分享：气保焊丝用热轧盘条ER50-6“毛刺”原因分析

工程机械中的焊接结构件焊缝密集且多为拼焊而成，角焊缝占多数，焊接工作量大，对焊件质量要求高。气体保护焊具有焊接操作灵活简单，适用全位置焊接等优点而受到工程机械领域的普遍采用。气体保护焊所用的气保焊丝多为ER50-6系列。盘条加工成气保焊丝过程工艺一般为：盘条机械剥壳—电解酸洗—硼化—烘干—粗拉—中拉—细拉—化学镀铜—抛光拉拔—工字轮收线—层绕—检验。盘条表面质量直接影响后续机械除鳞效果、拉拔过程对磨具的损害以及焊丝镀铜效果。本钢生产的气保焊丝用热轧盘条ER50-6存在“毛刺”缺陷，导致后续加工送丝不畅。为解决此问题进行取样分析，按照试样表面缺陷形貌将“毛刺”分为卷渣毛刺、轻微毛刺和小段毛刺三种类型。几种缺陷具体分析如下。

1.   “卷渣毛刺”分析

1.1   缺陷特征

此形貌缺陷在盘条母材无明显显现，但在拉拔半成品时会随机出现，且无明显的分布规律，形貌深浅不一，严重的会直接拉拔断裂，轻微的会在盘条表面形成“毛刺”。此“毛刺”表面一层翘起，另一层与基体相连，单个缺陷呈三角状、整体连续分布，见图1。

1.2   微观形貌

通过对半成品和镀铜后成品显微观察，缺陷处有不规则裂纹，裂纹延伸至皮下，缺陷部位裂纹过渡圆滑，尾端有细小的扩展裂纹，且缺陷连着钢基体。由此判定，铸坯表面结疤是形成该缺陷的主要原因。具体如图2。

对缺陷部位进行腐蚀可见缺陷部位的裂纹根部连着钢基体，且氧化脱碳现象明显，进一步说明缺陷是钢坯带来。非缺陷部位显微组织为正常的铁素体+珠光体，且晶粒均匀。具体如图3。

1.3   电镜分析

对缺陷试样截取一横向和一纵向，分别命名为试样1和试样2。缺陷微观形貌见图4和图5。缺陷部位成分分析主要是O、Na、Mg、Si、K、Ca等元素，详见表1。并将单质的元素还原成非金属夹杂物原始组分，其成分组成见表2。同时，在裂纹周边发现大量的氧化圆点，说明有大量夹杂物存在。

将单质的元素折合成夹杂物的原始组分，并与保护渣成分进行对比。由表2可以看出，其夹杂物成分与结晶器保护渣组分接近，其成分包括MgO、SiO2、CaO等。由此可判定铸坯结疤的主要原因是结晶器保护渣卷渣所致。

1.4   工艺追溯

对存在“毛刺”缺陷炉次进行统计，发现对应炉次均有拉速调整，对应钢坯表面存在夹杂现象。如图6，浇次20280对应的4炉次，拉速由2.4 m/min调整为2.0 m/min后又调整到2.4 m/min。浇次20296对应的6炉次，拉速变化过程为：2.4 m/min→2.0 m/min→2.5 m/min→2.3 m/min→2.5 m/min。拉速的调整影响钢水的液面波动，钢液易卷渣，最终导致铸坯表面夹渣。

1.5   机理分析

在轧制环节，由于连铸卷渣、铸坯夹杂物聚积，尤其塑性较差夹杂物存在时，在轧制过程中夹杂物与基体的变形不一致，塑性差的复合型夹杂在轧制过程中几乎不变形，呈颗粒状挤压基体，该区域便成为了裂纹源，并会在轧制中相互合并扩展。盘条在拉拔过程中，随着盘圆逐渐拉拔变细，当达到一定极限后卷渣导致的裂纹会从表面显露出来便形成了“毛刺”。

2.   “轻微毛刺”分析

2.1   缺陷特征

“轻微毛刺”呈单点状、不连续分布，部分只有一个凹坑，肉眼很难发现。盘条和镀铜成品缺陷如图7。

通过标记缺陷并跟踪拉拔，验证了“轻微毛刺”与擦划伤有关。缺陷在加工过程的演变见图8。

现场的实际拉拔过程中，擦划伤缺口的形状是变化的，如图9，三维投影后的AB面向上推至钢丝，BC面呈倾斜状逼近AB面。划伤的深度h越小，随着拉拔的进行，缺口被修复的可能性越大，h越大，后续形成重叠裂纹（毛刺）的可能性越大，具体演变情况见图10和11。

2.2   检验及分析

对“轻微毛刺”缺陷试样进行了显微组织和扫描电镜分析，发现“轻微毛刺”只存在一个凹坑，无裂纹和其它缺陷。盘条的尺寸精度满足要求，不存在因焊丝直径过大，在通过焊嘴时阻力增加而导致送丝不连续[1]。扫描电镜对缺陷处进行扫描，也未发现异常夹杂物（图12），分析擦伤产生的主要原因在于盘卷吊运装车环节和叉车卸货环节。

3.   “小段毛刺”分析

3.1   形貌特征

半成品存在一层翘起，另一层与基体相连三角状倒刺。“小段毛刺”虽然是连续分布但只有一小段、且形貌小，与“卷渣毛刺”多圈连续型出现倒刺有很大的不同，具体形貌如图13。

3.2   相关检验

如图14，对粗拔“小段毛刺”表面进行确认，放大100倍发现拉拔丝试样表面存在通条异常凸起和规律性压痕，且存在拉拔划伤问题。

经检测，“小段毛刺”试样显微组织为铁素体+珠光体，如图15，拉拔后显微组织比较均匀。缺陷试样虽然存在裂纹，但无其他形貌特征。

通过能谱分析，发现主要含有C、O、F、Si、Fe、Mn、N元素，F为保护渣特征元素，说明有轻微卷渣问题。如图16和表3。

3.3   机理分析

钢丝拉拔过程中，模具中的钢丝受到拉应力、模具壁给的压力和摩擦力，钢丝表面受模具壁的压力和摩擦力影响，较芯部变形阻力大。若拉拔过程中模具磨损造成偏心、润滑不良等情况，使拉拔过程中模具壁压力或摩擦力增大，钢丝横截面受力不均、变形不均，当拉应力超过钢丝塑性极限时，在钢丝表面相对脆弱的部位（夹杂物聚集、卷渣等）产生裂纹，严重会发生断裂[2]。

4.   小结

“毛刺”缺陷划分为3种类型：“卷渣毛刺”、“轻微毛刺”和“小段毛刺”。其中“卷渣毛刺”为保护渣卷渣所致；“轻微毛刺”主要为擦划伤造成；“小段毛刺”为拉拔异常导致钢丝表面变形不均，最终在盘条相对脆弱部位（卷渣、夹渣物聚集、裂纹等）产生“毛刺”。

5.   整改措施

（1）“卷渣毛刺”控制

保证冶炼质量稳定，结晶器液面波动控制调整为±5 mm，标记并剔除卷渣风险坯，如换水口、拉速波动、头尾坯和液面异常波动等非稳态钢坯；针对保护渣黏度、碱度、熔点等进行调整，进一步降低卷渣发生概率。

（2）“轻微毛刺”控制

避免厂内焊丝产品吊运过程中的擦划伤，加强外发时盘条表面质量检查，杜绝擦划伤产品出厂；加强盘条卸车时的内圈擦划伤问题。

（3）“小段毛刺”控制

首先优化方案生产，加强过程管控；此外控制夹杂物含量，提高钢坯纯净度；最后合理配置拉拔工艺，减少拉拔环节的异常情况发生。

文章来源——金属世界