案例：焊接芯轴失效分析
焊接芯轴断裂分析
柱塞材料为27SiMn，芯轴材料为20#钢
27SiMn化学成分（质量分数）（%）
元素1.1 ~1.4
Si 1.1 ~1.4
S ≤0.035
P ≤0.035
Cr ≤0.25
Ni ≤0.30
Cu ≤0.25
保证值
20钢化学成分（质量分数）（%）
元素 C 0.17 ~0.24 Mn 0.35 ~0.65 Si 0.17 ~0.37 S P Cr Ni Cu
失效分析实例
焊接芯轴断裂失效分析
据山东蓬翔汽车有限公司相关人员人员介绍，并且，断裂失效发生在焊缝位置。送 为分析套筒与芯轴焊缝在使用过程中发生断裂的原因，限于断裂后失效件的采集 件，对焊缝取样进行化学成分分析、显微组织分析、显微硬度检验、断口宏观微观观 的原因。
伸缩式套筒液压缸焊接芯轴断裂（1个月～3个月）
保证值
≤0.035
≤0.035
≤0.25
≤0.25
≤0.25
1、焊接材料（焊丝牌号最低JM-58）
CO 2气体保护焊焊接时，由于焊接气体具有很高的氧化性，在焊丝中 必须加入较高的硅和锰等脱氧元素。JM-58焊丝除具有硅和锰等适量合金 元素外，还添加了Ti元素，由于Ti元素的添加可以使焊丝的球状熔滴细化， 具有稳定电弧的功效，而Ti还有使焊道晶粒细化的作用，能增强焊道的强 度及冲击值。
2、焊接参数
焊接时线能量不易过高，否则将使热影响区过宽，粗晶区扩大，在 成焊接接头韧性下降。Φ1.2焊丝JM-58，焊接时适宜的焊接参数为 I=235~300A，U=28~32V，Q=15~20I/min
同时采用短路过渡焊接，减少合金元素的烧损，以保证焊接接头的 综合机械性能。
断裂原因综合分析： 1. 结构设计 2. 选材（两种基体和焊材）分析 3. 焊接缺陷
焊接心轴失效分析1
熔敷金属化学成分 Si 0.57 Mn 1.26 Ti 其它
JM-58 ER50-G YGW11
适量
前景资料
利用GP1000光谱分析仪器对送检的完整焊缝及两边母材进行化学成分 分析，测试结果见下表
送检样品焊缝及母材的化学成分测定结果
试样 20#钢 27SiMn 焊缝
C 0.478 0.0304 0.207
宏观分析
通过宏观照片，根据图A有明显贝纹线，且疲劳纹对应的圆心在表面 处，我们可以推断出该失效为疲劳失效，且是低周疲劳；但是根据照片， 疲劳纹的圆心不是很亮，而是比较暗，不符合疲劳源的特征，而且没有 对侧的具体照片情况，所以需要进一步观察和了解。 母材成分方面，27SiMn和20#含碳量都不符合标准要求，材质不合 格，且选择的母材性能相差太大，虽然焊材选择符合要求，但是焊接条 件还是比较苛刻，根据27SiMn材质需要预热、保持层间温度、缓冷后热 等措施，实际施工难度还是比较大的。 焊接工艺没有资料，仅就其焊接质量来说，整圈未焊透是比较严重 的焊接缺陷，使其受力面积大大减小，且应力集中情况更加严重
前景资料
焊接采用Φ1.2焊丝JM-58，焊接时适宜的焊接参数为I=235~300A， U=28~32V，Q=15~20I/min。 JM-58焊丝的详细信息：
相当规格 产品名 称 规格 GB 牌号 AWS ER70S1.0-1.6 G
熔敷金属力学性能之一 屈服强 抗拉强 延伸率% 冲击值℃ 度 度 490 580 29 120(-20) C 0.1
试验项目 一般值 σb（MPa） 370-520 σs（MPa） 215 A（%） 27 Z 24
前景资料
套筒与芯轴的焊接结构如图所示：
图3 芯轴套筒焊接结构ห้องสมุดไป่ตู้式剖面图
焊接工艺中的焊接接头失效与破坏机制分析
焊接工艺中的焊接接头失效与破坏机制分析焊接是一种常用的金属连接方法，在工业生产中得到广泛应用。
然而，焊接接头在使用过程中可能出现失效和破坏的情况，这对于焊接工艺的优化和质量控制具有重要意义。
本文将对焊接接头失效和破坏的机制进行分析，以期为焊接工艺改进提供参考。
一、焊接接头失效机制1. 焊接接头的力学失效焊接接头在受力过程中可能发生力学失效，主要包括断裂和变形两种情况。
断裂失效是指焊接接头在受到过大的外力作用下发生断裂。
焊接接头的断裂通常发生在焊缝或焊接处，其破坏机制主要有拉断、剪切和撕裂等。
断裂的原因可能是焊接接头的设计不合理、焊缝质量不达标或焊接材料的强度不足等。
变形失效是指焊接接头在受到外力作用后发生形状改变，影响其正常工作。
焊接接头的变形通常表现为弯曲、扭曲或塑性变形等。
变形失效的原因主要是焊接接头的结构设计不合理、焊接时产生了过大的应力或焊接材料的塑性变形能力不足等。
2. 焊接接头的热失效焊接接头在焊接过程中会受到高温热源的作用，可能导致热失效的发生。
热裂纹是一种常见的焊接接头热失效形式，其主要原因是焊接接头在焊接过程中受到了热应力的影响，导致金属发生裂纹。
热裂纹可以分为固溶相裂纹、热影响区裂纹和焊缝内裂纹等多种类型。
焊接接头还可能发生热变形失效，即焊接接头在焊接过程中受到了热膨胀的影响，导致形状改变。
热变形失效通常是由于焊接接头受热后温度分布不均匀或受到了约束等原因引起的。
二、焊接接头破坏机制1. 焊缝破坏焊缝是焊接接头中最容易出现破坏的部位之一。
焊缝的破坏机制包括断裂、变形和裂纹等。
断裂是指焊缝在受到外力作用下发生破裂。
焊缝的断裂主要取决于焊缝的设计、焊缝的质量以及焊接材料的性能。
如果焊缝的尺寸设计不合理、焊缝的质量不过关或焊接材料的强度不够，都可能导致焊缝的断裂。
变形是指焊缝在受到外力作用后发生形状改变。
焊缝的变形主要与焊接接头的受力情况、焊接材料的性能以及焊接工艺的参数有关。
当焊接接头受到过大的力作用或焊接材料的塑性变形能力不足时，焊缝容易出现变形现象。
轴的失效形式和原因分析
轴的失效形式和原因分析轴的失效形式与特征轴是各种机械中最为普通⽽不可缺少的重要零件，根据使⽤条件的差异，轴有很⼤不同的类型，按其功能和所受载荷的不同，⼀般可分为⼼轴、转轴和传动轴三类。
⼼轴主要承受弯矩⽽不承受扭矩，它只能旋转零件起⽀撑作⽤，并不传递动⼒。
传动轴主要承受扭矩，其基本功能只传输动⼒，⽽转轴既承受弯矩⼜承受扭矩，它兼有⽀撑与传输动⼒的双倍功能。
由于各类轴⾃⾝的材质、结构和承载条件不同、运⾏环境和使⽤操作的差异可能发⽣各种不同类型的失效时有发⽣，失效的形式和特征也各异。
⼀.疲劳断裂疲劳断裂是指轴在交变应⼒的作⽤下，经过多次反复后发⽣的突然断裂。
是轴类零件在其服役过程中主要的失效形式。
轴在疲劳断裂前没有明显的塑性变形，反映在宏观形态上属于脆性断裂。
断⼝形貌有其本⾝的特征，在宏观形貌上可分为三个区域：图1 疲劳断裂⽰意图1）疲劳源区：通常是指断⼝上的放射源的中⼼点，源区表⾯细密光滑，多发⽣于轴的表⾯。
由于表⾯常存在缺⼝、⼑痕、沟槽等缺陷，导致应⼒集中，从⽽诱发疲劳裂纹。
疲劳断⼝上可能只有⼀个疲劳裂纹源，也可能出现⼏个裂源。
疲劳源区有时存在疲劳台阶，这是由于不同⾼度的多源疲劳裂纹在其扩展过程中连接形成的。
2）疲劳扩展区：是断⼝上最重要的特征区域，海滩花样（贝壳花样、疲劳弧线、疲劳条带）的存在是鉴别疲劳断裂的宏观依据。
有时必须借住⾼倍的电⼦显微镜才能观察到疲劳条带。
根据弧线数量和间距可以略微地判断零件所承受交变应⼒幅值，弧线规律分布表⽰交变载荷是平稳的。
承受应⼒状态、⼯作环境以及材料性质的不同，疲劳裂纹扩展的形貌所异。
每条疲劳条带表⽰载荷的⼀次循环，条带间距离与外加载荷的应⼒幅值有关。
当交变载荷变化不⼤、零件内的残余应⼒很⼩时，往往不出现弧线或不明显，所以不是所以疲劳断⼝有存在疲劳条带，低周疲劳断⼝有时可呈现韧窝状，有时也可出现轮胎花样（图2），所以疲劳条带并不是疲劳断裂的唯⼀显微特征。
⾼频疲劳断⼝或腐蚀疲劳断⼝上的疲劳条带⽐较模糊，较难判断。
常见轴承失效案例分析
润滑不良可能是由于润滑油选用不当、润滑油量不足、润滑油污染或润滑系统故障等原因造成的。当轴承缺乏良好的润滑时，金属与金属之间的直接接触会增加，导致摩擦和磨损迅速增加，进而引起轴承过热、运转困难或噪声等问题。
润滑不良导致的轴承失效
水分和杂质的侵入
水分和杂质侵入轴承会导致轴承生锈、运转不灵活和噪声等问题，严重影响轴承的使用寿命。
详细描述Βιβλιοθήκη 轴承材料的疲劳失效VS
磨损失效是指轴承在运转过程中，由于摩擦磨损导致材料逐渐损失的现象。
详细描述
磨损失效通常是由于润滑不良、异物进入、材料硬度过大或表面粗糙度不均匀等原因引起的。随着材料损失的增加，轴承的精度和性能会逐渐降低，最终可能导致轴承失效。为了减少磨损失效，需要定期维护和更换润滑油，保持轴承周围环境的清洁度，并选择合适的材料和表面处理技术。
总结词
轴承材料的磨损失效
总结词
腐蚀失效是指轴承材料受到化学腐蚀或电化学腐蚀而导致的性能下降或损坏的现象。
详细描述
腐蚀失效通常是由于轴承周围环境中的腐蚀性介质、潮湿空气、盐雾或酸碱溶液等引起的。腐蚀会导致轴承材料表面出现坑蚀、斑点或裂纹，严重时甚至可使轴承完全失效。为了防止腐蚀失效，需要选择耐腐蚀的材料和表面处理技术，同时保持轴承周围环境的干燥和清洁度，定期进行防锈处理和维护。
轴承结构的热设计不当
详细描述
总结词
总结词
轴承结构的刚度不足会影响其稳定性和使用寿命。
详细描述
轴承结构的刚度不足会导致轴承在运转过程中发生变形，影响其旋转精度和稳定性，从而降低其使用寿命。同时，刚度不足还可能导致轴承内部间隙增大，增加摩擦和磨损。
轴承结构的刚度不足
04
轴承使用环境失效案例
焊点失效分析技术与案例-经典
1.0 PCBA焊点可靠性的位置与作用
电子电 器核心
PCBA (Printed Circuit Board Assembly 印制电路组件 )
焊 点 可 靠 性
互连可靠性 （压 其接 它绑 ）定
PCB 可 靠 性
可元 靠器 性件
1.1 导致PCBA互连失效的主要的环境原因
Source: U.S. Air Force Avionics Integrity Program
镍镀层的组成EDX分析（P含量偏低）
4.1 MP3主板焊点脱落原因分析(7)
Au Ni Cu LAMINATE
ENIG Finish Pad 结构示意图
分 析 结 论
PCB焊盘金镀层和镍镀层结构不够致密，表面存在裂缝，空气中的水份容 易进入以及浸金工艺中的酸液容易残留在镍镀层中；同时镍镀层磷含量 偏低，导致了镀层耐酸腐蚀性能差，容易发生氧化腐蚀变色，出现 “黑 焊盘”现象，使镀层可焊性变差。通常作为可焊性保护性涂覆层的金镀 层在焊接时会完全溶融到焊料中，而镍镀层由于可焊性差不能与焊料形 成良好的金属间化合物，最终导致元器件因焊点强度不足而容易从PCB板 面脱落。
1.2 PCBA焊点的主要失效模式
主要失效模式
假 焊 虚 焊
机 械 强 度 低
疲 劳 寿 命 低
腐 蚀
其 他
1.3 PCBA焊点形成过程与影响因素
焊点形成的基本过程 润湿
扩散 冶金化
最关键步骤，影响因素：PCB、 元器件、焊料、焊剂设备、 工艺参数
焊接温度、焊接时间、冷却时间
焊接温度、焊接时间
1.3.1 焊点形成的关键－润湿过程分析
FA－Case1: MP3主板焊点脱落原因分析 FA－Case2：FPC焊盘失效分析（1853） FA－Case3：CMOS/CS 焊点开路失效分析（1773）
案例：焊接芯轴失效分析
案例：焊接芯轴失效分析汽车套筒/芯轴焊缝断口分析补充材料某公司送来断裂失效芯轴样品，据该公司相关人员介绍断裂失效发生在焊缝位置。
送检断裂芯轴样品宏观形貌如图1和图2所示。
要求分析套筒与芯轴焊缝在使用过程中发生断裂的原因。
限于断裂后失效件的采集受限，厂方仅送检一半失效件(芯轴);另外从已焊接完成而未断的实际产品上线切割制取了含完整焊缝的试样，如图3所示。
BA图1 送检样品宏观形貌AB图2 送检样品图1中的局部放大1(a)焊缝正面 (b)含完整焊缝试样的侧面图3 含完整焊缝的试样1. 送检焊缝套筒材料为27SiMn钢，芯轴材料为20#钢，其化学成分以及力学性能由该公司提供，具体数值见下表。
表1 27SiMn钢的化学成分(质量分数)(%)试验项目 C Mn Si S P Cr Ni Cu0.24 1.1 1.1 ??保证值 ?0.25 ?0.30 ?0.25 ~0.32 ~1.4 ~1.4 0.035 0.035表2 27SiMn钢的力学性能试验项目σ(MPa) σ(MPa) A(%) Z bs一般值 980 835 40 12表3 20#钢化学成分(质量分数)(%)试验项目 C Mn Si S P Cr Ni Cu0.17 0.35 0.17 ??保证值 ?0.25 ?0.25 ?0.25 ~0.24 ~0.65 ~0.37 0.035 0.035表4 20#钢的力学性能试验项目σ(MPa) σ(MPa) A(%) Z bs一般值 370-520 215 27 24 套筒与芯轴的焊接结构如图所示，坡口形式见图。
焊接采用Φ1.2焊丝2JM-58，焊接时适宜的焊接参数为I=235~300A，U=28~32V，Q=15~20I/min。
图3 芯轴套筒焊接结构形式剖面图2. 试样制备及检测方法从送检的断裂失效件和厂家送检的完整焊缝上分别截取断口、金相试样、硬度试样和化学成分试样分别进行分析。
断裂面经丙酮超声波清洗后，采用JXA-8800R 型型电子探针对断口形貌进行观察。
浅析焊接结构的失效分析
浅析焊接结构失效分析摘要：焊接结构的失效除了与焊接工艺有关外，还与选材和设计有重要关系。
通过失效分析发现和认识在选材、设计和施工等方面的问题，减少因脆断、疲劳、应力腐蚀、磨损等失效造成的损失。
提高焊接结构产品质量是促进焊接技术发展和质量控制的重要环节。
关键词：焊接结构；失效分析程序；失效分析内容焊接是通过加热、加压，或两者并用，用或者不用填充材料，使焊接达到结合的一种加工工艺．焊接不仅可以用于金属材料．而且可以实现某些非金属材料的永久性连接，如玻璃焊接、陶瓷焊接、塑料焊接等．随着科学技术不断进步，焊接技术作为20世纪初科学技术，在近几十年来得到了迅速发展和传播。
在工业生产中多用于金属材料的连接而焊接结构失效问题也随之摆在人们面前，引起人们的广泛关注。
焊接结构的失效一是凭经验和力学性能实验不合格而报废的焊件；二是工作中发现焊缝不能继续执行其设计功能和性能的焊件。
焊接结构的失效可能由断裂、磨损、腐蚀或变形引起。
研究焊接失效并加以分析，目的在于找出失效的原因，制定预防此类失效发生的方案。
1失效分析程序失效分析的第一步工作是搜集和编制有关失效焊件及其制备工作的尽可能完整的历史资料，尽可能地获得历史资料对成功做出失效的正确结论起很大的作用。
搜集资料的顺序没有固定的规律可循，重要的一点是在当事人对事件的记忆犹新的时候，尽可能迅速地得到有关失效情况的所有口头报告和相关物证。
I．1调查研究确定失效是在何时何地怎样发生的，包括所有有关操作者，了解焊接结构失效后是如何处理的，是否受到保护，断口是否做过处理，失效是否涉及到高温加热而导致焊缝和基体金属显微组织的变化。
残骸碎片的相对位置，部件的畸变和损伤情况，绘制草图或拍照。
了解工作历史，即负载、环境气氛的性质和工作时间的长短，是否遇到过事故，是否出现过其他类似的失效。
搜集失效部件的背景资料，取得焊接接头的设计图纸及工作应力计算和工作寿命估计的资料。
弄清规定的和实际采用的基体金属及焊条金属，如果可能的话，还要取得基体金属的实际化学成分、热处理方法和机械性能以及焊条金属的实际化学成分。
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汽车套筒/芯轴焊缝断口分析补充材料
某公司送来断裂失效芯轴样品，据该公司相关人员介绍断裂失效发生在焊缝位置。
送检断裂芯轴样品宏观形貌如图1和图2所示。
要求分析套筒与芯轴焊缝在使用过程中发生断裂的原因。
限于断裂后失效件的采集受限，厂方仅送检一半失效件（芯轴）；另外从已焊接完成而未断的实际产品上线切割制取了含完整焊缝的试样，如图3所示。
图1 送检样品宏观形貌
图2 送检样品图1中的局部放大
A
B
A
B
（a）焊缝正面（b）含完整焊缝试样的侧面
图3 含完整焊缝的试样
1. 送检焊缝
套筒材料为27SiMn钢，芯轴材料为20#钢，其化学成分以及力学性能由该公司提供，具体数值见下表。
表1 27SiMn钢的化学成分（质量分数）（%）
试验项目 C Mn Si S P Cr Ni Cu
保证值
0.24
~0.32
1.1
~1.4
1.1
~1.4
≤
0.035
≤
0.035
≤0.25 ≤0.30 ≤0.25
表2 27SiMn钢的力学性能
试验项目σb（MPa）σs（MPa）A（%）Z
一般值980 835 40 12
表3 20#钢化学成分（质量分数）（%）
试验项目 C Mn Si S P Cr Ni Cu
保证值
0.17
~0.24
0.35
~0.65
0.17
~0.37
≤
0.035
≤
0.035
≤0.25 ≤0.25 ≤0.25
表4 20#钢的力学性能
试验项目σb（MPa）σs（MPa）A（%）Z
一般值370-520 215 27 24 套筒与芯轴的焊接结构如图所示，坡口形式见图。
焊接采用Φ1.2焊丝
JM-58，焊接时适宜的焊接参数为I=235~300A，U=28~32V，Q=15~20I/min。
图3 芯轴套筒焊接结构形式剖面图
2. 试样制备及检测方法
从送检的断裂失效件和厂家送检的完整焊缝上分别截取断口、金相试样、硬度试样和化学成分试样分别进行分析。
断裂面经丙酮超声波清洗后，采用JXA-8800R型型电子探针对断口形貌进行观察。
金相试样制备是在金相砂纸上磨至2000#，然后抛光，洗净后用4%硝酸酒精溶液浸蚀，在VHX-600K型超景深三维显微系统下进行组织和宏观断口形貌观察。
采用HVS-10ZC型硬度计对送检样品进行硬度测试。
采用GP1000光谱分析仪器对送检的原材料进行化学成分分析。
3. 初步化学成分分析
利用GP1000光谱分析仪器对送检的完整焊缝及两边母材进行化学成分分
析，测试结果见表5。
表5 送检样品焊缝及母材的化学成分测定结果
试样 C Si Mn P S Cr Ni Cu
20#钢0.478 0.238 0.72 0.016 0.013 0.064 <0.001 0.005 27SiMn0.0304 1.146 1.337 0.013 0.011 0.095 0.02 0.108 焊缝0.207 0.647 1.113 0.015 0.011 0.065 0.002 0.065
断裂失效分析的分析思路:在分析之前应该尽可能得到关于心轴断裂的背景资料，比如材料成分及性能的保证值、焊接结构及工艺、失效部位的宏观形貌等。
然后对心轴断口形貌、两种基体及焊材材质成分、焊接结构、断口金相、硬度进行分析研究，寻找心轴断裂的原因。
收集背景资料时应遵循如下原则：实用性；内容上要尽可能丰富；新信息、新动向；既要科学性、客观性，又要有典型性、代表性。