焊接接头金相组织分析

实验十二 焊接接头金相组织分析

一、实验目的

1、熟悉焊接热影响区的组织分布特征及金相显微镜的使用方法； 2、掌握焊接接头的分区组成；

3、了解焊接参数对焊接接头显微组织的影响； 二、实验原理

焊接接头由焊缝、熔合区和热影响区（HAZ）三部分组成，其组织特征存在明显差异。熔合区是焊接接头中焊缝向母材HAZ过渡的区域，由半熔化区与未混合区两部分组成，熔合区的构成及附近各区的相对位置如图1所示。

图1 熔合区的构成示意图

1-焊缝区（富焊条成分）; 2-焊缝区（富母材成分）; 3-半熔化区; 4-HAZ; 5-熔合区 焊缝是由熔池金属结晶凝固形成的，由于熔池金属冷却速度快且在运动状态下结晶，因此形成的组织为非平衡组织。多数情况下晶体从熔合区半熔化的晶粒上以柱状晶形态向焊缝中心生长，具有联生结晶的特点。焊接工艺参数对凝固形态影响较大，不同工艺条件下，焊缝中心可能是柱状晶组织，也可能出现等轴晶组织。焊缝金属凝固时的结晶形态见图2。HAZ是指在焊接热源作用下焊缝外侧处于固态的母材发生组织和性能变化的区域。由于焊接时HAZ上各点距离焊缝的远近不同，各点所经历的焊接热循环不同，因此整个HAZ的组织和性能分布是不均匀的。HAZ的组织分布与钢的种类、不同部位的加热最高温度有关。对于焊后空冷条件下不易形成马氏体的不易淬火钢，焊接HAZ包括过热区、正火区和不完全重结晶区。过热区的峰值温度在固相线以下到晶粒开始急剧长大的温度，相应区域组织粗大；正火区的峰值温度在Ac3以上到晶粒开始急剧长大的温度范围内，加热时发生完全奥氏体相变，冷却后组织由细小的铁素体和珠光体组成；不完全重结晶区的峰值温度处于Ac1～Ac3之间，加热时发生奥氏体相变的组织冷却时转变为细小的铁素体和珠光体，未发生相变的铁素体继

续长大成为粗大的铁素体，晶粒大小和组织不均匀。 三、实验设备及材料

1、金相显微镜及图像采集系统。 2、20＃钢焊接接头的金相试样。 四、实验内容及步骤

1、焊接接头试样制备

尺寸为200×75mm的20＃钢板2块，清除表面的氧化物和铁锈，进行脱水和脱脂处理；

按照规定规范烘干E4303焊条； 沿试板表面中心线用直径3.2mm焊条堆焊出长125±10mm的焊缝，1号

试板采用150A电流，2号试板采用200A电流；

焊后静止空气中自然冷却，不进行任何热处理；

在室温下采用机械加工方法垂直切割焊缝，然后在断面上取金相观察试样，切割时注意加强冷却；

2、金相试样的预磨、抛光与浸湿参照实验五中的相关内容； 3、小电流焊接接头的组织观察

低倍观察焊接接头组织，寻找熔合线，然后高倍放大观察熔合区的组织特点； 观察焊缝联生结晶的特点，并由熔合区开始向焊缝中心推移，观察焊缝组织的变化规律；

观察HAZ的分区组织特点，利用图像采集系统记录过热区、正火区、不完全重结晶区的组织，并与母材的进行对比，分别在100×，200×，500×下拍摄金相组织照片。

4、大电流焊接接头的组织观察

组织观察过程同小电流焊接接头，着重考察大电流对焊缝和HAZ组织的影响。 五、实验结果处理与分析

拍摄并保存规范的金相组织照片，图片要清醒、无划痕和附着污染物、带有规范的标尺等。结合接头材料、焊接规范参数分析不同焊接规范下焊接接头内焊缝区、熔合线、HAZ以及母材区的金相组织特点并分析其变化原因。 六、问题与讨论

1、试分析焊接接头的构成以及各分区的组织特点？

2、焊接电流对接头组织分布有何影响，什么组织对接头的机械性能有利，焊接规范参数应如何选择？

图2 焊缝金属的结晶形态

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