许加陆，徐旋旋
(中天钢铁集团有限公司，常州213011)
摘要：某公司生产的部分电动自行车出厂使用不久便发生了车架开裂现象，通过宏观观察和金相检 验的方法，对车架的开裂原因进行了分析。结果表明：电动自行车车架开裂为固定钢板与车架钢管之间存在焊接未炫合缺陷导致的焊缝开裂，主要原因是车架钢管表面存在严重锈蚀，焊接前未清除干净。
关键词：电动自行车；车架；焊缝；未熔合；开裂
中图分类号:U484 文献标志码：B 文章编号：1001-4012(2020) 11-0056-03
Cause of Cracking on Weld Seam of Electric Bicycle Frame
XU Jia lu. XU X uanxuan
(Zenith Steel Group Company Limited, Changzhou 213011, China)
A bstract ：Some electric bicycles produced by a company cracked soon after they were used The causes of cracking
of frame were analyzed by macroscopic observation and metallographic examinatioa The results show that the cracking of electric bicycle frame was caused by the lack of fusion between the fixed steel plate and the frame steel pipe. The main reason was that the surface of frame steel pipe was seriously rusted and not cleaned before welding.
K eyw ords：electric bicycle；frame；weld seam；lack of fusion；cracking
电动自行车是自改革开放以来具有中国特的
创新产品之一■，属于绿环保、贴近民生，拥有局度自
主产权的民族产品。自第一台电动自行车生产面世
到现在20余a(年)间，电动自行车逐步发展成为国内
重要的交通工具，根据工业和信息化部及中国汽车工
业协会统计的数据，2018年全国交通工具产量中电
动自行车排名第二，仅次于两轮脚踏自行车，成为中
国交通工具制造领域产量规模较大的制造产业，2018
年年末我国电动自行车保有量突破2.5亿辆1]。
某公司使用钢管与钢板焊接的方式生产电动自
行车车架，部分电动自行车出厂后使用3个月便发
生了批量的车架开裂故障，造成严重的经济和品牌
信誉损失。为查电动自行车车架的开裂原因，笔
者对开裂车架进行了理化检验与分析。
1理化检验
1.1宏观观察
开裂电动自行车车架宏观形貌如图1所示。可
收稿日期：2020-06-08
作者简介：许加陆（1974 —），男.高级T程师.主要从事优特钢技术质量管理工作，xujialu2008@163
56
b)另一侧形貌
图1开裂车架宏观形貌
Fig. 1Macro morphology of cracked frame:
a) morphology of one side; h) morphology of the other side
见车架一侧有一条开裂焊缝，如图la)中的焊缝1；在其反面同样有一条开裂焊缝，如图lb)中焊缝2
。
许加陆，等：电动自行车车架焊缝开裂原因
焊缝长度约为1〇〇 m m.为直接搭接焊，如图2a)所
示；打开焊缝，使钢管与固定钢板分离，发现焊缝金
属全部黏附在钢板上，与钢管完全分离，且车架钢管
表面及开裂焊缝表面存在严重锈蚀现象，如图2b)
所示。两条焊缝均为纵向开裂，观察被焊钢管的开
裂焊缝.未发现有撕裂痕迹且基本保留钢管原有形
貌，并只在焊缝端部发现留有一小块焊缝金属.其余
位置未发现有焊缝金属；在焊缝开裂面也未发现有
撕裂痕迹，如图3所示。这些特征说明开裂部位位
于钢板与钢管的交界处，即焊缝处。
b)固定钢板上的开裂焊缝形貌
图2车架开裂焊缝宏观形貌
Fig. 2 Macn> nK>rphology of cracked weld seam of frame:
a) morphology of weld seam 1;
b) morphology of cracked weld seam cm fixed steel plate
图3被焊钢管上的开裂焊缝宏观形貌
Fig. 3 Macro morphology of cracked weld
seam on welded steel pipe
1.2金相检验
b)焊缝1处放大形貌
图4车架开裂焊缝处截面宏观形貌
Fig. 4 Macro morphology of the cross section at the
cracked weld seam of frame:
a) overall morphology;
b) enlarged morphology of weld seam 1
缝A均完全焊合，而与钢管脱离，如图4a)所示；在 钢管焊接部位上未发现有焊缝金属，如图4b)所示。
使用ZEISS Axio Imager M2m型光学显微镜 对焊缝处进行观察，焊缝1显微组织为晶界先共析 铁素体+晶内针状铁素体+珠光体，是典型的凝固 枝晶状组织，组织正常，如图5所示。在钢管焊接部 位未发现热影响区组织.其显微组织为等轴晶铁素 体+极少量珠光体，如图6所示。焊缝与钢板焊合 良好，钢板焊接部位显微组织为晶界先共析铁素体 +晶内针状铁素体+珠光体，组织正常.如图7所 示。上述现象说明开裂部位位于焊缝与钢管交界 面，焊缝与钢管基本未熔合。
a)低倍b)高倍
沿图2a)中的直线将焊缝横向切开制备横截面 试样，试样经磨制、抛光、浸蚀后进行观察，可见焊缝 与固定钢板以及固定钢板与上方的斜钢管中的焊
图5车架开裂焊缝1处的显微组织形貌
Fig. 5 Microstructure morphology of cracked weld seam 1of frame:
a) at low magnification；b) at high magnification
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理圯鯧验-物理分冊
许加陆•等：电动自行车车架焊缝幵裂原因
图6
钢管上开裂焊缝处的显微组织形貌
Fig. 6 .Microstructure morpholog> of cracked weld
seam on steel pipe
a )低倍
图4a )中焊缝A 连接钢板与斜钢管，对焊缝A 进行观察，观察位置及其显微组织形貌如图8所示。 可见该
焊缝与钢板焊合良好，而焊缝与斜钢管则焊 合不良.只有部分熔合良好，大部分焊缝未与斜钢管 熔合，但焊缝组织正常.焊缝处显微组织为晶界先共 析铁素体+晶内针状铁素体+珠光体，钢管显微组 织为铁素体+少量珠光体。
电动车品牌排名2
分析与讨论
(1)宏观及金相分析结果表明，电动自行车车
架开裂为钢管与固定钢板之间的焊缝开裂，开裂部 位位于焊缝与车架钢管的交界面，沿纵向分布。观
b )高倍
图7
固定钢板上开裂焊缝处显微组织形貌
Fig.7 Microslructure morphology of cracked weld seam on fixed steel plate ： a) at low niiignification;b) at high magnification
位置3
焊缝A
位置1斜钢管 位置2
d )位置3
b )位置1
a )观察位置
c )位置2图8焊缝A 显微组织形貌
Fig.8 Microstructure nwrphologv of weld seam A: a) observation positions: b) position 1; c) position 2; d) position 3
察被焊钢管的开裂焊缝，未发现有撕裂痕迹，基本保 明焊缝与车架钢管基本未熔合，属于焊接未熔合缺留钢管原有形貌，且只在焊缝端部发现留有一小块 陷>3。
焊缝金属，其余位置未发现有焊缝金属.这些特征说
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(下转第61页
)
要求，判断螺栓断裂是由于其在装配过程中承受的 载荷过大而导致的过载扭转断裂。
在采用螺栓和螺母配合对构件进行装配紧固 时，是采用扭转力矩将其拧紧，扭转使得螺栓因受力 而发生微量变形.并因抵抗变形而产生轴向力，该轴 向力起到紧固的作用。由于扭转在螺栓的螺纹根部 形成了切应力，使得螺栓断裂所需的扭转力低于轴 向拉伸时把螺栓拉断所需的拉力，约为轴向拉力的
80%[1°]，因此在装配紧固小尺寸螺栓、螺钉时，应防 止施加的扭转载荷过大而导致其断裂。螺栓在装配 过程中，两名操作工用套筒扳手各在一侧对螺栓和 螺母分别拧紧，两人同时快速用力，这种装配方式难 以控制施力大小，容易瞬时施加较大的扭转力，使得 螺栓因过载而断裂。
3结论及建议
螺栓断裂模式为韧性断裂，螺栓的材料不存在
质量问题，是装配过程中工作人员操作不当，施加的 扭转载荷过大导致螺栓因过载而断裂。
为避免因装配应力过大导致螺栓扭转断裂，需 制定合适的装配工艺，并控制好装配扭力。建议两 名操作工在装配时，一人不转动扳手，仅负责用扳手 将螺母固定即可，另一人则负责用扭矩扳手将螺栓 拧紧，且严格控制拧紧力矩使其不会导致螺栓过载。 采取以上措施后，几乎没有发生过螺栓过载扭转断 裂事故。
顾晓春，等：30CrMnSiA 钢螺栓断裂原因
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(上接第58页)
(2) 焊缝显微组织为晶界先共析铁素体+晶内 针状铁素体+珠光体，为典型的凝固枝晶状组织，是 低碳钢焊丝完全熔化后的正常组织，且焊缝与固定
钢板之间熔合良好，说明焊丝质量正常>5]。
(3) 车架钢管与固定钢板之间的焊接为直接搭 接焊，其焊缝熔合不良是焊接前钢管表面污物未清 除干净导致的。
3结论及建议
电动自行车车架开裂为固定钢板与车架钢管之
间在钢管侧的焊接未熔合缺陷导致的焊缝开裂，主 要原因是车架钢管表面存在严重锈蚀，焊接前未清
除干净，使得电动自行车使用不久便在此处发生了 开裂。
建议焊接车架时彻底清除钢管表面污物，降低
车架焊接未熔合缺陷发生的概率，采取措施后几乎
没有发生过焊接开裂问题。
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