70#钢丝环电阻对焊裂纹产生原因分析及处理

70钢钢丝电阻对焊裂纹产生原因分析及处理
摘要：某汽车零件为用准4．0mm70钢丝通过电阻对焊而成的环形。

在加工过程中发现钢丝在焊接打磨后有零件在焊缝区出现裂纹。

经试验、分析，发现裂纹是由于焊接时电极夹持力不足，没有充分将杂质挤出，使对焊后零件内部残留有氧化物引起的。

经调整电极夹持力、改变切刀刃口形状及调整退火温度等工艺参数后，有效地减少了裂纹缺陷，零件各项焊接性能指标均达到图样要求。

电阻对焊是将两工件端面始终压紧，利用电阻热将工件母材加热至塑性状态，然后迅速施加顶锻压力（或不加顶锻压力只保持焊接压力）完成焊接的方法。

电阻对焊时的接触电阻取决于接触面的表面状态、温度及压力。

当接触面有明显的氧化物或其他污物时，接触电阻就大。

温度或压力的升高，都会因实际接触面积的增大而使接触电阻减小。

焊接刚开始时，接触点上的电流密度很大；端面温度迅速升高后，接触电阻急剧减小。

加热到一定温度（钢600°C,铝合金350°C）时，接触电阻完全消失。

为了获得优质的焊接接头，必须使整个端面均匀接触，没有氧化物等夹杂，也就是要求钢丝对焊的两端面要平整、清洁。

如果钢丝对口端面平面度过小,在接触面上加热就不均匀,局部温度可能过高,产生过烧而降低接头的性能；如果钢丝对口端面附有氧化物,没有清除干净而夹杂在接头内,同样也会降低接头的力学性能。

1问题的提出某公司生产的某汽车零件材质为70钢丝,规格准4.0mm,通过全自动电阻对焊机对焊成环形，对焊工艺流程：线材弯曲f切断f对焊f回火f修磨焊缝f敲击试验f涨紧试验f浸油。

焊接零件应无裂纹，焊接区应满足抗拉、抗弯及敲击强度要求。

在初期量产生产过程中，焊接修磨后发现部分零件存在肉眼可见的细小裂纹，通过体视镜观察，焊接裂纹区域外观形状如图1，2所示。

随后通知生产现场停止生产。

2现状调查
1）裂纹断面外观形貌。

将产生裂纹的零件从裂纹处扳断，用体视镜观察裂纹断面形貌，断面有一部分出现锈蚀，从颜色上看不出退火后应有的颜色，初步推断是焊接不完全，且断面较粗糙，晶粒粗
大。

（2）断面金相组织。

将零件切割制
样后用金相显微镜观察断面处金相
组织，详见图3〜7。

发现内部有残
留氧化物及贝氏体状组织（图
6）。

（3）零件硬度测试。

取有裂纹产品
及无裂纹产品各1件分别进行硬度
测试，以确认有裂纹产品的硬度是
否异常。

制样后测量样品维氏硬度
值，硬度测试点选取位臵为从焊缝
区部位开始分别向两端延伸，每隔
0．2mm取点测量，具体结果如图8
所示。

图样要求值为HV220〜400,
检测结果显示，有裂纹与无裂纹产
品焊缝区的硬度均符合要求,无异常。

（4）材料化学成分分析：对有无裂纹产品的化学成分用光谱分析仪进行检测,确认化学成分是否有异常。

检测结果见表1,结果显示：有、无裂纹产品的化学成分均符合要求,无异常。

（5）焊接工艺参数分析：对焊接时的部分工艺参数进行了分析,结果表明,焊接时的工艺参数符合要求,详见表2。

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表l 有、无裂纯产品化学成分另析［质量另数］［隔j
C
Si A1n
P
s
判定
规宦値
0.67-0.75 017-037
0.54.R =^0(35 M.(B5
买测值
肓裂纹产品
06^1 0.24
0.6DR 0.02a 0.014 合格 无裂纹产品
0672
0.25
C.6DR
0.027
0.013
合格
/lllii
规定值 20±]0 0.35 0.35 55±5 5.35 】任
65^05 6S0-S5C 20±]0 实际值
20
0.35
035
55
5.62
30
658
720
25
3 失效分析
（1）宏观形貌观察：零件焊接区域内的毛刺都很小，且外圈侧几乎没有毛刺，因此，初步判定焊接时接触面不平整，焊接时加热不均匀，挤出压力小时无法充分将杂质及氧化物挤出。

随后调查该设备使用的切刀刃口形状，发现刃口形状不是垂直平面，而为锲形（二），因而切出的钢丝两断面在焊接前为“匚二I”所示形状时，焊时接触面不易保持完全平面接触，因而影响焊接效果。

（2）微观形貌观察：从金相组织分析看，内部残留氧化物未被完全挤出，可能是因为电极夹持力小，且接触面不平整，无法充分将电极或钢丝上残留的污垢及杂质挤出，从而产生裂纹。

组织中存在贝氏体组织，可能是由于退火温度不足导致金相组织在相变过程中出现异常。

（3）焊接使用的钢丝进行了表面处理，表层有一层磷酸氧化膜，使得焊接时通过钢丝的电流值可能产生了偏差；同时导致电极上容易粘附污垢，因此需要定期清洗电极。

4 改善试验
（1）试验调整方案
①改善切刀刃口形状：将原来的锲形刀口改为垂直平面刀口；②调整电极夹持力，将原来的3．5bar 调整到6bar ；
③ 调整退火温度，由原来的720°C 调整为750°C; ④ 清扫电极上的污垢，保持电极清洁；
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⑤其余工艺参数保持不变。

（2）试验方法：重新加工1000件产品，打磨后确认是否有裂纹;将确认完成后的产品进行敲击及涨紧试验，试验完成后再次确认产品是否有裂纹。

（3）试验结果
①宏观形貌：焊缝区毛刺明显增大，如图9，10所示。

②微观形貌：毛刺打磨后未发现有裂纹产生。

观察焊接区金相组织，发现焊缝区无残留氧化物，组织均匀，为细小珠光体＋少量铁素体，未发现贝氏体组织，如图11，12所示。

③零件硬度：任意抽取3件产品，用与上述相同的方法测定硬度值，具体结果如图13所示。

检测结果显示，产品焊缝区的硬度均符合要求。

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MB后产品
④焊接性能确认：按本公司标准进行焊接性能确认试验，抽取5件产品做弯曲试验，抽取30件产品做拉伸及敲击试验，产品试验结果均符合图样要求。

通过上述试验结果可以判定，产品出现裂纹的主要原因为切口形状不好导致焊接时焊接接触面不充分，同时夹持压力不足导致焊后无法将氧化物充分挤出，从而产生裂纹。

5量产工艺修订及效果验证根据改善工艺后确定工艺参数修改现有焊接工艺文件，重新加工产品，跟踪3批（各3000件）产品后未发现有裂纹产生，产品各项性能均符合要求。

修改现场检查作业基准书，在每批产品焊接后的首件检查项目中增加焊缝处微观形态检查，确认氧化物是否被充分挤出。

6结论
（1）进行钢丝电阻对焊时，接触面的形状非常重要，当接触不充分时会使接触面加热不均匀，影响焊接效果。

（2）电极上附着的污垢或接触面上的附着杂质在电阻对焊过程中容易造成焊接缺陷，如氧化物及裂纹等，从而降低焊接件性能。

（3）电阻对焊时焊接接触面必须保持足够压力，以确保焊后氧化物及杂质能被充分挤出，确保焊接性能。