DC03鋼屬于低碳、低硅冷軋系列鋼種,其廣泛應用于小家電領域,目前市面上電暖器生產廠家多使用該系列產品。各廠家生產DC03鋼的工藝流程基本類似,主要為：開卷→沖壓成型→點焊→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)場調研,發(fā)現(xiàn)DC03鋼未焊合現(xiàn)象多出現(xiàn)在點焊階段。

點焊是指焊接時利用柱狀電極,在兩塊搭接工件接觸面間形成焊點的焊接方法,其原理是將工件壓緊在兩個電極之間,并通以電流,利用電流流經工件接觸表面及鄰近區(qū)域產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]。某公司生產的DC03鋼在下游客戶使用過程中,發(fā)生了點焊未焊合現(xiàn)象。筆者采用一系列理化檢驗方法分析了DC03鋼點焊未焊合現(xiàn)象產生的原因,并提出改進措施,以避免該類問題再次發(fā)生。

1. 理化檢驗

1.1 化學成分分析

分別在點焊未焊合和焊接質量良好的DC03鋼上取樣,并編號為試樣1,2。試樣1,2的化學成分分析結果如表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 力學性能測試

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

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

圖 1試樣1,2表面硬度的測試結果

圖 2試樣1,2截面硬度的測試結果

1.3 金相檢驗

分別在試樣1,2的縱向取樣,對試樣進行金相檢驗,結果如圖3所示。由圖3可知：試樣1的晶粒較細,晶粒度為9.0級,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,晶粒延伸度介于Ⅱ系和Ⅲ系之間。晶粒尺寸越細小,材料的硬度越大[5],材料硬度較大會對焊接產生不利影響。

圖 3試樣1,2的顯微組織形貌

2. 綜合分析

點焊的熱源是電阻熱,焊接區(qū)域的總析熱量與總電阻、電流密度有關[6－7]。碳元素含量較高、晶粒尺寸偏細均會使材料的強度和硬度升高。當材料的硬度較高時,被焊工件在兩電極之間的接觸點減少,易造成焊核變小,導致材料產生未焊合現(xiàn)象。同時,接觸點較少還會導致電極頭瞬時通電放熱不均,形成軟點,長時間在該工況下工作,電極頭的整體硬度會降低,電極頭過早進入使用末期。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. 生產工藝改進

綜合以上分析,提高焊接質量的方法為降低碳元素含量并增大晶粒尺寸。鋼廠通過調整煉鋼工藝,降低了碳元素含量,提高了酸溶鋁含量；同時減小了熱軋原料的厚度,進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,材料的焊接質量有了較大提升。

4. 結論

DC03鋼硬度較高是造成點焊未焊合缺陷產生的主要原因。采用調整煉鋼工藝、降低碳元素含量、調整熱軋原料厚度等方法可以降低冷軋軋制的變形比,使材料的晶粒尺寸增大,有效降低材料的硬度,提高其焊接質量。

文章來源——材料與測試網