金相檢驗9焊接件的金相檢驗

主要內(nèi)容一、焊接熱循環(huán)二、焊接接頭的組織三、焊接接頭的宏觀組織觀察四、焊接接頭的顯微組織觀察五、焊接接頭的缺陷六、焊接接頭顯微組織與性能的關(guān)系第一頁，共三十七頁。一、焊接熱循環(huán)1、焊接熱循環(huán)的特點：①加熱溫度高:

熱處理：Ac3以上100～200℃

近縫區(qū)1350℃以上至Tm

②加熱速度快:

幾秒內(nèi)完成熔化與凝固以及熱影響區(qū)相變

③高溫停留時間短:SMAW:20秒,SAW:30-100秒。第二頁，共三十七頁。④自然冷卻，冷卻速度快:熱處理可根據(jù)要求控制冷卻速度或在冷卻過程中不同階段進行保溫,焊接時,局部加熱、熔池的體積小、自然條件下冷卻,冷卻速度快，平均冷卻速度約為l0～100℃／s。⑤動態(tài)結(jié)晶：熔池一般均隨熱源的移動而移動，同時焊條的擺動，電弧的吹力，還會使熔池發(fā)生強烈的攪拌作用?？梢?，是在運動狀態(tài)下結(jié)晶的，因此焊縫凝固時各處的最大溫度梯度的方向不斷地變化，晶體長大的方向也隨之而改變。第三頁，共三十七頁。2、焊接過程特點①加熱溫度高②冷卻速度快③高溫停留時間無法控制故：熔池凝固結(jié)晶過程遠離平衡態(tài)；焊接接頭組織為非平衡組織。第四頁，共三十七頁。二、焊接接頭的組織A：焊縫區(qū)B:熔合區(qū)C:熱影響區(qū)D：母材第五頁，共三十七頁。1、焊縫區(qū)結(jié)晶形態(tài)：聯(lián)生結(jié)晶結(jié)晶過程：熔合區(qū)半熔化晶粒提供了現(xiàn)成的結(jié)晶表面；液相依附熔合區(qū)半熔化晶粒開始垂直底部向中心生長，粗大的柱狀晶。第六頁，共三十七頁。a.焊縫組織具有聯(lián)生結(jié)晶和長大的特點，常見的焊縫組織有柱狀晶、樹枝狀晶、等軸晶等，同樣成份的焊縫，由于結(jié)晶組織形態(tài)不同，性能差別很大。b.多層焊時，由于后面的焊層對前面的焊層進行了再加熱而發(fā)生相變結(jié)晶，導(dǎo)致焊縫區(qū)各部位組織形態(tài)的差異。c.焊接過程是連續(xù)快速冷卻的過程，超過一定的冷卻速度后，會得到非平衡組織貝氏體和馬氏體。第七頁，共三十七頁。2、熔合區(qū)焊縫與熱影響區(qū)的過渡區(qū)，位于熔合線兩側(cè)。溫度處于固相線和液相線之間；金屬處于局部熔化狀態(tài)，晶粒十分粗大，化學(xué)成份和組織極不均勻,粗大的過熱組織和粗大的淬硬組織.是焊接接頭中性能最差的區(qū)域。此區(qū)域很窄，顯微鏡下難區(qū)分。但危害大，常是裂縫、局部脆性破壞的發(fā)源地。第八頁，共三十七頁。3、熱影響區(qū)HAZ屬于母材金屬的一部分；受焊接熱循環(huán)的影響，組織或性能發(fā)生變化的區(qū)域為焊接熱影響區(qū)。第九頁，共三十七頁。a.熔化區(qū)/半熔化區(qū)：此區(qū)較窄，鄰接熔合線，由于嚴重過熱，晶粒大，化學(xué)成分不均勻嚴重，導(dǎo)致性能惡化，是焊接接頭中最薄弱的區(qū)域。b.過熱區(qū)：此區(qū)域明顯特點是晶粒最粗大，其組織形貌與部分熔化區(qū)基本相同，是再熱裂紋的敏感區(qū)。c.正火/重結(jié)晶區(qū)：此區(qū)域晶粒細小而均勻，是焊接接頭中組織和常溫機械性能最好的區(qū)域。相當(dāng)于正火。d.相變區(qū)/不完全重結(jié)晶區(qū)：此區(qū)位于A1～A3溫度區(qū)間，具有部分鐵素體溶解到奧氏體中去的特點，冷卻時奧氏體發(fā)生分解，而原來未轉(zhuǎn)變的鐵素體仍保留下來，對某些低合金鋼，由于這部分奧氏體中碳和合金元素含量較高，快速冷卻后可能轉(zhuǎn)變?yōu)楦咛捡R氏體，得到馬氏體和鐵素體的混合組織，這種組織性能較差。第十頁，共三十七頁。4、基體組織分析（母材）a.鑒別材料中非金屬夾雜物，顯微裂紋的類型，觀察其形態(tài)和分布，測量其數(shù)量和大小。b.鑒別被檢件顯微組織的組成，各種組織的形貌、分布和數(shù)量，對晶粒度、帶狀組織、非金屬夾雜物、魏氏組織等。c.對異種鋼焊接接頭，焊縫兩側(cè)的母材及熱影響區(qū)均須檢驗。第十一頁，共三十七頁。三、焊接接頭的宏觀檢驗1、焊接接頭外觀檢驗

焊接產(chǎn)品和焊接接頭的外觀質(zhì)量檢查通過肉眼或放大鏡對焊接接頭進行的檢查。外觀檢查的內(nèi)容很多，主要應(yīng)檢查各種焊接缺陷。按照GB/

T6417-1986《金屬熔化焊焊縫缺陷分類及說明》標準進行。標準列出的金屬熔化焊焊縫缺陷分為六大類：裂紋、孔穴、固體夾雜、未熔合和未焊透、形狀缺陷及上述以外其他缺陷等。第十二頁，共三十七頁。形狀缺陷是指焊縫的表面形狀與原設(shè)計的幾何形狀有偏差。包括：咬邊、縮溝、焊縫超高、凸度過大、下塌、焊縫型面不良、焊瘤、錯邊、角度偏差、下垂、燒穿、未焊滿、焊腳不對稱、焊縫寬度不齊、表面不規(guī)則、根部收縮、根部氣孔、焊縫接頭不良等共18種。其他缺陷包括：電弧擦傷、飛濺、鎢飛濺、表面撕裂、磨痕、鑿痕、打磨過量、定位焊缺陷及層間錯位等9種。第十三頁，共三十七頁。缺陷分析還包括：對焊接接頭的小試樣，進行試樣斷口形貌、沖擊、拉伸后試樣外觀形態(tài)，焊道的表面狀態(tài)等缺陷進行分析。對大型焊接結(jié)構(gòu)，在運行一段時間后進行焊縫的受腐蝕和裂縫的檢查等?？傊?，通過焊接接頭的外觀質(zhì)量檢查，可以了解焊接結(jié)構(gòu)和焊接產(chǎn)品的全貌，產(chǎn)生缺陷的性質(zhì)、部位，及其與焊接結(jié)構(gòu)的整體關(guān)系等情況，對評定和控制焊接質(zhì)量，以及防止重大事故發(fā)生都是必需的。第十四頁，共三十七頁。2、低倍檢驗

接頭低倍檢驗要對接頭經(jīng)過解剖取樣、制樣（包括低倍組織顯示）后才能進行。1)取樣：與焊道垂直，焊接接頭橫斷面。2)侵蝕劑：硝酸水溶液，硝酸酒精，鹽酸水溶液，電解，染色等。3)檢驗內(nèi)容:焊縫柱狀晶組織及結(jié)構(gòu)，焊接熔合線，焊道橫截面的形狀及焊道邊緣結(jié)合、成形等情況；熱影響區(qū)的寬度；多層焊的焊道層次及焊接缺陷。第十五頁，共三十七頁。可見焊接接頭分為三部分：焊縫中心為焊縫金屬，靠近焊縫的是熱影響區(qū)，接頭兩邊是未受焊接熱影響的母材。第十六頁，共三十七頁。①焊縫金屬焊縫金屬又稱熔化焊縫，是由熔化金屬凝固結(jié)晶而成。焊縫金屬的組織：鑄態(tài)柱狀晶，晶粒相當(dāng)長，平行于傳熱方向（垂直于熔池壁方向），在熔化金屬（熔池）中部呈八字形分布的柱狀樹枝晶。第十七頁，共三十七頁。②母材熱影響區(qū)是母材上靠近熔化金屬而受到焊接熱作用發(fā)生組織和性能變化的區(qū)域。母材熱影響區(qū)實際上是一個從液相線至環(huán)境溫度之間不同溫度冷卻轉(zhuǎn)變所產(chǎn)生的連續(xù)多層的組織區(qū)。經(jīng)適當(dāng)侵蝕后容易受蝕，在宏觀試樣上呈深灰色區(qū)域。

③母材金屬

即待焊接的材料，仍保持著母材原有組織。第十八頁，共三十七頁。第十九頁，共三十七頁。焊接接頭低倍組織檢驗的內(nèi)容焊縫柱狀晶的粗晶組織及結(jié)構(gòu)形態(tài)；焊接熔合線；焊道橫截面的形狀及焊縫邊緣結(jié)合、成形等情況；熱影響區(qū)的寬度；多層焊的焊道層次及焊接缺陷，如焊接裂縫、氣孔、夾雜；接頭的斷口分析與其他檢驗方法（如金相、掃描電鏡等微觀分析法）綜合分析找出接頭破斷的原因。第二十頁，共三十七頁。第二十一頁，共三十七頁。四、焊接接頭的顯微組織觀察焊縫金屬

一次組織：鑄態(tài)組織，熔化狀態(tài)后經(jīng)形核和長大完成結(jié)晶的高溫組織形態(tài)。

二次組織：固態(tài)相變組織，室溫下的顯微組織。熔合線熱影響區(qū)：熔合區(qū)，粗晶區(qū)（過熱區(qū)），細晶區(qū)（相變重結(jié)晶區(qū)），部分相變區(qū)母材區(qū)第二十二頁，共三十七頁。（一）焊縫的組織特征1．連接長大焊縫金屬的晶粒和熔合線附近母材熱影響區(qū)內(nèi)的晶粒是相連接的。即焊縫金屬凝固時，它的晶體是從與液態(tài)金屬相接觸的母材熱影響區(qū)的晶粒連接長大出來的。它們之間所以這樣緊密相連是由于熔合線附近未熔化的母材金屬起著熔池模壁的作用，起非自發(fā)晶核的作用。因此焊縫金屬的晶?？偸呛腿酆暇€附近的母材晶粘連接并保持同一晶軸。如果熱影響區(qū)的晶粒粗大，則焊縫中的柱狀晶也粗大。第二十三頁，共三十七頁。2．形成柱狀晶焊縫組織的第二個特征是焊縫金屬大都長成長長的柱狀晶，成長方向與散熱最快的方向一致，垂直于熔合線，向焊縫中心發(fā)展。在一般焊接條件下，焊縫不出現(xiàn)等軸晶，只有在特殊條件下才形成等軸晶，例如弧坑中的組織，或大斷面焊縫中的中、上部形成少量等軸晶。第二十四頁，共三十七頁。3.熔池形狀對柱狀晶成長形態(tài)的影響焊接條件不同，晶體成長的形態(tài)也不同。圖9-8所示是焊接速度較低時的情況：熔池呈橢圓形，柱狀晶逐漸向焊接方向彎曲，在凝固未達到焊縫的中心線前，很多柱狀晶體已經(jīng)相遇。第二十五頁，共三十七頁。當(dāng)焊速較高時，熔池呈雨滴狀，其最大的溫度梯度方向（如箭頭所示）在凝固過程中幾乎不變，使柱狀晶體最后相遇在焊縫的中心線上。第二十六頁，共三十七頁。（二）熱影響區(qū)的組織特征組織發(fā)生顯著變化的熱影響區(qū)可劃分為四個區(qū)域。1、部分相變區(qū)（不完全重結(jié)晶區(qū)）加熱溫度范圍在Ac1-Ac3之間，20鋼的Ac1～Ac3相當(dāng)于750-900℃。冷卻后的組織為未發(fā)生轉(zhuǎn)變的鐵素體+經(jīng)部分相變后的細小珠光體和鐵素體。第二十七頁，共三十七頁。2、相變重結(jié)晶區(qū)（細晶粒區(qū)）。加熱溫度范圍Ac3-TKs，TKs—晶粒開始急劇粗化的溫度。該區(qū)空冷后得到均勻細小的鐵素體+珠光體。相當(dāng)于熱處理中的正火組織，故又稱為正火區(qū)。第二十八頁，共三十七頁。3、過熱區(qū)（粗晶粒區(qū)）。加熱溫度范周TKS-Tm，Tm熔點。加熱至1000℃以上直至熔點，奧氏體晶粒劇烈長大，尤其在1300℃以上，晶粒十分粗大，晶粒度均在3級以上。由于晶粒粗大出現(xiàn)粗大的針狀鐵素體（魏氏組織）+索氏體。第二十九頁，共三十七頁。4、熔合區(qū)即熔合線附近焊縫金屬到基體金屬的過渡部分，溫度處于固相線和液相線之間。這個地方的金屬處于局部熔化狀態(tài)，晶粒十分粗大，化學(xué)成分和組織都極不均勻，冷卻后的組織為過熱組織。這段區(qū)域很窄，金相觀察實際上很難明顯區(qū)分出來。但該區(qū)對于焊接接頭的強度、塑性都有很大影響。熔合線附近是產(chǎn)生裂縫、局部脆性破壞的發(fā)源地。第三十頁，共三十七頁。五、焊接接頭的缺陷焊接接頭常見的缺陷有裂紋、孔穴、夾渣、末焊透、未熔合等。（一）、裂紋焊接裂紋是在焊接應(yīng)力及其他致脆因素共同作用下，焊接接頭中局部地區(qū)的金屬原子結(jié)合力遭到破壞而形成的新界面而產(chǎn)生的縫隙。裂紋在焊縫區(qū)最易產(chǎn)生，且危害最大。第三十一頁，共三十七頁。根據(jù)形成裂紋的溫度范圍和原因可分為：第三十二頁，共三十七頁。1、熱裂紋

熱裂紋一般指在0.5Tm以上溫度形成的裂紋，在鋼中通常指A3以上直至凝固溫度的范圍。根據(jù)熱裂紋成因，分為結(jié)晶裂紋、熔化裂紋和高溫低塑性裂紋。熱裂紋發(fā)生的部位，常見于焊縫中，有時也出現(xiàn)在熱影響區(qū)。2、冷裂紋因氫引起的或焊縫由于焊接冷卻速度過快而產(chǎn)生的應(yīng)力裂紋，均稱為冷裂紋。它通常是指焊接時在A3以下溫度冷卻過程中或冷卻以后所產(chǎn)生的裂紋。冷裂紋可分為氫致裂紋、層狀撕裂、再熱裂紋或去應(yīng)力裂紋。第三十三頁，共三十