焊接接头的金相组织
7.10激光焊接接头的金相检验.
课程名称：激光焊接工艺实践 承担单位：浙江工贸职业技术学院
9/14/2018
1.教学目标
• 了解激光焊接接头的常用检测方法和目的，掌握激光焊 接接头金相检验的工艺过程。
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2 激光焊接接头的金相检验
2.1 激光焊接接头金相检验的定内部缺陷。图1是 对抗拉强度为600MPa的相变诱发塑性钢激光焊接接头做的金相检验照片，通过这样的 试验，可以了解焊缝、热影响区和母材等不同部位的组织状态，并可以发现是否存在 内部缺陷。
图3给出的是采用电子扫描显微镜对激光焊接速度对焊接接头熔合区、热影响区微观组
织的影响分析，根据分析结果可以掌握激光焊接参数对焊接接头的微观组织、性能的影 响规律。
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图3 600MPaTRIP钢激光焊接接头的微观金相检验 （SEM）
微观金相检验还可以用更先进的设备，如电子显微镜、X射线衍射仪、电子 探针等分别对组织形态、析出相和夹杂物进行分析以及对断口、废品和事故、 化学成分等进行分析。 图4是采用电子扫描显微镜对激光焊缝内部的气孔特征进行分析，从而判 断气孔的类型和产生的原因，为减少气孔缺陷找到解决方法。
A
图4 600MPaTRIP钢激光焊缝内气孔的微观金相检验 （SEM）
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3. 小结
本次课介绍了激光焊接接头的金相检验方法和目的，以60
０ＭＰａＴＲＩＰ钢为例，说明了金相检验对了解焊接接头
金相组织状态和发现缺陷的重要意义。
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4. 作业思考题
（1）举例说明对激光焊接接头的金相检验的目的和重要意义？
100㎛
WM
HAZ
BM
图1 600MPaTRIP钢激光焊接接头的金相组织分析
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，了解显微镜和其他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析，从而得出错误的结论，因高：12~18mm2．粗磨倒角：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。
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，其中最常用的是机械抛光。
a概念：机械抛光是在抛光机上进行，将抛光织物（粗抛常用帆布，精抛常用毛呢）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。
5．浸蚀a意义：抛光后的试样在金相显微镜下观察，只能看到光亮的磨面，如果有划痕、水迹或扔料中的非金属夹杂物、石墨以及裂纹等也可以看出来，但是要分析金相组织还必须进行浸蚀。
浸蚀法：利用浸蚀剂对试样的化学溶解和电化学浸蚀作Array用将组织显露出来（如图）。
擦蚀法：用沾有浸蚀剂的棉花轻轻擦拭抛光面，观察表面颜色的变化。
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。
焊接材料金相组织与性能评价
焊接材料金相组织与性能评价焊接是一种常见的金属连接方法，通过熔化和凝固的过程将两个或多个金属部件连接在一起。
焊接材料的金相组织和性能评价对焊接质量和连接强度至关重要。
本文将探讨焊接材料金相组织的形成过程以及如何评价焊接材料的性能。
焊接材料的金相组织是指焊接接头中金属的晶粒结构和相的分布情况。
焊接过程中，金属材料经历了高温熔化、热循环和快速冷却等复杂的热力学和热力学变化，从而在焊缝区域形成了特殊的金相组织。
焊接材料金相组织的形成过程可以分为几个阶段。
首先是熔化阶段，焊接电弧或激光束的热作用下，焊接材料迅速升温并熔化。
在熔融状态下，金属原子发生扩散，并形成新的晶粒。
随着焊缝区域的冷却，熔融金属开始凝固，晶粒逐渐长大。
在焊接材料凝固的过程中，金相组织的形成受到多种因素的影响。
首先是焊接材料的成分。
不同金属合金的成分会影响晶粒的尺寸和相的分布。
其次是焊接过程中的热循环。
焊接过程中的快速升温和冷却会导致晶粒的细化和相的分布不均匀。
最后是焊接材料的冷却速率。
冷却速率越快，晶粒越细小，相的分布越均匀。
评价焊接材料的性能主要包括力学性能、耐腐蚀性能和热处理性能等方面。
力学性能是指焊接接头在受力下的变形和破坏行为。
常用的力学性能指标包括抗拉强度、屈服强度、延伸率和冲击韧性等。
耐腐蚀性能是指焊接接头在腐蚀介质中的抗腐蚀能力。
常用的耐腐蚀性能指标包括腐蚀速率和腐蚀深度等。
热处理性能是指焊接材料在热处理过程中的变形和组织变化能力。
常用的热处理性能指标包括回火硬化能力和时效硬化能力等。
评价焊接材料的性能需要进行一系列的实验和测试。
首先是金相显微镜观察，通过观察焊接接头的金相组织，可以了解晶粒尺寸、相的分布和缺陷情况。
其次是力学性能测试，通过拉伸试验、冲击试验和硬度测试等方法，可以评估焊接接头的强度和韧性。
再次是耐腐蚀性能测试，通过浸泡试验和电化学测试等方法，可以评估焊接接头在不同腐蚀介质中的耐蚀性。
最后是热处理性能测试，通过热处理试验，可以评估焊接材料的回火硬化和时效硬化能力。
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；焊接加热的另一个特点为热场分步极不均匀，紧靠焊缝的高温区内接近熔点，远离焊缝的低温区内接近室温，这一加热特点也造成焊件的温度分布不均匀，并随时间而不断变化，参见图1－2。
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-部分相变区的宽度，有时难以辩认。
该区城虽然很窄，但强度、塑性和韧性都下降；同时此处接头断面变化．将引起应力集中，很大程度上决定着焊接接头的性能。
2）过热区过热区是热影响区中最高加热温度在1100℃以上至固相线温度区间的区域．该区域在焊接时．由于加热温度高，奥氏体晶粒急剧长大，形成过热组织，所以也称为“粗晶区”。
焊接接头的金相组织实验注意事项
焊接接头的金相组织实验注意事项《焊接接头的金相组织实验注意事项》
嘿呀，说起焊接接头的金相组织实验，那可真是有不少要注意的地方呢！
有一次我做这个实验的时候啊，就差点出了岔子。
我呀，一到实验室就兴奋得不行，着急忙慌地就开始准备了。
结果呢，我连焊接接头都没好好处理，上面还有些脏东西呢，就直接拿去观察了。
等我在显微镜下一看，哎呀，那画面简直是乱七八糟的，啥都看不清。
这时候我才意识到，哎呀，我太粗心大意啦！
所以啊，做这个实验，首先就得把焊接接头清理得干干净净的，可不能像我那次一样马虎。
然后呢，在制备样本的时候，一定要小心翼翼的，别一不小心就把样本给弄坏了。
还有啊，在使用显微镜的时候，要慢慢调节焦距，别一下子就调得乱七八糟的。
另外呀，实验过程中要保持耐心，不能着急。
就像我那次，心太急了，结果啥都没做好。
要一步一步来，稳稳当当的。
还有就是要注意安全哦，那些化学试剂啥的可不能乱碰。
总之呢，做焊接接头的金相组织实验，一定要细心、耐心、注意安全。
可别像我那次一样犯傻啦！哈哈，希望大家都能顺利做好实验呀！。
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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
压力容器用碳素钢和低合金钢一般属于不易淬火钢，即在焊接条件下淬火倾向很小，其焊接影响区按其组织基本相同且性能相近，大致可以划分为：
（1） 过热区（overheated zone ）
又称粗晶区，这里加热温度高，金属处于过热状态，奥氏体晶粒严重长大，粗大的奥氏体在较快速度冷却下形成一种特殊的过热组织——魏氏组织（widmanstatten structure ）。
这种魏氏组织降低了金属材料的韧性，是不易淬火钢焊接接头变脆的主要原因之一。
魏氏组织的形成与过热程度即金属在高温停留时间有关，在焊条电弧焊、埋弧焊、电渣焊几种焊接方法中，焊条电弧焊时的高温停留时间最短，晶粒长大相对并不严重。
对于电渣焊则相反，焊接容易出现粗大的魏氏组织，为改善接头性能，消除严重的过热组织，常要求焊后做正火热处理。
（2） 重结晶区（annealed zone ）
又称细晶区（fine —grain zone ）或正火区，加热时铁素体和珠光体全部转变为奥氏体，由于加热速度快，高温停留时间短，奥氏体晶粒还未十分长大，接着冷却就得到了均匀细小的铁素体+珠光体，它相当于热处理时的正火组织。
由于该区组织细化。
故其塑性和韧性较好，甚至优于母材。
（3） 不完全重结晶区（incomplete annealed zone ）
又称不完全正火区或部分相变区。
该区加热到的峰值温度在1c A ~3c A 之间，低碳钢约为750℃～900℃。
其特点是只有部分金属经受了重结晶相变，其余部分为没有发生相变的原始铁素体晶粒。
因此，该区是一个粗晶粒和细晶粒的混合区。
在粗大原始铁素体晶粒之间分布着经重结晶后的细小铁素体+珠光体的群体。
由于该区晶粒大小不均匀，因而其力学性能也不均匀。
（4） 再结晶区（recrystallization zone ）
再结晶与重结晶不同，重结晶时金属内部晶体格架要发生变化，即指同素异构转变时金属由一种晶体格架转变为另一种晶体格架；而再结晶时只有晶粒外形的变化，并没有内部晶体结构的变化。
对于冷轧钢板，由于冷作变形，其破碎的或纤维状的晶粒通过焊接加热到相变点1c A 以下的温度发生再结晶过程，再次变成完整的等轴晶粒，由于没有发生相变过程，故在金相组织上有时看不到明显的变化。
再结晶区的强度和硬度都低于冷作变形状态的母材，但塑性和冲击韧性都得到改善。
对于母材未经受冷作塑性变形的热轧钢板或是退火状态下的钢板，则在热影响区内就不会出现这种再结晶现象，因此有明显组织变化的热影响区只有三部分：过热区、重结晶区、不完全重结晶区。