印制板及其组件(PCB&PCBA)是电子产品的核心部件,PCB&PCBA的可靠性直接决定了电子产品的可靠性。为了保证和提高电子产品的质量和可靠性,对失效进行全面的理化分析,确认失效的内在机理,从而有针对性地提出改善措施。
电子元器件失效分析的目的是借助各种测试分析技术和分析程序确认电子元器件的失效现象,分辨其失效模式和失效机理,确认最终的失效原因,提出改进设计和制造工艺的建议,防止失效的重复出现,提高元器件可靠性。
集成电路复杂度与性能要求的持续攀升,叠加设计、制造、封装及应用环节的潜在风险,导致短路、开路、漏电、烧毁、参数漂移等关键失效模式频发。这不仅造成昂贵的器件报废与系统宕机,更常引发设计方、代工厂、封测厂与终端用户间的责任争议,带来重大经济损失与信誉风险。
高分子材料性能要求持续提升,而客户对高要求产品及工艺的理解差异,导致断裂、开裂、腐蚀、变色等典型失效频发,常引发供应商与用户间的责任纠纷及重大经济损失。
金属构件服役环境日益苛刻,对材料性能和结构可靠性提出更高要求。然而,设计缺陷、材料瑕疵、制造偏差或不当使用等因素,极易引发疲劳断裂、应力腐蚀开裂、氢脆、蠕变、磨损、过载变形等典型失效。
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焊缝没裂、材料合格,金属减震内框为什么会断?

发布时间: 2026-09-20 00:00
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汽车座椅的减震内框是一个不起眼但受力不轻的结构件,它由两段钢件焊接组成,工作时承受来自 Z 轴的循环载荷,长期处于反复受力状态。

我们最近分析过一件减震内框断裂的案例,送检样品断裂位置集中,都在内框靠近焊接处的一侧。焊接件出问题,直觉上会先怀疑焊缝质量,但六项检测做下来,结论指向了另一个方向。


1. 外观检查

肉眼和低倍观察记录到的现象:

  • 断裂处位于靠近焊接处,断面无明显塑性变形,宏观上呈脆性断裂特征;

  • 下侧断裂面颜色暗淡、有氧化锈蚀痕迹,上侧和中侧断裂面颜色光亮;

  • 上下侧断裂面均可见一条明显分界线,为典型的双向载荷作用下疲劳断裂特征;

  • 中侧断面可见单向的裂纹扩展痕迹,指示裂纹优先起源于中侧;

  • 从断口裂纹发散形貌看,起点进一步定位到结构件区域 A 的外边缘,为点起源,区域 E 的裂纹为次裂纹源;

  • 主起源区宏观可见疲劳条带,且条带间距较宽。

减震内框断裂件断口低倍图

减震内框断裂件断口低倍图

减震内框断裂件断口低倍图

减震内框断裂件断口低倍图

减震内框断裂件断口低倍图

其中分界线是判定疲劳断裂的关键依据,条带间距较宽则说明该阶段每次循环的裂纹推进量不小,承受的循环载荷较大;断面的颜色差异提供了另一条线索——暗淡的下侧暴露时间更长,光亮的上侧和中侧则是较晚断开的。


2. 断口分析

用扫描电子显微镜(SEM)观察未清洗的断口形貌,可以把裂纹的"行走路线"还原出来:

  • 裂纹起源区表面形貌局部被磨损破坏,无法读取更多细节;

试样断口典型SEM形貌

试样断口典型SEM形貌

  • 中侧扩展区可见疲劳辉纹,扩展方向呈单向延伸;

试样断口典型SEM形貌

试样断口典型SEM形貌

  • 后期扩展区可观察到沿厚度方向的扩展痕迹。

试样断口典型SEM形貌

试样断口典型SEM形貌

综合这些形貌,裂纹路径可以完整还原:主裂纹源位于结构件区域 A 的外边缘,属点起源,区域 E 的裂纹是后续产生的次裂纹源;裂纹先沿中侧单向扩展,至区域 C 后转为沿厚度方向双向扩展,持续到内框整体断裂。


3. 金相分析

对三个焊接截面(1#、2#、3#)分别做金相观察,先看未腐蚀状态找缺陷,再腐蚀看组织。

未腐蚀状态:

  • 三个截面均无明显非金属夹杂等缺陷。这说明原材料纯净度没有问题。

腐蚀后组织:

  • 截面1 焊合区为铁素体魏氏组织、铁素体针较长且组织粗大,基体靠近焊核区晶粒不均、部分粗大;

  • 截面2 断口靠近焊合区,断裂面铁素体晶粒较细,远离焊合区心部晶粒较边缘大;

  • 截面3 基体为铁素体 + 珠光体,断口附近晶粒较小,心部存在由外表面向内侧延伸的裂纹,裂纹附近无明显脱碳。

1#、2#、3#焊接截面腐蚀微观图

1#、2#、3#焊接截面腐蚀微观图

1#、2#、3#焊接截面腐蚀微观图

1#、2#、3#焊接截面腐蚀微观图

魏氏组织、晶粒不均都是焊接热循环的正常产物,本身不构成缺陷。截面3 那条裂纹因附近无脱碳迹象,可以排除高温加工阶段形成的可能,判断为断裂过程中产生的二次裂纹。


4. 成分分析

用 ICP 发射光谱仪与碳硫分析仪对两个试样做化学成分检测。

  • 两种材料都符合各自标准,材料选型无问题。

减震内框基体与焊接件成分结果

减震内框基体与焊接件成分结果


5. 硬度测试

对基体和焊接区横截面做维氏硬度测试(HV0.5)。

  • 焊合区硬度最高,热影响区次之,母材最低;

  • 焊合区(231 HV)与热影响区(约 141~158 HV)之间存在显著的硬度落差。

试样1与试样2焊接示意图

试样1与试样2焊接示意图

试样1横截面硬度测试结果

试样1横截面硬度测试结果

试样2横截面硬度测试结果

试样2横截面硬度测试结果

焊缝不是薄弱环节,因为它的硬度反而是全区域最高的,但焊缝两侧有一条强度梯度陡峭的过渡带,问题更可能出在这里。


6. 拉伸测试

对带焊接位置的试样做室温拉伸测试。

  • 五件试样全部断在母材,没有一件断在焊缝或热影响区;

  • 抗拉强度约 295 MPa、延伸率约 47%,均满足标准要求,说明母材与焊接区域的强度都达标。

拉伸测试结果

拉伸测试结果

断裂位置全部落在母材,进一步表明焊接区域的综合强度高于母材,与硬度测试的结论一致。


7.结论

断裂模式为疲劳断裂;断裂位置存在较高的结构应力集中是断裂失效的主要原因。

声明:本案例已做脱敏处理,所有数据均来自实验室真实分析,未经许可不得转载。


8.写在最后

很多焊接结构件一旦发生断裂,现场最容易得出的结论就是“焊接有问题”。但这项分析再次说明:断在焊旁,不等于焊得不行;焊缝没断,也不代表结构不会疲劳。

疲劳断裂真正的起点,往往藏在应力集中、组织梯度和服役载荷叠加后的那个“最薄弱位置”。

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