【精品】焊接接头的金相分析(材料成型原理
焊接接头的经相组织观察
第二次实验实验名称：焊接接头金相组织观察试验目的：了解焊接接头的金相组织，（焊缝区和焊接热影响区）形成过程、组织变化及对性能的影响。
实验步骤：制样（金相制样）观察组织绘制金相组织图实验内容和要求：1.了解焊接材料名称（母材：35钢；焊条：THJ520）2.了解金相制样过程3.观擦焊接接头的金相组织4.绘制接头的金相组织图实验设备和仪器：手工焊机、砂轮机、PG2抛光机、4X金相显微镜焊接接头的金相组织与性能焊接接头是由相互联系，而在组织和性能上又有区别的两部分组成，即焊缝区和焊接热影响区。
1.焊缝金属：由熔池冷却凝固后形成组织和性能：熔池冷凝后为铸态组织，在冷却过程中，液态金属自熔合区向焊缝的中心方向结晶，形成柱状晶组织。
焊缝金属的性能一般不低于母材的性能（因其化学成分控制严格，且可通过渗合金调整焊缝化学成分），但易产生裂纹。
2.焊接热影响区：指焊缝两侧因焊接热作用而发生组织性能变化的区域。
低碳钢的热影响区分为熔合区、过热区、正火区和部分相变区。
熔合区，又称半熔化区，是焊缝与母材的交界区。
加热温度：1490-1530℃（固、液两相线之间）组织：（未熔化但因过热而长大的）粗晶组织和（部分新结晶的）铸态组织。
特点：该区很窄，组织并不均匀，强度下降，塑性很差，是产生裂纹及局部脆断的发源地。
过热区：紧靠熔合区加热温度：1100-1490℃（1100℃-固相线）组织：粗大的过热组织特点：宽度为1-3mm,塑性和韧性下降。
焊接刚度大的结构时，该区易产生裂纹。
正火区：紧靠着过热区加热温度：850-1100℃（AC3至1100℃）组织：均匀细小的铁素体和珠光体组织（近似于正火组织）特点：宽度约1.2-4.0mm，力学性能优于母材。
部分相变区：加热温度: AC1-AC3之间组织：F+P （F粗细不均）特点：部分组织发生相变，晶粒不均匀，力学性能差。
在热影响区中，熔合区和过热区的性能最差，产生裂纹和局部破坏的倾向也最大，是焊接接头中机械性能最差的薄弱部位，热影响区宽度愈窄愈好。
焊接接头组织金相分析
实验一焊接接头组织金相分析一、实验目的1、观察与分析焊缝的各种典型结晶形态。
2、掌握低碳钢焊接接头各区域的组织变化。
二、实验装置及实验材料1、金相砂纸，从180目一1200目一套2、平板玻璃一块3、低碳钢焊接接头试片4、金相显微镜一台5、抛光机一台6、电吹风机一个7、 4％硝酸酒精溶液，无水乙醇、脱脂棉若干三、实验原理焊接过程中，焊接接头各部分经历了不同热循环，因而所得组织各异。
组织的不同，导致机械性能的变化。
对焊接接头进行金相分析，是对接头机械性能鉴定的不可缺少的环节。
焊接接头由焊缝金属和焊接热影响区金属组成，焊缝金属的结晶形态与焊接热影响区的组织变化，不仅与焊接热循环有关，也和所用的焊接材料和被焊材料有密切关系。
图1 焊缝金属的交互结晶示意图图2 C o、 R和G对结晶形态的影响（一）焊缝凝固时的结晶形态1、焊缝的交互结晶熔化焊是通过加热使被焊金属的联接处达到熔化状态，焊缝金属凝固后实现金属的焊接。
联接处的母材和焊缝金属具有交互结晶的特征，图1为母材和焊缝金属交互结晶的示意图。
由图可见，焊缝金属与联接处母材具有共同的晶粒，即熔池金属的结晶是从熔合区母材的半熔化晶粒上开始向焊缝中心成长的。
这种结晶形式称为交互结晶或联生结晶。
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。
这就是所谓选择长大，并形成焊缝中的柱状晶。
2、焊缝的结晶形态根据浓度过冷的结晶理论，合金的结晶形态与溶质的浓度C o、结晶速度（或晶粒长大速度）R和温度梯度G有关。
图2为C o、R和G对结晶形态的影响。
由图可见，当结晶速度R和温度梯度G不变时，随着金属中溶质浓度的提高，浓度过冷增加，从而使金属的结晶形态由平面晶变为胞状晶，胞状树枝晶，树枝状晶及等轴晶。
当合金成分一定时，结晶速度越快，浓度过冷越大，结晶形态由平面晶发展到胞状晶、树枝状晶，最后为等轴晶。
当合金成分C。
和结晶速度R一定时，随着温度梯度G的升高，浓度过冷将减小，因而结晶形态会由等轴晶变为树技晶，直至平面晶。
焊缝接头组织的金相观察与分析
焊缝接头组织的金相观察分析一、实验目的1、认识焊缝区和热影响区各区段的组织特征。
2、了解焊缝金相检验方法和焊接接头的形成过程3、掌握焊接组织对性能的影响二、实验原理焊接是工业生产中用来连接金属材料的重要加工方法。
根据工艺特点不同，焊接方法又分为许多种，其中熔化焊应用得最广泛。
熔化焊的实质就是利用能量高度集中的热源，将被焊金属和填充材料快速熔化，热后冷却结晶而形成牢固接头。
由于熔化焊过程的这一特点，不仅焊缝区的金属组织与母材组织不一样，而且靠近焊缝区的母材组织也要发生变化。
这部分靠近焊缝且组织发生了变化的金属称为热影响区。
热影响区内，和焊缝距离不一样的金属由于在焊接过程中所达到的最高温度和冷却速度不一样，相当于经受了不同规范的热处理，因而最终组织也不一样。
根据组织和性能区别，焊接接头分为焊接区和焊接影响区。
焊缝区，是熔池泠凝后为铸态组织，在冷却过程中，液态金属自熔合区向焊缝的中心方向结晶形成的柱状晶组织，焊缝金属的性能一般不低于母材性能，但易产生裂纹。
以低碳钢为例，根据热影响区内各区段在焊接过程中所达到的最高温度范围，依次分为熔合区（固相线一液相线），过热区（1100℃——固相线）；完全正火区（AC3——1100℃）；不完全旺火区（AC1～AC3）。
对易淬火钢而言，还会出现淬火组织。
热影响区如图所示如图所示（1）熔合区即融合线附近焊缝金属到基体金属的过渡部分，温度处在固相线附近与液相线之间，金属处于局部熔化状肪，晶粒十分粗大，化学成分和组织极不均匀，冷却后的组织为过热组织，呈典型的魏氏组织。
这段区域很窄（0.1-1mm）,金相观察实际上很难明显的区分出来，但该区对于焊接接头的强度、塑性都有很大影响，往往熔合线附近是裂纹和脆断的发源地。
（2）过热区（粗晶粒区）加热温度范围Tks-Tm(Tks为开始晶粒急剧长大温度，Tm 为熔点)，当加热至1100℃以上至熔点，奥氏体晶粒急剧长大，尤其在1300℃以上，奥氏体晶粒急剧粗化，焊后空冷条件下呈粗大的魏氏组织，塑性、韧性降低，使接头处易出现裂纹。
焊接接头的金相分析
焊接接头的⾦相分析实验⼀焊接接头的⾦相分析⼀、实验⽬的1.初步掌握焊接接头⾦相试样的制备⽅法。
2.了解低碳钢、管线钢焊接接头各区域⾦相组织及分布特点。
⼆、实验内容1.⾃制低碳钢焊接接头试样，观察与分析其⾦相组织。
2.对实验室制备好的低碳钢、管线钢试样进⾏⾦相组织观察、分析和⽐对。
三、实验原理⾦属材料焊接成型的过程中，焊接接头的各区域经受了不同的热循环过程，因⽽所获得的组织也有很⼤的差异，从⽽导致机械性能的变化。
对焊接接头进⾏⾦相分析，是对接头性能进⾏分析和鉴定的⼀个重要⼿段，它在科研和⽣产中已得到了⼴泛的应⽤。
焊接接头的⾦相分析包括宏观和显微分析两⽅⾯。
宏观分析的主要内容为：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。
图1-1是在50倍显微镜下所观察到的焊接接头的宏观照⽚：图1-1 焊接接头的宏观照⽚ 50X显微分析是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。
焊接接头由焊缝⾦属、焊接热影响区及母材等三部分组成。
焊缝⾦属的结晶形态及焊接热影响区的组织变化不仅与焊接热循环有关，也和所使⽤的焊接材料及被焊材料有密切的关系。
1.焊缝的交互结晶熔化焊是通过加热使被焊⾦属的联接处达到熔化状态，焊缝⾦属凝固后实现⾦属的联接。
联接处的母材和焊缝⾦属具有交互结晶的特征，图1-2为母材和焊缝⾦属交互结晶的⽰意图。
图1-2 母材和焊缝⾦属的交互结晶由图可见，焊缝⾦属与联接处的母材具有共同的晶粒，即熔池⾦属的结晶是从熔合区母材的半熔化晶粒上开始向焊缝中⼼成长的。
这种结晶形式称为交互结晶或联⽣结晶。
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，晶粒的成长会被抑制，这就是所谓的选择长⼤，并形成焊缝中的柱状晶。
2.不易淬⽕钢焊接热影响区⾦属的组织变化不易淬⽕钢包括低碳钢和热轧、正⽕低合⾦钢等。
焊接接头的金相组织
焊接接头的金相组织(metallurgical structure of the weld joint )1．焊接接头的组成及区域特征典型的对接焊接接头主要由三个部分组成：（1）焊缝( weld )焊缝金属的结晶凝固冷却方式主要依靠母材金属热传导，所以液态金属结晶很自然呈柱状晶成长，且成长方向垂直于焊接熔池壁，最终汇交于熔池中部形成八字形柱状树枝晶结晶形式。
（2）熔合区( fusion zone )指焊缝与母材交接的过渡区，即熔合线处微观显示的母材半熔化区。
在焊接时，液态的焊缝金属与固态母材金属的交界面，便形成了熔合线（fusion line），即接头横截面上宏观腐蚀所显示的焊缝轮廓线。
以大多数（低碳）碳素钢和低合金钢为例：熔合区的温度处于固相线和液相线之间。
焊缝与母材产生不规则结合，形成了参差不齐的分界面。
该区晶粒十分粗大，化学成分和组织极不均匀，冷却后为过热组织。
区域很窄，金相观察难以区分，但对接头强度和韧性却有很大影响，常是产生裂纹和脆性破坏的发源地。
（3）热影响区（heat affected zone）在焊接和切割过程中，材料因受热的影响（但未熔化）而发生金相组织和机械性能变化的区域。
焊接是一个不均匀加热和冷却的过程，距焊缝不同距离的点上经历着不同的焊接热循环，这些点实质上都受到一次特殊的热处理。
和一般金属热处理一样，每个点都引起不同的组织转变，于是就形成了在组织和性能上不均匀的焊接热影响区。
在这个区中，有些部位的组织和性能可能是优于也可能劣于母材焊前的组织性能。
显然，劣于母材的部位便成为焊接接头中最薄弱环节。
决定热影响区的分区及特征的因素是多方面的，大致可分为三个方面：○1母材的冶金特征母材金属在焊接热循环作用下是否存在固相转变；有固相转变的材料是纯金属、单相合金或多相合金；是否是同素异构转变；是否是扩散型的相变。
例如，焊接无固相转变的金属，在热影响区上主要出现的是晶粒粗大现象，有时也有再结晶现象。
焊接接头金相组织分析
实验十二焊接接头金相组织分析一、实验目的1、熟悉焊接热影响区的组织分布特征及金相显微镜的使用方法；2、掌握焊接接头的分区组成；3、了解焊接参数对焊接接头显微组织的影响；二、实验原理焊接接头由焊缝、熔合区和热影响区（HAZ）三部分组成，其组织特征存在明显差异。
熔合区是焊接接头中焊缝向母材HAZ过渡的区域，由半熔化区与未混合区两部分组成，熔合区的构成及附近各区的相对位置如图1所示。
图1 熔合区的构成示意图1-焊缝区（富焊条成分）; 2-焊缝区（富母材成分）; 3-半熔化区; 4-HAZ; 5-熔合区焊缝是由熔池金属结晶凝固形成的，由于熔池金属冷却速度快且在运动状态下结晶，因此形成的组织为非平衡组织。
多数情况下晶体从熔合区半熔化的晶粒上以柱状晶形态向焊缝中心生长，具有联生结晶的特点。
焊接工艺参数对凝固形态影响较大，不同工艺条件下，焊缝中心可能是柱状晶组织，也可能出现等轴晶组织。
焊缝金属凝固时的结晶形态见图2。
HAZ是指在焊接热源作用下焊缝外侧处于固态的母材发生组织和性能变化的区域。
由于焊接时HAZ上各点距离焊缝的远近不同，各点所经历的焊接热循环不同，因此整个HAZ的组织和性能分布是不均匀的。
HAZ的组织分布与钢的种类、不同部位的加热最高温度有关。
对于焊后空冷条件下不易形成马氏体的不易淬火钢，焊接HAZ包括过热区、正火区和不完全重结晶区。
过热区的峰值温度在固相线以下到晶粒开始急剧长大的温度，相应区域组织粗大；正火区的峰值温度在A c3以上到晶粒开始急剧长大的温度范围内，加热时发生完全奥氏体相变，冷却后组织由细小的铁素体和珠光体组成；不完全重结晶区的峰值温度处于A c1～A c3之间，加热时发生奥氏体相变的组织冷却时转变为细小的铁素体和珠光体，未发生相变的铁素体继续长大成为粗大的铁素体，晶粒大小和组织不均匀。
三、实验设备及材料1、金相显微镜及图像采集系统。
2、20＃钢焊接接头的金相试样。
四、实验内容及步骤1、焊接接头试样制备尺寸为200×75mm的20＃钢板2块，清除表面的氧化物和铁锈，进行脱水和脱脂处理；按照规定规范烘干E4303焊条；沿试板表面中心线用直径 3.2mm图2 焊缝金属的结晶形态焊条堆焊出长125±10mm的焊缝，1号试板采用150A电流，2号试板采用200A电流；焊后静止空气中自然冷却，不进行任何热处理；在室温下采用机械加工方法垂直切割焊缝，然后在断面上取金相观察试样，切割时注意加强冷却；2、金相试样的预磨、抛光与浸湿参照实验五中的相关内容；3、小电流焊接接头的组织观察低倍观察焊接接头组织，寻找熔合线，然后高倍放大观察熔合区的组织特点；观察焊缝联生结晶的特点，并由熔合区开始向焊缝中心推移，观察焊缝组织的变化规律；观察HAZ的分区组织特点，利用图像采集系统记录过热区、正火区、不完全重结晶区的组织，并与母材的进行对比，分别在100×，200×，500×下拍摄金相组织照片。
焊接接头的金属间化合物分析与评估
焊接接头的金属间化合物分析与评估焊接是一种常见的金属连接方式，通过热能将金属部件熔化并使其冷却后凝固，从而形成一个坚固的连接。
然而，焊接接头中的金属与基材之间常常会形成一种特殊的物质，即金属间化合物。
本文将对焊接接头中的金属间化合物进行分析与评估。
一、金属间化合物的形成机制焊接过程中，熔池中的金属与基材相互扩散，并发生化合反应，形成金属间化合物。
这种化合物的形成机制主要有以下几点：1. 扩散机制：焊接过程中金属离子在熔池中通过扩散聚集，与基材中的金属发生反应，形成金属间化合物。
2. 形核机制：焊接过程中，金属离子到达接头界面时，由于过饱和度高而形成过饱和团簇，然后发生核化反应，形成金属间化合物。
3. 相变机制：焊接过程中，金属由于温度变化引起相变，形成新的晶体结构以及金属间化合物。
二、金属间化合物的性质与影响焊接接头中的金属间化合物具有以下性质：1. 高硬度：金属间化合物通常具有较高的硬度，这是由于其晶格结构的特殊排列所致。
2. 脆性：金属间化合物通常具有较高的脆性，这是由于其晶格结构中存在较多的晶体缺陷所致。
3. 化学稳定性：金属间化合物通常具有较好的化学稳定性，能够抵抗腐蚀和氧化等环境因素的侵蚀。
金属间化合物对焊接接头的性能有着重要的影响：1. 强度：金属间化合物的形成可以增强焊接接头的强度，提高其抗拉强度与抗剪强度。
2. 脆性：金属间化合物的脆性特性可能导致焊接接头在受力时易发生开裂或断裂。
3. 耐腐蚀性：金属间化合物的化学稳定性能够提高焊接接头的耐腐蚀性，使其具有更长的使用寿命。
三、金属间化合物的分析方法为了准确评估焊接接头中的金属间化合物，需要采用适当的分析方法。
以下是常用的金属间化合物分析方法：1. 金相显微镜观察：通过金相显微镜观察焊接接头的横截面，可以清晰地分辨金属间化合物与母材的区别。
2. X射线衍射：利用X射线衍射技术可以得出金属间化合物的晶体结构以及其相对含量。
3. 扫描电子显微镜（SEM-EDS）：结合扫描电子显微镜和能谱分析技术，可以获得金属间化合物的形貌和元素组成。
焊接接头的金相组织
焊接接头的金相组织(metallurgical structure of the weld joint )1．焊接接头的组成及区域特征典型的对接焊接接头主要由三个部分组成：（1）焊缝( weld )焊缝金属的结晶凝固冷却方式主要依靠母材金属热传导，所以液态金属结晶很自然呈柱状晶成长，且成长方向垂直于焊接熔池壁，最终汇交于熔池中部形成八字形柱状树枝晶结晶形式。
（2）熔合区( fusion zone )指焊缝与母材交接的过渡区，即熔合线处微观显示的母材半熔化区。
在焊接时，液态的焊缝金属与固态母材金属的交界面，便形成了熔合线（fusion line），即接头横截面上宏观腐蚀所显示的焊缝轮廓线。
以大多数（低碳）碳素钢和低合金钢为例：熔合区的温度处于固相线和液相线之间。
焊缝与母材产生不规则结合，形成了参差不齐的分界面。
该区晶粒十分粗大，化学成分和组织极不均匀，冷却后为过热组织。
区域很窄，金相观察难以区分，但对接头强度和韧性却有很大影响，常是产生裂纹和脆性破坏的发源地。
（3）热影响区（heat affected zone）在焊接和切割过程中，材料因受热的影响（但未熔化）而发生金相组织和机械性能变化的区域。
焊接是一个不均匀加热和冷却的过程，距焊缝不同距离的点上经历着不同的焊接热循环，这些点实质上都受到一次特殊的热处理。
和一般金属热处理一样，每个点都引起不同的组织转变，于是就形成了在组织和性能上不均匀的焊接热影响区。
在这个区中，有些部位的组织和性能可能是优于也可能劣于母材焊前的组织性能。
显然，劣于母材的部位便成为焊接接头中最薄弱环节。
决定热影响区的分区及特征的因素是多方面的，大致可分为三个方面：○1母材的冶金特征母材金属在焊接热循环作用下是否存在固相转变；有固相转变的材料是纯金属、单相合金或多相合金；是否是同素异构转变；是否是扩散型的相变。
例如，焊接无固相转变的金属，在热影响区上主要出现的是晶粒粗大现象，有时也有再结晶现象。
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焊接接头的金相分析
一、实验目的
1、观察焊接接头的宏观形貌
2、掌握低碳钢焊接接头各区域的组织变化
二、了解焊缝金相检测方法
三、实验装置及实验材料
1、粗、细金相砂纸
2、平板玻璃
3、低碳钢焊接接头试样
4、金相显微镜
5、吹风机
6、4%硝酸酒精溶液、无水乙醇、30％过氧化氢、氢氟酸、草酸、脱脂棉、蒸馏水三、实验原理
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。
对焊接接头进行金相组织分析，是对接头机械性能鉴定的不可缺少的环节。
焊接接头的金相分析包括宏观和显微分析两个方面。
宏观分析的主要内容为：观察与分析焊缝成型、焊缝金属结晶方向和宏观缺陷等。
显微分析是借助于放大100倍以上的光学金相显微镜或电子显微镜进行观察，分析焊缝的结晶形态，焊接热影响区金属的组织变化，焊接接头的微观缺陷等。
焊接接头由焊缝金属和焊接热影响区金属组成。
焊缝金属的结晶形态与焊接热影响区的组织变化，不仅与焊接热循环有关，也和所用的焊接材料和被焊材料有密切关系.
1、焊缝宏观形貌：
切取焊接接头的横截面，经制样浸蚀显示宏观组织,可见焊接接头分为三部分：焊缝中心为焊缝金属，靠近焊缝的是热影响区，接头两边是未受焊接热影响的母材。
①焊缝区②—③热影响区（过热区、正火区、部分相变区）④母材
2、焊接接头的显微组织
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发生的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。
正火区处于Ac3稍高的温度。
相当于做了一次正火处理，晶粒细小，因而其机械性能较好.焊接热影响区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.
四、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，其显微组织与焊接前一样，依然
是珠光体P和铁素体F。
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，而且这两个区域在焊接
热影响区中的尺寸最大.部分相变区比
正火区和过热区窄,但比熔合区宽。
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。
在热影响区中,最不易分
辨的是熔合区，而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。
五、实验报告
1、实验目的
2、通过观察分析,画出焊接接头各区域的组织示意图并标注
焊接热影响区对焊接接头的性能有什么影响？。