工程機械中的焊接結(jié)構(gòu)件焊縫密集且多為拼焊而成，角焊縫占多數(shù)，焊接工作量大，對焊件質(zhì)量要求高。氣體保護焊具有焊接操作靈活簡單，適用全位置焊接等優(yōu)點而受到工程機械領(lǐng)域的普遍采用。氣體保護焊所用的氣保焊絲多為ER50-6系列。盤條加工成氣保焊絲過程工藝一般為：盤條機械剝殼—電解酸洗—硼化—烘干—粗拉—中拉—細拉—化學(xué)鍍銅—拋光拉拔—工字輪收線—層繞—檢驗。盤條表面質(zhì)量直接影響后續(xù)機械除鱗效果、拉拔過程對磨具的損害以及焊絲鍍銅效果。本鋼生產(chǎn)的氣保焊絲用熱軋盤條ER50-6存在“毛刺”缺陷，導(dǎo)致后續(xù)加工送絲不暢。為解決此問題進行取樣分析，按照試樣表面缺陷形貌將“毛刺”分為卷渣毛刺、輕微毛刺和小段毛刺三種類型。幾種缺陷具體分析如下。

1.   “卷渣毛刺”分析

1.1   缺陷特征

此形貌缺陷在盤條母材無明顯顯現(xiàn)，但在拉拔半成品時會隨機出現(xiàn)，且無明顯的分布規(guī)律，形貌深淺不一，嚴(yán)重的會直接拉拔斷裂，輕微的會在盤條表面形成“毛刺”。此“毛刺”表面一層翹起，另一層與基體相連，單個缺陷呈三角狀、整體連續(xù)分布，見圖1。

1.2   微觀形貌

通過對半成品和鍍銅后成品顯微觀察，缺陷處有不規(guī)則裂紋，裂紋延伸至皮下，缺陷部位裂紋過渡圓滑，尾端有細小的擴展裂紋，且缺陷連著鋼基體。由此判定，鑄坯表面結(jié)疤是形成該缺陷的主要原因。具體如圖2。

對缺陷部位進行腐蝕可見缺陷部位的裂紋根部連著鋼基體，且氧化脫碳現(xiàn)象明顯，進一步說明缺陷是鋼坯帶來。非缺陷部位顯微組織為正常的鐵素體+珠光體，且晶粒均勻。具體如圖3。

1.3   電鏡分析

對缺陷試樣截取一橫向和一縱向，分別命名為試樣1和試樣2。缺陷微觀形貌見圖4和圖5。缺陷部位成分分析主要是O、Na、Mg、Si、K、Ca等元素，詳見表1。并將單質(zhì)的元素還原成非金屬夾雜物原始組分，其成分組成見表2。同時，在裂紋周邊發(fā)現(xiàn)大量的氧化圓點，說明有大量夾雜物存在。

將單質(zhì)的元素折合成夾雜物的原始組分，并與保護渣成分進行對比。由表2可以看出，其夾雜物成分與結(jié)晶器保護渣組分接近，其成分包括MgO、SiO2、CaO等。由此可判定鑄坯結(jié)疤的主要原因是結(jié)晶器保護渣卷渣所致。

1.4   工藝追溯

對存在“毛刺”缺陷爐次進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)對應(yīng)爐次均有拉速調(diào)整，對應(yīng)鋼坯表面存在夾雜現(xiàn)象。如圖6，澆次20280對應(yīng)的4爐次，拉速由2.4 m/min調(diào)整為2.0 m/min后又調(diào)整到2.4 m/min。澆次20296對應(yīng)的6爐次，拉速變化過程為：2.4 m/min→2.0 m/min→2.5 m/min→2.3 m/min→2.5 m/min。拉速的調(diào)整影響鋼水的液面波動，鋼液易卷渣，最終導(dǎo)致鑄坯表面夾渣。

1.5   機理分析

在軋制環(huán)節(jié)，由于連鑄卷渣、鑄坯夾雜物聚積，尤其塑性較差夾雜物存在時，在軋制過程中夾雜物與基體的變形不一致，塑性差的復(fù)合型夾雜在軋制過程中幾乎不變形，呈顆粒狀擠壓基體，該區(qū)域便成為了裂紋源，并會在軋制中相互合并擴展。盤條在拉拔過程中，隨著盤圓逐漸拉拔變細，當(dāng)達到一定極限后卷渣導(dǎo)致的裂紋會從表面顯露出來便形成了“毛刺”。

2.   “輕微毛刺”分析

2.1   缺陷特征

“輕微毛刺”呈單點狀、不連續(xù)分布，部分只有一個凹坑，肉眼很難發(fā)現(xiàn)。盤條和鍍銅成品缺陷如圖7。

通過標(biāo)記缺陷并跟蹤拉拔，驗證了“輕微毛刺”與擦劃傷有關(guān)。缺陷在加工過程的演變見圖8。

現(xiàn)場的實際拉拔過程中，擦劃傷缺口的形狀是變化的，如圖9，三維投影后的AB面向上推至鋼絲，BC面呈傾斜狀逼近AB面。劃傷的深度h越小，隨著拉拔的進行，缺口被修復(fù)的可能性越大，h越大，后續(xù)形成重疊裂紋（毛刺）的可能性越大，具體演變情況見圖10和11。

2.2   檢驗及分析

對“輕微毛刺”缺陷試樣進行了顯微組織和掃描電鏡分析，發(fā)現(xiàn)“輕微毛刺”只存在一個凹坑，無裂紋和其它缺陷。盤條的尺寸精度滿足要求，不存在因焊絲直徑過大，在通過焊嘴時阻力增加而導(dǎo)致送絲不連續(xù)[1]。掃描電鏡對缺陷處進行掃描，也未發(fā)現(xiàn)異常夾雜物（圖12），分析擦傷產(chǎn)生的主要原因在于盤卷吊運裝車環(huán)節(jié)和叉車卸貨環(huán)節(jié)。

3.   “小段毛刺”分析

3.1   形貌特征

半成品存在一層翹起，另一層與基體相連三角狀倒刺。“小段毛刺”雖然是連續(xù)分布但只有一小段、且形貌小，與“卷渣毛刺”多圈連續(xù)型出現(xiàn)倒刺有很大的不同，具體形貌如圖13。

3.2   相關(guān)檢驗

如圖14，對粗拔“小段毛刺”表面進行確認(rèn)，放大100倍發(fā)現(xiàn)拉拔絲試樣表面存在通條異常凸起和規(guī)律性壓痕，且存在拉拔劃傷問題。

經(jīng)檢測，“小段毛刺”試樣顯微組織為鐵素體+珠光體，如圖15，拉拔后顯微組織比較均勻。缺陷試樣雖然存在裂紋，但無其他形貌特征。

通過能譜分析，發(fā)現(xiàn)主要含有C、O、F、Si、Fe、Mn、N元素，F(xiàn)為保護渣特征元素，說明有輕微卷渣問題。如圖16和表3。

3.3   機理分析

鋼絲拉拔過程中，模具中的鋼絲受到拉應(yīng)力、模具壁給的壓力和摩擦力，鋼絲表面受模具壁的壓力和摩擦力影響，較芯部變形阻力大。若拉拔過程中模具磨損造成偏心、潤滑不良等情況，使拉拔過程中模具壁壓力或摩擦力增大，鋼絲橫截面受力不均、變形不均，當(dāng)拉應(yīng)力超過鋼絲塑性極限時，在鋼絲表面相對脆弱的部位（夾雜物聚集、卷渣等）產(chǎn)生裂紋，嚴(yán)重會發(fā)生斷裂[2]。

4.   小結(jié)

“毛刺”缺陷劃分為3種類型：“卷渣毛刺”、“輕微毛刺”和“小段毛刺”。其中“卷渣毛刺”為保護渣卷渣所致；“輕微毛刺”主要為擦劃傷造成；“小段毛刺”為拉拔異常導(dǎo)致鋼絲表面變形不均，最終在盤條相對脆弱部位（卷渣、夾渣物聚集、裂紋等）產(chǎn)生“毛刺”。

5.   整改措施

（1）“卷渣毛刺”控制

保證冶煉質(zhì)量穩(wěn)定，結(jié)晶器液面波動控制調(diào)整為±5 mm，標(biāo)記并剔除卷渣風(fēng)險坯，如換水口、拉速波動、頭尾坯和液面異常波動等非穩(wěn)態(tài)鋼坯；針對保護渣黏度、堿度、熔點等進行調(diào)整，進一步降低卷渣發(fā)生概率。

（2）“輕微毛刺”控制

避免廠內(nèi)焊絲產(chǎn)品吊運過程中的擦劃傷，加強外發(fā)時盤條表面質(zhì)量檢查，杜絕擦劃傷產(chǎn)品出廠；加強盤條卸車時的內(nèi)圈擦劃傷問題。

（3）“小段毛刺”控制

首先優(yōu)化方案生產(chǎn)，加強過程管控；此外控制夾雜物含量，提高鋼坯純凈度；最后合理配置拉拔工藝，減少拉拔環(huán)節(jié)的異常情況發(fā)生。

文章來源——金屬世界