高强度双相钢窄搭接电阻焊焊接接头失效分析

  高强度双相钢具有较低的屈强比、优良的成形性能，广泛应用于汽车制造领域。但随着高强钢强度的提升，合金元素相应增加，对焊接工艺的要求也越来越高。在高强度汽车用钢生产过程中，为保证钢带稳定连续生产，通常采用窄搭接电阻焊焊接技术对钢带进行连接。分析了厚规格高强度双相钢DP600在2130mm连退线生产过程中焊缝断带原因，并通过优化焊接工艺对焊接接头性能进行改善。试验结果表明焊缝断带由焊缝未熔合引起。优化工艺方案后，可得到性能良好的焊接接头。

  随着中国汽车行业的发展进入快车道，高强度汽车板的应用是汽车轻量化和节能减排的必然趋势，为了满足轿车“减重节能”的需要，越来越多的汽车零部件使用高强度汽车板制造。其中因双相钢具有良好的强塑性匹配及冷变形性能，其在车身制造中应用广泛。随着马鞍山钢铁股份有限公司（简称马钢）双相钢产品需求量的不断增大以及高强度汽车板的发展需求，在连续退火机组中，连退人口窄搭接焊机对带钢焊接质量的保证是产能扩大的重要保障，决定着高强度汽车板在高温、大张力下的稳定运行。为防止马钢双相钢产品在连续退火过程中焊接接头部位发生断带事故，马钢2130mm连退线对厚规格DP600进行焊接试验，焊后对带钢焊接接头进行性能测试及微观分析：并从焊接工艺角度提出性能改善方案。

一、试验材料与方法

 1. 试验材料

 试验材料为马钢2130mm连退线生产的厚度为2.45 mm冷轧马氏体双相钢DP600，带钢状态为连退入口轧硬卷，试验材料的化学成分和力学性能见表。

 2. 试验方法

在马钢连续退火线人口对2. 45mm厚的DP600进行窄搭接电阻焊试验，试验设备为西门子窄搭接电阻焊机，焊轮直径20 mm。原始焊接及调整工艺参数见表。焊后对焊接接头进行拉伸试验及杯突性能测试，同时对焊接接头进行微观分析。

二、试验结果与分析

 1. 原始工艺下焊接接头性能

    图为原始工艺下焊接接头杯突试验结果，结果显示2.45mm DP600焊接接头杯突裂纹平行于焊缝展开，未满足现场杯突评判标准。

    从杯突试验结果来看，杯突开裂从焊接接头搭接台阶处向内扩展起裂，可以看出裂开区未完全熔合。拉伸试验结果显示该焊接工艺下拉伸断裂位置在焊缝，屈服强度与抗拉强度均有一定程度下降。拉伸试验数据见表。    

    进一步对拉伸断口进行观察，发现断口在搭接区域中心处，该区域可见部分自由晶粒表面，为非连续熔融特征，其余区域未熔合，如图所示。在焊缝中心处应力集中且熔融不充分，在外界拉应力下，易使焊缝先于母材发生断裂。

 2. 原始工艺下焊接接头微观分析

    为分析2.45 mm厚的DP600窄搭接电阻焊焊接接头性能较差的原因，对接头横截面进行扫描电镜观察，如图所示。从图可以发现，在焊接接头上搭接面边缘未熔合长度较宽，约1.5mm，且张开角簿大，同时可以发现焊接接头的下搭接面有两条裂纹缺陷，一条为未熔合裂缝，一条为上搭接面带钢裂纹。同时对焊缝进行高倍扫描电镜观察发现，焊接之后，焊缝内部仍可分辨出搭接界面，搭接界面上下部组织区别明显，显示未熔合充分，如图所示。进一步对焊接接头未熔合和带钢裂纹区域进行扫描电镜观察，如图所示，由图中可以明显看出搭接接头上下部的裂缝为焊缝未熔合引起，下搭接面带钢裂纹可能由于焊缝成形差，焊后滚轮辊压所致。

     分析认为，由于焊接接头边部未熔合区域较宽，将会减小熔合面横截面积，且边部未熔合裂缝较深、张开角较大，为裂纹的扩展提供通道，而焊缝内部熔合不充分现象使得焊缝的结合强度进一步降低‘”，在外界拉应力下，焊缝先子母材发生断裂。上述因素是导致2.45mm厚的DP600焊接接头性能恶化的主要原因,这将增大现场生产断带的风险。

 3. 工艺优化后的焊接接头组织与性能

    针对上述2.45mm厚的DP600窄搭接电阻焊焊接接头失效分析，以及基于厚规格窄搭接电阻焊时材料刚度大、焊轮波动等特点，做出以下焊接工艺调整。

    1. 降低焊接速度  预软化厚板轧硬卷，利于带钢搭接面结合紧密。

    2. 降低碾压轮压力消除由碾压轮压力过大而产生的搭接面边部裂纹。

    3. 降低搭接量提高搭接面电流密度。

    根据上述工艺调整思路，在原始焊接工艺基础上做出调整，得出调整工艺。

    通过对调整工艺下焊接接头性能测试，结果显示该工艺下焊接接头杯突性能完全合格，未出现沿搭接面撕裂情况，如图所示；焊接接头拉伸试验断裂在母材，如图所示。

    对该工艺下的焊接接头横截面在扫描电镜下观察发现焊接接头搭接面上下边部仍有未完全熔合区域，但未见滚压裂纹；未熔合区域较窄约0.3mm，较数据库中原工艺下焊接接头搭接面边部裂纹1.3mm有较大程度改善，如图所示。同时对焊缝中心扫描电镜观察发现焊缝内部组织均匀，未发现搭接面上下部明显的组织区别，如图所示。

三、结论

  1. 对2.45mm厚的DP600进行窄搭接电阻焊，原始焊接工艺下焊接接头杯突与拉伸性能较差，具有较大断带风险。

  2. 2.45 mm厚的DP600焊缝边部存在较宽的未熔合裂缝，焊缝内部存在熔合不充分现象，是导致焊接接头性能较差的主要原因。

  3. 对于厚规格双相钢窄搭接电阻焊，降低焊接速度，碾压轮压力与搭接量有助于焊接接头性能的改善。