焊接接头组织的观察及分析

实验规则

一、学生在上实验课之前一定要预习实验指导书及教科书中的有关内容。

二、上实验课时必须携带实验指导书、笔和纸张等物品。

三、实验课不许迟到和早退。

四、进入实验室后要保持室内的清洁，不许吸烟，要将废物扔入垃圾桶里。

五、要保持室内肃静，不许谈论与本次实验无关的话题，更不许做与本次实验无关的事。

六、将自己携带的物品摆放整齐。

七、不许动用与本次实验无关的材料，仪器和设备。

八、要注意倾听实验课老师讲述的内容，免得影响实验效果。

九、使用仪器时，要严格遵守操作规程，切不可将仪器插头直接插入电源。

十、实验完毕后，要经指导老师审核实验记录，并且将所用的仪器、板凳等物品摆放好，方可离去

十一、实验报告是检验学生平时成绩的一个方式，因此要求认真书写，即字迹工整，书面整洁，且内容充实。

十二、实验报告的成绩按四级分类，即优、良、及格、不及格的方式评定，对不按时交实验报告的学生，成绩降级，对无故不参加实验课和不交实验报告的同学按规定取消理论考试资格。实验报告的成绩按规定记入本门课考试成绩。

实验二：焊接接头组织的观察及分析

一、实验的意义：

随着科学技术的不断发展，焊接技术应用得越来越广泛。从我们日常生活用品到汽车、火车、轮船、桥梁等都离不开焊接技术的应用。而焊接质量的好坏决定于焊接接头的优劣。本次实验正是要观察焊接机头显微组织的变化规律。通过对几种不同的焊接接头显微组织的观察和分析，使我们对理论课讲述的有关内容有一个更直观的认识和更深刻的理解。

二、实验的目的：

1、了解焊接方法对焊接热影响区大小的影响。

2、了解焊接规范对焊接热影响区大小的影响。

3、了解焊接热影响区对焊接接头性能的影响。

三、实验所用的材料，仪器和设备：

1、材料：

低碳钢板（200X100X10mm）、结422焊条、自动焊焊丝、砂布、金相砂纸、抛光粉、4%的硝酸酒精腐蚀剂、无水乙醇等。

2、仪器和设备：

手弧焊机、埋弧焊机、工作台、无齿锯（俗称砂轮切片机）、砂轮机、抛光机、电吹风机、金相显微镜等。

四、实验方式与程序：

本次实验所观察的焊接接头金相组织的母材（被焊金属）为低碳钢板。采用了两种焊接方法，一是埋弧自动焊，另一是手工电弧焊，其中手工电弧焊采用的焊接电流为150A和230A。下面以手工电弧焊为例介绍一下焊接接头金相试样的制作方法。

取一块200X100X10mm的低碳钢试板，用砂轮或钢丝刷除去表面的铁锈等污物，将其平置于工作台上。接通电焊机的电源，再将电焊机的焊接电流调至所需要的规范，然后在低碳钢试板中间堆焊成一道焊缝，待凉透后，用无齿锯将其焊缝部位（试板的中间部位）切成一块长40mm左右的试块。在焊接接头金相试样的切割过程中，需要向切口部位不停地浇水冷却，以避免所切试样的金相组织发

生变化，然后进行焊接接头金相试样的制作。

由于时间的关系，本实验不进行焊接接头及其金相试样的制作，只观察焊接接头的金相组织。

焊接接头分为两部分：一是焊缝，另一是热影响区。

所谓焊接接头热影响区，是指母材在焊接电弧的热作用下而发生显微组织和性能变化的区域。在焊接过程中，熔池被快速加热到很高的温度，随后又快速冷却，因此使熔池附近的母材相当受到了一次不同规范的热处理。结果使焊接热影响区形成了四个部分，即熔合区、过热区、正火区和部分相变区。熔合区是焊缝（熔敷金属）和母材的交界区，在焊接电弧热的作用下，该区部分金属熔化，亦称此区为半熔化区。其显微组织中包含部分铸造组织和未熔化的、但因受热而长大的粗晶粒组织。在低碳钢焊接接头中，这一区域虽然最窄，但它却在很大程度上决定着焊接接头的性能。过热区对焊接接头有危害作用，该区受高温作用，晶粒急剧长大，甚至产生过热组织，从而使其塑性和冲击韧性降低。正火区于处A

c3

稍高的温度，此区相当于做了一次正火处理，晶粒组织细小，因而其机械性

能较好。部分相变区在A

c1和A

c3

之间的温度范围，因此其珠光体和部分铁素体发

生了重结晶转变，而部分铁素体却来不及转变，致使该区冷却后晶粒大小不均，使机械性能稍差。可以看出：焊接热影响区中的熔合区和过热区是性能最薄弱的部位。因此，为了提高焊接接头的质量，应尽量减小焊接热影响区的宽度。

本实验要求学生观察、认识、测量和比较三种焊接接头热影响区和显微组织变化形态与其尺寸的大小。每块金相试样的背面都用钢字打上符号，分别用A、B、C表示。其中试样A和B是采用手工电弧焊堆焊而成，试样C是采用埋弧自动焊堆焊而成。

焊接接头的显微组织有焊缝（熔敷金属）、焊接热影响区（熔合区、过热区、正火区、部分相变区）和母材（被焊金属）三个部分。焊缝和母材的显微组织比较容易认识。焊缝的显微组织成柱状，且方向垂直于焊接热影响区。母材是低碳钢材料，其显微组织与焊接前一样，依然是珠光体（P）和铁素体（F）。要测量焊接热影响区的大小，应该先弄清楚其中各区的分布形态。焊接热影响区的显微组织虽然形态各异，但是每个区域都有其独有的特征，其中过热区和正火区的特征最明显。过热区的晶粒粗大，正火区的晶粒细小而且这两个区在焊接热影响区

中的尺寸最大。部分相变区比正火区和过热区窄，却比熔合区宽，在100倍的放大倍数下观察其显微组织，看得到它的珠光体的边缘不像母材和正火区那样棱角分明，而是比较圆滑且形态呈开花状。在焊接热影响区中，最不容易分辨的即是熔合区，而且它又是焊接热影响区中最窄的区域。熔合区的显微组织是粗大的晶粒和部分铸造组织。

观察和认识了焊接接头的显微组织之后，再开始测量焊接热影响区的大小，即分别测量熔合区、过热区、正火区和部分相变区的大小。怎样测量焊热影响区的大小呢？用金相显微镜的目镜测量其大小时，应该使标尺垂直于该区。因为焊缝的结晶方向垂直于焊热影响区，所以旋动目镜，使标尺的方向与焊缝的结晶方向平行，标尺的方向要随着载物台的移动而随时调整。测量的数据应该是平均值，怎样取平均值呢？一是边观察显微组织边移动载物台，看哪个部位有代表性，然后取值；二是在某一个区域里任意地测三点后取平均值。将所测得实验数据数据填写在下面的表中：

通过对三种焊接接头热影响区的显微组织的观察、认识、测量和比较，即可看出：虽然母材都是低碳钢。但焊接方法和焊接规范不同时，焊接热影响区的大小截然不同，埋弧自动焊的焊接热影响区明显小于手工电弧焊的焊接热影响区。当母材相同，且焊接方法相同，只是焊接规范有所不同时，如A、B两试样采用相同的焊接速度，试样A是采用150A电流堆焊而成，试样B是采用230A

电流堆焊而成，结果焊接热影响区的大小不同。焊接电流大的试样焊接热影响区宽，而焊电流小的试样焊接热影响区窄。

五、实验报告内容：

1、按实验报告纸的要求逐项填写。

2、按实验指导书中的表格形式画一个表格，并逐项填写清楚。

3、画出焊接热影响区中的熔合区、过热区、正火区和部分相变区与铁—碳合金状态图相对应的图示。

4、分别论述焊接方法与焊接规范对焊接热影响区大小的影响规律。

5、焊接热影响区对焊接接头的性能有什么影响？