第四章焊接接头的组织与性能分析

焊缝接头组织的金相观察分析一、实验目的1、认识焊缝区和热影响区各区段的组织特征。

2、了解焊缝金相检验方法和焊接接头的形成过程3、掌握焊接组织对性能的影响二、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，热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金属称为热影响区。

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。

根据组织和性能区别，焊接接头分为焊接区和焊接影响区。

焊缝区，是熔池泠凝后为铸态组织，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的柱状晶组织，焊缝金属的性能一般不低于母材性能，但易产生裂纹。

以低碳钢为例，根据热影响区内各区段在焊接过程中所达到的最高温度范围，依次分为熔合区（固相线一液相线），过热区（1100℃——固相线）；完全正火区（AC3——1100℃）；不完全旺火区（AC1～AC3）。

对易淬火钢而言，还会出现淬火组织。

热影响区如图所示如图所示（1）熔合区即融合线附近焊缝金属到基体金属的过渡部分，温度处在固相线附近与液相线之间，金属处于局部熔化状肪，晶粒十分粗大，化学成分和组织极不均匀，冷却后的组织为过热组织，呈典型的魏氏组织。

这段区域很窄（0.1-1mm）,金相观察实际上很难明显的区分出来，但该区对于焊接接头的强度、塑性都有很大影响，往往熔合线附近是裂纹和脆断的发源地。

（2）过热区（粗晶粒区）加热温度范围Tks-Tm(Tks为开始晶粒急剧长大温度，Tm 为熔点)，当加热至1100℃以上至熔点，奥氏体晶粒急剧长大，尤其在1300℃以上，奥氏体晶粒急剧粗化，焊后空冷条件下呈粗大的魏氏组织，塑性、韧性降低，使接头处易出现裂纹。

1、与热处理相比，焊接热过程有哪些特点？答：（1）焊接过程热源集中，局部加热温度高（2）焊接热过程的瞬时性，加热速度快，高温停留时间短（3）热源的运动性，加热区域不断变化，传热过程不稳定。

2、焊接热循环中冷却时间t8/5 t8/3 t100的含义是什么?应用对象？为什么不常用某温度下（如540C）的冷却速度？答：（1）含义：焊接热循环中的冷却时间t8/5表示从800C冷却到500C的冷却时间。

焊接热循环中的冷却时间t8/3表示从800C冷却到300C的冷却时间。

焊接热循环中的冷却时间t100表示从峰值冷却到100C的冷却时间。

（2）应用对象：对于一般碳钢和低合金钢常采用相变温度范围800~500℃冷却时间（85t）对冷裂纹倾向较大的钢种，常采用800~300℃的冷却时间83t，各冷却时间的选定要根据不同金属材料做存在的问题来决定（3）为了方便研究常用某一温度范围内的冷却时间来讨论热影响组织性能的变化，而某个温度下比如540℃则为一个时刻即冷却至540℃时瞬时冷却速度和组织性能。

故不常用某以温度下的冷却速度，对于一般低合金钢来讲，主要研究热影响区溶合线附近冷却过程中540℃时瞬时冷却速度3、从传热学角度说明临界板厚δcr的概念？答：由传热学理论知道：在线能量一定的条件下，随板厚增加，冷却速度Wc增大，冷却时间t8/5变短，但当板厚增加到一定程度时，则Wc和t8/5不再变化，此时的板厚即为临界板厚δcr。

4、焊接条件下的CCT图有何重要意义？答：利用CCT图，可以比较方便地预测或查出焊接热影响区的组织和性能，并能作为选择焊接线能量、预热温度和制定焊接工艺的依据，对于焊接性分析和提高焊接接头的质量具有十分重要的意义。

焊接冶金过程的四大特点1、需要对金属进行保护2、焊接冶金过程是分区域（阶段）连续进行的过程，各阶段之间相互联系3、冶金过程与“焊接方法”和“焊接规范”有关4、冶金过程具有不平衡性，但存在平衡趋势。

1、焊接接头的组成，影响焊接接头组织和性能的因素。

（1）接头组成：包括焊缝、熔合区和热影响区。

（2）组织1）焊缝区接头金属及填充金属熔化后，又以较快的速度冷却凝固后形成。

焊缝组织是从液体金属结晶的铸态组织，晶粒粗大，成分偏析，组织不致密。

但是，由于焊接熔池小，冷却快，化学成分控制严格，碳、硫、磷都较低，还通过渗合金调整焊缝化学成分，使其含有一定的合金元素，因此，焊缝金属的性能问题不大，可以满足性能要求，特别是强度容易达到。

2）熔合区熔化区和非熔化区之间的过渡部分。

熔合区化学成分不均匀，组织粗大，往往是粗大的过热组织或粗大的淬硬组织。

其性能常常是焊接接头中最差的。

熔合区和热影响区中的过热区(或淬火区)是焊接接头中机械性能最差的薄弱部位，会严重影响焊接接头的质量。

3）热影响区被焊缝区的高温加热造成组织和性能改变的区域。

低碳钢的热影响区可分为过热区、正火区和部分相变区。

(1)过热区最高加热温度1100℃以上的区域，晶粒粗大，甚至产生过热组织，叫过热区。

过热区的塑性和韧性明显下降，是热影响区中机械性能最差的部位。

(2)正火区最高加热温度从Ac3至1100℃的区域，焊后空冷得到晶粒较细小的正火组织，叫正火区。

正火区的机械性能较好。

(3)部分相变区最高加热温度从Ac1至Ac3的区域，只有部分组织发生相变，叫部分相变区。

此区晶粒不均匀，性能也较差。

在安装焊接中，熔焊焊接方法应用较多。

焊接接头是高温热源对基体金属进行局部加热同时与熔融的填充金属熔化凝固而形成的不均匀体。

根据各部分的组织与性能的不同，焊接接头可分为三部分。

，在焊接发生熔化凝固的区域称为焊缝，它由熔化的母材和填充金属组成。

而焊接时基体金属受热的影响(但未熔化)而发生金相组织和力学性能变化的区域称为热影响区。

熔合区是焊接接头中焊缝金属与热影响区的交界处，熔合区一彀很窄，宽度为0．1～0．4mm。

（3）影响焊接接头性能的因素焊接材料焊接方法焊接工艺2、减少焊接应力常采用的措施有哪些？(1)选择合理的焊接顺序(2)焊前预热(3)加热“减应区”(4)焊后热处理3焊接变形的基本形式有哪些？消除焊接变形常用的措施有哪些？(1)焊接变形1)收缩变形2)角变形3)弯曲变形4)波浪形变形5)扭曲变形(2)措施1)合理设计焊接构件2)采取必要的技术措施①反变形法②加裕量法③刚性夹持法④选择合理的焊接顺序⑤采用合理的焊接方法4、为什么要对焊接冶金过程进行保护？采用的保护技术措施有哪些？焊接冶金过程特点：电弧焊时，被熔化的金属、熔渣、气体三者之间进行着一系列物理化学反应，如金属的氧化与还原，气体的溶解与析出，杂质的去除等。

45#钢与Q235焊接焊接接头组织性能分析XXXX（XXXXX）（swjtu材料学院成型一班）摘要：焊缝组织性能和母材有所区别，选择45#钢与Q235焊接接头作为研究对象，进行手工焊后取样，通过研究硬度分布情况和焊缝、热影响区以及母材的金相组织的变化，分析所需要的结果。

关键词：硬度分布45#钢与Q235接头组织性能焊缝及热影响区的显微组织是评价焊接接头质量的重要指标之一。

焊接金相检验的目的，一方面是为了检验焊接接头的质量是否符合有关标准的规定；另一方面是通过对一些焊接接头的进行分析鉴别金相组织各区域的缺陷的分布、性质，从而判定缺陷产生的原因，45#钢与Q235焊接在定位构件等制造中有重要的应用。

一、实验材料和方法：1.1实验材料：焊接使用的材料为45#钢与Q235钢焊接接头试样1.2.1金相组织观察取焊接接头试样经240#、600#、800#、1000#、1200#、1500#水磨砂纸打磨后抛光，抛光至无划痕，用4%硝酸酒精试剂腐蚀，用光学显微镜对制备好金相试样进行组织观察与分析。

1.2.2显微硬度测试试样截取方位，数量及方法按《GB/T2649—81焊接接头机械性能试验取样方法》规定。

截取的样坯应包括焊接接头的所有区域。

试样表面必须与支撑面相互平行，表面粗糙度应符合相应硬度测试法《GB/T4340.1—2009金属材料维氏硬度试验》的规定。

本次试验采用的是HVA-10A型小负荷维氏硬度计和HVS-30型数显维氏硬度计。

本实验中硬度试样为45#钢与Q235焊接焊接接头，硬度点沿垂直于焊缝方向分布，硬度取样点可垂直于焊缝，每个0.5mm测1点，离焊缝较远后可距离大些（母材），2mm 测1点。

2试验结果2.1 金相试验结果45#与Q235焊接接头的金相组织见图1所示。

(a) (b) (c)(a)45#母材组织（b）45#热影响区组织（c）焊缝组织(d)Q235母材组织图1（a）中为为45#母材的金相组织，为大块区珠光体与块状多面体晶粒铁素体混合分布。

《孪晶诱发塑性（TWIP）钢激光焊接接头的组织与性能研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，高强度钢因其优异的力学性能和良好的可加工性，在汽车制造、航空航天等领域得到了广泛应用。

孪晶诱发塑性（TWIP）钢作为一种新型的高强度钢，其优异的塑性和韧性使其在焊接领域具有巨大潜力。

本文将重点研究孪晶诱发塑性（TWIP）钢激光焊接接头的组织与性能，为实际应用提供理论支持。

二、研究内容（一）材料与方法本实验选用的TWIP钢为XX牌号，采用激光焊接技术进行焊接。

焊接参数包括激光功率、焊接速度、焦点位置等。

采用金相显微镜、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等手段对焊接接头的组织结构进行观察和分析。

同时，通过拉伸试验、硬度测试和冲击试验等方法，对焊接接头的力学性能进行评估。

（二）组织结构分析1. 宏观结构：通过金相显微镜观察焊接接头的宏观结构，包括焊缝、热影响区和母材等区域。

2. 微观结构：利用SEM和TEM观察焊缝和热影响区的微观组织，分析其晶体结构、相组成和晶粒尺寸等。

特别关注孪晶结构的形成和发展情况。

3. 界面结构：重点分析焊缝与母材之间的界面结构，探讨元素扩散、相变等现象对焊接接头性能的影响。

（三）性能评估1. 拉伸性能：通过拉伸试验，评估焊接接头的抗拉强度、屈服强度和延伸率等力学性能指标。

2. 硬度测试：采用硬度计测量焊接接头的硬度分布，分析其硬度变化规律。

3. 冲击性能：通过冲击试验，评估焊接接头在冲击载荷下的抗冲击性能。

三、结果与讨论（一）组织结构结果1. 宏观结构观察发现，焊缝平整，无明显的焊接缺陷。

热影响区与母材之间的过渡平滑，未出现明显的组织不均匀现象。

2. 微观结构分析表明，焊缝中出现了大量的孪晶结构，有效提高了钢的塑性和韧性。

晶粒尺寸在焊接过程中得到细化，有利于提高材料的力学性能。

3. 界面结构分析发现，元素在焊接过程中发生了扩散，形成了连续的界面结构。

相变现象在热影响区较为明显，对焊接接头的性能产生了一定影响。

焊接工艺中的焊缝形貌与力学性能分析焊接是一种常见的金属加工方法，通过加热和加压使金属材料连接在一起。

焊缝是焊接后形成的接头，其形貌和力学性能对焊接质量有着重要的影响。

本文将对焊接工艺中的焊缝形貌与力学性能进行分析。

一、焊缝形貌分析焊缝形貌是指焊接后焊缝的外观形态及其组织特征。

焊缝形貌的好坏直接反映了焊接工艺的合理性和焊接接头的质量。

以下是焊缝形貌的主要观察指标。

1.焊缝外观焊缝外观主要包括焊缝宽度、焊缝凹凸度、焊缝表面质量等指标。

焊缝宽度应符合设计要求，不能过宽或过窄。

焊缝凹凸度应均匀，不能存在明显的凸起或凹陷。

焊缝表面应光滑、光亮，并且不能有裂纹、气孔等缺陷。

2.焊缝组织结构焊缝组织结构是指焊接过程中金属材料的晶粒生长状态和相组成。

焊缝组织结构的好坏与焊接材料的选择、焊接工艺参数的控制密切相关。

理想的焊缝组织应该具有细小均匀的晶粒和致密的结构，以提高焊接接头的强度和韧性。

3.焊缝形状焊缝形状是指焊缝截面的形状和形貌。

常见的焊缝形状有直角焊缝、V型焊缝、X型焊缝等。

选择合适的焊缝形状可以提高焊缝的强度和疲劳寿命。

二、力学性能分析焊缝的力学性能是指焊接接头在受力情况下的承载能力和变形能力。

焊缝的力学性能直接影响焊接件的使用寿命和安全性能。

以下是焊缝力学性能的主要评估指标。

1.拉伸强度焊缝的拉伸强度是指焊接接头在拉伸载荷下的最大承载能力。

高强度的焊缝具有较好的抗拉性能，能够保证焊接接头在受力情况下不易发生断裂。

2.抗剪强度焊缝的抗剪强度是指焊接接头在剪切载荷下的最大承载能力。

焊缝的抗剪强度对于焊接接头的剪切稳定性和耐疲劳性能具有重要影响。

3.韧性焊缝的韧性是指焊接接头在受到外力作用下的变形能力。

良好的焊缝韧性可以减缓焊接接头的断裂速度，提高焊接接头的断裂韧性和疲劳寿命。

4.疲劳寿命焊缝的疲劳寿命是指焊接接头在循环载荷作用下能够承受的次数。

焊缝的疲劳寿命直接决定了焊接接头的使用寿命和可靠性。

综上所述，焊接工艺中的焊缝形貌与力学性能对焊接质量具有重要意义。

《孪晶诱发塑性（TWIP）钢激光焊接接头的组织与性能研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，高强度钢因其优异的力学性能和良好的可加工性，在汽车制造、航空航天等领域得到了广泛应用。

孪晶诱发塑性（TWIP）钢作为一种新型的高强度钢，其优异的塑性和抗冲击性能使其在激光焊接领域具有巨大的应用潜力。

本文旨在研究孪晶诱发塑性（TWIP）钢激光焊接接头的组织与性能，以期望为这种新型材料在激光焊接中的应用提供理论支持和实践指导。

二、文献综述（一）孪晶诱发塑性（TWIP）钢的特性与优势TWIP钢以其高强度、高塑性和良好的抗冲击性能在众多钢材中脱颖而出。

其独特的微观结构和化学成分使其在受到外力作用时，能够产生大量的孪晶，从而显著提高材料的塑性和韧性。

（二）激光焊接技术及其在TWIP钢中的应用激光焊接技术以其高效率、高精度和低热影响区的特点，在金属材料加工中得到了广泛应用。

在TWIP钢的焊接中，激光焊接技术能够有效地减少热影响区的范围，保证焊接接头的质量。

三、研究方法本研究采用激光焊接技术对TWIP钢进行焊接，并通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段对焊接接头的微观组织进行观察和分析。

同时，通过拉伸试验、硬度测试等手段对焊接接头的力学性能进行评估。

四、实验结果与分析（一）微观组织观察通过SEM和TEM观察发现，激光焊接后的TWIP钢接头处形成了均匀、致密的微观结构。

在焊缝区域，TWIP钢的孪晶结构得到了较好的保留，且焊缝处的晶粒尺寸相对较小。

此外，接头处未发现明显的气孔、裂纹等缺陷。

（二）力学性能测试拉伸试验表明，激光焊接后的TWIP钢接头具有较高的抗拉强度和延伸率。

与母材相比，接头处的力学性能基本保持一致。

硬度测试结果显示，焊缝区域的硬度略高于母材，但整体差异不大。

（三）分析与讨论本研究的实验结果表明，激光焊接技术能够有效地实现TWIP钢的焊接，且接头处的微观组织和力学性能均表现出较好的性能。