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      1. 雙相鋼冶煉

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        高強度雙相鋼窄搭接電阻焊焊接接頭失效分析

        來源:至德鋼業 日期:2020-09-01 02:00:10 人氣:1018

          高強度雙相鋼具有較低的屈強比、優良的成形性能,廣泛應用于汽車制造領域。但隨著高強鋼強度的提升,合金元素相應增加,對焊接工藝的要求也越來越高。在高強度汽車用鋼生產過程中,為保證鋼帶穩定連續生產,通常采用窄搭接電阻焊焊接技術對鋼帶進行連接。分析了厚規格高強度雙相鋼DP600在2130mm連退線生產過程中焊縫斷帶原因,并通過優化焊接工藝對焊接接頭性能進行改善。試驗結果表明焊縫斷帶由焊縫未熔合引起。優化工藝方案后,可得到性能良好的焊接接頭。

         

          隨著中國汽車行業的發展進入快車道,高強度汽車板的應用是汽車輕量化和節能減排的必然趨勢,為了滿足轎車“減重節能”的需要,越來越多的汽車零部件使用高強度汽車板制造。其中因雙相鋼具有良好的強塑性匹配及冷變形性能,其在車身制造中應用廣泛。隨著馬鞍山鋼鐵股份有限公司(簡稱馬鋼)雙相鋼產品需求量的不斷增大以及高強度汽車板的發展需求,在連續退火機組中,連退人口窄搭接焊機對帶鋼焊接質量的保證是產能擴大的重要保障,決定著高強度汽車板在高溫、大張力下的穩定運行。為防止馬鋼雙相鋼產品在連續退火過程中焊接接頭部位發生斷帶事故,馬鋼2130mm連退線對厚規格DP600進行焊接試驗,焊后對帶鋼焊接接頭進行性能測試及微觀分析:并從焊接工藝角度提出性能改善方案。


        一、試驗材料與方法


         1. 試驗材料


         試驗材料為馬鋼2130mm連退線生產的厚度為2.45 mm冷軋馬氏體雙相鋼DP600,帶鋼狀態為連退入口軋硬卷,試驗材料的化學成分和力學性能見表。


         2. 試驗方法

            

        在馬鋼連續退火線人口對2. 45mm厚的DP600進行窄搭接電阻焊試驗,試驗設備為西門子窄搭接電阻焊機,焊輪直徑20 mm。原始焊接及調整工藝參數見表。焊后對焊接接頭進行拉伸試驗及杯突性能測試,同時對焊接接頭進行微觀分析。


        二、試驗結果與分析


         1. 原始工藝下焊接接頭性能


            圖為原始工藝下焊接接頭杯突試驗結果,結果顯示2.45mm DP600焊接接頭杯突裂紋平行于焊縫展開,未滿足現場杯突評判標準。

          

            從杯突試驗結果來看,杯突開裂從焊接接頭搭接臺階處向內擴展起裂,可以看出裂開區未完全熔合。拉伸試驗結果顯示該焊接工藝下拉伸斷裂位置在焊縫,屈服強度與抗拉強度均有一定程度下降。拉伸試驗數據見表。    

           

            進一步對拉伸斷口進行觀察,發現斷口在搭接區域中心處,該區域可見部分自由晶粒表面,為非連續熔融特征,其余區域未熔合,如圖所示。在焊縫中心處應力集中且熔融不充分,在外界拉應力下,易使焊縫先于母材發生斷裂。


         2. 原始工藝下焊接接頭微觀分析


            為分析2.45 mm厚的DP600窄搭接電阻焊焊接接頭性能較差的原因,對接頭橫截面進行掃描電鏡觀察,如圖所示。從圖可以發現,在焊接接頭上搭接面邊緣未熔合長度較寬,約1.5mm,且張開角簿大,同時可以發現焊接接頭的下搭接面有兩條裂紋缺陷,一條為未熔合裂縫,一條為上搭接面帶鋼裂紋。同時對焊縫進行高倍掃描電鏡觀察發現,焊接之后,焊縫內部仍可分辨出搭接界面,搭接界面上下部組織區別明顯,顯示未熔合充分,如圖所示。進一步對焊接接頭未熔合和帶鋼裂紋區域進行掃描電鏡觀察,如圖所示,由圖中可以明顯看出搭接接頭上下部的裂縫為焊縫未熔合引起,下搭接面帶鋼裂紋可能由于焊縫成形差,焊后滾輪輥壓所致。

           

             分析認為,由于焊接接頭邊部未熔合區域較寬,將會減小熔合面橫截面積,且邊部未熔合裂縫較深、張開角較大,為裂紋的擴展提供通道,而焊縫內部熔合不充分現象使得焊縫的結合強度進一步降低‘”,在外界拉應力下,焊縫先子母材發生斷裂。上述因素是導致2.45mm厚的DP600焊接接頭性能惡化的主要原因,這將增大現場生產斷帶的風險。


         3. 工藝優化后的焊接接頭組織與性能

            

            針對上述2.45mm厚的DP600窄搭接電阻焊焊接接頭失效分析,以及基于厚規格窄搭接電阻焊時材料剛度大、焊輪波動等特點,做出以下焊接工藝調整。

            

            1. 降低焊接速度  預軟化厚板軋硬卷,利于帶鋼搭接面結合緊密。

           

            2. 降低碾壓輪壓力消除由碾壓輪壓力過大而產生的搭接面邊部裂紋。


            3. 降低搭接量提高搭接面電流密度。

           

            根據上述工藝調整思路,在原始焊接工藝基礎上做出調整,得出調整工藝。

           

            通過對調整工藝下焊接接頭性能測試,結果顯示該工藝下焊接接頭杯突性能完全合格,未出現沿搭接面撕裂情況,如圖所示;焊接接頭拉伸試驗斷裂在母材,如圖所示。

          

            對該工藝下的焊接接頭橫截面在掃描電鏡下觀察發現焊接接頭搭接面上下邊部仍有未完全熔合區域,但未見滾壓裂紋;未熔合區域較窄約0.3mm,較數據庫中原工藝下焊接接頭搭接面邊部裂紋1.3mm有較大程度改善,如圖所示。同時對焊縫中心掃描電鏡觀察發現焊縫內部組織均勻,未發現搭接面上下部明顯的組織區別,如圖所示。


        三、結論

         

          1. 對2.45mm厚的DP600進行窄搭接電阻焊,原始焊接工藝下焊接接頭杯突與拉伸性能較差,具有較大斷帶風險。

         

          2. 2.45 mm厚的DP600焊縫邊部存在較寬的未熔合裂縫,焊縫內部存在熔合不充分現象,是導致焊接接頭性能較差的主要原因。

           

          3. 對于厚規格雙相鋼窄搭接電阻焊,降低焊接速度,碾壓輪壓力與搭接量有助于焊接接頭性能的改善。


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        本文標簽:雙相鋼 

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