焊接工藝實驗課件

焊接工藝學實驗授課教師：余進Tel:84315776(O)

辦公室：材料系338棟301室一、焊接工藝學實驗的作用和地位二、如何上好焊接工藝學實驗課？三、焊接工藝學實驗課的安排四、焊接工藝學實驗課的要求實驗緒論及準備知識二、如何上好焊接工藝學實驗課？1、每次實驗課前要求預習（完成預習報告）2、實驗中認真操作和記錄實驗數據，并進行適當數據處理（經過初步處理的實驗的原始數據必須有教師簽名）3、實驗完成后要求完成實驗報告4、按時交實驗報告焊接工藝學實驗課的要求1、按時到實驗室2、上課時應注意秩序，不許大聲喧嘩。3、應注意用電安全，化學藥品廢棄物應放入專用瓶。實驗后注意衛(wèi)生保持及用品的整潔。主要參考書1、中國機械工程學會焊接學會編著.焊接金相圖譜.機械工業(yè)出版社.1987.

實驗一

30CrMnSiA鋼焊接接頭的金相組織觀察分析

一、實驗目的(一)了解30CrMnSiA鋼焊接熱形響區(qū)的組織變化規(guī)律。(二)熟悉焊接熱影響區(qū)組織變化與硬度的關系。三、實驗裝置及實驗材科1．粗、細金相砂紙2．玻璃平板、機械拋光機、拋光粉3．無水乙醇、4％硝酸酒精溶液、吹風機、脫脂棉4．金相顯微鏡

(一)30CrMnSiA鋼焊接熱影響區(qū)組織變化特點

30CrMnSiA鋼屬于中碳調質鋼，是淬火傾向較大的鋼種。一般情況下，易淬火鋼焊接接頭熱影響區(qū)的組織分布與毋材焊接前的熱處理狀態(tài)有關。如果母材焊接前是正火或退火狀態(tài)，則焊后熱影響區(qū)的組織僅為以下兩個區(qū)域：完全淬火區(qū)——加熱溫度超過Ac3以上，焊后冷卻時出現馬氏體、貝氏體、珠光體組織；不完全淬火區(qū)——加熱溫度為Ac1—Ac3，焊后冷卻時出現馬氏體、貝氏體、鐵素體組織。如果母材在焊接前處于調質狀態(tài)，則焊接熱影響區(qū)除存在上述兩個區(qū)域以外，還可能有發(fā)生不同程度回火處理的區(qū)域，稱為回火區(qū)?；鼗饏^(qū)為加熱溫度低于Ac1且冷卻較慢的區(qū)域，它的組織、性能發(fā)生變化的程度，取決于焊前調質狀態(tài)的回火溫度。

根據30CrMnSiA鋼的CCT曲線可以預料．焊接熱影響區(qū)的組織將是幾種組織的混晶組織。如果焊接方法不同，則焊接后熱影響區(qū)的組織也會不同。例如，采用電弧焊時，由于它的熱源溫度較高，能量較集中，因而出氣焊的熱循環(huán)曲線更陡。相應的冷卻速度較快。因此，氣焊焊接頭的熱影響區(qū)寬度遠遠大于電弧焊的熱影響區(qū)寬度，其中尤以粗晶區(qū)差別最大。氣焊接頭的粗晶區(qū)為粗大的貝氏體；且主要為上貝氏體組織；電焊接頭的粗晶區(qū)中則針狀下貝氏體所占比例較大，同時亦有上貝氏體及馬氏體。30CrMnSiA鋼雖為中碳調質鋼，但它又是珠光體類鋼，因而焊接接頭中加熱稍超過Ac3轉變溫度的區(qū)域，當冷卻速度較慢對，并不產生馬氏體轉變，而為組織細小且均勻的珠光體類組織。該區(qū)域與不易淬火鋼中的不完全重結晶區(qū)相當，其組織為經過相變后組織細化的珠光體和鐵素體，以及未發(fā)生相變，組織粗大的鐵素體。(二)焊接熱影響區(qū)域組織與硬度的關系

焊接熱影響區(qū)的組織變化會引起其性能的一系列變化。例如：母材焊前為退火狀態(tài)或正火狀態(tài)時，熱影響區(qū)中的淬火組織使這部分金屬的強度增高、塑性降低；當母材焊前為調質狀態(tài)時，焊接熱影響區(qū)除了會產生淬火組織時，還有因焊接過程中被重新加熱超過焊前回火溫度的軟化區(qū)域。雖然焊接熱影響區(qū)尺寸不寬，一般僅為幾毫米寬，并且焊接熱影響區(qū)各個區(qū)域的尺寸更窄。但熱影響區(qū)各部分卻因具有不同組織，從而具有不同的性能，導致焊接接頭工作性能的降低。若用常規(guī)的方法，定量地測定熱影響區(qū)各部分的種種性能，顯然是不可能的。但焊接熱模擬技術的發(fā)展，卻為研究焊接熱影響區(qū)各個微小區(qū)域的性能開辟了道路。一般的條件下，還可以利用硬度與強度的相應關系，用熱影響區(qū)硬度的變化表示性能的變化。硬度的測定簡單易行，所需設備通用性強，是金屬材料焊接性的常用試驗方法之一。硬度測定法除了用于一般鑒定焊接熱影響區(qū)組織變化與性能的關系外，國際焊接學會還推薦，用熱影響區(qū)最高硬度試驗作為測定金屬材料淬硬傾向的判據。

圖2為合金鋼焊接接頭硬度分布的曲線，圖中曲線C，表示母材焊前為退火狀態(tài)的硬度曲線，曲線A、B表示母材焊前為淬火加低溫回火及高溫回火的硬度曲線。由于焊前熱處理狀態(tài)不同，焊接熱影響區(qū)中軟化區(qū)的溫度范圍，以及軟化程度會有很大差別。回火溫度越低，軟化區(qū)的溫度范圍越大，它相對于母材的軟化程度也越大。反之，焊接前回火溫度越高，軟化的溫度區(qū)間越小，軟化程度也越小。

采用不同的焊接方法，所得的焊接熱影響區(qū)寬度及組織均有差異，因而硬度分布曲線也不同。焊接接頭中粗晶區(qū)的硬度值略高于氣焊接頭相應部位的硬度。五、實驗方法及步驟

(一)試樣的制作(二)觀察及測定各區(qū)域寬度(二)觀察及測定各區(qū)域寬度在顯微鏡下仔細觀察已制各好的金相試樣。首先辯認焊縫區(qū)、熱影響區(qū)以及母材，然后分析及判別焊縫區(qū)，熱影響區(qū)各部分和母材的各種組織：如鐵素體、珠光體、索氏體、貝氏體、馬氏體等，掌握它們的金相特征，分析不同區(qū)域中組織差異的原因。從焊縫中心向一側移動試樣，記錄焊接熱影響區(qū)各區(qū)域的寬度。六、實驗報告要求

1．觀察焊接接頭的顯微組織，并將各區(qū)域寬度及組織填入表中。2．分析30CrMnSiA鋼(退火狀態(tài))焊接接頭各區(qū)域的組織及硬度分布思考題

(一)30CrMnSiA鋼的焊接熱影響淬火區(qū)，為什么不是純馬氏體組織?(二)焊縫的硬度值為什么低于淬火區(qū)的硬度值?(三)同一種易淬火鋼，若焊前分別為調質狀態(tài)和退火狀態(tài)，焊接條件相同，試問焊后它們的熱影響區(qū)組織有何異同?

實驗二不銹鋼焊接接頭的顯微組織觀察與分析二、實驗內容1．掌握18-8鋼的焊接特點。2．18-8鋼焊接接頭的顯微組織觀察與分析。三、實驗裝置及實驗材科1．1Crl8Ni9Ti(或1Crl8Ni9)鋼、吹風機、各號金相砂紙2．玻璃平板、機械拋光機、拋光粉3．無水乙醇、丙酮、王水、10％草酸水溶液、脫脂棉4．金相顯微鏡四、實驗原理晶間腐蝕是沿晶粒邊界發(fā)生的腐蝕現象?，F以18—8型奧氏體不銹鋼中最適用的含穩(wěn)定元素的1Crl8Ni9Ti鋼為例，來討論晶間腐蝕的問題。1Crl8Ni9Ti鋼含＜0.12C和0.8％Ti，碳在室溫奧氏體中的最大溶解度為0.03％，多余的碳則通過固溶處理與鈦結合形成穩(wěn)定的碳化鈦。由于鈦對碳的固定作用，避免了在晶界形成碳化鉻，從而防止了晶間腐蝕的產生。故1Crl8Ni9Ti鋼具有抗晶間腐蝕產生的能力。然而在焊接接頭中情況有所不何，奧氏體不銹鋼的焊接接頭，通?？煞譃橐韵聨讉€區(qū)域。

當上述過熱區(qū)再次受到600一800℃中溫敏化加熱或長期工作于上述溫度范圍時，碳原子優(yōu)先以很快的速度向晶界擴散。此時，鉻原子的擴散速度雖比碳原子慢，但比鈦原子快，且濃度也遠比鈦高，因而易于在晶界附近形成鉻的碳化物(FeCr)23C6。溫度越高，TiC分解后合金元素碳和鉻的固溶量越多，碳化物析出量越大。上述碳化物的鉻、碳舍量很高，但晶粒內部鉻的擴散速度比碳的擴散速度慢。所以在形成鉻的碳化物時，富集在晶界的碳，與晶粒表層一個薄層嚴重缺鉻，鉻的濃度低于臨界值12％Cr。此時，奧氏體晶粒內和晶界碳化物由于含鉻量高而帶正電位，而貧鉻層由于含鉻量低于12％而帶負電位。如果為這種具備電化學腐蝕條件的焊接接頭放入腐蝕介質中，帶負電位的貧鉻層就會成為被消耗的陽極而遭受腐蝕。

這樣，由于“高溫過熱”和“中溫敏化”這兩個依次進行的熱作用過程，造成了含穩(wěn)定化元素的18—8鋼特殊的晶間腐蝕，這種腐蝕只發(fā)生在緊靠焊縫的過熱區(qū)3—5個晶粒范圍，在工件表面上較寬，向接頭內部逐漸變窄，呈刀形，故又稱“刀蝕”。由此可見，“高溫過熱”和“中溫敏化”是產生刀獨的必要條件。對于焊接接頭，“高溫過熱”這一條件是由焊接熱作用過程自然形成的。因此只需要進行一次“中溫敏化”處理，就可根據GB1223—75標準進行晶間腐蝕試驗。這樣，由于“高溫過熱”和“中溫敏化”這兩個依次進行的熱作用過程，造成了含穩(wěn)定化元素的18—8鋼特殊的晶間腐蝕，這種腐蝕只發(fā)生在緊靠焊縫的過熱區(qū)3—5個晶粒范圍，在工件表面上較寬，向接頭內部逐漸變窄，呈刀形，故又稱“刀蝕”。由此可見，“高溫過熱”和“中溫敏化”是產生刀獨的必要條件。對于焊接接頭，“高溫過熱”這一條件是由焊接熱作用過程自然形成的。因此只需要進行一次“中溫敏化”處理，就可根據GB1223—75標準進行晶間腐蝕試驗。五、實驗方法及步驟

(1)試焊并試樣取樣。(2)“中溫敏化”處理，加熱至650-700℃，保溫1-2小時。(3)用砂輪或銼刀將試樣表面加工，去掉棱角。(4)按金相試樣要求，用各號砂紙將試樣檢驗表面磨平磨光，并用水沖洗干凈。(5)拋光試樣表面，用水沖凈，再用棉花酒精、丙酮擦凈檢驗表面，吹干。(6)試祥檢驗表面浸入10％草酸溶液（或王水）。(7)取出試樣用水沖洗凈，用酒精或丙酮擦凈表面，吹干。(8)用金相顯微鏡觀察試樣浸蝕表面，放大倍數為100—500倍。

六、實驗報告要求