焊接接头试样形貌观察.doc

焊接接头试样形貌观察一、实验目的 (一)观察与分析焊缝的各种典型结晶形态；(二)掌握低碳钢焊接接头各区域的组织变化二、二、实验装置及实验材料 (一)粗、细金相砂 1 套(二)平板玻璃 1 块(三)不同焊缝结晶形态的典型试样 若干 (四)低碳钢焊接接头试片 1 块(五)扫描式电子显微镜 1 台三、实验原理焊接过程中，焊接接头各部分经受了不同的热循环，因而所得组织各异组织的不同，导致机械性能的变化对焊接接头进行金相组织分析，是对接头机械性能鉴定的不可缺少的环节焊接接头的金相分析包括宏观和显微分析两个方面宏观分析的主要内容为：观察与分析焊缝成型、焊缝金属结晶方向和宏观缺陷等显微分析是借助于放大 100 倍以上的光学金相显微镜或电子显微镜进行观察，分析焊缝的结晶形态，焊接热影响区金属的组织变化，焊接接头的微观缺陷等焊接接头由焊缝金属和焊接热影响区金属组成焊缝金属的结晶形态与焊接热影响区的组织变化，不仅与焊接热循环有关，也和所用的焊接材料和被焊材料有密切关系一)焊缝凝固时的结晶形态1．焊缝的交互结晶熔化焊是通过加热使被焊金属的联接处达到熔化状态，焊缝金属凝固后实现金属的焊接。

联接处的母材和焊缝金属具有交互结晶的特征，图４—１为母材和焊缝金属交互结晶的示意图由图可见，焊缝金属与联接处母材具有共同的晶粒，即熔池金属的结晶是从熔合区母材的半熔化晶粒上开始向焊缝中心成长的这种结晶形式称为交互结晶或联生结晶当晶体最易长大方向与散热最快方向一致时，晶体便优先得到成长，有的晶体由于取向不利于成长，晶粒的成长会被遏止这就是所谓选择长大，并形成焊缝中的柱状晶2．焊缝的结晶形态根据浓度过冷的结晶理论，合金的结晶形态与溶质的浓度 C0、结晶速度(或晶粒长大速度) 及和温度梯度 G 有关图 4—2 为 C0、R 和 G 对结晶形态的影响由图可见，当结晶速度及和温度梯度 G 不变时，随着金属中溶质浓度的提图４－１ 焊缝金属的交互结晶示意图图 4-2 C0、R 和 G 对结晶形态的影响高，浓度过冷增加，从而使金属的结晶形态由平面晶变为胞状晶，胞状树枝晶，树枝状晶及等轴晶 当合金成分一定时，结晶速度越快，浓度过冷越大，结晶形态由平面晶发展到胞状晶、树枝状晶，最后为等轴晶当合金成分 C0 和结晶速度 R 一定时，随着温度梯度 G 的升高，浓度过冷将减小因而结晶形态会由等轴晶变为树枝晶，直至平面晶。

随着晶粒的成长，熔池中晶粒界面前的浓度过冷和温度梯度也随着发生变化因而，熔池全部凝固以后，各处将会出现不同的结晶形态在焊接熔池的熔化边界上，温度梯度 G 较大，结晶速度 R很小，因此此处的浓度过冷最小，随着焊接熔池的结晶温度梯度 G 由熔化边界处直到焊缝中心逐渐变小，熔池的结晶速度R 却逐渐增大，到焊缝中心处，温度梯度最小，结晶速度最大，故浓度过冷最大由上述分折可知，焊缝中结晶形态的变化，由熔合区直到焊缝中心，依次为：平面晶，胞状晶，树枝状晶，等轴晶 在实际的焊缝金属中，由于被焊金属的成分、板厚、接头型式和熔池的散热条件不同，一般不具有上述的全部结晶形态当焊缝金属成分不甚复杂时，熔合区将出现平面晶或胞状晶例如，厚度为 1~1.5mm 的高温合金 GH30 对接焊时，熔合区便出现胞状晶，如图4—3当焊缝金属中合金元素较多时，熔合区的结晶形态往往是胞状树枝晶(或树枝状晶)，焊缝金属中心则为等轴晶图 4—4 为 1mm 厚的 1Crl8Ni 9Ti不锈钢和1.2mm 厚的 GHl40 高温合金，氩弧焊时焊缝中心的结晶形态焊缝的结晶形态除了受被焊金属成分的影响外，还与焊接速度、焊接电流、板厚和接头型式等工艺因素有关。

二)低碳钢钢焊接热影响区金属的组织变化不易淬火钢包括低碳钢、16Mn 等低合金钢若以 20 号碳钢为例，根据其焊接热影响区金属的组织特征，可以分为四个区域(如图 4—5 所示)分析各个区域，配上各自的附图图 4-3 GH30 氩弧焊焊缝熔合区的胞状晶以下为参考图片。