焊接接头金相组织分析

焊接接头金相组织分析

一、试验目的

（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

（三）了解低碳钢焊接热影响区的组织变化规律。二、试验装置

及试验材料

（一）粗、细金相砂纸一套

（二）平板玻璃2块

（三）金相显微镜4台

（四）吹风机1个

（五）抛光机4台

（六）低碳钢焊接接头试片1个

（七）腐蚀液：

4％硝酸酒精溶液

（八）乙醇、丙酮、棉花等

三、试验原理

（一）焊缝凝固时的结晶形态

1、焊缝的交互结晶，如图1所示

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

2、焊缝的结晶形态

根据成分过冷的结晶理论，合金的结晶形态与溶质的浓度C0、结晶速度R和温度剃度G有关。

图2 C0、R和G对结晶形态的影响

（二）低碳钢焊缝热影响区金属的组织变化

以低碳钢为例，根据其热影响区金属组织的特性，可分为四个区域，如图3所示:

图3低碳钢焊接热影响区分布特征

1-熔合区；2-粗晶区；3-结晶区；4-不完全重结晶区；5-母材

a、接头金相组织：

1、未受热影响的焊缝金属区；

2、受影响的层间金属区，结晶形态消失；

3、受过热作用的热影响区；

4、母材；

b、过热粗晶区魏氏体组织

C、左侧一次正火细晶区，右侧二次正火，晶粒较粗

d、不完全结晶区组织

e、母材组织

（三）30CrMnSiA钢焊缝热影响区金属组织变化

30CrMnSiA钢的连续冷却转变曲线

四、实验方法及步骤

（一）低碳钢焊接接头金相分析

1、试样的准备；

2、用金相砂纸打磨试片；

3、抛光试片；

4、腐蚀；

5、在显微镜下观察与分析

（二）30CrMnSiA钢试片的制作

1、将厚度为2.5mm的30CrMnSiA钢板切成180× 20mm和180× 35mm两种规格的试片；

2、试片焊前进行退火处理；

3、去除试片表面油污及氧化物；

4、分别用电弧焊和气焊焊接试片；

5、制作金相试样：打磨、抛光、腐蚀等；

6、在显微镜下观察已制备好的金相试样；

五、实验结果

整理与分析

（一）根据金相观察照出各区域焊接接头显微组织；

（二）分析焊接接头各区域显微组织特征；

焊接接头主要包括5个区域

1、熔合区

2、过热区

3、正火区

4、部分相变区

5、再结晶区

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合区。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（约1350～1450℃）。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、

塑性都有很大影响

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合区。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（约1350～1450℃）。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、

塑性都有很大影响

3、正火区（重结晶区）

该区加热温度在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，故又称为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，因此，该区是热影响区中组织

和性能最好的区域

4、部分相变区（不完全重结晶区）

焊接时，加热温度在Ac1~Ac3之间（约750～900℃）的金属区域为不完全重结晶区。

当低碳钢的加热温度超过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，直到Ac3时，铁素体将全部溶解在奥氏

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。由次可看出，次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，因此，

该区域金属的组织是不均匀的，晶粒大小也不一致，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

5、母材（再结晶区）

当母材为热轧状态供应的钢材时，则该区组织仍保留原始的带状组织特征（三）分析试验结果；

由硬度曲线可以知道，开始几个测试点位于45#钢母材区，硬度基本保持不变，热影响区宽度约为4mm-6mm,硬度值大，可能原因是碳含量比较大，同时该区域形成了带状组织。另外，可以看到，该区域的珠光体的含量较母材来说有所增加。焊缝组织的硬度高于母材的硬度。一方面，高碳含量是一个原因，另一方面观察焊缝金相组织可以知道，里面有粗大的柱状晶和针状铁素体，这是致使其硬度大的主要原因。同时，高硬度会带来韧性不好，

脆性大等问题，螺杆就从根部发生断裂。同时，焊接方法采用的是单层焊，可能造成两种材料的连接强度不够，发生断裂。