導(dǎo)致產(chǎn)品失效竟因焊接工藝質(zhì)量缺陷？

某激光焊接噴嘴在工作過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)了噴嘴的噴射角度及霧化效果完全喪失，拆除產(chǎn)品后確認(rèn)導(dǎo)流片在焊縫處發(fā)生了斷裂，導(dǎo)致尿素從斷裂處泄漏，產(chǎn)品功能失效。為深入探究失效原因，我們現(xiàn)在將進(jìn)行更為詳盡的失效分析。

測(cè)試分析

1 低倍觀察

由圖可知，頂部存在兩道焊縫，其中該裂紋分布在內(nèi)側(cè)焊縫，裂紋長(zhǎng)度約占焊縫圓周2/3，且在近焊縫中心位置。導(dǎo)流片因裂紋向外翹起，表面無(wú)明顯損傷痕跡，裂紋擴(kuò)展由內(nèi)表面向外。

圖1. 失效樣表面低倍觀察典型圖

2 斷口分析

由圖2可知，在斷口位置1與2發(fā)現(xiàn)斷面厚度方向均為凝固時(shí)原始的柱狀形貌，裂紋沿柱狀晶面擴(kuò)展，晶界結(jié)合強(qiáng)度較差，基本無(wú)晶界撕裂形貌，該形貌表明該位置的焊接強(qiáng)度低。斷口未見明顯腐蝕與損傷。

圖2. 失效樣斷口位置1與2微觀形貌

由圖3可知，在斷口位置3發(fā)現(xiàn)斷面形貌厚度方向基本為柱狀晶形貌，而在靠近焊接外表面可見撕裂韌窩形貌，約占斷口寬度的1/5。韌窩形貌為典型的塑性變形特征，表明該位置的具有一定的焊接強(qiáng)度，要高于柱狀晶形貌。

圖3. 失效樣斷口位置3微觀形貌與能譜圖

3 金相分析

對(duì)失效樣未斷裂位置居中切割后鑲樣拋磨。圖4為失效樣焊縫顯微組織與微觀圖，表1為失效樣局部熔深測(cè)量結(jié)果。由圖表可知，導(dǎo)流片與閥座基材均為奧氏體組織，焊縫可見柱狀晶，且柱狀晶粒較長(zhǎng)，幾乎貫穿焊縫厚度。焊縫局部熔深小于導(dǎo)流片厚度，在焊縫可見未焊透現(xiàn)象。

表1. 失效樣局部熔深測(cè)量結(jié)果

圖4. 失效樣焊縫顯微組織與微觀圖

4 維氏硬度

對(duì)失效樣進(jìn)行硬度測(cè)試，結(jié)果如表2。可知失效件導(dǎo)流片基材硬度較高，焊縫硬度低于基材硬度，焊縫屬于強(qiáng)度薄弱結(jié)構(gòu)。

表2. 試樣硬度測(cè)試結(jié)果

結(jié)論

由以上分析可知：

1、失效件裂紋主要在焊縫處，焊縫裂紋沿晶擴(kuò)展，形貌為光滑的無(wú)塑性變形痕跡的柱狀晶，具有熱裂紋中凝固裂紋特征。

2、失效件顯微組織中晶粒為平行厚度方向的柱狀晶，且搭接根部存在未焊透現(xiàn)象。組織上的強(qiáng)度薄弱以及結(jié)構(gòu)上存在應(yīng)力集中，導(dǎo)致斷裂發(fā)生于此處。

由于激光焊接是一種快速加熱、快速冷卻的過(guò)程，因此，晶粒的生長(zhǎng)方向垂直于焊縫中心線，低溶點(diǎn)共晶及雜質(zhì)容易聚集在柱狀晶晶界處，使此處結(jié)合面脆弱，容易形成裂紋。焊接裂紋不但減小結(jié)構(gòu)的承載面積，還在裂紋尖端造成嚴(yán)重的應(yīng)力集中，易引起裂紋擴(kuò)展。

凝固裂紋是在焊縫凝固結(jié)晶過(guò)程中，由于凝固金屬收縮而產(chǎn)生拉應(yīng)力，同時(shí)，由于凝固過(guò)程中雜質(zhì)偏析使低熔點(diǎn)共晶相在晶界處聚集而形成液態(tài)薄膜，二者共同作用下造成沿晶開裂。凝固裂紋多產(chǎn)生于接近固相線的高溫下，主要是由于凝固金屬的收縮，殘余液體金屬不足而不能及時(shí)填充，在應(yīng)力作用下發(fā)生沿晶開裂，主要分布在焊縫區(qū)。

由于激光焊接其中的特點(diǎn)之一為較大的深寬比，故建議焊透以增加強(qiáng)度，另一方面也能防止焊縫被柱狀晶貫穿。

不同激光功率、焊材厚度、離焦量、焊速、角度、氣流量、坡口形式、焊接夾持等因素都會(huì)對(duì)焊接質(zhì)量產(chǎn)生影響，優(yōu)化工藝時(shí)要綜合考慮各因素之間的主次關(guān)系，找到最優(yōu)工藝。

總結(jié)：

激光焊接噴嘴失效的主要原因?yàn)楹附庸に嚥涣紝?dǎo)致焊縫處存在焊接熱裂紋。

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