(中天鋼鐵集團(tuán)有限公司, 常州 213011)

電動(dòng)自行車是自改革開放以來具有中國特色的創(chuàng)新產(chǎn)品之一，屬于綠色環(huán)保、貼近民生,擁有高度自主產(chǎn)權(quán)的民族產(chǎn)品。自第一臺(tái)電動(dòng)自行車生產(chǎn)面世到現(xiàn)在20余a(年)間，電動(dòng)自行車逐步發(fā)展成為國內(nèi)重要的交通工具，根據(jù)工業(yè)和信息化部及中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，2018年全國交通工具產(chǎn)量中電動(dòng)自行車排名第二，僅次于兩輪腳踏自行車，成為中國交通工具制造領(lǐng)域產(chǎn)量規(guī)模較大的制造產(chǎn)業(yè)，2018年年末我國電動(dòng)自行車保有量突破2.5億輛[1]。

某公司使用鋼管與鋼板焊接的方式生產(chǎn)電動(dòng)自行車車架，部分電動(dòng)自行車出廠后使用3個(gè)月便發(fā)生了批量的車架開裂故障，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)和品牌信譽(yù)損失。為查找電動(dòng)自行車車架的開裂原因，筆者對(duì)開裂車架進(jìn)行了理化檢驗(yàn)與分析。

1 理化檢驗(yàn)

1.1 宏觀觀察

圖1 開裂車架宏觀形貌Fig.1 Macro morphology of cracked frame:a) morphology of one side; b) morphology of the other side

開裂電動(dòng)自行車車架宏觀形貌如圖1所示?？梢娷嚰芤粋?cè)有一條開裂焊縫，如圖1a)中的焊縫1；在其反面同樣有一條開裂焊縫，如圖1b)中焊縫2。焊縫長度約為100 mm，為直接搭接焊，如圖2a)所示;打開焊縫，使鋼管與固定鋼板分離，發(fā)現(xiàn)焊縫金屬全部黏附在鋼板上，與鋼管完全分離，且車架鋼管表面及開裂焊縫表面存在嚴(yán)重銹蝕現(xiàn)象，如圖2b)所示。兩條焊縫均為縱向開裂，觀察被焊鋼管的開裂焊縫，未發(fā)現(xiàn)有撕裂痕跡且基本保留鋼管原有形貌，并只在焊縫端部發(fā)現(xiàn)留有一小塊焊縫金屬，其余位置未發(fā)現(xiàn)有焊縫金屬；在焊縫開裂面也未發(fā)現(xiàn)有撕裂痕跡，如圖3所示。這些特征說明開裂部位位于鋼板與鋼管的交界處，即焊縫處。

圖2 車架開裂焊縫宏觀形貌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

圖3 被焊鋼管上的開裂焊縫宏觀形貌Fig.3 Macro morphology of cracked weldseam on welded steel pipe

圖4 車架開裂焊縫處截面宏觀形貌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 金相檢驗(yàn)

沿圖2a)中的直線將焊縫橫向切開制備橫截面試樣，試樣經(jīng)磨制、拋光、浸蝕后進(jìn)行觀察，可見焊縫與固定鋼板以及固定鋼板與上方的斜鋼管中的焊縫A均完全焊合，而與鋼管脫離，如圖4a)所示；在鋼管焊接部位上未發(fā)現(xiàn)有焊縫金屬，如圖4b)所示。

圖5 車架開裂焊縫1處的顯微組織形貌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型光學(xué)顯微鏡對(duì)焊縫處進(jìn)行觀察，焊縫1顯微組織為晶界先共析鐵素體+晶內(nèi)針狀鐵素體+珠光體，是典型的凝固枝晶狀組織，組織正常，如圖5所示。在鋼管焊接部位未發(fā)現(xiàn)熱影響區(qū)組織，其顯微組織為等軸晶鐵素體+極少量珠光體，如圖6所示。焊縫與鋼板焊合良好，鋼板焊接部位顯微組織為晶界先共析鐵素體+晶內(nèi)針狀鐵素體+珠光體，組織正常，如圖7所示。上述現(xiàn)象說明開裂部位位于焊縫與鋼管交界面，焊縫與鋼管基本未熔合。

圖6 鋼管上開裂焊縫處的顯微組織形貌Fig.6 Microstructure morphology of cracked weldseam on steel pipe

圖4a)中焊縫A連接鋼板與斜鋼管，對(duì)焊縫A進(jìn)行觀察，觀察位置及其顯微組織形貌如圖8所示?？梢娫摵缚p與鋼板焊合良好，而焊縫與斜鋼管則焊合不良，只有部分熔合良好，大部分焊縫未與斜鋼管熔合，但焊縫組織正常，焊縫處顯微組織為晶界先共析鐵素體+晶內(nèi)針狀鐵素體+珠光體，鋼管顯微組織為鐵素體+少量珠光體。

2 分析與討論

(1) 宏觀及金相分析結(jié)果表明，電動(dòng)自行車車架開裂為鋼管與固定鋼板之間的焊縫開裂，開裂部位位于焊縫與車架鋼管的交界面，沿縱向分布。觀察被焊鋼管的開裂焊縫，未發(fā)現(xiàn)有撕裂痕跡,基本保留鋼管原有形貌，且只在焊縫端部發(fā)現(xiàn)留有一小塊焊縫金屬，其余位置未發(fā)現(xiàn)有焊縫金屬，這些特征說明焊縫與車架鋼管基本未熔合，屬于焊接未熔合缺陷[2-3]。

圖7 固定鋼板上開裂焊縫處顯微組織形貌Fig.7 Microstructure morphology of cracked weld seam on fixed steel plate: a) at low magnification；b) at high magnification

圖8 焊縫A顯微組織形貌Fig.8 Microstructure morphology of weld seam A: a) observation positions; b) position 1; c) position 2; d) position 3

(2) 焊縫顯微組織為晶界先共析鐵素體+晶內(nèi)針狀鐵素體+珠光體，為典型的凝固枝晶狀組織，是低碳鋼焊絲完全熔化后的正常組織，且焊縫與固定鋼板之間熔合良好，說明焊絲質(zhì)量正常[4-5]。

(3) 車架鋼管與固定鋼板之間的焊接為直接搭接焊，其焊縫熔合不良是焊接前鋼管表面污物未清除干凈導(dǎo)致的。

3 結(jié)論及建議

電動(dòng)自行車車架開裂為固定鋼板與車架鋼管之間在鋼管側(cè)的焊接未熔合缺陷導(dǎo)致的焊縫開裂，主要原因是車架鋼管表面存在嚴(yán)重銹蝕，焊接前未清除干凈，使得電動(dòng)自行車使用不久便在此處發(fā)生了開裂。

建議焊接車架時(shí)徹底清除鋼管表面污物，降低車架焊接未熔合缺陷發(fā)生的概率，采取措施后幾乎沒有發(fā)生過焊接開裂問題。