8.焊接接头金相组织分析
焊缝热影响区中会出现的金相组织
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金相检验-焊接接头的金相检验实验指导书
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。
Q235钢摩擦叠焊单元成形焊接接头金相组织分析
12试验与研究焊接技术第42卷第6期2013年6月文章编号：1002—025X(2013)06—0012-03Q235钢摩擦叠焊单元成形焊接接头金相组织分析高辉，焦向东，周灿丰，陈家庆(北京石油化丁学院能源丁程先进连接技术研究巾，L、，北京102617)摘要：针对Q235钢开展了摩擦叠焊单元成形焊接试验并对在主轴转速5ooo r／r a i n．塞棒进给速度O．3nl l n]s条件下的焊接接头的显微组织和显微组织硬度进行了测试．分析了摩擦叠焊单元成形焊接接头中不同位置的金相组织结构与摩擦焊接过程中温度和压力之间的关系．以及接头中不同位置处显微组织硬度存在差异的原因该研究对Q235钢摩擦叠焊焊接工艺参数的研究及提高焊接接头的质量具有一定的指导意义关键词：Q235铜；摩擦叠埠：金相鲴织中图分类号：T G456．5文献标志码：B摩擦叠焊属于一种新型的同相连接技术，因其焊接过程中不采用电弧加热的形式，焊接接头的质量受环境压力变化影响较小，特别适合于水下作业，尤其是深水结构物的修复。
德国G K SS，英国T W l 以及巴两石油公司分别于2003年、2008年前后针对钢材料进行了摩擦叠焊设备及焊接T．艺的详细试验研究，．摩擦叠焊作为一种较新的焊接T艺，目前国内对其焊接设备和焊接T艺的研究尚处于试验窒阶段-．本文针对Q235钢开展了摩擦叠焊单元成形焊收稿日期：2012一l2—05基金项目：同家自然基金青年基金(51109005)接试验并对焊接T-艺参数为5000r／rai n，0．3m m／s 条件下的焊接接头的金相显微组织和显微组织硬度进行了测试，分析了焊接接头不同位置金相组织及显微组织硬度存在较大差异的原因，该研究对Q235钢摩擦叠焊焊接T艺参数的研究具有一定的指导意义1摩擦叠焊单元成形试验摩擦叠焊焊接过程如图l所示，其焊缝由多个单元焊接叠加而成。
因此，对于摩擦叠焊而言，能够获得质量良好的单元成形接头是焊缝成形质量保-4"-”+一+一+一-4．-一-4-”-4--”-4--一-4--一+一+一+一+--4．-一-4-一—_卜一—卜一-4-一+一+一+--4--—卜一-4--—P一-+-一—+r-—卜一+一+--4-一—+一一-4-一-4'-一+*—卜-—+一一-at-一—+一一—+-一-4---—-卜-——卜一—卜一—+一--+-一-4-由于脉冲焊维弧时间相对连续焊的时间短．因而焊接时输入的能量相对连续焊更少，焊接热输人小．所以焊接热影响区的尺寸相对更小：3结论(1)脉冲焊焊接接头组织较连续焊更为均匀．产生魏氏组织较少。
焊接接头组织常用的方法
焊接接头组织常用的方法
常用的焊接接头组织检测方法有如下几种：
1、金相检测法：通过对焊接接头组织进行金相试验，可以观察到金相组织图像中是否有缺陷、裂纹、气孔等缺陷。
2、放射性检测法：使用射线、γ射线或中子、β射线等方法，对焊接接头组织进行检测，以发现焊缝内的未渗透、气孔、裂缝等缺陷。
3、超声波检测法：通过超声波检测仪器，对焊接接头组织进行扫描，检测焊缝表面和内部是否有隐蔽裂纹、气孔和夹渣等缺陷。
4、磁粉检测法：使用磁性粉末覆盖焊接接头表面，然后在亮光下进行检测，以发现焊缝上的裂纹和气孔等缺陷。
5、液体渗透检测法：将液体渗透剂涂抹在焊接区域上，经过适当的作用时间后，用清水或清洁剂冲洗干净，然后在底片上观察是否有渗透剂残留的情况，以发现焊缝中的裂纹、夹渣、未渗透等缺陷。
这些方法的选择要根据实际情况进行，以便达到检测的准确和可靠。
谈分析不同焊接电流下Q235B钢焊接接头金相组织
谈分析不同焊接电流下Q235B钢焊接接头金相组织Summary：Q235B是一种韧性和制造型都良好的钢，还有一定的伸长率和较好的强度，经常被用于机械零件的制造，比如建材、桥梁工程上要求相对比较高的一些焊接结构件。
本次研究就以Q235B钢作为对象，分析不通过焊接电流下其焊接接头的金相组织，结合实际的试验做简单的分析，确定出哪一种焊接电流最合适。
Keys：焊接电流，Q235B钢，焊接接头，金相组织引言：Q235B钢的运用非常的广泛，在工业上可以说是必不可少的结构件，包括了建筑方面、车辆、船舶、压力容器等等。
在实际的构件加工中，焊接接头的组织直接影响焊接接头的性能，这里产生的影响与焊接的电流有着一定的关系。
因此为了进一步保证焊接接头的无损性，都会从焊接电流上试验分析。
选取最合适的电流，确保焊接接头的金相组织，提高安全性能。
1.Q235B钢焊接接头金相组织分析在对材料的焊接过程中，鉴定和分析接头性能的重要一个手段就是金相组织分析。
在实际的焊接成型中，焊接接头的各个区域都会经手不同的热循环过程，因为所获得的组织也就存在不同，最终导致机械性能也有所不同。
在当前的一些科研和实际生产中，都会通过分析金相组织，判断焊接接头性能[1]。
焊接金属的结晶形态以及热影响区的组织变化与焊接热循环有关，也与被焊接的材料有着一定的关系，就比如本次研究的Q235B钢焊接，除了与热循环有关，与Q235B刚自身的材料也有着密切的关系。
而Q235B钢，钢的屈服点是235Mpa的碳元素结构钢，其钢材的含碳量不大于0.20%，做常温冲击实验，他的性能远远优于Q235A。
Q235B的元素含量情况：碳不大于020%，硅不大于0.35%，锰不大于1.4%，硫、磷不大于0.045%，还有铬、铜、镍的允许残余含量不能大于0.30%[2]。
2.不同焊接电流下Q235B钢焊接接头金相组织分析2.1 实验简介分析不同焊接电流下Q235B焊接接头金相组织情况，是需要通过实验的完成。
焊接金相组织
第四章焊接接头组织性能分析焊接过程是个局部快速加热到高温并随后冷却的过程，整个焊件的温度随时间和空间急剧变化，易形成在时间和空间域内梯度都很大的不均匀温度场，温度场的分布决定着焊缝区和热影响区的范围，对焊接接头的质量有着直接影响。
由于焊接过程中的特殊传热过程，焊接所连接的材料上距离热源的远近不同，其组织和性能也各有差异。
通常将受到焊接热作用后组织和性能相对于基材发生改变的区域称为焊接接头。
焊接接头不仅包括结合区，也包括其周围区域。
4.1焊接冶金基础焊接时，焊件或同焊接材料被加热到高温而熔化，冷却后形成的结合部分叫做焊缝。
焊件材料称为母材。
由于局部加热，焊缝邻近区域的母材势必会因热量的传导而受影响。
母材因受热的影响（但未熔化）而发生组织与力学性能变化的区域叫热影响区。
焊缝与热影响区的交界线叫做熔合线或熔合区，实际为具有一定尺寸的过渡区，常称为熔合区。
对于焊接结构件来说，其安全性主要取决于焊接接头，特别是焊接热影响区的组织和性能。
焊缝、热影响区与熔合区共同构成焊接接头，如图1－1所示。
图1－1 焊接接头示意图在焊接过程中，随着温度的变化，焊缝区要发生熔化、化学反应、凝固及固态相变一系列过程；热影响区则会发生组织变化。
这些变化总称为焊接冶金过程。
冶金过程将决定焊缝的成分和接头的组织以及某些缺陷的形成，从而决定了焊接接头的质量。
下面就介绍一下焊接冶金的基本知识与基本规律。
4.1.1. 焊接传热过程的特点在焊接过程中，被焊金属由于热的输入和传播，而经历加热、熔化（或达到热塑性状态）和随后的凝固及连续冷却过程，称之为焊接热过程。
凡是通过局部加热来达到连接金属的焊接方法，不论是熔焊或固态焊接（如电阻焊接、摩擦焊），由于其加热的瞬时性和局部性使得焊缝附近的母材都经受了一种特殊热循环的作用。
其特点为升温速度快，冷却速度快；焊接加热的另一个特点为热场分步极不均匀，紧靠焊缝的高温区内接近熔点，远离焊缝的低温区内接近室温，这一加热特点也造成焊件的温度分布不均匀，并随时间而不断变化，参见图1－2。
焊接接头的金相分析
焊接接头的⾦相分析实验⼀焊接接头的⾦相分析⼀、实验⽬的1.初步掌握焊接接头⾦相试样的制备⽅法。
2.了解低碳钢、管线钢焊接接头各区域⾦相组织及分布特点。
⼆、实验内容1.⾃制低碳钢焊接接头试样，观察与分析其⾦相组织。
2.对实验室制备好的低碳钢、管线钢试样进⾏⾦相组织观察、分析和⽐对。
三、实验原理⾦属材料焊接成型的过程中，焊接接头的各区域经受了不同的热循环过程，因⽽所获得的组织也有很⼤的差异，从⽽导致机械性能的变化。
对焊接接头进⾏⾦相分析，是对接头性能进⾏分析和鉴定的⼀个重要⼿段，它在科研和⽣产中已得到了⼴泛的应⽤。
焊接接头的⾦相分析包括宏观和显微分析两⽅⾯。
宏观分析的主要内容为：⽤⾁眼、放⼤镜、或低倍显微镜（＜100×）观察与分析焊缝成形、焊缝⾦属结晶⽅向和宏观缺陷等。
图1-1是在50倍显微镜下所观察到的焊接接头的宏观照⽚：图1-1 焊接接头的宏观照⽚ 50X显微分析是借助于光学显微镜或电⼦显微镜（＞100×）进⾏观察、分析焊缝的结晶形态、焊接热影响区的组织、分布特点以及微观缺陷等。
焊接接头由焊缝⾦属、焊接热影响区及母材等三部分组成。
焊缝⾦属的结晶形态及焊接热影响区的组织变化不仅与焊接热循环有关，也和所使⽤的焊接材料及被焊材料有密切的关系。
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联接。
联接处的母材和焊缝⾦属具有交互结晶的特征，图1-2为母材和焊缝⾦属交互结晶的⽰意图。
图1-2 母材和焊缝⾦属的交互结晶由图可见，焊缝⾦属与联接处的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，晶粒的成长会被抑制，这就是所谓的选择长⼤，并形成焊缝中的柱状晶。
2.不易淬⽕钢焊接热影响区⾦属的组织变化不易淬⽕钢包括低碳钢和热轧、正⽕低合⾦钢等。
焊接接头的组织
焊接接头的组织一、实验目的1.掌握焊接接头各区域典型的金相组织。
2.熟悉焊接接头各区域的性能变化。
二、实验设备及材料 1.金相显微镜。
2.焊接试样。
3.预磨机4.抛光机 三、实验原理熔化焊是局部加热的过程，焊缝及其附近的母材都经历一个加热和冷却的过程。
焊接热过程将引起焊接接头组织和性能的变化，从而影响焊接质量。
焊接接头组织由焊缝金属和热影响区两部分组成。
现以低碳钢为例，根据焊缝横截面的温度分布曲线，结合铁碳合金相图，对焊接接头各部分的组织和性能变化加以说明，见图13-1。
1．焊缝金属焊缝区的金属在焊接时处于完全熔化状态，它的结晶是从熔池底壁上许多未熔化的晶粒开始的。
因结晶时各个方向冷却速度不同，垂直于熔合线方向冷却速度最大，所以晶粒由垂直于熔合线向焙池中心生长，最终呈柱状晶，如图13-2所示。
熔池中心最后结晶，聚集了等轴状低熔点合金和夹杂物，并可能在此处形成裂纹。
焊缝金属结晶后，其成分是填充材料与熔化母材混合后的平均成分。
在随后的冷却过程中，若发生相变，则上述组织均要发生不同程度的转变。
对低碳钢来说，焊缝组织大部分是柱状的铁素体加少量的珠光体。
2．热影响区热影响区是指焊缝两侧因焊接热作用而发生组织和性能变化的区域。
按受热影响的大小，热影响区可分为熔合区、过热区、正火区和部分相变区。
1）熔合区熔合区是焊缝和基体金属的交界区，相当于加热到固相线和液相线之间的区域。
由于该区域温度高，基体金属部分熔化，所以也称为“半熔化区”。
熔化的金属凝固成铸态组织，未熔化金属因温度过高而长大成粗晶粒。
此区域在显微镜下一般为2~3个晶粒图13-1 低碳钢焊接接头组织变化示意图 1-熔合区；2-过热区；3-正火区；4-部分相变区的宽度，有时难以辩认。
该区城虽然很窄，但强度、塑性和韧性都下降；同时此处接头断面变化．将引起应力集中，很大程度上决定着焊接接头的性能。
2）过热区过热区是热影响区中最高加热温度在1100℃以上至固相线温度区间的区域．该区域在焊接时．由于加热温度高，奥氏体晶粒急剧长大，形成过热组织，所以也称为“粗晶区”。
焊接接头的金相组织实验注意事项
焊接接头的金相组织实验注意事项《焊接接头的金相组织实验注意事项》
嘿呀，说起焊接接头的金相组织实验，那可真是有不少要注意的地方呢！
有一次我做这个实验的时候啊，就差点出了岔子。
我呀，一到实验室就兴奋得不行，着急忙慌地就开始准备了。
结果呢，我连焊接接头都没好好处理，上面还有些脏东西呢，就直接拿去观察了。
等我在显微镜下一看，哎呀，那画面简直是乱七八糟的，啥都看不清。
这时候我才意识到，哎呀，我太粗心大意啦！
所以啊，做这个实验，首先就得把焊接接头清理得干干净净的，可不能像我那次一样马虎。
然后呢，在制备样本的时候，一定要小心翼翼的，别一不小心就把样本给弄坏了。
还有啊，在使用显微镜的时候，要慢慢调节焦距，别一下子就调得乱七八糟的。
另外呀，实验过程中要保持耐心，不能着急。
就像我那次，心太急了，结果啥都没做好。
要一步一步来，稳稳当当的。
还有就是要注意安全哦，那些化学试剂啥的可不能乱碰。
总之呢，做焊接接头的金相组织实验，一定要细心、耐心、注意安全。
可别像我那次一样犯傻啦！哈哈，希望大家都能顺利做好实验呀！。
8破坏性检验
3、金属材料及焊缝金属化学分析
金属材料、焊缝金属化学分析可按GB223.1一 GB223．7《钢铁及合金化学分析方法》进行。
化学分析所用细屑，其厚度应小于1．5mm，可用 钻，刨、铣等机械方法获得。取样区应离起弧、收弧 处15mm以上，距母材5mm以上。
分析碳，锰、硅，硫，磷，取屑量不少于30g；若 还要同时分析其它元素时，取屑量应不少于50g。
3
一、焊接接头的拉伸试验
●GB/T2651—2008《焊接接头拉伸 试验方法》规定了焊接接头拉伸试 验程序及试样尺寸要求。
●可测试焊接接头的抗拉强度和抗 剪负荷。
4
取样位置 试样应从焊接接头垂直于焊缝轴线方向截取，试 样加工完后，焊缝的轴线应位于试样平行长度部 分的中间。 外径≤18mm可采用整管拉伸的办法。
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二、铬镍奥氏体不锈钢焊缝中铁素体含量的测定
1）金相法 金相切割法、标准等级图片法 2）磁性法
原理：不锈钢焊缝中的奥氏体组 织是非磁性材料，不能被磁化， 铁素体是磁性材料，可以被磁化。 焊缝中的铁素体含量越多，焊缝 的导磁能力也就越强。
探头是用磁性材料做成的，探头与焊缝中铁素体形成闭合 磁路。当激磁线圈中有电流时，探头内便有磁通流动，焊缝中 铁素体含量越多，磁阻越小，磁通越大，感应线圈中产生的感 应电动势越强，仪器指针摆动幅度越大。测定仪表盘的刻度用 铁素体的百分比含量表示，即可直接读出焊缝中铁素体含量。
。 ▲ 试样横截面为圆形，夹持部分可以是：
1)单肩、2)双肩、3)带螺纹。
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三、焊接接头的弯曲及压扁试验
GB/T2653—2008《焊接接头的弯曲 试验方法》适用于金属材料熔化焊接头 的弯曲试验。
1、焊接接头弯曲试验分类
热熔对焊工艺评定检验项目
热熔对焊工艺评定检验项目热熔对焊是一种常用的焊接工艺，广泛应用于各个行业。
为了确保热熔对焊的质量和可靠性，需要进行评定检验。
本文将介绍热熔对焊工艺评定检验的相关项目。
1. 焊接接头外观检验：对焊接接头的外观进行检查，包括焊缝的形状、焊缝的均匀性、焊缝的凹凸度等。
外观检验可以直观地了解焊接接头的质量情况。
2. 焊接接头尺寸检验：对焊接接头的尺寸进行测量，包括焊缝的宽度、高度、长度等。
尺寸检验可以判断焊接接头是否符合设计要求。
3. 焊接接头力学性能检验：对焊接接头进行力学性能测试，包括拉伸试验、冲击试验等。
力学性能检验可以评估焊接接头的强度和韧性。
4. 焊接接头金相组织检验：对焊接接头进行金相组织观察和分析，了解焊接接头的晶粒结构、相组成等。
金相组织检验可以评估焊接接头的组织性能和晶粒尺寸。
5. 焊接接头腐蚀性能检验：对焊接接头进行腐蚀性能测试，包括盐雾试验、腐蚀性介质浸泡试验等。
腐蚀性能检验可以评估焊接接头的抗腐蚀能力。
6. 焊接接头密封性能检验：对焊接接头进行密封性能测试，包括气密性试验、液密性试验等。
密封性能检验可以评估焊接接头的密封效果。
7. 焊接接头超声波检测：利用超声波技术对焊接接头进行缺陷检测，包括焊缝内部的气孔、夹杂物等缺陷。
超声波检测可以发现焊接接头的内部缺陷。
8. 焊接接头硬度检验：对焊接接头进行硬度测试，了解焊接接头的硬度分布情况。
硬度检验可以评估焊接接头的强度和变形性能。
以上是热熔对焊工艺评定检验的主要项目。
通过对这些项目的检验，可以全面评估热熔对焊的质量和可靠性。
在实际应用中，还可以根据具体需求添加其他的检验项目，以确保焊接接头的质量符合要求。
焊接接头金相组织分析
焊接接头⾦相组织分析焊接接头⾦相组织分析实验⽬的观察与分析焊缝的各种典型结晶形态；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粗细⾦相砂纸1套平板玻璃1块不同焊缝结晶形态的典型试⽚若⼲低碳钢焊接接头试⽚1块正置式⾦相显微镜1台抛光机1台⼯业电视(或幻灯机)1台吹风机1个4%硝酸酒精溶液⽆⽔醇脱脂棉若⼲典型⾦相照⽚(或幻灯照⽚)⼀套三、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。
焊缝凝固时的结晶形态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。
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)R和温度梯度G有关。
图1-16为C0、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。
Q235B钢薄板RSW焊接接头金相组织分析
Q235B钢薄板RSW焊接接头金相组织分析谢芋江;周培山;杨祥海;景勇俊【摘要】采用RSW工艺对Q235B钢板(δ=1 mm)进行焊接试验,研究分析优质焊接接头各部位的金相显微组织变化及硬度分布特点.试验结果表明:焊接接头的正火区组织为细小的块状铁素体和珠光体,硬度值略高于母材,塑性、韧性较好；过热区其主要由珠光体和少量呈羽毛状的上贝氏体组成,硬度值最高；熔核区组织主要为低碳马氏体和残余奥氏体,硬度值略低于过热区.%The welding of Q235B steel (δ=1mm) is tested with RSW process,research and analysis of various parts of microstructure changes and hardness distribution characteristics of the good quality of welded joints.The results showed that the welded joints normalizing zone are the small granular ferrite and pearlite,the hardness value slightly higher than the base material,good plasticity and toughness; overheated zone is mainly made up of pearlite and a small amount of feathery upper bainite with the highest hardness;the hardness value of the nugget zone,which includes lath martensite and retained austenite,is slightly lower than the overheated zone.【期刊名称】《电焊机》【年(卷),期】2013(043)007【总页数】4页(P103-106)【关键词】Q235B;RSW;焊接接头;金相组织【作者】谢芋江;周培山;杨祥海;景勇俊【作者单位】西南石油大学应用技术学院,四川南充637001;西南石油大学应用技术学院,四川南充637001;西南石油大学应用技术学院,四川南充637001;西南石油大学应用技术学院,四川南充637001【正文语种】中文【中图分类】TG453+.90 前言RSW是最重要的电阻焊方法之一，它具有生产效率高、焊接质量稳定、易实现机械化和自动化等优点，因此该技术在生产中得到广泛应用[1]。
焊接接头的金相组织
焊接接头的金相组织(metallurgical structure of the weld joint )1．焊接接头的组成及区域特征典型的对接焊接接头主要由三个部分组成：（1）焊缝( weld )焊缝金属的结晶凝固冷却方式主要依靠母材金属热传导，所以液态金属结晶很自然呈柱状晶成长，且成长方向垂直于焊接熔池壁，最终汇交于熔池中部形成八字形柱状树枝晶结晶形式。
（2）熔合区( fusion zone )指焊缝与母材交接的过渡区，即熔合线处微观显示的母材半熔化区。
在焊接时，液态的焊缝金属与固态母材金属的交界面，便形成了熔合线（fusion line），即接头横截面上宏观腐蚀所显示的焊缝轮廓线。
以大多数（低碳）碳素钢和低合金钢为例：熔合区的温度处于固相线和液相线之间。
焊缝与母材产生不规则结合，形成了参差不齐的分界面。
该区晶粒十分粗大，化学成分和组织极不均匀，冷却后为过热组织。
区域很窄，金相观察难以区分，但对接头强度和韧性却有很大影响，常是产生裂纹和脆性破坏的发源地。
（3）热影响区（heat affected zone）在焊接和切割过程中，材料因受热的影响（但未熔化）而发生金相组织和机械性能变化的区域。
焊接是一个不均匀加热和冷却的过程，距焊缝不同距离的点上经历着不同的焊接热循环，这些点实质上都受到一次特殊的热处理。
和一般金属热处理一样，每个点都引起不同的组织转变，于是就形成了在组织和性能上不均匀的焊接热影响区。
在这个区中，有些部位的组织和性能可能是优于也可能劣于母材焊前的组织性能。
显然，劣于母材的部位便成为焊接接头中最薄弱环节。
决定热影响区的分区及特征的因素是多方面的，大致可分为三个方面：○1母材的冶金特征母材金属在焊接热循环作用下是否存在固相转变；有固相转变的材料是纯金属、单相合金或多相合金；是否是同素异构转变；是否是扩散型的相变。
例如，焊接无固相转变的金属，在热影响区上主要出现的是晶粒粗大现象，有时也有再结晶现象。
焊接接头宏观金相组织检验
焊接接头宏观金相组织检验规范
1、 名词解释：
1.1焊接接头宏观金相组织检验：用来检查焊缝金属、熔合线、热影响区及母材组织特点，以及有无内部缺
陷的检验方法。
1.2通常把用肉眼或不大于10倍的放大镜检查产品以及整个焊缝金属组织表面或断口宏观组织缺陷的方法叫
宏观检验法。
1.3酸蚀低倍检验：将制备好的试样，用酸液腐蚀，以显示其宏观组织的方法。
2、意 义：通过了解接头的金相组织，我们可以清楚制定该金属正确的工艺、焊接规范的影响因素、焊条及
填充金属的类别区分方法以及热处理和其他鉴定焊缝机械性能的各种影响因素等情况，并且可以
查明焊缝的缺陷和确定它们产生的原因。
3、试样制备：
3.1切割方法：保持焊缝的原始形状，用剪、锯、切等机械方法切取试片；
3.2形状要求：切口与焊缝垂直、试样应包含整个焊缝，热影响区及整个母材；
3.3制备要求：必须除去由取样造成的变形和热影响区以及焊缝加工缺陷；
3.4制备工艺：线切割→2#金刚石砂纸打磨→金相砂纸精磨（要求切口面：Ra0.8以上）；
3.5酸蚀工艺：
4
、酸蚀方法及酸蚀液配制：
4.1冷酸酸蚀法：用一定配比的酸蚀液，在室温下对低倍试片进行腐蚀，来显示焊缝的低倍组织及缺陷。
4.2热酸酸蚀法：配制成分为1：1
（容积比）工业盐酸水溶液，酸蚀温度为65~80℃。
酸蚀时间以准确显示
钢的低倍组织及缺陷为准（可参照下表）。
注：以上主要内容摘自：王朝前编写。
《焊接质量检验》。
辽宁科学技术出版社1994.11。
326~328页
审定： 审核： 作成：。
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。
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焊接接头金相组织分析一、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、实验装置及实验材料(一)粗、细金相砂纸 1套(二)平板玻璃 1块(三)不同焊缝结晶形态的典型试片 若干(四)低碳钢焊接接头试片 1块(五)正置式金相显微镜 1台(六)抛光机 1台(七)工业电视(或幻灯机) 1台(八)吹风机 1个 (九)4％硝酸酒精溶液、无水乙醇、脱脂棉 若干(十)典型金相照片(或幻灯照片) 一套三、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C 0、结晶速度(或晶粒长大速度)及和温度梯度G 有关。
图4—2为C 0、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，树枝状晶及等图４－１ 焊缝金属的交互结晶示意图图4-2 C 0、R 和G 对结晶形态的影响 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 0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)不易淬火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)。
1．熔合区图4-3 GH30氩弧焊焊缝熔合区的胞状晶(a)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 很大影响。
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(b)(c)图4-4 焊缝中的胞状晶及等轴晶 ×200 (a) GH140焊缝熔合区胞状树枝晶；(b) GH140焊缝中心等轴晶；(c) 1Cr18Ni9Ti 焊缝中心等轴晶图4-5 低碳钢焊接热影响区分布特征1-熔合区；2-粗晶区；3-细晶区；4-不完全重结晶区；5-母材。
低、硬度高。
其组织为粗大的铁素体和珠光体。
在有的情况下，如气焊或导热条件较差 时，甚至可获得魏氏体组织。
粗晶区的显微组织见图4—6（b ）。
3．细晶区此区加热温度在A c3~1100℃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，如图4—6(c)所 示。
4．不完全重结晶区图4-6 20号钢焊接接头金相组织 ×350 (a) 焊缝组织；(b) 粗晶区魏氏体组织；(c) 细晶区组织；(d) 不完全重结晶区组织；(e) 母材。
(b)(c)(d)(e)(a)焊接时，加热温度在A c1~A c3之间的金属区域为不完全重结晶区。
当低碳钢的加热温度超过A c1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A c3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A r1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4—6(d))。
由于组织不均匀，因而机械性能也不均匀。
如果焊前母材为冷轧状态，则在加热温度为A c1以下的金属中，还存在一个再结晶区。
处于再结晶区的金属，在加热的过程中，将发生金属的再结晶过程，即经过冷变形后的碎晶粒在再结晶温度作用下重新排列的过程。
四、实验方法与步骤(一)低碳钢焊接接头的金相分析1．将已焊好的试件(以结422焊条在150×80×3mm的试件上堆焊)，切成25×25 mm的试片，然后把试片四周用砂轮打去毛刺，并把四个角打磨成圆角。
2．用金相砂纸打磨试片。
必须注意，研磨试片的砂纸要由粗到细、依次制作，不要使粗砂粒带到细的砂纸上。
试片研磨完后，用清水冲洗，进行机械抛光，抛光后再用清水冲洗试片。
3．将抛光好的试片，用4％的硝酸酒精溶液腐蚀，大约经过5~10s左右，立即用清水冲洗，然后用无水乙醇轻轻擦去水分，并用吹风机吹干。
4．把已制备好的试片在显微镜下进行观察与分析。
分清焊接接头各区域后，仔细辨认各区域组织的特征，在显微镜下，测定焊接热影响区各区域的宽度，把各区的宽度及组织填入表4—1。
绘制各区域组织示意图。
表4—1 低碳钢焊接接头各区域的组织及宽度(二)焊缝典型结晶形态的观察将事先制备好的焊接金相试片2~3块，例如，可用1Crl8Ni 9Ti的氩弧焊试片，高温合金GH30氩弧焊试片进行观察和金相分析。
主要观察焊缝的结晶形态，注意各试片焊缝中的组织变化及焊缝的交互结晶、柱状晶选择长大的特征，把所观察到的焊缝组织绘制示意图，并表明组织在焊缝中所在部位。
(三)讨论焊接接头的典型组织利用工业电视或幻灯照片观察已制备好的低碳钢焊接接头和具有各种典型焊缝组织形态的金相试片，分别讨论分析，提高分辨各种组织的能力。
掌握低碳钢焊接接头从焊缝到热影响区，直至母材组织连续变化的特征，熟悉焊缝金属中的等轴晶、树枝状晶、胞状晶、平面晶等典型的结晶形态，并讨论形成这些结晶形态的影响因素。
五、实验结果的整理和分析(一)根据实验所绘制的低碳钢焊接接头的组织图和所测定各区域宽度，结合低碳钢的状态图以及焊接热循环曲线，绘制低碳钢焊接接头组织变化与状态图的关系示意图。
(二)分析低碳钢焊接接头各区域组织变化的特征，说明各组织的生成机理及对焊接接头性能的影响。
(三)由实验绘制焊缝典型结晶形态；根据浓度过冷理论，分析等轴晶、树枝状晶、胞状晶等组织与过冷度的关系；说明材料成分对焊缝结晶形态的影响。
解释同一焊缝中存在不同结晶形态的原因。
从理论上分析实验中观察到的结果，分别说明各焊缝组织从熔合区到焊缝中心变化的趋势。
六、思考题(一)低碳钢焊接热影响粗晶区中，为什么会出现魏氏体组织？能否出现马氏体组织?(二)焊缝组织是否有可能全部是等轴晶？为什么?(三)不易淬火钢的焊接热影响区组织，与焊前母材的状态有什么关系?。