電動輪汽車焊接中的斷裂及預防

1基礎構件、焊接件的失效由于環境濕度低、工作負荷大，電動汽車容易導致維護和關鍵部件、焊接和重要部件的失敗。一般的焊接方法,往往剛投入使用又從原焊縫開裂,屢焊屢裂,屢裂屢焊,既浪費了人力、物力、財力,又耽誤了生產,給企業帶來了不同程度的損失。2鋼的理化性質電動輪汽車焊接問題比較多的是高錳鋼與高錳鋼的焊接及高錳鋼與碳鋼的焊接。一般情況下,高錳鋼均經過了固溶化處理(加熱溫度1060～1100℃,水中速冷,這種熱處理對于高錳鋼也叫水韌處理)。處理后鋼材得到完好的、無磁性的奧氏體組織,有較高的韌性及強度。表面硬度不高,但在受到沖擊或表面擠壓力的作用時,表面由于冷變形而硬化,即表面硬度大大提高。在結構件各個接合面焊縫處,卻是最薄弱的地方,這是因為在焊接的時候,產生局部的高溫區及熱影響區。在高溫區產生壓應力,而在熱影響區產生拉應力,此應力使金屬在加熱或冷卻過程中局部組織發生轉變(如馬氏體相變),引起組織應力等。這些殘留在構件內的焊接殘余應力,對結構的性能有很大的影響,正是這些應力的存在,使得焊縫處的強度降低、韌性不足而開裂。3檢驗焊接時未約束未轉導焊縫的性能要解決焊接中因韌性不足而開裂的問題,首先是選擇正確的焊條和焊接方法。高錳鋼與高錳鋼的焊接,一般宜采用D256、D266堆焊電焊條;碳鋼與高錳鋼的焊接,通常采用D276鉻錳不銹鋼堆焊條和Cr19Ni9Mn6鉻鎳錳不銹鋼焊條。特別指出的是,16Mn鋼的焊接宜采用J506(交直流兩用)或J507(直流)焊條。焊接開始前,應注意觀察焊條的含水量,因為受潮焊條焊接時,容易產生裂紋和氣泡,不利于構件的正常使用,所以在焊接時,應備一小型保溫筒,予以存放烘干的焊條,并讓溫度保持在50～60℃,這樣才能保證焊條應有性能的正常發揮。焊接時應避免母材受熱過大。焊接后焊縫冷卻慢,則有可能導致高錳鋼的組織變壞,使水韌處理后所得到的奧氏體組織析出碳化物,造成材質塑性下降,容易產生裂紋,耐沖擊磨損性能也有所降低。裂紋是指存在于焊縫或基本金屬上的縫隙(如圖1所示),裂紋多出現在焊縫上,有時也發生在母材的熱影響區中。避免母材受熱過大的辦法主要有:(1)有條件時將高錳鋼放在水中,只露出焊接部位施焊,以避免母材焊接區域過熱和加速焊接區域的冷卻。(2)采用小的電流和小直徑的焊條。在焊接過程中,應在焊完一根焊條后,停下來待焊縫不燙手時再繼續施焊。焊條盡量不做橫向擺動,以保證焊速快些。如果橫向擺動,擺動的擺幅也不要過大(一般不應大于焊條直徑的3倍)。(3)采用散熱墊防止焊區母材過熱,同時加快焊接區域的冷卻速度,散熱墊一般采用紫銅板,如有條件最好在紫銅板上鉆孔后通上循環水。散熱墊愈接近焊縫,防止過熱的效果愈好。生產實踐中,在多數情況下,裂紋往往出現在頭道焊縫和焊根上,這是因為磨損后高錳鋼的表面有一層塑性差、硬度較高的硬化層,容易沿著這個部位形成焊接裂紋,所以焊接大剛性、大厚度的構件時,頭道焊縫的焊接工藝是很關鍵的。這可以采用加工坡口和焊過渡層(在母材一側堆焊一層不銹鋼然后再施焊,這層不銹鋼焊層即為過渡層)的辦法,提高頭道焊縫的質量;還可以應用稍小的電焊條和電流,一次性把待焊接部件焊一道焊縫,在焊接頭道焊縫的過程中,焊條盡量不擺動。4高鉻焊接簡單加工4.1熱壓加工法提高高錳鋼焊接后焊縫的韌性,最有效的辦法是熱處理。高錳鋼屬高碳鋼和過共析鋼,在鐵-碳平衡圖中,其滲碳體開始從奧氏體中析出的Acm線的溫度范圍是750～850℃。在我國應用較多的低合金結構鋼是Q345鋼,它是δb≥350MPa的常用低合金結構鋼,它比Q235低碳鋼僅僅多加點Mn,而屈服強度卻比Q235鋼提高50%。對高錳鋼焊接區域的熱處理主要進行正火處理。正火的操作為:將工件加熱到Acm線以上30～50℃(具體溫度由高錳鋼中的碳含量決定),保溫一定時間,然后通過空冷、風冷、噴霧等方式冷卻下來,得到片層間距較小的珠光體組織(亦叫正火索氏體),其特點是正火后得到的珠光體組織組織細密,彌散度大,從而具有較高的機械性能。正火的目的是降低硬度,提高塑性,消除焊接產生的內應力。在野外作業或不具備良好的熱處理能力的條件下,正火熱處理可采用兩把氧乙炔焊槍同時加熱的辦法作應急處理。它主要是利用了金屬受熱時膨脹、冷卻時收縮的原理,來控制焊接過程中形成的熱應力。在焊前和焊后,選擇適當的部位加熱,來抵消或減少焊縫應力,防止裂紋的產生。在進行熱處理之前,應檢查裂紋是否存在,只有焊縫無裂紋的情況下才可進行熱處理。兩把焊槍在焊縫的兩側錯位烘烤,在開始烘烤時,焊槍靠近加熱部位,在溫度達到800～900℃(用紅外線測溫儀測量)或觀察鋼材表面顏色為淡櫻紅色至亮櫻紅色時,焊槍應稍稍離開加熱部位,并且由焊縫的一端向中心傾斜繼續烘烤,以達到均勻保溫的效果。保溫5～10min后,熄滅火焰,讓焊接區域自然冷卻下來。正火時,烘烤溫度應掌握在900℃以內,否則將出現過熱組織,降低焊縫的沖擊韌性。待溫度降至氣溫時,正火的工作就完成了。正火后焊縫兩側的區域會產生一種壓迫焊縫的壓應力,以抵消焊縫區域自然收縮時形成的剩余拉伸應力,達到預期效果。4.2熱處理焊縫的機械性能為了使末經熱處理的焊縫和現場應急熱處理后的焊縫能夠更好地比較,特做了焊縫橫向撕裂破壞、硬度測試和縱向剖面微觀化等對比性試驗,試驗的結果見附表。實驗表明:現場應急熱處理后焊縫的機械性能優于不經熱處理焊縫的機械性能,主要體現在:硬度雖有所降低,但塑性卻成倍地提高;熱處理后得到的珠光體組織具有組織細密、彌散度大的特點,使焊縫綜合力學性能得到改善;兩者最直觀的差別在于斷裂方式分別是脆性斷裂(末經熱處理)和塑性斷裂(熱處理后)。另外,從斷口的顏色看,末經熱處理的斷口處有部分黑、藍、紫等氧化色彩(多靠近根部及弧坑附近),這說明在焊接的過程中,因焊接區域受熱不均而產生內應力;熱處理后的斷口顏色基本一致,在焊接過程中產生的內應力已基本消除。5應急熱處理技術本文分析了電動輪汽車關鍵部位焊接應力產生的原因和正確選用焊接方法的重要性,提出了現場應急熱處理方法。焊縫經應急熱處理后,結構件的使用壽命及性能均得到了很大的提高