焊接缺陷分析综合实验报告

焊接缺陷分析综合实验报告

焊接条件：

试件号：3 组号：4

试件材料：16Mn 板材

保护气体：20% CO 2 + 80% Ar 15L/min

线能量：34.6KJ/cm

同组成员：34.6KJ/cm （1、3） 12.0KJ/cm （5、7） 24.8KJ/cm （9、11）

一、 金相组织分析

（一）各自的接头组织分析

1、焊接接头一般分为：焊缝、熔合区、焊接热影响区、母材四部分。以16Mn 焊缝组织

为例，图1中图（a ）、图（b ）○1处为焊缝， ○

2处为熔合区，○3处为母材。

图（a ） 图（b ） ②③

①

图（1）低倍镜下16Mn 焊缝组织形态 ①②③

2、16Mn属于低合金钢，根据低合金钢焊缝化学成分和冷却条件的不同，可能出现以下四种固态转变组织：

（1）铁素体转变：○1先共析铁素体○2侧板条铁素体

○3针状铁素体○4细晶铁素体

（2）珠光体转变：铁素体和渗碳体的层状混合物

（3）贝氏体转变：○1上贝氏体○2下贝氏体

（4）马氏体转变：○1板条马氏体○2片状马氏体

3、各自的接头组织分析

16Mn等低碳钢根据其焊接热影响区金属的组织特征，可以分为四个区域。

（1）熔合区

紧邻焊缝的母材与焊缝交界处的金属称为熔合区或半熔化区。焊接时，该区金属处于局部熔化状态，加热温度在固液相温度区间。在一般熔化焊的情况下，此区仅有2~3个晶粒的宽度，甚至在显微镜下也难以辨认。但是，它对焊接接头的强度、塑性都有很大的影响。如图2（a）所示。

（2）粗晶区

该区的加热温度范围为1100~1350℃。由于受热温度很高，使奥氏体晶粒发生严重的长大现象，冷却后得到晶粒粗大的过热组织，故称为过热区。此区的塑性差、韧性低、硬度高。其组织委粗大的铁素体和珠光体。粗晶区的显微组织见图2（b）。

（3）细晶区

此区加热温度在Ac3~1100℃之间。在加热过程中，铁素体和珠光体全部转变为奥氏体，即产生金属的重结晶现象。由于加热温度稍高于Ac3，奥氏体晶粒尚未长大，冷却后将获得均匀而细小的铁素体和珠光体，相当于热处理时的正火组织，故又称正火区或相变重结晶区。该区的组织比退火（或轧制）状态的母材组织细小，如图2（c）所示。

（4）不完全重结晶区

焊接时，加热温度在Ac1~Ac3之间的金属区域为不完全重结晶区。当低碳钢的加热温超过Ac1时，珠光体先转变为奥氏体。温度进一步升高时，部分铁素体逐步溶解于奥氏体中，温度越高，溶解的越多，直至Ac3时，铁素体将全部溶解到奥氏体中。焊后冷却时又从奥氏体中析出细小的铁素体，一直冷却到Ar1时，残余的奥氏体就转变为共析组织—珠光体。由此看出：此区只有一部分组织发生了相变重结晶过程，而始终未溶入奥氏体的铁素体，在加热时会发生长大，变成较粗大的铁素体组织，所以该区域金属的组织是不均匀的，晶粒大小不一，一部分是经过重结晶的晶粒细小的铁素体和珠光体，另一部分是粗大的铁素体（图2（d））。由于组织不均匀，因而机械性能也不均匀。

图（a）熔合区图（b）粗晶区

图（c）细晶区图（d）不完全重结晶区

图（2）16Mn焊缝组织区域分析

4、16Mn焊缝高倍镜下的组织分析

图（a）图（b）

图（c）图（d）

图（3）高倍镜下16Mn焊缝的组织

组织分析：

如图（3）所示，图（a）（b）（c）（d）是16Mn板材在焊接性能量为34.6KJ/cm 条件下形成的焊缝在500倍镜下的焊缝组织形态图，焊缝、熔合区、热影响区的组织形态有明显区别。熔合区宽度为2~3个晶粒的宽度，甚至在显微镜下也难以辨认。在图（a）中有一块白色区域，其组织成分应该是黑白相间的羽毛状下贝氏体。另外，图（a）中焊缝处还存在一个气孔缺陷。在图（b）的靠近母材一侧的熔合区可以看到有少量的马氏体存在，这是因为母材的温度比较低，所以靠近母材一侧的熔合区的温度比较低，这样导致靠近母材一侧的熔合区的冷却速度很大，即形成马氏体。图（c）中，可一看到铁素体是沿晶界分布的，而晶粒内部是片层状的珠光体组成。图（d）中熔合区部分的铁素体成柱状，由焊缝向母材中生长。另外，在图（c）中可以有许多黑点分布在图中，在焊缝中的黑点可能是气孔、夹杂物等。但此图中的黑点明显是由于在制备晶像试样过程中腐蚀过度形成的凹坑。在图（c）中还有部分黑白相间的羽毛状下贝氏体。图（d）的靠近母材一侧的熔合区可以看到有少量的马氏体存在。

5、16Mn钢的CCT图分析

连续冷却组织转变图（CCT图），可以比较方便地预测焊接热影响区的组织和性能。图（4）为16Mn钢的CCT图。

由图（4）可以看出，只要知道在焊接条件下熔合区附近（T m=1300~1350℃）

t8/5冷却时间，就可以在此图上查出相应的组织。

图（4）16Mn钢的CCT图

查找资料知t8/5计算公式如下：

E-焊接线能量（J/cm）= 3.64×104 J/cm

T0-初始温度（℃）= 30℃

可以计算得t8/5值5.23s，结合图（4）可以知道焊缝组织。

16Mn钢奥氏体在以不同速度的连续冷却过程中,发生了铁素体的析出(A→F)、珠光体转变(A→P)、贝氏体转变(A→B)和马氏体转变(A→M)。Ms线右端降低,这是由于先共析铁素体的析出和贝氏体的转变使得周围奥氏体富碳所致。随着冷却速度的增大,铁素体的析出量、珠光体的转变量和贝氏体的转变量都先增后

减,直到最后为零。而马氏体的转变量则越来越多,钢的硬度也随之越来越高(由156到366)。当冷却速度小5℃Πs 时,奥氏体中只析出铁素体和发生珠光体转变,不发生贝氏体转变和马氏体转变,转变产物为铁素体和珠光体(F+P),冷却速度为10℃Πs 时开始出现贝氏体(B),当冷却速度为20℃Πs 时开始出现马氏体(M),冷却速度为20～35℃Πs 时转变产物为铁素体、珠

光体、

贝氏体和马氏体(F+P+B+M),冷却速度≥45℃Πs 时转变产

物为铁素体、贝氏体和马氏体(F+B+M)。

图（b ） 图（a ） 图（c ） 图（d ）

（二）各组接头组织分析