浅析热成形钢搭接电阻焊接头失效原因

刘伟 胡会娥

摘 要：热成形钢具有极高的屈服强度、抗拉强度，广泛应用于汽车制造领域。但随着强度的提升，合金元素相应增加，对焊接工艺的要求越来越高。在实际生产过程中，为保证生产稳定连续进行，通常采用搭接电阻焊对钢带连接。分析了厚规格热成形钢22MnB5在2130连续退火机组生产过程中，焊接接头失效的原因，得出提高焊接接头韧性的有效方法。

关键词：热成形钢；搭接电阻焊

随着中国汽车行业的快速发展，为满足汽车轻量化和节能减排的需要，高强度汽车板成为越来越多汽车零部件的选择[1]。其中热成形钢不仅具有极高的强度，同时能提高汽车碰撞安全性，在车身制造中得到大量应用。

随着马鞍山钢铁股份有限公司（简称马钢）热成形钢产品研发、生产的不断发展，在连续退火机组，高强度汽车板在高温、大张力下的稳定运行尤为重要[2]，对入口搭接焊焊接质量提出了极高的要求。为防止热成形钢在连续退火过程中因焊接接头失效导致断带事故，马钢2130退火线对厚规格22MnB5进行焊接试验，焊后对焊接接头进行性能测试及微观分析，寻找提高焊接接头韧性的方法。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为马钢2130退火线生产的厚度为2.5mm的22MnB5，带钢状态为入口轧硬卷，试验材料成分见表1。

1.2 试验方法

在马钢连续退火线入口对厚度为2.5mm 22MnB5进行搭接电阻焊试验，试验设备为西门子窄搭接电阻焊机，焊轮直径为20mm。焊接工艺见表2。

2 结果与分析

2.1 焊接接头性能

焊后现场对焊接接头做杯突测试，结果显示未出现杯突性能良好的焊接接头，杯突测试结果如图1所示。

由图1可以看出焊接接头韧性较差，具体情况为：焊接接头较难实现熔合，焊接接头呈现搭接面处剥离，且接头表面质量较差；焊接接头区域较脆，厚度方向未显示变形，破裂后呈锥形；裂纹起始于杯突最高处，首先平行于焊缝方向扩展，后在裂纹起始源处又垂直于焊缝扩展至母材，最后形成”十”形裂纹形态。

2.2 焊接接头微观分析

为分析焊接接头性能较差的原因，对焊接接头横截面进行SEM观察并对接头熔合区硬度进行测试。由图2可以看出接头内部未熔合区域较宽且有边部裂纹，未熔合末端呈现阶梯状扩展痕迹，接头熔合区域平均硬度为565HV，熔合区域组织为针状马氏体，与板条马氏体相比针状马氏体易产生较大焊接内应力，而未熔合区域为应力的释放提供了路径，使焊缝的结合强度进一步降低[3]，焊接接头表现出较低的韧性和较高的裂纹倾向。

对杯突断口SEM观察，可以看出在断口上部与下部沿晶断裂特征明显，且该区域具有微裂纹，在断口中部，呈现拉剪型韧窝断口形貌，韧窝较浅，如图3所示。

图4中B1处为沿晶析出物，B2处为晶面区域，对沿晶析出物成分及晶面成分进行能谱分析可知钛的氮化物在晶界沉淀析出以及磷元素在晶界偏聚是产生沿晶脆断，导致焊接接头韧性降低的另一重要因素，能谱分析结果见图5所示。

3 结论

焊缝中存在较为脆硬针状马氏体及较大的焊接应力，未熔合区域为应力释放提供了路径，是造成焊接接头失效的主要原因；沿晶断口中磷偏析及钛的氮化物析出引起焊缝组织晶界弱化是造成焊接接头韧性降低的重要因素。可以通过减小未熔合尺寸和消除晶界弱化的方法提高22MnB5焊接接头韧性。

参考文献

[1] 陆匠心，王 利. 高强度汽车钢板的生产与使用[J]. 汽车工艺与材料，2004，18（2）：1-7.

[2] 朱爱辉，吕 爽. 窄搭接电阻焊在连续退火机组上的成功应用[J]. 热处理技术与装备，2013，34（2）：58-60.

[3] 赵玉辉，万一群，郑均干. 窄搭接焊接工艺介绍[J]. 梅山科技，2012（4）：8-10.