導致產品失效竟因焊接工藝質量缺陷？

某激光焊接噴嘴在工作過程中，我們發現了噴嘴的噴射角度及霧化效果完全喪失，拆除產品后確認導流片在焊縫處發生了斷裂，導致尿素從斷裂處泄漏，產品功能失效。為深入探究失效原因，我們現在將進行更為詳盡的失效分析。

測試分析

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側焊縫，裂紋長度約占焊縫圓周2/3，且在近焊縫中心位置。導流片因裂紋向外翹起，表面無明顯損傷痕跡，裂紋擴展由內表面向外。

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發現斷面厚度方向均為凝固時原始的柱狀形貌，裂紋沿柱狀晶面擴展，晶界結合強度較差，基本無晶界撕裂形貌，該形貌表明該位置的焊接強度低。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發現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量結果。由圖表可知，導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，幾乎貫穿焊縫厚度。焊縫局部熔深小于導流片厚度，在焊縫可見未焊透現象。

表1. 失效樣局部熔深測量結果

圖4. 失效樣焊縫顯微組織與微觀圖

4 維氏硬度

對失效樣進行硬度測試，結果如表2。可知失效件導流片基材硬度較高，焊縫硬度低于基材硬度，焊縫屬于強度薄弱結構。

表2. 試樣硬度測試結果

結論

由以上分析可知：

1、失效件裂紋主要在焊縫處，焊縫裂紋沿晶擴展，形貌為光滑的無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象。組織上的強度薄弱以及結構上存在應力集中，導致斷裂發生于此處。

由于激光焊接是一種快速加熱、快速冷卻的過程，因此，晶粒的生長方向垂直于焊縫中心線，低溶點共晶及雜質容易聚集在柱狀晶晶界處，使此處結合面脆弱，容易形成裂紋。焊接裂紋不但減小結構的承載面積，還在裂紋尖端造成嚴重的應力集中，易引起裂紋擴展。

凝固裂紋是在焊縫凝固結晶過程中，由于凝固金屬收縮而產生拉應力，同時，由于凝固過程中雜質偏析使低熔點共晶相在晶界處聚集而形成液態薄膜，二者共同作用下造成沿晶開裂。凝固裂紋多產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填充，在應力作用下發生沿晶開裂，主要分布在焊縫區。

由于激光焊接其中的特點之一為較大的深寬比，故建議焊透以增加強度，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對焊接質量產生影響，優化工藝時要綜合考慮各因素之間的主次關系，找到最優工藝。

總結：

激光焊接噴嘴失效的主要原因為焊接工藝不良導致焊縫處存在焊接熱裂紋。

*** 以上內容均為原創，如需轉載，請注明出處 ***