DC03鋼屬于低碳、低硅冷軋系列鋼種,其廣泛應(yīng)用于小家電領(lǐng)域,目前市面上電暖器生產(chǎn)廠家多使用該系列產(chǎn)品。各廠家生產(chǎn)DC03鋼的工藝流程基本類似,主要為：開卷→沖壓成型→點(diǎn)焊→縫焊→圓周焊→打壓測漏→磷化→噴粉→組裝成品→通電檢測→成品包裝等。通過現(xiàn)場調(diào)研,發(fā)現(xiàn)DC03鋼未焊合現(xiàn)象多出現(xiàn)在點(diǎn)焊階段。 

點(diǎn)焊是指焊接時(shí)利用柱狀電極,在兩塊搭接工件接觸面間形成焊點(diǎn)的焊接方法,其原理是將工件壓緊在兩個(gè)電極之間,并通以電流,利用電流流經(jīng)工件接觸表面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻將其加熱到熔化或熔融狀態(tài),形成金屬連接的一種方法[1－2]。某公司生產(chǎn)的DC03鋼在下游客戶使用過程中,發(fā)生了點(diǎn)焊未焊合現(xiàn)象。筆者采用一系列理化檢驗(yàn)方法分析了DC03鋼點(diǎn)焊未焊合現(xiàn)象產(chǎn)生的原因,并提出改進(jìn)措施,以避免該類問題再次發(fā)生。 

1.   理化檢驗(yàn)

1.1   化學(xué)成分分析

分別在點(diǎn)焊未焊合和焊接質(zhì)量良好的DC03鋼上取樣,并編號(hào)為試樣1,2。試樣1,2的化學(xué)成分分析結(jié)果如表1所示。由表1可知：試樣1,2的碳元素含量和酸溶鋁含量差異較大,試樣1的碳元素含量明顯偏高,酸溶鋁含量偏低。碳元素含量越高,材料的可焊性越差,提高酸溶鋁含量可有效改善材料的焊接性能[3－4]。 

1.2   力學(xué)性能測試

試樣1,2的力學(xué)性能測試結(jié)果如表2所示。由表2可知：試樣1的屈服強(qiáng)度較高,抗拉強(qiáng)度較高,斷后伸長率偏低。屈服強(qiáng)度與晶粒餅形度和平整工藝相關(guān),對(duì)焊接性能不產(chǎn)生直接影響,而抗拉強(qiáng)度和斷后伸長率受材料的化學(xué)成分和組織的影響,高強(qiáng)度、低塑性的材料在沖壓變形時(shí)易產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象,使材料的硬度變大。 

試樣1,2表面硬度的測試結(jié)果如圖1所示,截面硬度測試結(jié)果如圖2所示。由圖1,2可知：試樣1整體硬度較高,導(dǎo)致工件與工件之間、工件與電極頭之間的接觸面積變小,影響了焊接質(zhì)量。 

圖  1  試樣1,2表面硬度的測試結(jié)果

圖  2  試樣1,2截面硬度的測試結(jié)果

1.3   金相檢驗(yàn)

分別在試樣1,2的縱向取樣,對(duì)試樣進(jìn)行金相檢驗(yàn),結(jié)果如圖3所示。由圖3可知：試樣1的晶粒較細(xì),晶粒度為9.0級(jí),晶粒延伸度介于Ⅰ系和Ⅱ系之間；試樣2的晶粒度為8.0級(jí),晶粒延伸度介于Ⅱ系和Ⅲ系之間。晶粒尺寸越細(xì)小,材料的硬度越大[5],材料硬度較大會(huì)對(duì)焊接產(chǎn)生不利影響。 

圖  3  試樣1,2的顯微組織形貌

2.   綜合分析

點(diǎn)焊的熱源是電阻熱,焊接區(qū)域的總析熱量與總電阻、電流密度有關(guān)[6－7]。碳元素含量較高、晶粒尺寸偏細(xì)均會(huì)使材料的強(qiáng)度和硬度升高。當(dāng)材料的硬度較高時(shí),被焊工件在兩電極之間的接觸點(diǎn)減少,易造成焊核變小,導(dǎo)致材料產(chǎn)生未焊合現(xiàn)象。同時(shí),接觸點(diǎn)較少還會(huì)導(dǎo)致電極頭瞬時(shí)通電放熱不均,形成軟點(diǎn),長時(shí)間在該工況下工作,電極頭的整體硬度會(huì)降低,電極頭過早進(jìn)入使用末期。在壓力作用下,電極與被焊件接觸面積增大,總電阻和電流密度均減小,造成融核尺寸變小,使材料形成未焊合缺陷[8－9]。 

3.   生產(chǎn)工藝改進(jìn)

綜合以上分析,提高焊接質(zhì)量的方法為降低碳元素含量并增大晶粒尺寸。鋼廠通過調(diào)整煉鋼工藝,降低了碳元素含量,提高了酸溶鋁含量；同時(shí)減小了熱軋?jiān)系暮穸?進(jìn)而降低了冷軋軋制變形比,使材料的晶粒尺寸變大,成品硬度整體降低。后續(xù)客戶反饋使用效果良好,材料的焊接質(zhì)量有了較大提升。 

4.   結(jié)論

DC03鋼硬度較高是造成點(diǎn)焊未焊合缺陷產(chǎn)生的主要原因。采用調(diào)整煉鋼工藝、降低碳元素含量、調(diào)整熱軋?jiān)虾穸鹊确椒梢越档屠滠堒堉频淖冃伪?使材料的晶粒尺寸增大,有效降低材料的硬度,提高其焊接質(zhì)量。 

文章來源——材料與測試網(wǎng)