不同材料焊接接头的金相分析

LOGO不同材料焊接接头组织的金相观察与分析CompanyLogo一、实验目的对焊接接头进行金相组织分析，已成为焊接生产与科研中用以评判焊接接头质量优劣，寻找焊接结构失效原因的一种重要方法。实验目的：初步掌握焊接接头金相试样的制备方法。观察焊接接头的宏观组织及焊接缺陷。观察低碳钢Q235及管线钢焊接接头各区域的典型结晶形态及其分布特点。掌握焊接接头各区域的组织变化。CompanyLogo二、实验装置及实验材料Q235和X80焊接接头试样各1块粗细金相砂纸1套平板玻璃1块抛光机1台吹风机1个4%硝酸酒精溶液、酒精若干脱脂棉若干10倍放大镜一支金相显微镜1台金相图谱1套CompanyLogo3.1熔化焊焊接接头熔化焊是焊接成型中应用最广泛的一种焊接方法。焊接接头由焊缝金属和焊接热影响区金属组成。三、实验原理熔化焊焊接接头实物CompanyLogo3.2焊缝金属的结晶（一次结晶）分为两种：自发形核与非自发形核（1）自发形核（均匀形核）以过冷液态金属中存在的“相起伏”为基础的形核。三、实验原理CompanyLogo均匀形核三、实验原理CompanyLogo2）非自发形核：依靠液体中存在的固体杂质或容器壁形核，则称为非自发形核，又称非均匀形核。三、实验原理非均匀形核示意图CompanyLogo焊接时存在两种非自发晶核质点：一种是合金元素，V,Ti，Nb等与C、N形成微小固相质点，从而形成晶核，并细化晶粒；另一种是现成表面，焊接熔池边界，正是固液相的相界面，熔池边界半熔化的母材晶粒表面为新相晶核的“基底”。这种称为交互结晶或连生结晶。三、实验原理CompanyLogo晶粒长大：晶核的长大方式有两种，即均匀长大和树枝状长大。当晶体最易长大方向与散热最快方向一致时，晶体便优先得到成长，有的晶体由于取向不利于成长，晶粒的成长会被遏止，这就是选择长大。选择长大过程中形成焊缝中的柱状晶。三、实验原理均匀长大树枝状长大CompanyLogo金属的树枝晶金属的树枝晶金属的树枝晶冰的树枝晶三、实验原理CompanyLogo晶核形成后便向各方向生长，同时又有新的晶核产生。晶核不断形成，不断长大，直到液体完全消失。每个晶核最终长成一个晶粒，两晶粒接触后形成晶界。三、实验原理CompanyLogo3.3熔化焊焊接接头特点焊接过程中，焊接接头各部分经受了不同的热循环，因而所得组织各异。组织的不同，导致机械性能的变化。材料热处理的特点：整个热处理过程均在可控制范围内，按人的意志实现转变。焊接热循环的特点：局部加热。熔池温度高。移动速度快。高温停留时间短。自然冷却。三、实验原理CompanyLogo三、实验原理CompanyLogo低碳钢根据焊接热影响区内各区段在焊接过程中所达到的最高温度范围不同，按距焊缝由近及远依次分为：三、实验原理熔合区（固相线-液相线，母材与焊缝交界的部位）过热区（1100℃-固相线，低碳钢过热区晶粒粗大，主要是魏氏组织W）完全正火区（AC3-1100℃，即正火区，晶粒细小均匀，综合力学性能最好的区域。）不完全正火区（AC1-AC3，部分相变区）CompanyLogo低碳钢焊接接头宏观照片三、实验原理CompanyLogo粗晶区低碳钢焊接接头组织焊缝熔合区三、实验原理正火区魏氏组织部分相交区部分相交区CompanyLogo焊缝熔合区粗晶区正火区母材管线钢焊接接头组织三、实验原理CompanyLogo3.4焊接接头的金相分析方法焊接接头的金相分析包括宏观和显微分析两个方面。三、实验原理宏观分析用肉眼、放大镜、或低倍显微镜（＜100×）观察与分析焊缝成形、焊缝金属结晶方向和宏观缺陷等。显微分析借助于光学显微镜或电子显微镜（＞100×）进行观察、分析焊缝的结晶形态、焊接热影响区的组织、分布特点以及微观缺陷等。CompanyLogo四、实验内容及步骤4.1实验内容自制Q235钢与管线钢焊接接头试样。对实验室制备好的Q235与管线钢试样进行金相组织观察、分析和比对。CompanyLogo4.2实验步骤制样：将已焊好的试件(以结422焊条在150×80×3mm的试件上堆焊)，切成25×25mm的试片，然后把试片四周用砂轮打去毛刺，并把四个角打磨成圆角。抛磨：用金相砂纸打磨试片。必须注意，研磨试片的砂纸要由粗到细、依次制作，不要使粗砂粒带到细的砂纸上。试片研磨完后，用清水冲洗，进行机械抛光，抛光后再用清水冲洗试片。腐蚀：将抛光好的试片，用4％的硝酸酒精溶液腐蚀，大约经过5~10s左右，立即用清水冲洗，然后用无水乙醇轻轻擦去水分，并用吹风机吹干。观察与分析：把已制备好的试片在显微镜下进行观察与分析。分清焊接接头各区域后，仔细辨认各区域组织的特征，在显微镜下，测定焊接热影响区各区域的组织。绘制各区域组织示意图。四、实验内容及步骤CompanyLogo五、实验报告要求5.1实验数据整理绘制焊接接头的宏观图形。包括焊缝形状、鳞片、枝状晶及其成长方向，并简单说明相互关系。绘制自已制作的焊接接头焊缝、热影响区各区域的显微组织示意图，注明试样制作条件、放大倍数等。5.2实验结果分析说明各区域组织的生成机理及其对焊接接头性能的影响。解释同一焊缝中存在不同结晶形态的原因。从理论上分析实验中观察到的结果，分别说明各焊缝组织从熔合区到焊缝中心变化的趋势。CompanyLogo六、思考题低碳钢焊接接头热影响区的粗晶区中能否出现马氏体组织？低碳钢焊接接头在什么条件下会出现魏氏体组织？焊缝组织是否有可能全部是等轴晶？为什么?不易淬火钢的焊接热影响区组织，与焊前母材的状态有什么关系?