焊接接頭組織金相分析

實驗一焊接接頭組織金相分析一、實驗?zāi)康?、觀察與分析焊縫的各種典型結(jié)晶形態(tài)。2、掌握低碳鋼焊接接頭各區(qū)域的組織變化。二、實驗裝置及實驗材料1、金相砂紙，從180目一1200目一套2、平板玻璃一塊3、低碳鋼焊接接頭試片4、金相顯微鏡一臺5、拋光機一臺6、電吹風(fēng)機一個7、4％硝酸酒精溶液，無水乙醇、脫脂棉若干三、實驗原理焊接過程中，焊接接頭各部分經(jīng)歷了不同熱循環(huán)，因而所得組織各異。組織的不同，導(dǎo)致機械性能的變化。對焊接接頭進行金相分析，是對接頭機械性能鑒定的不可缺少的環(huán)節(jié)。焊接接頭由焊縫金屬和焊接熱影響區(qū)金屬組成，焊縫金屬的結(jié)晶形態(tài)與焊接熱影響區(qū)的組織變化，不僅與焊接熱循環(huán)有關(guān)，也和所用的焊接材料和被焊材料有密切關(guān)系。圖1焊縫金屬的交互結(jié)晶示意圖圖2Co、R和G對結(jié)晶形態(tài)的影響（一）焊縫凝固時的結(jié)晶形態(tài)1、焊縫的交互結(jié)晶熔化焊是通過加熱使被焊金屬的聯(lián)接處達到熔化狀態(tài)，焊縫金屬凝固后實現(xiàn)金屬的焊接。聯(lián)接處的母材和焊縫金屬具有交互結(jié)晶的特征，圖1為母材和焊縫金屬交互結(jié)晶的示意圖。由圖可見，焊縫金屬與聯(lián)接處母材具有共同的晶粒，即熔池金屬的結(jié)晶是從熔合區(qū)母材的半熔化晶粒上開始向焊縫中心成長的。這種結(jié)晶形式稱為交互結(jié)晶或聯(lián)生結(jié)晶。當(dāng)晶體最易長大方向與散熱最快方向一致時，晶體便優(yōu)先得到成長，有的晶體由于取向不利于成長，晶粒的成長會被遏止。這就是所謂選擇長大，并形成焊縫中的柱狀晶。2、焊縫的結(jié)晶形態(tài)根據(jù)濃度過冷的結(jié)晶理論，合金的結(jié)晶形態(tài)與溶質(zhì)的濃度Co、結(jié)晶速度（或晶粒長大速度）R和溫度梯度G有關(guān)。圖2為Co、R和G對結(jié)晶形態(tài)的影響。由圖可見，當(dāng)結(jié)晶速度R和溫度梯度G不變時，隨著金屬中溶質(zhì)濃度的提高，濃度過冷增加，從而使金屬的結(jié)晶形態(tài)由平面晶變?yōu)榘麪罹В麪顦渲?，樹枝狀晶及等軸晶。當(dāng)合金成分一定時，結(jié)晶速度越快，濃度過冷越大，結(jié)晶形態(tài)由平面晶發(fā)展到胞狀晶、樹枝狀晶，最后為等軸晶。當(dāng)合金成分C。和結(jié)晶速度R一定時，隨著溫度梯度G的升高，濃度過冷將減小，因而結(jié)晶形態(tài)會由等軸晶變?yōu)闃浼季В敝疗矫婢?。隨著晶粒的成長，熔池中晶粒界面前的濃度過冷和溫度梯度也隨著發(fā)生變化。因而，熔池全部凝固以后，各處將會出現(xiàn)不同的結(jié)晶形態(tài)。在焊接熔池的熔化邊界上，溫度梯度G較大，結(jié)晶速度R很小，因此此處的濃度過冷最小，隨著焊接熔池的結(jié)晶，溫度涕度G由熔比邊界處直到焊縫中心逐漸變小，熔池的結(jié)晶速度卻逐漸增大，到焊縫中心處，溫度梯度最小，結(jié)晶速度最大，故濃度過冷最大。由上述分析可知，焊縫中結(jié)晶形態(tài)的變化，由熔合區(qū)直到焊縫中心，依次為：平面晶，胞狀晶，樹枝狀晶，等軸晶。在實際的焊縫金屬中，由于被焊金屬的成分、板厚、接頭形式和熔池的散熱條件不同，一般不具有上述的全部結(jié)晶形態(tài)。當(dāng)焊縫金屬成分不甚復(fù)雜時，熔合區(qū)將出現(xiàn)平面晶或胞狀晶。當(dāng)焊縫金屬中合金元素較多時，熔合區(qū)的結(jié)晶形態(tài)往往是胞狀樹枝晶（或樹枝狀晶），焊縫金屬中心則為等軸晶。焊縫的結(jié)晶形態(tài)除了受被焊金屬成分的影響外、還與焊接速度、焊接電流、板厚和接頭形式等工藝因素有關(guān)。（二）不易淬火鋼焊接熱影響區(qū)金屬的組織變化不易淬火鋼包括低碳鋼、16Mn等低合金鋼。若以A3碳鋼為例，根據(jù)其焊接熱影響區(qū)金屬的組織特征，可以分為四個區(qū)域（如圖3所示）。1、熔合區(qū)緊鄰焊縫的母材與焊縫交界處的金屬稱為熔合區(qū)或半熔化區(qū)。焊接時，該區(qū)金屬處于局部熔化狀態(tài)，加熱溫度在固液相溫度區(qū)間。在一般熔化焊的情況下，此區(qū)僅有2-3個晶粒的寬度，甚至在顯微鏡下也難以辨認。但是，它對焊接接頭的強度、塑性都有很大影響。2、粗晶區(qū)該區(qū)的加熱溫度范圍為1100-1350℃。由于受熱溫度很高，使奧氏體晶粒發(fā)生嚴重的長大現(xiàn)象，冷卻后得到晶粒粗大的過熱組織，故稱為過熱區(qū)。此區(qū)的塑性差，韌性低，硬度高。其組織為粗大的鐵素體和珠光體。在有的情況下，如氣焊或?qū)釛l件較差時。甚至可獲得魏氏體組織。3、細晶區(qū)此區(qū)加熱溫度在900℃-1100℃之間。4、不完全重結(jié)晶區(qū)焊接時，加熱溫度在750-900℃之間的金屬區(qū)域為不完全重結(jié)晶區(qū)。當(dāng)?shù)吞间摰募訜釡囟瘸^750℃時，珠光體先轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體．溫度進一步升高時，部分鐵素體逐步溶解于奧氏體中，溫度越高，溶解的越多，直至900℃，鐵素體將全部溶解在奧氏體中間。焊后冷卻時又從奧氏體中析出細小的鐵素體，一直冷卻了750℃時，殘余的殘氏體就轉(zhuǎn)變?yōu)楣参鼋M織一一珠光體。由此看出，此區(qū)只有一部分組織發(fā)生了相變重結(jié)晶過程，而始終未溶入奧氏體的鐵素體，在加熱時會發(fā)生長大，變成較粗大的鐵素體組織，所以該區(qū)域金屬的組織是不均勻的，晶粒大小不一，一部分是經(jīng)過重結(jié)晶的晶粒細小的鐵素體和珠光體，另一部分是粗大的鐵素體。由于組織不均勻，因而機械性能也不均勻。如果焊前母材為冷軋狀態(tài)，則在溫度為750℃以下的金屬中，還存在一個結(jié)晶區(qū)。處于再結(jié)晶區(qū)的金屬，在加熱的過程中，將發(fā)生金屬的再結(jié)晶過程，即經(jīng)過冷變形后的碎粒再在結(jié)晶溫度作用下重新排列的過程。四、實驗方法與步驟（一）低碳鋼焊接接頭的金相分析1、將己焊好的試件（以結(jié)422焊條在150X40X6mm的試件上堆焊），切成25X25mm的試片，然后把試片四周用砂輪打去毛刺，并把四個角打磨成圓角。2、用金相砂紙打磨試片。必須注意，研磨試片的砂紙要由粗到細、依次制作，不要使粗砂粒帶到細的砂紙上。試片研磨完后，用清水沖洗，進行機械拋光，拋光后再用清水沖洗試片。3、將拋光好的試片，用4%的硝酸酒精溶液腐蝕，大約經(jīng)過5-10s左右，立即用清水沖洗，然后用無水乙醇輕輕擦去水分，并用吹風(fēng)機吹干。4、把己制備好的試片在顯微鏡下進行觀察與分析。分清焊接接頭各區(qū)域后，仔細辯認各區(qū)域組織的特征，在顯微鏡下，測定焊接熱影響區(qū)各區(qū)域的寬度，把各區(qū)的寬度及組織填入下表中。低碳鋼焊接接頭各區(qū)域的組織及寬度蘭州理工大學(xué)學(xué)生實驗報告學(xué)院---------------------------------------實驗室-------------------------------------課程名稱----------------------------------實驗類型---------------------------------實驗名稱----------------------------------學(xué)生名稱----------------------------------學(xué)生學(xué)號----------------------------------實驗日期----------------------------------指導(dǎo)教師----------------------------------一：實驗?zāi)康亩簩嶒炑b置及實驗材料三：實驗原理四、繪制焊縫和熱影響各區(qū)域組織示意圖1、焊縫：a.接近母材處b.樹枝晶