1、 1 焊接接头组织的观察及分析焊接接头组织的观察及分析 一、实验的意义: 随着科学技术的不断发展,焊接技术应用得越来越广泛。从我们日常生活用 品到汽车、火车、轮船、桥梁等都离不开焊接技术的应用。而焊接质量的好坏决 定于焊接接头的优劣。本次实验正是要观察焊接机头显微组织的变化规律。通过 对几种不同的焊接接头显微组织的观察和分析, 使我们对理论课讲述的有关内容 有一个更直观的认识和更深刻的理解。 二、实验的目的: 1、了解焊接方法对焊接热影响区大小的影响。 2、了解焊接规范对焊接热影响区大小的影响。 3、了解焊接热影响区对焊接接头性能的影响。 三、实验所用的材料,仪器和设备: 1、材料: 低碳钢板
2、(200X100X10mm) 、结 422 焊条、自动焊焊丝、砂布、金相砂纸、 抛光粉、4%的硝酸酒精腐蚀剂、无水乙醇等。 2、仪器和设备: 手弧焊机、埋弧焊机、工作台、无齿锯(俗称砂轮切片机) 、砂轮机、抛光 机、电吹风机、金相显微镜等。 四、实验方式与程序: 本次实验所观察的焊接接头金相组织的母材(被焊金属)为低碳钢板。采用 了两种焊接方法,一是埋弧自动焊,另一是手工电弧焊,其中手工电弧焊采用的 焊接电流为 150A 和 230A。下面以手工电弧焊为例介绍一下焊接接头金相试样的 制作方法。 取一块 200X100X10mm 的低碳钢试板,用砂轮或钢丝刷除去表面的铁锈等污 物,将其平置于工作
3、台上。接通电焊机的电源,再将电焊机的焊接电流调至所需 要的规范,然后在低碳钢试板中间堆焊成一道焊缝,待凉透后,用无齿锯将其焊 缝部位(试板的中间部位)切成一块长 40mm 左右的试块。在焊接接头金相试样 的切割过程中, 需要向切口部位不停地浇水冷却, 以避免所切试样的金相组织发 2 生变化,然后进行焊接接头金相试样的制作。 由于时间的关系, 本实验不进行焊接接头及其金相试样的制作, 只观察焊接 接头的金相组织。 焊接接头分为两部分:一是焊缝,另一是热影响区。 所谓焊接接头热影响区, 是指母材在焊接电弧的热作用下而发生显微组织和 性能变化的区域。在焊接过程中,熔池被快速加热到很高的温度,随后又快
4、速冷 却, 因此使熔池附近的母材相当受到了一次不同规范的热处理。 结果使焊接热影 响区形成了四个部分,即熔合区、过热区、正火区和部分相变区。熔合区是焊缝 (熔敷金属)和母材的交界区,在焊接电弧热的作用下,该区部分金属熔化,亦 称此区为半熔化区。 其显微组织中包含部分铸造组织和未熔化的、 但因受热而长 大的粗晶粒组织。在低碳钢焊接接头中,这一区域虽然最窄,但它却在很大程度 上决定着焊接接头的性能。过热区对焊接接头有危害作用,该区受高温作用,晶 粒急剧长大,甚至产生过热组织,从而使其塑性和冲击韧性降低。正火区于处 Ac3稍高的温度,此区相当于做了一次正火处理,晶粒组织细小,因而其机械性 能较好。部
5、分相变区在 Ac1和 Ac3之间的温度范围,因此其珠光体和部分铁素体发 生了重结晶转变,而部分铁素体却来不及转变,致使该区冷却后晶粒大小不均, 使机械性能稍差。 可以看出: 焊接热影响区中的熔合区和过热区是性能最薄弱的 部位。因此,为了提高焊接接头的质量,应尽量减小焊接热影响区的宽度。 本实验要求学生观察、 认识、 测量和比较三种焊接接头热影响区和显微组织 变化形态与其尺寸的大小。每块金相试样的背面都用钢字打上符号,分别用 A、 B、C 表示。其中试样 A 和 B 是采用手工电弧焊堆焊而成,试样 C 是采用埋弧自 动焊堆焊而成。 焊接接头的显微组织有焊缝(熔敷金属) 、焊接热影响区(熔合区、过
6、热区、 正火区、部分相变区)和母材(被焊金属)三个部分。焊缝和母材的显微组织比 较容易认识。焊缝的显微组织成柱状,且方向垂直于焊接热影响区。母材是低碳 钢材料,其显微组织与焊接前一样,依然是珠光体(P)和铁素体(F) 。要测量 焊接热影响区的大小, 应该先弄清楚其中各区的分布形态。 焊接热影响区的显微 组织虽然形态各异, 但是每个区域都有其独有的特征, 其中过热区和正火区的特 征最明显。 过热区的晶粒粗大, 正火区的晶粒细小而且这两个区在焊接热影响区 3 中的尺寸最大。部分相变区比正火区和过热区窄,却比熔合区宽,在 100 倍的放 大倍数下观察其显微组织, 看得到它的珠光体的边缘不像母材和正火
7、区那样棱角 分明,而是比较圆滑且形态呈开花状。在焊接热影响区中,最不容易分辨的即是 熔合区, 而且它又是焊接热影响区中最窄的区域。 熔合区的显微组织是粗大的晶 粒和部分铸造组织。 观察和认识了焊接接头的显微组织之后,再开始测量焊接热影响区的大小, 即分别测量熔合区、过热区、正火区和部分相变区的大小。怎样测量焊热影响区 的大小呢?用金相显微镜的目镜测量其大小时, 应该使标尺垂直于该区。 因为焊 缝的结晶方向垂直于焊热影响区, 所以旋动目镜, 使标尺的方向与焊缝的结晶方 向平行, 标尺的方向要随着载物台的移动而随时调整。 测量的数据应该是平均值, 怎样取平均值呢?一是边观察显微组织边移动载物台,
8、看哪个部位有代表性, 然 后取值; 二是在某一个区域里任意地测三点后取平均值。 将所测得实验数据数据 填写在下面的表中: 区域 焊缝区 熔合区 过热区 正火区 部分相变 区 母材 组织及宽度 焊接方法 组织 组 织 宽 度 组 织 宽 度 组 织 宽 度 组 织 宽 度 组织 手弧焊 150A (A) 手弧焊 230A (B) 埋弧 自动焊 (C) 通过对三种焊接接头热影响区的显微组织的观察、认识、测量和比较,即 可看出:虽然母材都是低碳钢。但焊接方法和焊接规范不同时,焊接热影响区的 大小截然不同,埋弧自动焊的焊接热影响区明显小于手工电弧焊的焊接热影响 区。当母材相同,且焊接方法相同,只是焊接规范有所不同时,如 A、B 两试样 采用相同的焊接速度,试样 A 是采用 150A 电流堆焊而成,试样 B 是采用 230A 4 电流堆焊而成,结果焊接热影响区的大小不同。焊接电流大的试样焊接热影响区 宽,而焊电流小的试样焊接热影响区窄。 五、实验报告内容: 1、按实验报告纸的要求逐项填写。 2、按实验指导书中的表格形式画一个表格,并逐项填写清楚。 3、分别论述焊接方法与焊接规范对焊接热影响区大小的影响规律。 4、焊接热影响区对焊接接头的性能有什么影响?