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

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。待试样表面被浸蚀得略显灰暗

时即刻取出，用流水冲洗后在浸蚀面上滴些酒

精，再用滤纸吸去过多的水和酒精，迅速用吹

风机吹干，完成整个制备试样的过程。

c原理：

纯金属（或单相均匀固溶体）的浸蚀基本上为化学溶解过程。位

于晶界处的原子和晶粒内部原子相比，自由能较高，稳定性较差，故

易受浸蚀形成凹沟，晶粒内部被浸蚀程度较轻，大体上仍保持原抛光

平面。在明场下观察，可以看到一个个晶粒被晶界（黑色网络）隔开。

如浸蚀较深，还可以发现各个晶粒明暗程度不同的现象，这是因为每

个晶粒原子排列的位向不同，浸蚀后，以最密排面为主的外露面与原

抛光面之间倾斜程度不同的缘故。

浸蚀后的试样在显微镜下观察时，如发现表面变形层严重影响组

织的清晰度时，可采取反复抛光、浸蚀的办法去除变形层。

2.2 显微镜的使用

1．基本原理

图2-5 金相显微镜光学原理图

金相显微镜光学原理图如图2-5所示。

a显微镜的放大倍数：显微镜的放大倍数等于物镜和目镜单独放大倍数的乘积，即物镜放大倍数为M物，目镜放大倍数为M目，显微镜放大倍数为M=M物*M目。物镜和目镜的放大倍数刻在嵌套圈上，例如10X、20X、45X分别表示放大10倍、20倍、45倍。

b显微镜的鉴别率：显微镜的鉴别率是指它能清晰地分辨试样上两点间最小距离d的能力，d值越小，鉴别率越高。鉴别率是显微镜的一个重要的性能，它决定于物镜数值孔径A和所用的光线波长λ，可

用下式表示：d=λ/(2A) 式中：λ表示入射光线的波长；A表示物镜的数值孔径。λ越小，A越大，则d越小。

c物镜数值孔径：物镜数值孔径表示物镜的聚光能力，其大小为A=n*sinα式中：n表示物镜与试样之间介质的折射率；α表示物镜孔径角的一半。N越大或α角越大，A越大。

2．显微镜的构造

图2 金相显微镜构

金相显微镜构造如图2所示。

a照明系统：在底座内有一个低压（6～8V，15V）的灯泡作为光源，由变压器降压供电，靠调节次级电压（6～8V）来改变灯光的亮度。聚光灯、孔径光栏以及反光镜等装置均安装在圆形底座上，视场光栏以及另一个聚光镜则安装在支架上，它们构成了显微镜的照明系统，使试样表面获得充分、均匀的照明。

b显微镜调焦装置：在显微镜的两侧有粗动和微动调焦手轮，两者

在同一部位。随粗调手轮6的转动，支撑载物台的弯臂作上下运动。在粗调手轮的一侧有制动装置，用以固定调焦正确后载物台的位置。微调手轮5使显微镜本题沿着划轨缓慢移动。在右侧手轮上刻有分度格，每一格表示物镜座上下微动0.002毫米。与刻度盘同侧的齿轮箱上刻有两条白线，用以指示微动升降范围，当旋到极限位置时，微动手轮就会自动被限制，此时，不能再继续旋转而应该倒转来使用。

c载物台：用来放置金相试样，载物台和下面托盘之间有导轨，用手推动可使载物台在水平面上作一定范围的十字定向移动，以改变试样的观察部位。

d孔径光栏和视场光栏：孔径光栏装在照明反射镜座上面，调整孔径光栏能够控制入射光束的粗细，以保证物像达到清晰的程度。视场光栏设在物镜支架下面，其作用是控制视场范围，使目镜中视场明亮而无阴影。在刻有直纹的套圈上还有两个调节螺钉，用来调整光栏中心。

e物镜转换器：转换器呈球面形，上有三个螺钉，可以安装不同放大倍数的物镜，旋转转换器可以使各个物镜镜头进入光路，与不同的目镜搭配使用，可以获得各种放大倍数。

f目镜筒：目镜筒呈45度倾斜安装在附有棱镜的半球形座上，还可以将目镜转向90度呈水平状以配合照相装置进行金相摄影。

3．显微镜操作和注意事项

金相显微镜的使用规程：

1）首先将显微镜的光源插头插到变压器上，通过低压（6～8V）