低碳钢熔化焊焊接接头组织分析
低碳钢熔化焊焊接接头组织分析
一、实验目的
1观察焊接接头的宏观组织及焊接缺陷
2、观察焊缝、热影响区及母材的各种典型结晶形态
3、掌握低碳钢焊接接头各区域的组织变化
4、测定在不同的焊接工艺下热影响区的宽度
二、实验概述
手工电弧焊的焊接过程如图1所示。当电弧在焊条与焊件之间引燃后，电弧热使焊件（与电弧接触部分）及焊条末端熔化，熔化的焊件和焊条（以熔滴形式下落）形成共同的金属熔池。焊条外面的药皮受热熔化并发生分解反应，产生液态熔渣和大量气体。液态熔渣包围着
熔滴，当其进入金属熔池后，因其比重小而浮在熔池表面。所产生的气体则包围在电弧和熔池周围。
图1手工电弧焊过程示意图
1、焊条芯
2、焊条药皮
3、液态熔渣
4、固态渣壳
5、气体
6、金属熔滴
7、熔池8焊缝9、工件
焊条因不断熔化下滴而应连续向下送进，以保持一定的电弧长度。同时，焊条还应沿焊接方向前进。当电弧离开熔池后，被熔渣覆盖的熔化金属就缓慢冷却凝固成焊缝金属，液态熔渣也凝固成固态熔壳。在电弧移达的下方，又形成新的熔池及其上的液态熔渣，以后又凝固成新的焊缝金属和渣壳。上述过程继续进行下去，只至整个焊缝被焊完为止。从而形成一条连续的焊缝金属。
在焊接过程中，由于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。
显微分析的主要内容为：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，而且与所用的焊接材料和被焊材料有密切关系。
（一）焊缝凝固时的结晶形态
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2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，晶粒的成长会被竭止，这就是
所谓选择长大，并形成焊缝中的柱状晶形态，如图3（a）所
示。
图2焊缝金属的交互结晶示意图
(a)
(e)
(f)
图3 20号钢焊接接头金相组织（200 X）
（a）焊缝的焊态组织；（b）熔合区的焊态组织；（c）过热区焊态组织；
（d）正火区焊态组织；（e）部分相变区焊态组织；（f）焊态母材组织；
（二）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，16Mn、15MnTi、15MnV等低合金钢。现以20号钢为例，根据其焊接热影响区金属的组织特征，可以分为5个区域，如图4所示。
2 3 4 5
图4低碳钢焊接接头组织变化图
1、熔合区
2、过热区
3、正火区
4、部分相变区
5、再结晶区
1、熔合区
紧邻焊缝的母材与焊缝交界处的金属称为熔合区或半熔合区。焊接时，该区金属处于局
部熔化状态，加热温度在固液相温度区间（约1350?1450C）。在一般熔化焊的情况下，此
区仅有2?3个晶粒的宽度，甚至在显微镜下也难以辨认。但是，它对焊接接头的强度、塑性都有很大影响，如图 3 （b）所示。
2、过热区
该区的加热温度范围为1100?1350 C。由于受热温度很高，使奥氏体晶粒发生严重的
长大现象，冷却后得到晶粒粗大的过热组织，故称为过热区。此区的塑性差，韧性低，硬度高。其组织为粗大的铁素体和珠光体。在有的情况下，如气焊或导热条件较差时，甚至可获
得魏氏体组织。因此，焊接钢度较大的结构时，常在过热区产生裂纹，过热区的显微组织如
图3（c）所示。
3、正火区（重结晶区）
该区加热温度在A C3~1100C之间。在加热过程中，铁素体和珠光体全部转变为奥氏体，即产生金属的重结晶现象。由于加热温度稍高于AC3，奥氏体晶粒尚未长大，冷却后获得均
匀而细小的铁素体和珠光体，相当于热处理时的正火组织，故又称为正火区或相变重结晶区。该区的组织比退火（或轧制）状态的母材组织细小，因此，该区是热影响区中组织和性能最好的区域，如图3（d）。
4、部分相变区（不完全重结晶区）
焊接时，加热温度在A C I~A C3之间（约750?900C）的金属区域为不完全重结晶区。当低碳钢的加热温度超过As时，珠光体先转变为奥氏体。温度进一步升高时，部分铁素体逐步溶解于奥氏体中，温度越高，溶解的越多，直到AC3时，铁素体将全部溶解在奥氏体中。
焊后冷却时，又从奥氏体中析出细小的铁素体，一直冷却到Ar i时，残余的奥氏体就转变为
共析组织-珠光体。由次可看出，次区只有一部分组织发生了相变重结晶过程，而始终未溶
入奥氏体的铁素体，在加热时会发生长大，变成较粗大的铁素体组织，因此，该区域金属的
组织是不均匀的，晶粒大小也不一致，一部分是经过重结晶的晶粒细小的铁素体和珠光体，另一部分是粗大的铁素体，如图3（e）所示。由于组织不均匀，因而机械性能也不均匀。
5、母材（再结晶区）
当母材为热轧状态供应的钢材时，则该区组织仍保留原始的带状组织特征，如图3（f）
所示。
如果焊前母材为冷轧状态供应的钢材，则在加热温度为As以下的金属中还存在一个再
结晶区。处于再结晶区的金属，在加热的过程中将发生金属的再结晶过程，即经过冷变形后
的碎晶粒在再结晶温度作用下重新排列的过程。
以上是焊接热影响区中主要的组织变化区段，其中以熔合区和过热区对焊接接头组织性
能的不利因素最为显著，因此，在焊接过程中应尽可能减少热影响区的宽度。焊接热影响区
的大小受到许多方面的影响，不同的焊接方法、焊接板厚、焊后冷却速度等都会使热影响区
的尺寸发生变化。表1是用不同的焊接方法焊接低碳钢时焊接热影响区的平均尺寸。
三、实验设备及材料
1、金相显微镜、30倍放大镜
2、有关金相图谱
3、A3 钢手弧焊及气焊接头宏观组织试样及显微试样。
四、实验内容及步骤
1、实验前，先认真阅读实验指导书的内容，并明确本次实验的目的和要求。
2、观察并画出焊接接头的宏观组织示意图，观察焊接缺陷形态及部位。
3、观察并画出焊接接头各个区域典型组织示意图
4、测量热影响区宽度（手弧焊及气焊）
五、注意事项
1、拿取金相试样时，不得用手指触摸试样表面或使试样表面受到硬物擦伤，以免使显微组织模糊，影响观察效果。
2、画组织图时，应抓住组织形态特点，画出典型区域的组织，注意不要将磨痕画在图上。
3、认真完成实验报告。
焊接接头的组织
焊接接头的组织 一、实验目的 1.掌握焊接接头各区域典型的金相组织。 2.熟悉焊接接头各区域的性能变化。 二、实验设备及材料 1.金相显微镜。 2.焊接试样。 3.预磨机 4.抛光机 三、实验原理 熔化焊是局部加热的过程，焊缝及其附近的母材都经历一个加热和冷却的过程。焊接热过程将引起焊接接头组织和性能的变化，从而影响焊接质量。 焊接接头组织由焊缝金属和热影响区两部分组成。现以低碳钢为例，根据焊缝横截面的温度分布曲线，结合铁碳合金相图，对焊接接头各部分的组织和性能变化加以说明，见图13-1。 1．焊缝金属 焊缝区的金属在焊接时处于完全熔化状态，它的结晶是从熔池底壁上许多未熔化的晶粒开始的。因结晶时各个方向冷却速度不同，垂直于熔合线方向冷却速度最大，所以晶粒由垂直于熔合线向焙池中心生长，最终呈柱状晶，如图13-2所示。熔池中心最后结晶，聚集了等轴状低熔点合金和夹杂物，并可能在此处形成裂纹。 焊缝金属结晶后，其成分是填充材料与熔化母材混合后的 平均成分。在随后的冷却过程 中，若发生相变，则上述组织均 要发生不同程度的转变。对低碳 钢来说，焊缝组织大部分是柱状的铁素体加少量的珠光体。 2．热影响区 热影响区是指焊缝两侧因焊接热作用而发生组织和性能变化的区域。按受热影响的大小，热影响区可分为熔合区、过热区、正火区和部分相变区。 1）熔合区 熔合区是焊缝和基体金属的交界区，相当于加热到固相线和液相线之间的区域。由于该区域温度高，基体金属部分熔化，所以也称为“半熔化区”。熔化的金属凝固成铸态组织，未熔化金属因温度过高而长大成粗晶粒。此区域在显微镜下一般为2~3 个晶粒 图13-1 低碳钢焊接接头组织变化示意图 1-熔合区；2-过热区；3-正火区；4-部分相变区
铝合金焊接接头疲劳性能研究 张禧铭
铝合金焊接接头疲劳性能研究张禧铭 摘要：测定了6061铝合金焊接件焊接接头的疲劳性能，介绍了铝合金焊接件焊 接接头的疲劳特征，分析了铝合金焊接件焊接接头中缺陷对其疲劳性能的影响。 结果表明铝合金焊接件焊接接口处气孔、夹杂物及未焊透三个焊接缺陷均会零件 的应力集中创造条件，对铝合金焊接件焊接接头疲劳性能有重大影响。气孔的大小、数量，未焊透的分布位置及形式明显地影响铝合金焊接件焊接接头的疲劳性 能 0.引言 铝合金由于其质量轻、强度高、无磁性、耐腐蚀性好，广泛应用于汽车、铁路、航空航天等领域。焊接是铝合金零件最常见的连接方式，在铝合金焊接零件 在重复外力作用下会发生疲劳断裂，而疲劳破坏过程又这些问题往往会给用户造 成不可估量的巨大损失[1]。通过研究发现，铝合金焊件焊接接头发生疲劳破坏是 铝合金焊接断裂的主要原因，因此对铝合金焊接件进行全面分析，找出原因并提 出解决方案，提高铝合金焊接件有着重大意义[2，3]。近些年过高校和科研院所 对铝合金焊接件焊接接口做了大量研究工作，并取得了重大成果。周进等人通过 对5A02 铝合金焊接接头的疲劳性能进行分析，得出了补焊可以降低铝合金焊接 件焊接接口的疲劳强度（下降将近20%），可作为一种可靠的补救措施[4]。王德 俊通过对铝合金焊接接头焊缝几何特征的研究，得出了十字接头焊接方式比对接 接头焊接方式应力集中更严重的结论[5]。本文以6061铝合金为研究对象，分析 焊接缺陷铝合金焊接件疲劳性能的研究。 1.试验材料及试验方法 本试验需要的材料为铝合金和焊丝，其中铝合金选用6061铝板，焊丝选用5356焊丝，铝板采用对接焊接。这两种材料的化学成分如表1所示。 试验材料化学成分/% 将铝板通过焊丝分别用MIG焊和TIG焊两种方法进行焊接，不仅仅能够保证 铝合金焊接件内部化学成分的完整性，而且也可以提高铝合金焊接件的焊接质量。 在进行全部焊接之后还需要采用合理的方法对焊接物进行验伤处理，找出其 中存在的问题，并对出现问题的原因进行全面分析。焊后进行X射线探伤检验， 找出存在的问题并找到原因及时解决，将样品进行铣削加工，去除焊缝余高。为 获得样品真实状态，将样品铣削加工后再进行X射线探伤检测。在MTS万能试验机上进行疲劳试验，用JSM-35C显微镜对断口形状进行合理观察。 2.试验结果及分析 2.1疲劳试验 试验结果如表2所示，对试验结果进行整理、对比，可以发现无论6061铝合金焊接件的焊缝有无缺陷，发生疲劳破坏的均为焊接口。但是整个焊接过程是否 存在缺陷对存在的疲劳现象和相应寿命还有很重要的作用。但焊缝有无缺陷对其 寿命有明显影响，即有焊缝缺陷的样品其寿命明显低于无焊缝缺陷的样品，并且 随着缺陷尺寸的增大，疲劳寿命下降越多。 6061铝合金焊接接头疲劳性能 2.2疲劳断口特征 按照焊接接头的断裂过程疲劳断口一般分为裂纹源、疲劳裂纹扩展和最后断
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与分析 一、实验说明 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。 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。 焊接结构的服役能力和工作可靠性，既取决于焊缝区的组织和质量，也取决于热影响区的组织和宽窄。因此对焊接接头组织进行金相观察与分析已成为焊接生产与科研中用以评判焊接质量优劣，寻找焊接结构的失效原因的一种重要手段。 本实验采用焊接生产中应用最多的低碳钢为母材，用手工电弧施焊，然后对焊接接头进行磨样观察。 二、实验目的 1、学会正确截取焊接接头试样。 2、认识焊缝区和热影响区各区段的组织特征。 3。深刻领会熔化焊焊接过程特点。 三、实验设备及器材 1、施焊设备及器材（手弧焊机、结422焊条，面罩）。 2、200×100×8mmA3钢板一块。施焊前用牛头刨床沿其长度方向中心线刨一条深2mm，宽4～5mm的弧形槽。 3、砂轮切割机一台。 4、钳工工具一套。 5，制备金相试样的全部器材。 6、金相显微镜若干台。 四、实验方法与步骤 1、在钢板上沿刨槽用F4mm结422焊条一根施焊。焊接电流取140～150A。 2、待钢板冷至室温后，用砂轮切割机截取试样。截取部位如下图所示，切割时须用水冷却。以防止组织发生变化（图中虚线为砂轮切割线，两端30mm长焊缝舍弃不用）。 焊接接头金相试样取样位置示意图 3、依照实验一步骤3所述方法截下的焊缝接头制备成金相试样。注意磨制面应选择与焊缝走向垂直的横截面。 4、在金相显微镜上观察制备好的焊接接头试样。光用低倍镜镜头（放大150倍）观察焊缝区及热影响区全貌，再用高倍镜镜头（450倍）逐区进行观察，注意识别各区的金相组织特征, 并画出草图。 五、实验报告要求 1、明确实验目的。
焊接接头组织和性能的控制
第七章 焊接接头组织和性能的控制 1.焊接热循环对被焊金属近缝区的组织、性能有什么影响？怎样利用热循环和其他工艺措施改善HAZ 的组织性能？ 答： （1）在热循环作用下，近缝区的组织分布是不均匀的，融合去和过热去出现了严 重的晶粒粗化，是整个接头的薄弱地带，而行能也是不均匀的，主要是淬硬、韧化和脆化，及综合力学性能，抗腐蚀性能，抗疲劳性能等。 （2）焊接热循环对组织的影响主要考虑四个因素：加热速度、加热的最高温度， 在相等温度以上的停留时间，冷却速度和冷却时间，研究它是研究焊接质量的主要途径，而在工艺措施上，常可采用长段的多层焊合短道多层焊，尤其是短道多层焊对热影响区的组织有以定的改善作用，适于焊接晶粒易长而易淬硬的钢种。 2. 冷却时间100t t 8 385、、t 的各自应用对象，为什么不常用某温度下（如540℃）的 冷却速度？ 答：对于一般碳钢和低合金钢常采用相变温度范围800~500℃冷却时间（85t ）对冷裂纹倾向较大的钢种，常采用800~300℃的冷却时间8 3t ，各冷却时间的选定要根据不同金属材料做存在的问题来决定 为了方便研究常用某一温度范围内的冷却时间来讨论热影响组织性能的变化，而某个温度下 比如540℃则为一个时刻即冷却至540℃时瞬时冷却速度 和组织性能。故不常用某以温度下的冷却速度，对于一般低合金钢来讲，主要研究热影响区溶合线附近冷却过程中540℃时瞬时冷却速度 3. 低合金钢焊接时，HAZ 粗晶区奥氏体的均质化程度对冷却时变相有何影响？ 答：奥氏体的均质化过程为扩散过程，因此焊接时焊接速度快和相变以上停留时间短都不利于扩散过程的进行，从而均质化过程差而 影响到冷却时间的组织相变，低合金钢在焊接条件下的CCT 曲线比热处理条件下的曲线向做移动，也就是在同样冷却速度下焊接时比热处理的淬硬倾向小，例如冷却速度为36s C / 时可得到100%的马氏体，在焊接时由于家人速度快，高温停留时间短
焊接接头金相组织分析
焊接接头金相组织分析 实验目的 ?观察与分析焊缝的各种典型结晶形态； ?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 ?粗细金相砂纸1套 ?平板玻璃1块 ?不同焊缝结晶形态的典型试片若干 ?低碳钢焊接接头试片1块 ?正置式金相显微镜1台 ?抛光机1台 ?工业电视(或幻灯机)1台 ?吹风机1个 ?4%硝酸酒精溶液无水醇脱脂棉若干 ?典型金相照片(或幻灯照片)一套 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。 ?焊缝凝固时的结晶形态
?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。 ?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C0、结晶速度(或晶粒长大速度)R和温度梯度G有关。图1-16为C0、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C0和结晶速度R一定时，随着温度梯度G的长升高，浓度过冷将减小，因而结晶形态会由等轴晶变为树枝晶，直至平面晶。 随着晶粒的成长，熔池中晶粒界面前的浓度过冷和温度梯度也随着发生变化。因而，熔池全部凝固以后，各处将会出现不同的结晶形态。在焊接熔池的熔化边界上，温度梯度G较大，结晶速度R很小，因此此处的浓度过冷最小，随着焊接熔池的结晶，温度梯度G由熔化过边界处直到焊缝中心渐变小，熔池的结晶速度却渐增大，焊缝中心处，温度梯度最小，结晶速度最大，故浓度过冷最大。由上述分析可知，焊缝中结晶形态的变化，
低碳钢熔化焊焊接接头组织分析
低碳钢熔化焊焊接接头组织分析 一、实验目的 1观察焊接接头的宏观组织及焊接缺陷 2、观察焊缝、热影响区及母材的各种典型结晶形态 3、掌握低碳钢焊接接头各区域的组织变化 4、测定在不同的焊接工艺下热影响区的宽度 二、实验概述 手工电弧焊的焊接过程如图1所示。当电弧在焊条与焊件之间引燃后，电弧热使焊件（与电弧接触部分）及焊条末端熔化，熔化的焊件和焊条（以熔滴形式下落）形成共同的金属熔池。焊条外面的药皮受热熔化并发生分解反应，产生液态熔渣和大量气体。液态熔渣包围着 熔滴，当其进入金属熔池后，因其比重小而浮在熔池表面。所产生的气体则包围在电弧和熔池周围。 图1手工电弧焊过程示意图 1、焊条芯 2、焊条药皮 3、液态熔渣 4、固态渣壳 5、气体 6、金属熔滴 7、熔池8焊缝9、工件 焊条因不断熔化下滴而应连续向下送进，以保持一定的电弧长度。同时，焊条还应沿焊接方向前进。当电弧离开熔池后，被熔渣覆盖的熔化金属就缓慢冷却凝固成焊缝金属，液态熔渣也凝固成固态熔壳。在电弧移达的下方，又形成新的熔池及其上的液态熔渣，以后又凝固成新的焊缝金属和渣壳。上述过程继续进行下去，只至整个焊缝被焊完为止。从而形成一条连续的焊缝金属。
在焊接过程中，由于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。 显微分析的主要内容为：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，而且与所用的焊接材料和被焊材料有密切关系。 （一）焊缝凝固时的结晶形态 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2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，晶粒的成长会被竭止，这就是 所谓选择长大，并形成焊缝中的柱状晶形态，如图3（a）所 示。 图2焊缝金属的交互结晶示意图 (a)
改善焊接接头性能的方法
改善焊接接头性能的方法 焊缝和热影响区的组织特征对接头的力学性能影响很大，改善方法有: 一．选择合适的焊接工艺方法 同一接头，同一材料采用不同的焊接方法、焊接工艺时，接头性能会有很大差异。主要考虑减少焊缝合金元素的烧损、焊缝中的杂质元素、焊缝中的气体含量，以及热影响区宽度、焊缝的组织特点等方面。氩弧焊合金烧损基本没有，力学性能最好。氧乙炔接头最差。易淬火钢焊接，为了避免在过热区产生淬硬组织，通常采用预热、控制层间温度和焊后缓冷等措施改善。 二．选择合适的焊接参数 焊接过程中，焊缝熔池中晶粒成长方向，会随着焊接速度的变化而变化。速度越大，熔池中的温度梯度大，此时容易形成脆弱的结合面，常在焊缝中心出现纵向裂纹。当焊接速度一定时，焊接电流对结晶形态有很大。电流较小(150A)，容易得到胞状晶，电流增大时(300A)，得到胞状树枝晶，继续增大(450A)，会得到粗大的胞状树枝晶，影响力学性能。焊缝成形系数也影响接头性能，大电流中速焊可以得到较宽的焊缝。小电流快速焊时，宽度变窄，熔池中心聚集杂质偏析，容易形成裂纹。 三．选择合适的焊接热输入 焊接热输入的大小，影响焊接热循环，影响接头的组织和脆化倾向及冷裂倾向。低碳钢脆硬倾向小，选择余地较大。含碳量偏高的16M钢及低合金钢，淬硬倾向增大，热输入应选择大一些。焊接含碳量和合金元素均偏高的正火钢(490MPA)时应采用预热及焊后热处理。 四．选择合适的焊接操作方法 采用多层多道焊，改善接头性能 五．正确选择焊接材料 焊缝金属的成分及性能应于被焊金属相近，利用焊接材料调整焊缝金属。选择低碳及S\P含量较低的焊接材料。耐热钢要考虑接头对高温的要求。 六．正确选择焊后热处理 焊后热处理可消除残余应力；防止延迟裂纹；提高焊缝抗拉强度；对热影响区进行软化。 七．控制熔合比 熔化焊时，被融化的母材在焊缝金属中所占的百分比叫熔合比。控制它在焊后获得希望得到的焊缝。当母材和焊材化学成分基本相同时，熔合比对焊缝金属性能无明显影响。当母材与焊接材料有较大差别或较多杂质时，一般选择较小的熔合比。
焊接金相分析(大纲)
焊接金相分析（大纲） 一概述 1 定义：焊接金相分析是以焊接金属学为理论基础，密切联系焊接工艺条件，以金相分析方法来研究焊接接头的组织变化，研究焊接缺陷和接头性能与焊接方法之间的关系，是验证和提高焊接接头质量的一门试验学科。 焊接金相分析的应用：基本内容是焊接前后发生的组织、性能变化，可以应用于―――新材料焊接性分析与焊接材料焊接工艺优化；焊接结构失效分析；焊接裂缝及其他焊接缺陷产生原因分析；焊接相变过程；焊接裂缝的形态和产生机理；焊接缺陷与焊接工艺间的关系；合金元素对接头组织和性能的影响；焊缝的一次组织、二次组织与焊缝性能的关系等。 焊接金相分析设备：实体显微镜，光学显微镜，高温显微镜，TEM，SEM，XRD等等。性能测定设备有：万能试验机（拉、压、弯），冲击试验机，各种硬度计，显微硬度计，差热分析仪，热膨胀分析仪，等等。 焊接系统工程学：焊接工程有三个分枝，即焊接冶金学、焊接工艺学和焊接力学。它们相互联系 又自成体系，焊接系统 工程学简图见图1。 图1 焊接技术系统化
2 焊接金相分析方法 焊接金相分析方法是通过解剖试样，直接在金相显微镜下进行观察、分析或通过金相物理方法的测试检查。 焊接金相分析方法的特点：因为焊接热过程的复杂性，使焊接金相比一般金相研究更困难。例如HAZ是母材在焊接热循环作用下形成的一系列连续变化的梯度组织区域。 焊接接头缺陷的分析是焊接金相研究的一个重要内容。要准确、直观地检查出焊接裂缝、夹杂物、夹渣、气孔、未焊透等。较无损探伤更准确可靠，尤其是微裂纹。 二焊接区金相试样制备方法 1．焊接区金相取样方法 取样原则：服从于金相分析特点和要求，充分考虑焊接接头特点和焊接工艺特点来确定焊接金相取样的部位、数量及大小。 焊接区显微组织金相样的切取方法 焊接结构及焊接产品事故分析取样方法 2．焊接区金相试样制备方法 大型产品及焊接结构的事故分析取样，多采用气割或机械加工方法切下大块样品，然后像小型试件一样，经过切割、平整、磨光、抛光、浸蚀等一系列加工制成小金相试样。 3．焊接区金相试样显示方法 显示焊接金相试样组织的方法有两种：化学试剂显示法和电解浸蚀剂显示法。化学试剂浸蚀显示法在金相组织显示中是最常用的。使用化学药品作为溶
焊接接头金相组织分析报告报告材料
焊接接头金相组织分析 一、试验目的 （一）观察与分析焊缝的各种典型结晶形态 （二）掌握低碳钢焊接接头各区域的组织变化 （三）了解低碳钢焊接热影响区的组织变化规律。二、试验装置 及试验材料 （一）粗、细金相砂纸一套 （二）平板玻璃 2块 （三）金相显微镜 4台 （四）吹风机 1个 （五）抛光机 4台 （六）低碳钢焊接接头试片 1个 （七）腐蚀液： 4％硝酸酒精溶液 （八）乙醇、丙酮、棉花等 三、试验原理 （一）焊缝凝固时的结晶形态 ?1、焊缝的交互结晶，如图1所示
? ?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 2、焊缝的结晶形态 根据成分过冷的结晶理论，合金的结晶形态与溶质的浓度C0、结晶速度R和温度剃度G有关。 图2 C0、R和G对结晶形态的影响 （二）低碳钢焊缝热影响区金属的组织变化 以低碳钢为例，根据其热影响区金属组织的特性，可分为四个区域，如图3所示:
图3低碳钢焊接热影响区分布特征 1-熔合区；2-粗晶区；3-结晶区；4-不完全重结晶区；5-母材 a、接头金相组织： 1、未受热影响的焊缝金属区； 2、受影响的层间金属区，结晶形态消失； 3、受过热作用的热影响区； 4、母材；
b、过热粗晶区魏氏体组织 C、左侧一次正火细晶区，右侧二次正火，晶粒较粗 d、不完全结晶区组织
e、母材组织 （三）30CrMnSiA钢焊缝热影响区金属组织变化 30CrMnSiA钢的连续冷却转变曲线
四、实验方法及步骤 （一）低碳钢焊接接头金相分析 1、试样的准备； 2、用金相砂纸打磨试片； 3、抛光试片； 4、腐蚀； 5、在显微镜下观察与分析 （二） 30CrMnSiA钢试片的制作 1、将厚度为2.5mm的30CrMnSiA钢板切成180× 20mm和180× 35mm两种规格的试片； 2、试片焊前进行退火处理； 3、去除试片表面油污及氧化物； 4、分别用电弧焊和气焊焊接试片； 5、制作金相试样：打磨、抛光、腐蚀等； 6、在显微镜下观察已制备好的金相试样；
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。 （3）正火区（细晶粒区）即相变重结晶区，加热温度范围AC3- Tks之间，约为900-1100℃，全部为奥氏体，空冷后得到均匀细小的铁素体+珠光体组织，相当于热处理中的正火组织，故又称正火区。 （4）部分相变区，即不完全重结晶区，加热温度AC1- AC3，约750-900℃，钢被加热奥氏体+ 部分铁素体区域，冷却后的组织为细小铁素体+珠光体+部分大块未变化的铁素体，晶粒大小不均匀。
焊接金相组织
第四章焊接接头组织性能分析 焊接过程是个局部快速加热到高温并随后冷却的过程，整个焊件的温度随时间和空间急剧变化，易形成在时间和空间域内梯度都很大的不均匀温度场，温度场的分布决定着焊缝区和热影响区的范围，对焊接接头的质量有着直接影响。由于焊接过程中的特殊传热过程，焊接所连接的材料上距离热源的远近不同，其组织和性能也各有差异。通常将受到焊接热作用后组织和性能相对于基材发生改变的区域称为焊接接头。焊接接头不仅包括结合区，也包括其周围区域。 4.1焊接冶金基础 焊接时，焊件或同焊接材料被加热到高温而熔化，冷却后形成的结合部分叫做焊缝。焊件材料称为母材。由于局部加热，焊缝邻近区域的母材势必会因热量的传导而受影响。母材因受热的影响（但未熔化）而发生组织与力学性能变化的区域叫热影响区。焊缝与热影响区的交界线叫做熔合线或熔合区，实际为具有一定尺寸的过渡区，常称为熔合区。对于焊接结构件来说，其安全性主要取决于焊接接头，特别是焊接热影响区的组织和性能。焊缝、热影响区与熔合区共同构成焊接接头，如图1－1所示。 图1－1 焊接接头示意图 在焊接过程中，随着温度的变化，焊缝区要发生熔化、化学反应、凝固及固态相变一系列过程；热影响区则会发生组织变化。这些变化总称为焊接冶金过程。冶金过程将决定焊缝的成分和接头的组织以及某些缺陷的形成，从而决定了焊接接头的质量。下面就介绍一下焊接冶金的基本知识与基本规律。 4.1.1. 焊接传热过程的特点 在焊接过程中，被焊金属由于热的输入和传播，而经历加热、熔化（或达到热塑性状态）和随后的凝固及连续冷却过程，称之为焊接热过程。凡是通过局部加热来达到连接金属的焊接方法，不论是熔焊或固态焊接（如电阻焊接、摩擦焊），由于其加热的瞬时性和局部性使得焊缝附近的母材都经受了一种特殊热循环的作用。其特点为升温速度快，冷却速度快；焊
实验一 低碳钢熔化焊焊接接头组织分析
实验一低碳钢熔化焊焊接接头组织分析 一、实验目的 1. 观察焊接接头的宏观组织及焊接缺陷 2. 观察焊缝、热影响区及母材的各种典型结晶形态 3. 掌握低碳钢焊接接头各区域的组织变化 4. 测定在不同的焊接工艺下热影响区的宽度 二、实验概述 在焊接过程中，由于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。 显微分析的主要内容为：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，而且与所用的焊接材料和被焊材料有密切关系。 （一）焊缝凝固时的结晶形态 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1-2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，晶粒的成长会被竭止，这就是所谓选择长大，并形成焊缝中的柱状晶形态，如图1-3（a）所示。 图1-2 焊缝金属的交互结晶示意图
（a） （b） （c）
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与分析 姓名： 学号： 班级： 专业：
焊缝接头组织的金相观察与分析 一、实验说明 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。 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℃）；不完全正火区（AC1～AC3）。对易淬火钢而言，还会出现淬火组织。 焊接结构的服役能力和工作可靠性，既取决于焊缝区的组织和质量，也取决于热影响区的组织和宽窄。因此对焊接接头组织进行金相观察与分析已成为焊接生产与科研中用以评判焊接质量优劣，寻找焊接结构的失效原因的一种重要手段。 本实验采用焊接生产中应用最多的低碳钢为母材，用手工电弧施焊，然后对焊接接头进行磨样观察。 二、实验目的 1、学会正确截取焊接接头试样。 2、认识焊缝区和热影响区各区段的组织特征。 3、深刻领会熔化焊焊接过程特点。 4、理解焊缝、热影响区到基体的硬度变化规律。 三、实验设备及器材 1、施焊设备及器材（手弧焊机、结422焊条，面罩）。 2、200×100×8mmA3钢板一块（45钢）。施焊前用牛头刨床沿其长度方 向中心线刨一条深2mm，宽4～5mm的弧形槽。 3、砂轮切割机一台。 4、钳工工具一套。 5，制备金相试样的全部器材。 6、金相显微镜若干台。 7、显微硬度仪一台
8.焊接接头金相组织分析
焊接接头金相组织分析 一、实验目的 (一)观察与分析焊缝的各种典型结晶形态； (二)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 (一)粗、细金相砂纸 1套 (二)平板玻璃 1块 (三)不同焊缝结晶形态的典型试片 若干 (四)低碳钢焊接接头试片 1块 (五)正置式金相显微镜 1台 (六)抛光机 1台 (七)工业电视(或幻灯机) 1台 (八)吹风机 1个 (九)4％硝酸酒精溶液、无水乙醇、脱脂棉 若干 (十)典型金相照片(或幻灯照片) 一套 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。 (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４—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 0、结晶速度(或晶粒长大速度)及和温度梯度G 有关。图4—2为C 0、R 和G 对结晶形态的影响。 由图可见，当结晶速度及和温度梯度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 图４－１ 焊缝金属的交互结晶示意图
焊接接头金相分析实验指导书
实验指导书 《材料连接原理》 实验一焊接接头金相分析 一、实验目的： 1、观察硝酸银的枝晶形态； 2、观察焊接接头的宏观组织及焊接缺陷； 3、观察典型焊接接头的纤维组织的分布及其特征，了解焊接接头的焊缝区、熔合线、热影响区及母材等各种典型结晶形态； 二、实验概述： 手工电弧焊的焊接过程如图2-1所示。当电弧在焊条与焊件之间引燃后，电弧热使焊件（与电弧接触部分）及焊条末端融化，熔化的焊件和焊条（以熔滴形式下落）形成共同的金属熔池。焊条外面的药皮受热熔化并发生分解反应，产生液态熔渣和大量气体。液态熔渣包围着熔滴，当其进入金属熔池后，因其比重小而浮在熔池表面。所产生的气体则包围在电弧和熔池周围。 图2-1 手工电弧焊过程示意图 1、焊条芯 2、焊条药皮 3、液态熔渣 4、固态渣壳 5、气体 6、金属熔滴 7、熔池 8、焊缝 9、工件 焊条因不断熔化下滴而应连续向下送进，以保持一定的电弧长度。同时，焊
条还应沿焊接方向前进。当电弧离开熔池后，被熔渣覆盖的熔化金属就缓慢冷却凝固成焊缝金属，液态熔渣也凝固成固态熔壳。在电弧移达的下方，又形成新的熔池及其上的液态熔渣，以后又凝固成新的焊缝金属和渣壳。上述过程继续进行下去，只至整个焊缝被焊完为止。从而形成一条连续的焊缝金属。 在焊接过程中，由于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。 显微分析的主要内容为：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，而且与所用的焊接材料和被焊材料有密切关系。 （一）焊缝凝固时的结晶形态 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2-2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，晶粒的成长会被竭止，这就是所谓选择长大，并形成焊缝中的柱状晶形态。 图2-2 焊缝金属
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。焊接有固相转变的金属，如果是碳钢，其热影响区上不仅有过热和再结晶现象，还有重结晶和淬火现象。 ○2母材焊前的状态 同一种金属材料，焊前状态不同，焊后热影响区的组织和性能是不同的，例如，焊前经过冷作硬化或热处理强化的金属，焊后热影响区内就会出现回火软化区。对于易淬火钢，若焊前处于退火状态，则焊后会出现硬化区。也即焊接热循环改变了母材焊前的状态，焊后在热影响区就可出现不希望的硬化、软化或脆化现象。 ○3焊接方法及其工艺参数 因为不同的焊接方法其热源集中程度不同，通过工艺参数的选择又可以获得不同的热输入，这两者实质上是焊接温度场和焊接热循环的特征参数对热影响区的范围大小，以及范围内各部位的组织和性能的影响。温度场分布影响着热影响的宽窄，而热循环曲线的特征参数，如加热速度、高温停留时间和冷却速度等直接影响着组织和性能的变化。 2．焊接热影响区的组成
第3章焊接接头的组织和性能
第3章焊接接头的组织和性能 ★焊接熔池和焊缝焊 接熔池的结晶特点、结晶形态，焊缝的相变组织及焊缝组织和性能的控制。 ★焊接热影响区 焊接热影响区的组织转变特点、组织特性及性能。 ★熔合区 熔合区的边界，熔合区的形成机理，熔合区的特征 焊接熔池：由熔化的局部母材和填加材料所组成的具有一定几何形状的液态区域。 焊缝：熔池凝固后所形成的固态区域。 焊缝组织性能不仅取决于焊缝的相变行为，而且受到焊接熔池结晶行为的直接影响。 一.焊接熔池的结晶特点 (1)熔池体积小、冷却速度大 局部加热，熔池体积小；熔池被很大体积的母材包围，界面导热很好，熔池冷速很快。 碳当量高的钢种焊接时，易产生淬硬组织，甚至产生冷裂纹。 (2)熔池过热、温度梯度大 焊接加热速度快，熔池金属处于过热状态；熔池体积小，温度高，熔池边界的温度梯度很大。 非自发晶核质点显著减少，柱状晶得到显著发展。 (3)熔池在动态下结晶 熔池结晶和母材熔化同时进行，焊接区内各种力交互作用，使正在结晶中的熔池受到激烈的搅拌。有利于气体的排除、夹杂物的浮出以及焊缝的致密化。 2. 联生结晶和竞争成长 (1)联生结晶 焊接熔池结晶一般是从熔池边界开始，即在半熔化的母材晶粒表面上开始并长大。结晶取向与焊缝边界母材晶粒的取向相同，初始晶粒尺寸等于焊缝边界母材晶粒的尺寸。 结晶取向与焊缝边界母材晶粒的取向相同，初始晶粒尺寸等于焊缝边界母材晶粒的尺寸。 (2)竞争成长 晶粒在不同方向上的成长趋势不同，只有最优结晶取向与温度梯度最大的方向（即散热最快的方向，亦即熔池边界的垂直方向）相一致的晶粒才有可能持续成长，并一直长到熔池中心；反之，只能长到一定尺寸而中止 每个晶粒都是在不断的竞争中成长的，只有竞争优势明显的晶粒才能得到不断的成长，而竞争优势较弱的晶粒将在成长的中途夭折。 3. 结晶速度和方向动态变化 (1)结晶速度的表达式 设任意晶粒主轴、任意点的结晶等温面法线方向与焊接方向的夹角为α，晶粒成长方向与焊接方向之间的夹角为β，在dt时间内熔池边界的结晶等温面从t时刻的位臵移到t+dt时刻的位臵。 (2)成长速度和方向不断变化 熔池边界上不同位臵的等温线的法线方向不同，晶粒成长过程中的成长方向不断变化，成长速度也在发生变化。
8.焊接接头金相组织分析报告报告材料
焊接接头金相组织分析 、实验目的 （一）观察与分析焊缝的各种典型结晶形态； （二）掌握低碳钢焊接接头各区域的组织变化。、实验装置及实验材料 （一）粗、细金相砂纸1套 （二）平板玻璃1块 （三）不同焊缝结晶形态的典型试片若干 （四）低碳钢焊接接头试片1块 （五）正置式金相显微镜1台 （六）抛光机1台 （七）工业电视（或幻灯机）1台 （八）吹风机1个 （九）4%硝酸酒精溶液、无水乙醇、脱脂棉若干 （十）典型金相照片（或幻灯照片）一套 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。 （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4 —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。 图4-1焊缝金属的交互结晶示意图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。、结晶速度（或晶粒长大速度）及和温度梯度G有关。图4—2为C。、R和G对结晶形态的影响。 由图可见，当结晶速度及和温度梯度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
金相检验焊接接头的金相检验实验指导书
金相检验焊接接头的金相检验实验指 导书
焊接接头的金相检验实验指导书 一、实验目的 1.熟悉金相试样的制备过程，了解显微镜和其它金相试样 加工设备的使用。 2.观察典型焊接接头的宏观组织，理解焊接接头的焊缝 区、熔合线、热影响区等不同宏观组织之间的关系。 3.观察焊接接头的显微组织，理解焊缝区和热影响区显微 组织的分布和特征，了解焊接缺陷的形成机理。 4.讨论焊接接头组织与性能的关系。 二、实验原理 2.1金相制备 进行金相分析，首先应根据各种检验标准和规定制备试样（即金相试样），若金相试样制备不当，在观察上出现划痕、凹坑、水迹、变形层或浸蚀过深过浅都会影响正确的分
倒角：在不影响观察目的的前提下，需将试样上的棱角磨掉，以免划破砂纸和抛光织物。
种） 图1 砂纸磨光表面变形层消除过程示意图（a）严重变形层（b）变形较大层（c）变形微小层（d）无变形原始组织；1、2、3、4分别是第一步、第二步、第三步、第四步磨光后试样表面的变形层。 4．抛光 抛光的目的是去除细磨后遗留在磨面上的细微磨痕，得到光亮无痕的镜面。抛光的方法有机械抛光、电解抛光物化学抛光三种，其中最常见的是机械抛光。 a概念：机械抛光是在抛光机上进行，将抛光织物（粗抛常见帆布，精抛常见毛呢）用水浸湿、铺平、绷紧用固定在抛光盘上。启动开关使抛光盘逆时针转动，将适量的抛光液（氧化铝、氧化铬或氧化铁抛光粉加水的悬浮液）滴洒在盘上即可进行抛光。机械抛光与细磨本质上都是借助磨料尖角锐利的刃部，切去试样表面隆起的部分，抛光时，抛光织物纤维带动稀疏分布的极微细的磨料颗粒产生磨削作用，将试样抛光。