车桥焊接叠附钢板断裂分析.pdfVIP

52 2008年第六届中国北方焊接学术会议论文集 车桥焊接叠附钢板断裂分析 臧启山 姚 戈 苏 革 (中国科学院金属研究所失效分析中心) 1引言 某车桥厂配套生产后车桥。在整车试车时，后车桥发生横向断裂。车桥厂将 断裂的后车桥送来中国科学院金属研究所失效分析中心，要求确定车桥开裂原因。 车桥的本体材料为BG440QK，其两端与套管通过焊接相连。为了减小焊缝 处的工作应力，在车桥受力侧的焊缝附近，叠附上一块弧形钢板，钢板的材料也为 BG440QK，两端用二氧化碳气体保护焊在后车桥上，焊丝材料为ER50--6。 2检验结果 2．1宏观检查 图l是送检的断裂车桥的宏观像，箭头指示开裂处。图2是图1在断裂处的 放大像，车桥开裂发生于车桥本体靠近叠附钢板之处(图中白箭头指示本体与套管 的焊缝)。从图2可以看出车桥裂口的宽度在不同位置是不同的， ■—豳■k缨嚣夔 图1送检的车桥宏观像 图2 图1中开裂处放大像 一般说来，开口较宽处为先开裂的位置，该位置与叠附钢板(黑箭头所示)的一 个边缘相对应，紧靠焊点。此处也是截面变化处。 沿开裂处将车桥压断，得到车桥的断口，如图3所示(图中黑箭头指示叠附钢 板)，断口没有明显的腐蚀特征。与叠附钢板一侧对应的断口部分为横向断口，应 为先开裂部分；与这部分断口相邻的两侧断口为斜断口，是后开裂部分；图3中白 箭头指示部分为实验室压断(经数次弯折)断口部分。图4一图6是图3中先开裂 部分的断口放大像，这些断口上可以看到多个新月型的平坦区，每个平坦区都有一 些贝壳状弧线或彼此平行的弧线，如图中小黑箭头所示，指示疲劳断口的典型宏观 特征。因此可以认定，车桥开裂属于多源疲劳断裂，每个疲劳区(-7各平坦区对应) 会议宣读论文 53 的起始断裂位置即疲劳源位置如图中大黑箭头所示。需要指出的是，叠附钢板与 车桥本体是通过少数几个间断的焊点相连的，每个疲劳源都与一个焊点相对应，这 说明疲劳裂纹的萌生与焊点有关。 图3 车桥断口的宏观像 图4图3下部叠附钢板附近断口放大像 图5图4局部的进一步放大像 图6叠附钢板附近断口另一放大像 2．2金相检验 鉴于车桥的开裂与焊点有关，过焊点切取制备横向金相试样。金相观察发现 在车桥本体与叠附钢板间形成缝隙，如图7中字母C所示；由于该缝隙的存在，造 成本体(图中字母D标示部分)和焊点(图中字母E标示部分)之间形成尖的缺口 (白箭头所示)；裂纹(黑箭头所示)正是从该缺口产生。图8是图7裂纹的放大像， 可见该裂纹是沿着近焊点处的车桥本体萌生并扩展的，而且裂纹是分叉的，说明此 裂纹不是在工作应力作用下产生的，而是由焊接引起的，是一种焊接裂纹，可能与 残余应力有关。 图7焊点附近的金相组织 图8 图7裂纹附近的放大像 54 2008年第六届中国北方焊接学术会议论文集 3 结果分析 宏观检查说明车桥的断裂为疲劳断裂，而不是过载引起的一次性断裂，这与车桥所 受的载荷是一致的。汽车试车时要在不同的路况行驶，显然车桥受到的载荷是往 复变化的，在交变载荷(即疲劳载荷)的作用下，在实际受力最大的部位(或最薄弱 的部位)，裂纹萌生并且逐渐扩展；随着裂纹的扩展，车桥的有效承载面积越来越 小，最后不足以承担正常的载荷而发生断裂。 宏观检查还表明，车桥断裂为多源疲劳断裂，说明引起疲劳断裂的应力较大； 每个疲劳源均与焊点相对应，这说明车桥的断裂与焊点有关。金相检验发现在焊 点附近的车桥本体上存在焊接裂纹，而裂纹恰位于焊点与本体形成的较尖锐的缺 口处，处于应力集中的位置，会使该处的实际应力明显增加，裂纹易于扩展。 另外，叠附钢板是通过少数几个焊点连接在车桥上的，在焊点之间，钢板与车 桥是不能传递作用力的。由于叠附钢板的存在，使车桥局部的刚度增大，车桥在承 载时的变形产生不协调，这实际上在焊点处造成了明显的应力集中，明显增加了焊 点处的实际工作应力。断口检查证明每一个疲劳源都与焊点对