焊缝接头金相试样制备及显微组织分析

焊接接头金相分析实验指导书一、实验目的1.观察不同焊接方法制备的焊接接头的宏观形貌特征，了解电弧焊、氩弧焊、等离子焊、真空电子束焊等不同焊接方法与其金相组织的关系和影响。

2.观察典型焊接接头的显微组织的分布及其特征，了解焊接接头的焊缝区、熔合线、热影响区等不同金相组织产生的原理。

3.观察焊接裂纹的宏观形貌和显微组织，了解焊接裂纹生成机理。

二、实验步骤1.焊接接头宏观分析1）用眼或低倍放大镜观察用氩弧焊、等离子焊、电子束焊等不同焊接方法制备的若干个焊接接头的波纹、堆高、缺陷等外观形状。

2）用游标尺测量各种焊接接头的焊缝、热影响区的宽度，测量部分焊接接头的焊缝深度。

3）观察各种焊接接头的结晶组织方向，以及焊接接头中是否存在气孔、裂纹、夹渣、未焊透等缺陷。

2.焊接接头显微组织分析1）用普通金相试片制作方法，将焊接接头横断面磨制成显微金相试样，用5 %的硝酸酒精溶液腐蚀试样。

2）将金相试样平稳放置在立式金相显微镜的观测平台上；根据试样观察要求，选用放大倍数合适的物镜及目镜；对该显微镜的光栏、焦距等进行调整，使观察图像清晰。

3）首先找到焊接接头的焊缝区，然后通过调整立式金相显微镜的观测平台，缓慢将金相试样从焊缝区向母材区移动，观察焊接接头不同区域的金相组织变化。

4）仔细观察焊接接头的焊缝区、熔合区、过热区、正火区、不完全相变区等五个区域的金相组织，对照相关金相组织照片，仔细分辨各区域金相组织的典型特征。

5）对存在焊接裂纹的试样，仔细观察裂纹所在的部位、走向，以及裂纹周围的金相组织特征。

三、实验设备及化学用品1.XJL—02A型立式金相显微镜2.PF—20型抛光机3.硝酸酒精滤纸脱脂棉等四、实验报告要求1. 绘制出不同焊接方法制作的焊接接头的宏观形貌示意图，并注明焊缝宽度（深度）、热影响区宽度、焊缝堆高、焊缝波纹等的尺寸；并加以分析说明。

2. 绘制出焊接接头的显微组织形貌示意图，并将焊缝区、熔合区、过热区、正火区、不完全相变区等五个区域的金相组织用金相组织示意图描绘，并说明各区域的组织特点，分析其产生的原因。

实验四焊接接头宏观及显微组织的观察一、实验目的1.了解金相显微镜的构造及使用方法；2.了解钢材焊接接头的宏观组织及显微组织；3.了解化学成分对焊接接头组织的影响。

二、实验内容1.学习金相显微镜的使用方法；2.观察低碳钢焊接接头横截面的宏观组织，并画出其示意图；3.观察低碳钢焊接接头和母材的显微组织，并画出过热区(含熔合区)、正火区和母材的显微组织示意图。

三、实验设备及材料DJX-1型金相显微组织电视显示系统，XJP-2型金相显微镜；低碳钢(Q235A：热轧态，埋弧自动焊，V形坡口)焊接接头试样。

四、光学金相显微镜简介1.构造光学金相显微镜主要由五个部分组成：载物台、物镜、目镜、光源和调节系统(如图7-1所示)。

载物台是放置试样用的。

它安装在滑轨上，可以平移，以改变试样的观察部位。

物镜和目镜构成放大系统。

显微放大倍数等于物镜放大倍数与目镜放大倍数的乘积。

调节系统包括粗调和微调旋钮。

调整旋钮，载物台就会上升或下降，物镜与试样观察表面的距离随之变化。

当调整到适当位置时，就可以清晰地看到显微组织。

光源是一个6 V、15 W的小灯泡，用来使试样表面获得充分、均匀的照明。

2.原理如图7-2所示，光源发出的光经聚焦后透过物镜射到试样表面。

由于试样表面经过处理，不同图7-1 金相显微镜构造1—光源；2—微调旋钮；3—粗调旋钮；4—载物台；5—试样；6—目镜；7—物镜图7-2金相显微镜光程图1—光源；2—聚光镜；3—半反射镜；4—物镜；5—试样；6—目镜的组织对光线的反应有所不同。

带有组织特征的光线再反射到物镜，放大后经棱镜反射到目镜再一次放大，于是就可以在目镜中看到放大的显微组织。

3.操作步骤1)打开光源。

2)将试样磨面向下，放在载物台上。

3)调节粗调旋钮，使试样尽量接近物镜，但不可接触物镜。

4)通过目镜观察，同时调节粗调旋钮使载物台徐徐上升(注意不可调反)。

这时视野逐渐变亮，直至组织出现。

若视场逐渐变暗，则应重新调整。

实验3焊接接头组织金相分析、实验目的三、实验原理焊接过程中，焊接接头各部分经历了不同热循环，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分析，是对接头机械性能鉴定的不可缺少的 环节。

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。

1、焊缝的交互结晶1、 观察与分析焊缝的各种典型结晶形态。

2、 掌握低碳钢焊接接头各区域的组织变化。

、实验装置及实验材料1、 粗细金相砂纸，从180目一 1200目2、 平板玻璃3、 低碳钢焊接接头试片4、 金相显微镜5、 抛光机6、 电吹风机7、 4%硝酸酒精溶液，无水乙醇、脱脂棉 等8、 典型金相照片（或幻灯照片）一套 一块 一个 若干 图1焊缝金属的交互结晶示意图 （一）焊缝凝固时的结晶形态e/vT图2 C 。

、 R 和G 对结晶形态的影响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C O、结晶速度（或晶粒长大速度）R和温度梯度G有关。

图2为C O、R和G对结晶形态的影响。

由图2可见，当结晶速度R和温度梯度G不变时，随着金属中溶质浓度的提高，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。

第二次实验实验名称：焊接接头金相组织观察试验目的：了解焊接接头的金相组织，（焊缝区和焊接热影响区）形成过程、组织变化及对性能的影响。

实验步骤：制样（金相制样）观察组织绘制金相组织图实验内容和要求：1.了解焊接材料名称（母材：35钢；焊条：THJ520）2.了解金相制样过程3.观擦焊接接头的金相组织4.绘制接头的金相组织图实验设备和仪器：手工焊机、砂轮机、PG2抛光机、4X金相显微镜焊接接头的金相组织与性能焊接接头是由相互联系，而在组织和性能上又有区别的两部分组成，即焊缝区和焊接热影响区。

1.焊缝金属：由熔池冷却凝固后形成组织和性能：熔池冷凝后为铸态组织，在冷却过程中，液态金属自熔合区向焊缝的中心方向结晶，形成柱状晶组织。

焊缝金属的性能一般不低于母材的性能（因其化学成分控制严格，且可通过渗合金调整焊缝化学成分），但易产生裂纹。

2.焊接热影响区：指焊缝两侧因焊接热作用而发生组织性能变化的区域。

低碳钢的热影响区分为熔合区、过热区、正火区和部分相变区。

熔合区，又称半熔化区，是焊缝与母材的交界区。

加热温度：1490-1530℃（固、液两相线之间）组织：（未熔化但因过热而长大的）粗晶组织和（部分新结晶的）铸态组织。

特点：该区很窄，组织并不均匀，强度下降，塑性很差，是产生裂纹及局部脆断的发源地。

过热区：紧靠熔合区加热温度：1100-1490℃（1100℃-固相线）组织：粗大的过热组织特点：宽度为1-3mm,塑性和韧性下降。

焊接刚度大的结构时，该区易产生裂纹。

正火区：紧靠着过热区加热温度：850-1100℃（AC3至1100℃）组织：均匀细小的铁素体和珠光体组织（近似于正火组织）特点：宽度约1.2-4.0mm，力学性能优于母材。

部分相变区：加热温度: AC1-AC3之间组织：F+P （F粗细不均）特点：部分组织发生相变，晶粒不均匀，力学性能差。

在热影响区中，熔合区和过热区的性能最差，产生裂纹和局部破坏的倾向也最大，是焊接接头中机械性能最差的薄弱部位，热影响区宽度愈窄愈好。

焊接接头的金相检验实验指导书一、实验目的1.熟悉金相试样的制备过程，了解显微镜和其他金相试样加工设备的使用。

2.观察典型焊接接头的宏观组织，理解焊接接头的焊缝区、熔合线、热影响区等不同宏观组织之间的关系。

3.观察焊接接头的显微组织，理解焊缝区和热影响区显微组织的分布和特征，了解焊接缺陷的形成机理。

4.讨论焊接接头组织与性能的关系。

二、实验原理2.1金相制备进行金相分析，首先应根据各种检验标准和规定制备试样（即金相试样），若金相试样制备不当，在观察上出现划痕、凹坑、水迹、变形层或浸蚀过深过浅都会影响正确的分析，从而得出错误的结论，因高：12~18mm2．粗磨倒角：在不影响观察目的的前提下，需将试样上的棱角磨掉，以免划破砂纸和抛光织物。

图1 砂纸磨光表面变形层消除过程示意图（a）严重变形层（b）变形较大层（c）变形微小层（d）无变形原始组织；1、2、3、4分别是第一步、第二步、第三步、第四步磨光后试样表面的变形层。

4．抛光抛光的目的是去除细磨后遗留在磨面上的细微磨痕，得到光亮无痕的镜面。

抛光的方法有机械抛光、电解抛光物化学抛光三种，其中最常用的是机械抛光。

a概念：机械抛光是在抛光机上进行，将抛光织物（粗抛常用帆布，精抛常用毛呢）用水浸湿、铺平、绷紧用固定在抛光盘上。

启动开关使抛光盘逆时针转动，将适量的抛光液（氧化铝、氧化铬或氧化铁抛光粉加水的悬浮液）滴洒在盘上即可进行抛光。

机械抛光与细磨本质上都是借助磨料尖角锐利的刃部，切去试样表面隆起的部分，抛光时，抛光织物纤维带动稀疏分布的极微细的磨料颗粒产生磨削作用，将试样抛光。

5．浸蚀a意义：抛光后的试样在金相显微镜下观察，只能看到光亮的磨面，如果有划痕、水迹或扔料中的非金属夹杂物、石墨以及裂纹等也可以看出来，但是要分析金相组织还必须进行浸蚀。

浸蚀法：利用浸蚀剂对试样的化学溶解和电化学浸蚀作Array用将组织显露出来（如图）。

擦蚀法：用沾有浸蚀剂的棉花轻轻擦拭抛光面，观察表面颜色的变化。

实验规则一、学生在上实验课之前一定要预习实验指导书及教科书中的有关内容。

二、上实验课时必须携带实验指导书、笔和纸张等物品。

三、实验课不许迟到和早退。

四、进入实验室后要保持室内的清洁，不许吸烟，要将废物扔入垃圾桶里。

五、要保持室内肃静，不许谈论与本次实验无关的话题，更不许做与本次实验无关的事。

六、将自己携带的物品摆放整齐。

七、不许动用与本次实验无关的材料，仪器和设备。

八、要注意倾听实验课老师讲述的内容，免得影响实验效果。

九、使用仪器时，要严格遵守操作规程，切不可将仪器插头直接插入电源。

十、实验完毕后，要经指导老师审核实验记录，并且将所用的仪器、板凳等物品摆放好，方可离去十一、实验报告是检验学生平时成绩的一个方式，因此要求认真书写，即字迹工整，书面整洁，且内容充实。

十二、实验报告的成绩按四级分类，即优、良、及格、不及格的方式评定，对不按时交实验报告的学生，成绩降级，对无故不参加实验课和不交实验报告的同学按规定取消理论考试资格。

实验报告的成绩按规定记入本门课考试成绩。

实验二：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（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。

实验三焊缝接头金相试样制备及显微组织分析一、实验目的1．学会正确截取焊接接头试样。

2．认识焊缝区和热影响区各区段的组织特征。

二、实验原理焊接是工业生产中用来连接金属材料的重要加工方法。

根据工艺特点不同，焊接方法又分为许多种，其中熔化焊应用得最广泛。

熔化焊的实质就是利用能量高度集中的热源，将被焊金属和填充材料快速熔化，然后冷却结晶而形成牢固接头。

由于熔化焊过程的这一特点，不仅焊缝区的金属组织与母材组织不一样，而且靠近焊缝区的母材组织也要发生变化。

这部分靠近焊缝且组织发生了变化的区域称为热影响区。

热影响区内，和焊缝距离不一样的金属由于在焊接过程中所达到的最高温度和冷却速度不一样，相当于经受了不同规范的热处理，因而最终组织也不一样。

焊接结构的服役能力和工作可靠性，既取决于焊缝区的组织和质量，也取决于热影响区的组织和宽窄。

因此对焊接接头组织进行金相观察与分析已成为焊接生产与科研中用以评判焊接质量优劣，寻找焊接结构的失效原因的一种重要手段。

本实验采用焊接生产中应用最多的低碳钢为母材，用焊条电弧焊（又称为手工电弧焊）施焊，然后对焊接接头进行磨样观察。

焊条电弧焊的原理如图1所示。

焊接前，将电焊机的输出端分别与工件和焊钳相连，接通电路后，焊条和被焊工件之间引燃电弧，焊条和工件作为阴极或阳极。

电弧热使工件和焊条同时熔化形成熔池，焊条药皮也随之熔化形成熔渣覆盖在焊接区的金属上面，药皮燃烧时产生大量CO2气流围绕在电弧周围，熔渣和气流可防止空气中的氧氮侵入起到保护熔池的作用。

随着焊条的移动，焊条前的金属不断熔化，焊条移动后的金属则冷却凝固成焊缝，于是形成一个焊接接头。

在焊条电弧焊焊接中，受电弧的热作用焊接接头的金属都要经历常温状态升温到一定温度后，然后再逐渐冷却到常温的过程。

图2表示了焊件截面上各区域温度的变化情况。

在焊接时各部分和焊缝距离不同而受热不均匀，导致不同位置的点所经历的焊接热循环是不同的（即被加热的最高温度不同），而且焊接后的冷却速度也不同。

实验一焊接接头组织金相分析一、实验目的1、观察与分析焊缝的各种典型结晶形态。

2、掌握低碳钢焊接接头各区域的组织变化。

二、实验装置及实验材料1、金相砂纸，从180目一1200目一套2、平板玻璃一块3、低碳钢焊接接头试片4、金相显微镜一台5、抛光机一台6、电吹风机一个7、 4％硝酸酒精溶液，无水乙醇、脱脂棉若干三、实验原理焊接过程中，焊接接头各部分经历了不同热循环，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分析，是对接头机械性能鉴定的不可缺少的环节。

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。

图1 焊缝金属的交互结晶示意图图2 C o、 R和G对结晶形态的影响（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C o、结晶速度（或晶粒长大速度）R和温度梯度G有关。

图2为C o、R和G对结晶形态的影响。

由图可见，当结晶速度R和温度梯度G不变时，随着金属中溶质浓度的提高，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C。

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技晶，直至平面晶。

金相试样的制备及显微组织观察
金相试样的制备及显微组织观察是一种常用的金属材料性质研究方法。

下面是金相试样的制备及显微组织观察的基本步骤：
1. 试样的制备：
a. 选择要研究的金属材料，通常需要将大块材料裁剪成适当的尺寸，以便于后续加工。

b. 用砂纸或砂轮对试样进行打磨，以去除表面的氧化层或污染物。

c. 用酸洗或腐蚀剂对试样进行清洁，以去除表面的氧化物和污染物。

2. 试样的加工：
a. 利用车床、磨床或剪切机等设备将试样加工成所需要的形状和尺寸，通常需要将试样切割成小片。

b. 如果试样太硬或太大，可以借助切割机、电火花加工等方法进行切割。

3. 试样的打磨与光洁处理：
a. 用相应的砂纸、砂轮或抛光机对试样进行打磨，以去除加工留下的划痕或凸起的表面。

b. 利用抛光机或其他设备对试样进行抛光，使其表面平整、光滑。

4. 试样的腐蚀处理：
a. 将试样放入相应的腐蚀液中进行腐蚀处理，以便于观察該金属材料的显微组织特点。

b. 选择合适的腐蚀液和腐蚀时间，以获得清晰、有代表性的显微组织。

5. 显微组织观察：
a. 用光学显微镜观察试样的显微组织，通常使用透射光学显微镜、透射电子显微镜或扫描电子显微镜等设备进行观察。

b. 观察试样的晶粒结构、晶界、相分布、孪晶等显微组织特征，并进行记录和分析。

金相试件的分析2A12TIG焊焊接接头金相分析，显微组织如图3.5所示：母材：是由α(Al)固溶体、S相(Al2CuMg)及θ相(CuAl2)组成；2A12硬铝需经过淬火+人工时效。

淬火（200℃左右）时，随温度升高，金相组织中过饱和α固溶体的分解产物的数量明显增加，即强化相S相和θ相，还有过渡相θ′。

补充人工时效可以进一步增加固溶体的分解，增加强化相S相的数量，并使过渡相θ′进一步形成稳定的θ相，从而进一步提高强度。

见图3.5(a)中暗色斑点是强化相S 相和θ相，灰白色是α固溶相。

焊缝组织：基体是α(Al)固溶体，有枝晶网络和析出的θ相(CuAl2)及S相(CuAl2)共晶组织。

焊缝晶粒粗大，晶界不连续，晶内析出点状、杆状析出物，晶界上有少量共晶体，见图3.5（b）。

焊接热影响区：（1）靠近熔合区晶粒长，在枝晶的交界处有强化相θ(CuAl2)相，S相(Al2CuMg)析出。

焊接热影响区中，出现晶界液化。

该处易熔共晶体是在加热不平衡的条件下，因偏析造成的，在晶界上脆性共晶体的存在，脆化了热影响区，见图3.5（c）。

（2）热影响区组织（过时效区），过时效区组织晶粒较均匀，在晶界有强化相θ(CuAl2)相，S相(Al2CuMg)析出，而降低时效强化效果和增大晶间腐蚀见图3.5（d）。

（a）（b）（c) （d)图3.5 2A12铝合金焊接接头组织 320（a）母材（b）焊缝组织（c）热影响区（d）热影响区（过时效区）图3.6是不同电流相同焊速(220mm/min)下的3组焊缝图。

其中的(a)是电流在100A时的焊缝组织，(b)是电流90A时的焊缝组织，(c)是电流在80 A时的焊缝组织。

比较3组图相同之处在于：都有明显的枝晶网络，晶粒细小，都有强化相S相与θ相析出；而不同之处在于：(c)相比(a)，(b)晶粒有些细小，还比较规整，力学性能应该比(a)，(b)优越，强化相S相与θ相比较均匀的分布在晶内，起到一定的强化效果。

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A c3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A c1～A c3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图2 焊缝金属的结晶形态焊条堆焊出长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。

摘要：对Q345钢焊接性分析并制定Q345钢板（板厚δ=10mm）的对接埋弧焊工艺，依照工艺进行埋弧焊；对Q345埋弧焊接头典型部位截取试样，进行金相显微试样的制备；观察显微组织，测量显微维氏硬度，作显微组织和力学性能分析。

1实验原理：1.1 Q345（16Mn）焊接性分析及焊接方法的选择Q345应用最广用量最大的低合金高强度结构钢，综合性能好，低温冲击韧性，冷冲压性及切削性能均好，屈服强度≥345MPa，抗拉强度≥490Mpa，适用于多种焊接方法，本次实验选择焊接性能良好的埋弧焊。

1.2埋弧焊焊接工艺1.2.1埋弧焊简介埋弧自动焊是指电弧在颗粒状焊剂层下燃烧的一种自动焊方法，是目前广泛使用的一种高效的机械化焊接方法。

广泛用于锅炉、压力容器、石油化工、船舶、桥梁、冶金及机械制造工业中。

1.2.2埋弧焊焊接原理埋弧焊的焊接过程：先送丝，经导电嘴与焊件轻微接触，焊剂堆敷在待焊处，引弧。

随着电弧向前移动，熔池液态金属冷却凝固形成焊缝，液态熔渣冷却而形成渣壳。

焊接时，焊机的启动、引弧、送丝、机头(或焊件)移动等过程全由焊机机械化控制。

1.2.3焊前准备1.坡口的选择与加工由于埋弧焊的使用的电流比较大，熔透深度比较大，因此当焊件厚度小于14mm时可以不开坡口，这样仍能保证焊透和良好的焊缝成形；因为此次实验所选钢板为10mm厚，故不开坡口。

2.焊件的清理焊接前，必须将坡口及焊接部位表面的锈蚀、油污、水分、氧化皮等清楚干净。

方法有手工清除、机械清除等。

3.焊丝的清理和焊剂的烘干焊接前，必须将焊丝表面的油污、铁锈等污物清除干净。

为防止氢侵入焊缝，对焊剂必须严格烘干，而且要求烘干后立即使用。

不同类型的焊剂要求烘干温度不同，这次实验所用焊剂为HJ431，查焊接材料手册知要求250℃、2h烘干。

4.焊件的装配焊件装配时，必须保证间隙均匀，高低平整。

定位焊的位置应在第一道焊缝的背面，长度一般应大于30mm。

此次定位焊选用CO2气体保护焊。

实验一金相显微试样的制备一．实验目的1．了解金相试样的制备过程2．掌握钢铁金相试样的制备过程及方法二．概述金相显微试样的制备可分为以下五个过程：(一) 取样1.试样制备：1.1试样选择1.1.1试样截取的方向、部位、数量应根据金属制造的方法、检验目的、技术条件、相关标准的规定或双方达成协议的规定进行。

1.1.2需研究金属材料从表层到中心的组织、显微组织状态、晶粒度级别、碳化物网、表层缺陷深度、氧化层深度、脱碳层深度、腐蚀层深度时，应垂直于锻轧方向取横截面截取试样。

1.1.3 需研究非金属夹杂物的变形程度、晶粒畸变程度、塑性变形程度、变形后的各种组织形貌、热处理的全面情况时，应平行于锻轧方向取纵截面截取试样。

1.1.4 需研究焊接接头从表层到中心及各焊层的组织、显微组织状态、晶粒度级别等情况时，应垂直于焊缝的纵截面截取试样，并应符合相关标准、规程的规定。

注：显微试样的选取应根据研究的目的,取其具有代表性的部位。

例如○1在检验和分析失效零件的损坏原因时，除了在损坏部位取样外，还需要在距破坏处较远的部位截取试样以便比较。

○2在研究金属铸件组织时，由于存在偏析现象，必须从表面层到中心同时取样进行观察；○3对于轧制和锻造材料则应同时截取横向（垂直于轧制方向）及纵向（平行于轧制方向）的金相试样，以便于分析比较表层缺陷及非金属夹杂物的分布情况；○4对于一般热处理后的零件，由于金相组织比较均匀，试样的截取可在任一截面进行。

1.2试样截取1.2.1试样可用手锯、砂轮切割机、锯、刨、铣等截取，必要时也可用气割法、等离子切割等方法截取。

1.2.2 不论用哪种方法取样，均应避免截取方法对组织的影响，如变形、过热等。

根据不同方法应在切割边去除这些影响，对过热的影响，可在截取时采取水冷等措施避免。

1.2.3确定好部位后就可把试样截下，试样的尺寸通常采用直径φ12～15mm，高12～15mm的圆柱体或边长12～15mm的方形试样。

焊接件金相实验报告实验目的1. 掌握焊接材料（钢）的金相实验技术；2. 了解焊接组织的基本特征和形成机理；3. 分析焊接变性区的显微组织，推测焊接过程中的热影响区。

实验原理焊接是通过加热，在高温下熔化填充金属材料，使接头的两个部分熔化，然后冷却并凝固，形成一个连续的组织。

焊接时，由于受到高温和冷却过程的影响，焊接部位的组织结构会发生一定的变化，形成焊接变性区。

金相实验可以通过显微镜观察和分析焊接区域的显微组织，了解焊接材料的结构和性能。

实验步骤1. 把焊接件切割成适当的试样；2. 用砂纸对试样进行粗磨和细磨，直到试样表面平整、光洁；3. 用1%～3%的盐酸溶液进行腐蚀，腐蚀时间根据试样的大小和材料的硬度来确定，一般为2～5分钟；4. 将试样清洗干净，用酒精擦干；5. 将试样放入显微镜，使用合适的放大倍率进行观察。

实验结果经过实验观察，焊接件的显微组织如下：1. 焊缝区：焊缝区由于在焊接过程中受到较高的温度，组织结构发生了显著的变化。

从显微镜观察中可以看到，焊缝区出现了晶粒长大、晶界清晰的特点。

晶粒沿着焊接方向排列，晶粒间的夹杂物也有所增加。

2. 热影响区：热影响区是指焊缝附近受到热影响而没有完全熔化的区域。

通过显微镜观察，可以看到热影响区的组织结构发生了改变，但变化不如焊缝区明显。

热影响区中的晶粒呈现颗粒状，晶界较为清晰，但没有焊缝区的晶粒排列规则。

实验分析焊缝区的晶粒长大和晶界的清晰是由于焊接过程中的高温和冷却速度的影响。

高温会使晶粒较快地长大，而快速的冷却速度则促进了晶粒的细化。

同时，在焊接过程中，由于较大的热输入，夹杂物也有可能熔化和聚集，形成焊缝中的夹杂物。

夹杂物的存在会对焊接接头的力学性能产生不良影响。

热影响区的组织结构变化相对较小的原因是，尽管受到了焊接过程中的高温，但是并没有达到完全熔化的程度。

热影响区的晶粒颗粒较小，这是由于在焊接过程中，材料接触到高温后会发生再结晶作用。

再结晶作用使得晶粒细化，晶界较为清晰。