不同材料焊接接头的金相分析
Q235钢摩擦叠焊单元成形焊接接头金相组织分析
12试验与研究焊接技术第42卷第6期2013年6月文章编号：1002—025X(2013)06—0012-03Q235钢摩擦叠焊单元成形焊接接头金相组织分析高辉，焦向东，周灿丰，陈家庆(北京石油化丁学院能源丁程先进连接技术研究巾，L、，北京102617)摘要：针对Q235钢开展了摩擦叠焊单元成形焊接试验并对在主轴转速5ooo r／r a i n．塞棒进给速度O．3nl l n]s条件下的焊接接头的显微组织和显微组织硬度进行了测试．分析了摩擦叠焊单元成形焊接接头中不同位置的金相组织结构与摩擦焊接过程中温度和压力之间的关系．以及接头中不同位置处显微组织硬度存在差异的原因该研究对Q235钢摩擦叠焊焊接工艺参数的研究及提高焊接接头的质量具有一定的指导意义关键词：Q235铜；摩擦叠埠：金相鲴织中图分类号：T G456．5文献标志码：B摩擦叠焊属于一种新型的同相连接技术，因其焊接过程中不采用电弧加热的形式，焊接接头的质量受环境压力变化影响较小，特别适合于水下作业，尤其是深水结构物的修复。
德国G K SS，英国T W l 以及巴两石油公司分别于2003年、2008年前后针对钢材料进行了摩擦叠焊设备及焊接T．艺的详细试验研究，．摩擦叠焊作为一种较新的焊接T艺，目前国内对其焊接设备和焊接T艺的研究尚处于试验窒阶段-．本文针对Q235钢开展了摩擦叠焊单元成形焊收稿日期：2012一l2—05基金项目：同家自然基金青年基金(51109005)接试验并对焊接T-艺参数为5000r／rai n，0．3m m／s 条件下的焊接接头的金相显微组织和显微组织硬度进行了测试，分析了焊接接头不同位置金相组织及显微组织硬度存在较大差异的原因，该研究对Q235钢摩擦叠焊焊接T艺参数的研究具有一定的指导意义1摩擦叠焊单元成形试验摩擦叠焊焊接过程如图l所示，其焊缝由多个单元焊接叠加而成。
因此，对于摩擦叠焊而言，能够获得质量良好的单元成形接头是焊缝成形质量保-4"-”+一+一+一-4．-一-4-”-4--”-4--一-4--一+一+一+一+--4．-一-4-一—_卜一—卜一-4-一+一+一+--4--—卜一-4--—P一-+-一—+r-—卜一+一+--4-一—+一一-4-一-4'-一+*—卜-—+一一-at-一—+一一—+-一-4---—-卜-——卜一—卜一—+一--+-一-4-由于脉冲焊维弧时间相对连续焊的时间短．因而焊接时输入的能量相对连续焊更少，焊接热输人小．所以焊接热影响区的尺寸相对更小：3结论(1)脉冲焊焊接接头组织较连续焊更为均匀．产生魏氏组织较少。
谈分析不同焊接电流下Q235B钢焊接接头金相组织
谈分析不同焊接电流下Q235B钢焊接接头金相组织Summary：Q235B是一种韧性和制造型都良好的钢，还有一定的伸长率和较好的强度，经常被用于机械零件的制造，比如建材、桥梁工程上要求相对比较高的一些焊接结构件。
本次研究就以Q235B钢作为对象，分析不通过焊接电流下其焊接接头的金相组织，结合实际的试验做简单的分析，确定出哪一种焊接电流最合适。
Keys：焊接电流，Q235B钢，焊接接头，金相组织引言：Q235B钢的运用非常的广泛，在工业上可以说是必不可少的结构件，包括了建筑方面、车辆、船舶、压力容器等等。
在实际的构件加工中，焊接接头的组织直接影响焊接接头的性能，这里产生的影响与焊接的电流有着一定的关系。
因此为了进一步保证焊接接头的无损性，都会从焊接电流上试验分析。
选取最合适的电流，确保焊接接头的金相组织，提高安全性能。
1.Q235B钢焊接接头金相组织分析在对材料的焊接过程中，鉴定和分析接头性能的重要一个手段就是金相组织分析。
在实际的焊接成型中，焊接接头的各个区域都会经手不同的热循环过程，因为所获得的组织也就存在不同，最终导致机械性能也有所不同。
在当前的一些科研和实际生产中，都会通过分析金相组织，判断焊接接头性能[1]。
焊接金属的结晶形态以及热影响区的组织变化与焊接热循环有关，也与被焊接的材料有着一定的关系，就比如本次研究的Q235B钢焊接，除了与热循环有关，与Q235B刚自身的材料也有着密切的关系。
而Q235B钢，钢的屈服点是235Mpa的碳元素结构钢，其钢材的含碳量不大于0.20%，做常温冲击实验，他的性能远远优于Q235A。
Q235B的元素含量情况：碳不大于020%，硅不大于0.35%，锰不大于1.4%，硫、磷不大于0.045%，还有铬、铜、镍的允许残余含量不能大于0.30%[2]。
2.不同焊接电流下Q235B钢焊接接头金相组织分析2.1 实验简介分析不同焊接电流下Q235B焊接接头金相组织情况，是需要通过实验的完成。
焊接冶金实验报告45#钢与Q235焊接焊接接头组织性能分析金相硬1度
45#钢与Q235焊接焊接接头组织性能分析XXXX（XXXXX）（swjtu材料学院成型一班）摘要：焊缝组织性能和母材有所区别，选择45#钢与Q235焊接接头作为研究对象，进行手工焊后取样，通过研究硬度分布情况和焊缝、热影响区以及母材的金相组织的变化，分析所需要的结果。
关键词：硬度分布45#钢与Q235接头组织性能焊缝及热影响区的显微组织是评价焊接接头质量的重要指标之一。
焊接金相检验的目的，一方面是为了检验焊接接头的质量是否符合有关标准的规定；另一方面是通过对一些焊接接头的进行分析鉴别金相组织各区域的缺陷的分布、性质，从而判定缺陷产生的原因，45#钢与Q235焊接在定位构件等制造中有重要的应用。
一、实验材料和方法：1.1实验材料：焊接使用的材料为45#钢与Q235钢焊接接头试样1.2.1金相组织观察取焊接接头试样经240#、600#、800#、1000#、1200#、1500#水磨砂纸打磨后抛光，抛光至无划痕，用4%硝酸酒精试剂腐蚀，用光学显微镜对制备好金相试样进行组织观察与分析。
1.2.2显微硬度测试试样截取方位，数量及方法按《GB/T2649—81焊接接头机械性能试验取样方法》规定。
截取的样坯应包括焊接接头的所有区域。
试样表面必须与支撑面相互平行，表面粗糙度应符合相应硬度测试法《GB/T4340.1—2009金属材料维氏硬度试验》的规定。
本次试验采用的是HVA-10A型小负荷维氏硬度计和HVS-30型数显维氏硬度计。
本实验中硬度试样为45#钢与Q235焊接焊接接头，硬度点沿垂直于焊缝方向分布，硬度取样点可垂直于焊缝，每个0.5mm测1点，离焊缝较远后可距离大些（母材），2mm 测1点。
2试验结果2.1 金相试验结果45#与Q235焊接接头的金相组织见图1所示。
(a) (b) (c)(a)45#母材组织（b）45#热影响区组织（c）焊缝组织(d)Q235母材组织图1（a）中为为45#母材的金相组织，为大块区珠光体与块状多面体晶粒铁素体混合分布。
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。
6061铝合金焊接接头金相
6061铝合金焊接接头金相
焊接6061铝合金接头的金相照片显示，焊缝区域的金相结构与基材（6061铝合金）的金
相结构有所不同。
在焊缝区域，通常可以看到有一条或多条暗色的线状或网状晶粒，这是由于焊接过程中的热输入引起的晶粒生长和再结晶效应。
同时，焊缝区域可能存在一些气孔、夹杂物或其他缺陷。
在焊缝热影响区（HAZ）周围的区域，金相结构通常与基材相似，但可能存在一些细微的差异。
这些差异可能是由于焊接过程中的热输入和冷却速率引起的。
总的来说，焊接6061铝合金接头的金相照片可以用来评估焊接质量和接头的力学性能，并确
定是否存在焊接缺陷。
不同材料焊接接头的金相分析ppt课件
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为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
三、实验原理
3.3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。
三、实验原理
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。
均匀长大
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树枝状长大
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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。
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。
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Q345钢焊接接头组织性能分析
摘要：对Q345钢焊接性分析并制定Q345钢板（板厚δ=10mm）的对接埋弧焊工艺，依照工艺进行埋弧焊；对Q345埋弧焊接头典型部位截取试样，进行金相显微试样的制备；观察显微组织，测量显微维氏硬度，作显微组织和力学性能分析。
1实验原理：1.1 Q345（16Mn）焊接性分析及焊接方法的选择Q345应用最广用量最大的低合金高强度结构钢，综合性能好，低温冲击韧性，冷冲压性及切削性能均好，屈服强度≥345MPa，抗拉强度≥490Mpa，适用于多种焊接方法，本次实验选择焊接性能良好的埋弧焊。
1.2埋弧焊焊接工艺1.2.1埋弧焊简介埋弧自动焊是指电弧在颗粒状焊剂层下燃烧的一种自动焊方法，是目前广泛使用的一种高效的机械化焊接方法。
广泛用于锅炉、压力容器、石油化工、船舶、桥梁、冶金及机械制造工业中。
1.2.2埋弧焊焊接原理埋弧焊的焊接过程：先送丝，经导电嘴与焊件轻微接触，焊剂堆敷在待焊处，引弧。
随着电弧向前移动，熔池液态金属冷却凝固形成焊缝，液态熔渣冷却而形成渣壳。
焊接时，焊机的启动、引弧、送丝、机头(或焊件)移动等过程全由焊机机械化控制。
1.2.3焊前准备1.坡口的选择与加工由于埋弧焊的使用的电流比较大，熔透深度比较大，因此当焊件厚度小于14mm时可以不开坡口，这样仍能保证焊透和良好的焊缝成形；因为此次实验所选钢板为10mm厚，故不开坡口。
2.焊件的清理焊接前，必须将坡口及焊接部位表面的锈蚀、油污、水分、氧化皮等清楚干净。
方法有手工清除、机械清除等。
3.焊丝的清理和焊剂的烘干焊接前，必须将焊丝表面的油污、铁锈等污物清除干净。
为防止氢侵入焊缝，对焊剂必须严格烘干，而且要求烘干后立即使用。
不同类型的焊剂要求烘干温度不同，这次实验所用焊剂为HJ431，查焊接材料手册知要求250℃、2h烘干。
4.焊件的装配焊件装配时，必须保证间隙均匀，高低平整。
定位焊的位置应在第一道焊缝的背面，长度一般应大于30mm。
此次定位焊选用CO2气体保护焊。
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二、实验装置及实验材料
Q235和X80焊接接头试样 粗细金相砂纸 平板玻璃 抛光机 吹风机 4%硝酸酒精溶液、酒精 脱脂棉 10倍放大镜 金相显微镜 金相图谱 各1块 1套 1块 1台 1个 若干 若干 一支 1台 1套
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三、实验原理
3.3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。
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。
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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。
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三、实验原理
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低碳钢焊接接头宏观照片
三、实验原理
焊缝 熔合区 粗晶区
魏氏组织 正火区
部分相交区
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低碳钢焊接接头组织
三、实验原理
焊缝
熔合区
粗晶区
正火区
母材
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管线钢焊接接头组织
三、实验原理
3.4焊接接头的金相分析方法
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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?
Company三、实验原理
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均匀形核
三、实验原理
2）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。
非均匀形核示意图
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三、实验原理
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
3.1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。
熔化焊焊接接头实物
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三、实验原理
3.2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。
不同材料焊接接头组织的 金相观察与分析
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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。
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 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。
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三、实验原理
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三、实验原理
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：
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（AC31100℃，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（AC1AC3，部分相变区）
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三、实验原理
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。
均匀长大
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树枝状长大
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。
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四、实验内容及步骤
4.2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。
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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。
三、实验原理
金 属 的 树 枝 晶 金 属 的 树 枝 晶
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金 属 的 树 枝 晶
冰 的 树 枝 晶
三、实验原理
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。
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