缺陷及控制措施

3.1 未熔合

按照焊接工藝要求，焊接形成直徑符合要求的熔核。焊接熔核區(qū)域焊接板材未熔合，未形成熔核，主要由于焊速過快，焊接電流電壓偏小，擺幅過大、焊槍傾角過大等因素造成，可通過減慢焊接速度，調整焊接電流電壓參數，優(yōu)化焊槍操作姿勢進行優(yōu)化控制。

圖1 未熔合

3.2 裂紋

根據焊接標準，裂紋不允許在連接層熱影響區(qū)域。 熔核區(qū)域連接層含有裂紋，主要由于焊接件表面有雜質，焊絲質量缺陷，熔深過大等因素造成，可通過焊接前目視檢查，焊絲質量優(yōu)化和工藝參數調整等措施進行控制。

3.3 粗大氣孔

根據焊接工藝標準，氣孔不允許在拼接層呈開放式朝向熔核邊緣。熔核區(qū)域氣孔穿透熔核邊緣，會產生粗大氣孔缺陷。缺陷主要由于焊接電流電壓偏大，焊接件表面不清潔，焊接速度較慢等原因造成，可通過調整焊接電流，提升焊接件表面清潔度，調整焊接速度等措施進行優(yōu)化。

圖2 粗大氣孔

3.4 上端未100%包裹

按照焊接工藝要求，上板需完全100%被焊料包裹，當焊料未對上端板材形成100%包裹，將形成焊接質量缺陷，主要由于焊槍指向位置，傾角偏差，焊接電流電壓偏小等原因導致，可通過調整焊槍傾角，調整焊接電流電壓參數進行優(yōu)化。

3.5 無熔深

根據焊接工藝標準，熔深深度需大于0.2mm，無熔深的缺陷狀態(tài)為兩種焊接件之間無焊料滲透深度，主要由于焊接速度過快，焊接電流電壓參數偏小，焊槍擺動幅度過大，焊槍自身傾角偏差等因素造成，可通過降低焊接速度參數，調整焊接電流電壓參數，調整焊槍姿態(tài)等措施進行控制優(yōu)化。

圖3 無熔深

3.6 焊點偏移

點焊在錯誤的區(qū)域，未有效連接三層板材不符合焊接工藝要求，主要表現在未在規(guī)定區(qū)域內焊接焊點，焊點應為三層板，試樣實際為兩層板。造成這類缺陷的主要原因為零件匹配尺寸偏差大，焊接位置錯誤等因素，可通過優(yōu)化零件尺寸縮小零件匹配偏差，工藝準確性核對等措施進行控制。

圖4 金相檢測缺陷分析方法

3.7 熔核直徑不足

熔核直徑不足主要由于焊接速度過快，焊接電流電壓偏小，零件匹配不佳等因素導致，可通過降低焊接速度，調整電流電壓工藝參數，優(yōu)化零件匹配等措施進行優(yōu)化。

3.8 焊料腐蝕過深

焊料腐蝕過深主要由于焊接電流電壓偏大，零件匹配不佳，焊接速度過慢等因素造成，可通過調整焊接電流電壓工藝參數，優(yōu)化零件匹配尺寸，調整焊接速度等措施進行控制。

根據焊接參數、焊接載體兩個維度總結概括的金相檢測缺陷分析方法如圖4所示。

4 結語

通過金相檢測，可以在顯微成像基礎上直觀評價焊接工藝質量，對于焊接工藝參數的優(yōu)化、焊接件來料質量狀態(tài)，焊槍工藝狀態(tài)提供客觀且明確的評價依據。同時，建立一套成熟的金相檢測流程既可以從體系上對焊接質量狀態(tài)實現閉環(huán)控制，也可以對批次質量狀態(tài)提供追溯和驗證的依據。基于金相檢測結果的焊接質量優(yōu)化，將更加參數化、信息化，在不久的將來，通過金相檢測大數據的積累，也將對焊接參數網聯化監(jiān)控提供基礎數據支撐。

[1] 高文民.金相檢驗基本知識[M].北京:中國鐵道出版社出版,1989: 50-112.

Research and Quality Control for Welding Defects Based on Metallographic Measuring

Zhang Yunqing

（SAIC Volkswagen Automobile Co., Ltd., Shanghai 201805）

It is fundamentally to judge the welding defects form and origin when evaluating welding quality status by metallographic measuring method, which makes pointed reference to the optimization and quality control issues. In this paper, the key process of metallographic measuring, main quality defects form and optimization counter-measures are studied, which provides the objective basis on the identification of welding defects and quality control, therefore contri -butes to the data base supporting for the networking information system of parametric metallographic measuring.

Metallographic measuring; Welding quality

U466

A

1671-7988(2019)07-194-03

張云卿，男，（1986.6-），籍貫：上海，民族：漢，工程碩士，工程師，就職于上汽大眾汽車有限公司。研究方向：整車工藝及質量控制。

U466

A

1671-7988(2019)07-194-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.07.066