焊接金相分析(大纲)
焊接接头金相分析实验指导书
焊接接头金相分析实验指导书一、实验目的1.观察不同焊接方法制备的焊接接头的宏观形貌特征，了解电弧焊、氩弧焊、等离子焊、真空电子束焊等不同焊接方法与其金相组织的关系和影响。
2.观察典型焊接接头的显微组织的分布及其特征，了解焊接接头的焊缝区、熔合线、热影响区等不同金相组织产生的原理。
3.观察焊接裂纹的宏观形貌和显微组织，了解焊接裂纹生成机理。
二、实验步骤1.焊接接头宏观分析1）用眼或低倍放大镜观察用氩弧焊、等离子焊、电子束焊等不同焊接方法制备的若干个焊接接头的波纹、堆高、缺陷等外观形状。
2）用游标尺测量各种焊接接头的焊缝、热影响区的宽度，测量部分焊接接头的焊缝深度。
3）观察各种焊接接头的结晶组织方向，以及焊接接头中是否存在气孔、裂纹、夹渣、未焊透等缺陷。
2.焊接接头显微组织分析1）用普通金相试片制作方法，将焊接接头横断面磨制成显微金相试样，用5 %的硝酸酒精溶液腐蚀试样。
2）将金相试样平稳放置在立式金相显微镜的观测平台上；根据试样观察要求，选用放大倍数合适的物镜及目镜；对该显微镜的光栏、焦距等进行调整，使观察图像清晰。
3）首先找到焊接接头的焊缝区，然后通过调整立式金相显微镜的观测平台，缓慢将金相试样从焊缝区向母材区移动，观察焊接接头不同区域的金相组织变化。
4）仔细观察焊接接头的焊缝区、熔合区、过热区、正火区、不完全相变区等五个区域的金相组织，对照相关金相组织照片，仔细分辨各区域金相组织的典型特征。
5）对存在焊接裂纹的试样，仔细观察裂纹所在的部位、走向，以及裂纹周围的金相组织特征。
三、实验设备及化学用品1.XJL—02A型立式金相显微镜2.PF—20型抛光机3.硝酸酒精滤纸脱脂棉等四、实验报告要求1. 绘制出不同焊接方法制作的焊接接头的宏观形貌示意图，并注明焊缝宽度（深度）、热影响区宽度、焊缝堆高、焊缝波纹等的尺寸；并加以分析说明。
2. 绘制出焊接接头的显微组织形貌示意图，并将焊缝区、熔合区、过热区、正火区、不完全相变区等五个区域的金相组织用金相组织示意图描绘，并说明各区域的组织特点，分析其产生的原因。
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。
焊接接头金相试验的方法及内容
焊接接头金相试验的方法及内容。
焊接接头的金相试验包括宏观金相试验和微观金相试验两部分。
（1）宏观金相试验直接用肉眼或低倍放大镜进行检查。
1）宏观（粗晶）分析试验时在试件上截取横断面，然后经过打磨、腐蚀再进行观察。
宏观（粗晶）分析可以了解焊缝一次结晶组织的粗细程度和方向性；熔池形状、尺寸；焊缝接头各区域的界限和尺寸；各种焊接缺陷的存在情况。
2）断口检查在焊缝表面沿焊波方向车一条沟槽，槽深约为焊缝厚度的1/3，用拉力机将试样拉断，用肉眼或5～10倍放大镜观察断口处可能存在的缺陷种类和大小。
断口检查对“未熔合”或“熔合不良”这种缺陷十分敏感，常用于管子对接接头中。
3）钻孔检验用磨成90°角、直径较焊缝宽度大2～3mm的钻头在焊缝上钻孔、钻孔深度为焊件厚度的2/3，然后用10％硝酸水溶液浸蚀孔壁，可检查焊缝内部的气孔、裂纹、夹渣等缺陷，检查完毕钻孔处应予以补焊。
钻孔检验目前用得较少。
（2）微观金相试验用1000～1500倍金相显微镜观察焊缝金属的显微组织和显微缺陷（如微裂纹），可作为质量分析及试验研究的手段。
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。
焊接区断口金相分析(图片转文字)
1第一章绪论 (1)§1—1断口金相学的发展及任务 (1)一、断口金相学的由来爰发展 (1)二、断口金相学的任务 (1)三、断口金相学在焊接中的应用 (1)§1—2断口金相的一般技术 (2)一、断口的保存与清洗 (2)二、断口的宏观分析技术 (2)三、断口的微观分析技术 (3)第二章典型金属断口的宏观与微观分析 (7)§2—1断裂形式的分类 (7)按材料断裂前吸收能量或宏观塑性变形量 (7)二、按断裂途径或裂纹走向 (7)§2—2典型断口的宏观形貌分析 (8)一、静载拉伸断口的宏观形貌 (8)二、v形缺口试样冲击断口的宏观形貌 (13)疲劳断口的宏观形貌 (17)§2-3典型断口的微观形貌分析 (20)一、延性断裂断口的微观特征及其形成机制 (20)二、脆性断裂断口的微观特征厦其形成机翩 (28)第三章焊接区裂纹断口金相分析 (59)§3一l焊接热裂纹断口形貌分析 (59)一、焊接热裂纹的形式与分类 (59)二、凝固裂纹的形成条件与断口特征 (60)三、液化裂纹的形成条件与断口特征 (65)四、高温失塑裂纹的形成条件与断口特征 (67)§3-2焊接冷裂纹断口形貌分析 (68)一、氢致延迟裂纹断口特征及其形成机制 (68)二、淬火裂纹断口特征及其形成机制 (87)三、层状撕裂断口特征及其形成机制 (93)§3-3焊接再热裂纹断口特征厦形成机制 (100)一、裂纹性质，宏观特征爰形成条件 (100)二、裂纹形成机制爰断口微观形貌 (102)第四章焊接区脆化及脆性断裂断口形貌分析 (108)§4—1焊缝金属的低温脆性及其断口焊缝金属的低温脆断爰其最薄弱环节 (109)二、焊缝金属低温冲击断口分析……………§4r2热影响区脆化及低温脆断断口形貌分析 (114)熔合线脆化 (114)二、多层焊热影响区中的局部脆化 (128)三、热应变脆化 (131)第五章焊接接头的腐蚀开裂断口形貌分析 (132)§5—l焊接接头的晶问腐蚀 (132)一、奥氏体不锈钢焊接热影响区中的敏化区腐蚀 (132)二、稳定型奥氏体不锈钢热影响区中的刀状腐蚀三、铁素体不锈钢热影响区中的局部腐蚀§5-2 }材厦焊接接头的应力腐蚀开裂 (134)一，应力腐蚀裂纹的类型 (136)二，应力腐蚀裂纹的断口形貌分析 (137)§5--3氢侵蚀开裂 (142)参考文献 (144)分析 (109)§1-1断口金相学的发展及任务一、断口金相学的由来及发展金属断口分析是一门研究金属断裂表面的科学。
焊接接头组织的金相观察与分析
接头焊缝组织的金相观察与分析1.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。
焊接接头的金相分析
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实验原理
焊缝宏观形貌：
切取焊接接头的横截面，经浸蚀试样显示宏 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
①焊缝区 ②—③热影响区（过热区、正火区、部分相变区） ④母材
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实验原理
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
焊接接头的金相分析
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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 3. 了解焊缝金相检测方法
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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。
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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
质，如有机或无机酸、各种碱、盐类；溶剂主要有酒精、蒸馏水和甘油。
浸蚀后，先用清水冲洗，再用酒精冲洗，热风吹干。
各种钢的常用浸蚀剂有：2~5%硝酸酒精溶液-显示接头各区组织，能清晰显示铁素体和珠光体组织；4%苦味酸酒精溶液-能清晰显示接头中的马氏体、回火马氏体、贝氏体及碳化物。
电解浸蚀法：适用于不锈钢、高合金钢等材料。
焊接接头复合显示方法：例如两种浸蚀剂复合显示（4%硝酸酒精溶液+苦味酸盐酸酒精溶液复合浸蚀高合金钢）；反复抛光-浸蚀法；化学浸蚀与电解浸蚀复合显示法等。
三焊接接头宏观分析
对于焊接结构、焊接产品、焊接试样进行组织、性能检查分析时，往往先进行宏观分析，如有必要再进行细致的显微分析。
焊接接头宏观分析的内容：一是外表形态、表面缺陷纪录（外观照相），二是焊接接头缺陷分析。
焊缝硫印试验：焊接接头的硫化物夹杂可以进行低倍检查，确定硫化物的类型、形态及大小。
四焊接组织分析
1．焊接热影响区组织分析
焊接热影响区组织分析要点：分析焊接热影响区金相组织，必须掌握HAZ 的产生条件，焊接热循环对母材的影响，被焊母材本身的化学成分及焊接工艺条件对连续冷却相变的影响。
首先要准确地了解母材的成分特点（不易淬火钢或易淬火钢）与焊前状态；其次应知道焊接工艺条件，如焊接方法、焊接线能
量及其它焊接工艺措施，它们决定HAZ的受热与冷却条件，如t8/5。
在上述基础上，可以参考相应母材的焊接CCT图，判断接头过热区金相组织。
若没有可供参考的焊接CCT图，就要借助于焊接金相的低倍（宏观）、高倍（微观）显微镜观察，配合显微硬度测定确定焊接热影响区各区的组织。
焊接热影响区组织类型与形态特点：常见组织类型有，先共析铁素体、魏氏组织、珠光体、上贝氏体、下贝氏体、粒状贝氏体、板条马氏体、片状马氏体、奥氏体及M-A组元等。
它们具有各自的形态与转变温度区间。
2．焊缝组织分析
焊缝的形成过程为：加热熔化→结晶（一次组织）→固态相变（二次组织）。
焊缝金属的成分由焊接材料和母材决定（也受焊接方法的影响-熔合比）；焊缝组织由成分和冷却速度决定。
可参考焊缝CCT图判断焊缝组织。
合金元素对焊缝金相组织的影响：在低碳低合金钢焊缝中，除了碳（0.1~0.2%）之外主要合金元素是Mn、Si、Mo、Ti、Cr、Ni等。
焊缝金属的机械性能：主要决定于焊缝的化学成分和组织组成，实际焊缝的机械性能与很多焊接条件有关，见图2。
焊缝金属的机械性能之中焊缝韧性是十分重要的指标，焊缝成分和显微组织状态是影响焊缝韧性的两个重要因素。
图2 影响焊缝机械性能的有关因素
五焊接金相的综合分析
焊接金相的综合分析是采用金相分析手段对焊接结构及焊接接头的组织、缺陷、性能进行检查，发现组织和性能问题与焊接工艺及使用过程的关系，以便分析缺陷产生的原因、结构破坏的原因。
其常规工作是配合调整焊接工艺，确定最佳工艺规范进行的焊接接头质量检查；另一方面是产品的失效分析，即对焊接结构或焊接产品在使用中出现的问题或造成破坏性事故的分析。
焊接金相分析报告的内容：
1．被检查试样的原始条件
2．焊接金相检查的要求或目的
3．检查方法的选择
4．检查结果的处理
5．焊接金相结果分析和讨论
6．结论。