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。通過現場調研,發現DC03鋼未焊合現象多出現在點焊階段。

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域產生的電阻將其加熱到熔化或熔融狀態,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,發生了點焊未焊合現象。筆者采用一系列理化檢驗方法分析了DC03鋼點焊未焊合現象產生的原因,并提出改進措施,以避免該類問題再次發生。

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