失效分析专题（二）丨焊接失效背后的致命缺陷

 

        焊接工艺

        焊接工艺作为现代工业的“隐形骨架”，是工业制造的核心技术，直接影响产品结构的强度、密封性和可靠性。在传统工业中，焊接广泛应用于船舶、桥梁、压力容器等领域，而在高科技产业中，芯片焊接（如电子封装中的微连接技术）更是精密制造的关键环节。

        本文将通过两个实际案例，深入分析焊接失效的原因，并探讨如何通过优化工艺避免类似问题的发生。

 

        案例一：铜合金静触头电子束焊（焊接接头疏松孔洞、气孔缺陷导致的疲劳断裂）

        1、案例背景

        企业某型号铜合金静触头分合操作3000次后发生断裂，断裂发生在焊接部位。铜合金材质为E-Cu57，制造工艺：铜棒与静触头座采用电子束焊接。

        2、失效分析

        电子束焊接工艺参数不当（功率过高、聚焦不良、速度过快）导致气孔缺陷，形成应力集中点，显著降低接头疲劳强度。

        3、关键发现

        ● 断口宏微观分析：断口呈现典型双向弯曲疲劳特征，源区存在疏松孔洞。

 

● 金相分析：金相检测显示接头存在大量气孔和未熔合缺陷。

 

        4、案例结论

        ● 优化电子束聚焦和功率参数

        ● 控制焊接速度

        ● 确保真空度达标

 

        案例二：导板与支架电阻焊（焊接接头结晶热裂纹缺陷导致的脆性断裂）

        1、案例背景

        企业某款精密小型部件，导板与支架（均为铁镀镍件）通过电阻焊焊接。在安装过程中发生断裂，断裂发生在焊接处。

        2、失效分析

        高磷镀镍层在焊接时产生磷偏析，形成液态夹层，引发结晶热裂纹。

        3、关键发现

● 断口宏微观分析：断口呈现枝晶形貌，存在结晶热裂纹。

 

● 金相分析：失效件焊缝区柱状晶粗大，磷元素严重偏析。

 

● 能谱分析：失效件焊缝处结晶偏析严重，而正常件只在两侧处结晶偏析严重（能谱表明为P偏析），并且裂纹沿着偏析扩展，正常件其他区域焊缝处结晶偏析较少，体现在同样倍数下，结晶偏析区域少，较细小。

 

 

        4、案例结论

        ● 改用低磷/无磷镀镍层

        ● 降低焊接输入能量

        ● 优化冷却工艺

 

        如何预防？

        通过以上案例可以发现，焊接失效往往源于工艺参数与材料特性的不匹配。只有深入理解材料特性，严格控制工艺参数，才能确保焊接质量，避免失效事故的发生。

        ● 焊接工艺需根据材料特性量身定制。

        ● 关键参数需通过试验验证。

        ● 原材料选择直接影响焊接质量。

        ● 建议建立焊接质量追溯体系。

 

        总结

        焊接质量直接关系到产品的可靠性和安全性，上述两个案例揭示了常见焊接缺陷（气孔、未熔合、热裂纹）的成因及后果。电子束焊因工艺参数不当导致气孔缺陷，而电阻焊则因镀层磷偏析引发结晶热裂纹。这些失效模式均源于材料特性与焊接工艺的不匹配。