电动自行车车架焊缝开裂原因

(中天钢铁集团有限公司, 常州 213011)

电动自行车是自改革开放以来具有中国特色的创新产品之一，属于绿色环保、贴近民生,拥有高度自主产权的民族产品。自第一台电动自行车生产面世到现在20余a(年)间，电动自行车逐步发展成为国内重要的交通工具，根据工业和信息化部及中国汽车工业协会统计的数据，2018年全国交通工具产量中电动自行车排名第二，仅次于两轮脚踏自行车，成为中国交通工具制造领域产量规模较大的制造产业，2018年年末我国电动自行车保有量突破2.5亿辆[1]。

某公司使用钢管与钢板焊接的方式生产电动自行车车架，部分电动自行车出厂后使用3个月便发生了批量的车架开裂故障，造成严重的经济和品牌信誉损失。为查找电动自行车车架的开裂原因，笔者对开裂车架进行了理化检验与分析。

1 理化检验

1.1 宏观观察

图1 开裂车架宏观形貌Fig.1 Macro morphology of cracked frame:a) morphology of one side; b) morphology of the other side

开裂电动自行车车架宏观形貌如图1所示。可见车架一侧有一条开裂焊缝，如图1a)中的焊缝1；在其反面同样有一条开裂焊缝，如图1b)中焊缝2。焊缝长度约为100 mm，为直接搭接焊，如图2a)所示;打开焊缝，使钢管与固定钢板分离，发现焊缝金属全部黏附在钢板上，与钢管完全分离，且车架钢管表面及开裂焊缝表面存在严重锈蚀现象，如图2b)所示。两条焊缝均为纵向开裂，观察被焊钢管的开裂焊缝，未发现有撕裂痕迹且基本保留钢管原有形貌，并只在焊缝端部发现留有一小块焊缝金属，其余位置未发现有焊缝金属；在焊缝开裂面也未发现有撕裂痕迹，如图3所示。这些特征说明开裂部位位于钢板与钢管的交界处，即焊缝处。

图2 车架开裂焊缝宏观形貌Fig.2 Macro morphology of cracked weld seam of frame:a) morphology of weld seam 1;b) morphology of cracked weld seam on fixed steel plate

图3 被焊钢管上的开裂焊缝宏观形貌Fig.3 Macro morphology of cracked weldseam on welded steel pipe

图4 车架开裂焊缝处截面宏观形貌Fig.4 Macro morphology of the cross section at thecracked weld seam of frame:a) overall morphology;b) enlarged morphology of weld seam 1

1.2 金相检验

沿图2a)中的直线将焊缝横向切开制备横截面试样，试样经磨制、抛光、浸蚀后进行观察，可见焊缝与固定钢板以及固定钢板与上方的斜钢管中的焊缝A均完全焊合，而与钢管脱离，如图4a)所示；在钢管焊接部位上未发现有焊缝金属，如图4b)所示。

图5 车架开裂焊缝1处的显微组织形貌Fig.5 Microstructure morphology of cracked weld seam 1 of frame:a) at low magnification; b) at high magnification

使用ZEISS Axio Imager M2m型光学显微镜对焊缝处进行观察，焊缝1显微组织为晶界先共析铁素体+晶内针状铁素体+珠光体，是典型的凝固枝晶状组织，组织正常，如图5所示。在钢管焊接部位未发现热影响区组织，其显微组织为等轴晶铁素体+极少量珠光体，如图6所示。焊缝与钢板焊合良好，钢板焊接部位显微组织为晶界先共析铁素体+晶内针状铁素体+珠光体，组织正常，如图7所示。上述现象说明开裂部位位于焊缝与钢管交界面，焊缝与钢管基本未熔合。

图6 钢管上开裂焊缝处的显微组织形貌Fig.6 Microstructure morphology of cracked weldseam on steel pipe

图4a)中焊缝A连接钢板与斜钢管，对焊缝A进行观察，观察位置及其显微组织形貌如图8所示。可见该焊缝与钢板焊合良好，而焊缝与斜钢管则焊合不良，只有部分熔合良好，大部分焊缝未与斜钢管熔合，但焊缝组织正常，焊缝处显微组织为晶界先共析铁素体+晶内针状铁素体+珠光体，钢管显微组织为铁素体+少量珠光体。

2 分析与讨论

(1) 宏观及金相分析结果表明，电动自行车车架开裂为钢管与固定钢板之间的焊缝开裂，开裂部位位于焊缝与车架钢管的交界面，沿纵向分布。观察被焊钢管的开裂焊缝，未发现有撕裂痕迹,基本保留钢管原有形貌，且只在焊缝端部发现留有一小块焊缝金属，其余位置未发现有焊缝金属，这些特征说明焊缝与车架钢管基本未熔合，属于焊接未熔合缺陷[2-3]。

图7 固定钢板上开裂焊缝处显微组织形貌Fig.7 Microstructure morphology of cracked weld seam on fixed steel plate: a) at low magnification；b) at high magnification

图8 焊缝A显微组织形貌Fig.8 Microstructure morphology of weld seam A: a) observation positions; b) position 1; c) position 2; d) position 3

(2) 焊缝显微组织为晶界先共析铁素体+晶内针状铁素体+珠光体，为典型的凝固枝晶状组织，是低碳钢焊丝完全熔化后的正常组织，且焊缝与固定钢板之间熔合良好，说明焊丝质量正常[4-5]。

(3) 车架钢管与固定钢板之间的焊接为直接搭接焊，其焊缝熔合不良是焊接前钢管表面污物未清除干净导致的。

3 结论及建议

电动自行车车架开裂为固定钢板与车架钢管之间在钢管侧的焊接未熔合缺陷导致的焊缝开裂，主要原因是车架钢管表面存在严重锈蚀，焊接前未清除干净，使得电动自行车使用不久便在此处发生了开裂。

建议焊接车架时彻底清除钢管表面污物，降低车架焊接未熔合缺陷发生的概率，采取措施后几乎没有发生过焊接开裂问题。