焊剂碱度对焊剂工艺性能和焊缝机械性能,组织的影响

第二十三讲 焊缝的组织与性能

第二十三讲焊缝的组织与性能 教学目的：掌握焊缝金属及熔池的结晶过程。 教学重点：熔池的结晶过程。 教学难点：熔池的结晶过程。 教学方法：讲述法 课时分配：2课时 教学内容： 在化学成分一定的条件下，焊缝金 属的性能取决于组织。 随着焊接热源前进，熔池温度开始 下降，而进入液态到固态的结晶过程。 焊缝结晶的规律：焊缝的结晶过程总是低于理论结晶温度，即结晶过程是在有一定过冷度的条件下才能进行。 焊缝金属结晶的基本过程：形核与长大两个基本过程。 一、熔池结晶的条件与特点 （1）体积小熔池的体积最大不过几十cm3,质量不超过100g，而铸锭的质量多以吨为单位。 （2）温度不均匀熔池中部处于热源中心，电弧焊时可达2000℃，而边缘则是过冷的液体金属，温度略低于母材的熔点。因此，温度梯度大。 由于体积小温度梯度大，因而冷却速度很高，在4～100℃/s范

围内。 （3）在运动状态下结晶在焊接过程中，熔池随热源运动，因而在液态停留的时间短，而且熔池前后两半是熔化与凝固同时进行。如图，熔池前半部（abc）进行加热与熔化；后半部（cda）进行冷却与凝固。 （4）熔池金属不断更新随热源 运动与焊条不断给进，熔池中不断有 新的液体补充，并进行搅拌。因此， 结晶总是在新的基础上进行的。而固液界面推进的速度比铸锭高出10～100倍，有利于气体和杂质的排出，所以，焊缝的组织比铸锭致密。 （5）以熔化母材为基础进行结晶与铸锭不同，焊缝与母材之间不存在空气隙，熔池边缘母材的原始结晶状态，对焊缝结晶过程与组织有明显的影响。 二、熔池的结晶过程 结晶进行的必要条件是――过冷度。在一定范围内，过冷度越大，越有利于结晶过程的进行。焊接时，由于冷却速度高，容易获得较大的过冷度。 熔池的形核也是以异质晶核为主，但是由于温度很高，悬浮在液体金属中的难熔质点很少，因而母材的半熔化晶粒就成为新想的结晶核心。即熔池的结晶是以母材半熔化晶粒的表面为晶核而长大的。也就是说，焊缝的结晶是从母材半熔化晶粒

焊接接头组织和性能的控制

第七章 焊接接头组织和性能的控制 1.焊接热循环对被焊金属近缝区的组织、性能有什么影响？怎样利用热循环和其他工艺措施改善HAZ 的组织性能？ 答： （1）在热循环作用下，近缝区的组织分布是不均匀的，融合去和过热去出现了严 重的晶粒粗化，是整个接头的薄弱地带，而行能也是不均匀的，主要是淬硬、韧化和脆化，及综合力学性能，抗腐蚀性能，抗疲劳性能等。 （2）焊接热循环对组织的影响主要考虑四个因素：加热速度、加热的最高温度， 在相等温度以上的停留时间，冷却速度和冷却时间，研究它是研究焊接质量的主要途径，而在工艺措施上，常可采用长段的多层焊合短道多层焊，尤其是短道多层焊对热影响区的组织有以定的改善作用，适于焊接晶粒易长而易淬硬的钢种。 2. 冷却时间100t t 8 385、、t 的各自应用对象，为什么不常用某温度下（如540℃）的 冷却速度？ 答：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8 3t ，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 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. 低合金钢焊接时，HAZ 粗晶区奥氏体的均质化程度对冷却时变相有何影响？ 答：奥氏体的均质化过程为扩散过程，因此焊接时焊接速度快和相变以上停留时间短都不利于扩散过程的进行，从而均质化过程差而 影响到冷却时间的组织相变，低合金钢在焊接条件下的CCT 曲线比热处理条件下的曲线向做移动，也就是在同样冷却速度下焊接时比热处理的淬硬倾向小，例如冷却速度为36s C / 时可得到100%的马氏体，在焊接时由于家人速度快，高温停留时间短

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。 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C0和结晶速度R一定时，随着温度梯度G的长升高，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由熔化过边界处直到焊缝中心渐变小，熔池的结晶速度却渐增大，焊缝中心处，温度梯度最小，结晶速度最大，故浓度过冷最大。由上述分析可知，焊缝中结晶形态的变化，

焊缝接头金相试样制备及显微组织分析

实验一焊缝接头金相试样制备及显微组织分析 一、实验目的 1．学会正确截取焊接接头试样。 2．认识焊缝区和热影响区各区段的组织特征。 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，然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区域称为热影响区。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。 焊接结构的服役能力和工作可靠性，既取决于焊缝区的组织和质量，也取决于热影响区的组织和宽窄。因此对焊接接头组织进行金相观察与分析已成为焊接生产与科研中用以评判焊接质量优劣，寻找焊接结构的失效原因的一种重要手段。 本实验采用焊接生产中应用最多的低碳钢为母材，用焊条电弧焊（又称为手工电弧焊）施焊，然后对焊接接头进行磨样观察。 焊条电弧焊的原理如图1所示。焊接前，将电焊机的输出端分别与工件和焊钳相连，接通电路后，焊条和被焊工件之间引燃电弧，焊条和工件作为阴极或阳极。电弧热使工件和焊条同时熔化形成熔池，焊条药皮也随之熔化形成熔渣覆盖在焊接区的金属上面，药皮燃烧时产生大量CO2气流围绕在电弧周围，熔渣和气流可防止空气中的氧氮侵入起到保护熔池的作用。随着焊条的移动，焊条前的金属不断熔化，焊条移动后的金属则冷却凝固成焊缝，于是形成一个焊接接头。 在焊条电弧焊焊接中，受电弧的热作用焊接接头的金属都要经历常温状态升温到一定温度后，然后再逐渐冷却到常温的过程。图2表示了焊件截面上各区域温度的变化情况。在焊接时各部分和焊缝距离不同而受热不均匀，导致不同位置的点所经历的焊接热循环是不同的（即被加热的最高温度不同），而且焊接后的冷却速度也不同。因此，各部分组织与性能变化也不同。 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，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℃）；不完全正火区（AC1～AC3），对易淬火钢而言，还会出现淬硬组织并对焊接接头各部分的组织与性能变化加以说明。

焊接金相分析(大纲)

焊接金相分析（大纲） 一概述 1 定义：焊接金相分析是以焊接金属学为理论基础，密切联系焊接工艺条件，以金相分析方法来研究焊接接头的组织变化，研究焊接缺陷和接头性能与焊接方法之间的关系，是验证和提高焊接接头质量的一门试验学科。 焊接金相分析的应用：基本内容是焊接前后发生的组织、性能变化，可以应用于―――新材料焊接性分析与焊接材料焊接工艺优化；焊接结构失效分析；焊接裂缝及其他焊接缺陷产生原因分析；焊接相变过程；焊接裂缝的形态和产生机理；焊接缺陷与焊接工艺间的关系；合金元素对接头组织和性能的影响；焊缝的一次组织、二次组织与焊缝性能的关系等。 焊接金相分析设备：实体显微镜，光学显微镜，高温显微镜，TEM，SEM，XRD等等。性能测定设备有：万能试验机（拉、压、弯），冲击试验机，各种硬度计，显微硬度计，差热分析仪，热膨胀分析仪，等等。 焊接系统工程学：焊接工程有三个分枝，即焊接冶金学、焊接工艺学和焊接力学。它们相互联系 又自成体系，焊接系统 工程学简图见图1。 图1 焊接技术系统化

2 焊接金相分析方法 焊接金相分析方法是通过解剖试样，直接在金相显微镜下进行观察、分析或通过金相物理方法的测试检查。 焊接金相分析方法的特点：因为焊接热过程的复杂性，使焊接金相比一般金相研究更困难。例如HAZ是母材在焊接热循环作用下形成的一系列连续变化的梯度组织区域。 焊接接头缺陷的分析是焊接金相研究的一个重要内容。要准确、直观地检查出焊接裂缝、夹杂物、夹渣、气孔、未焊透等。较无损探伤更准确可靠，尤其是微裂纹。 二焊接区金相试样制备方法 1．焊接区金相取样方法 取样原则：服从于金相分析特点和要求，充分考虑焊接接头特点和焊接工艺特点来确定焊接金相取样的部位、数量及大小。 焊接区显微组织金相样的切取方法 焊接结构及焊接产品事故分析取样方法 2．焊接区金相试样制备方法 大型产品及焊接结构的事故分析取样，多采用气割或机械加工方法切下大块样品，然后像小型试件一样，经过切割、平整、磨光、抛光、浸蚀等一系列加工制成小金相试样。 3．焊接区金相试样显示方法 显示焊接金相试样组织的方法有两种：化学试剂显示法和电解浸蚀剂显示法。化学试剂浸蚀显示法在金相组织显示中是最常用的。使用化学药品作为溶

焊缝金属的组织与性能

第一节焊缝金属的组织与性能 一、焊缝熔池的一次结晶 1.焊缝一次结晶的特点 焊缝熔池的结晶都经过晶核生成和长大的过程。 有如下特征： （1）焊缝熔池小，冷却速度快； （2）焊缝熔池中的液态金属处于过热状态； （3）焊缝熔池金属是在运动状态下结晶； 2.焊缝熔池一次结晶组织的特征： 是从熔合线未完全熔化的晶粒上开始，沿着垂直熔合线的方向，向与散热方向禁止反的方向长大，形成柱状晶。 1.焊缝熔池一次结晶的组织性能 由液态凝固后所得到的组织是一次组织，而在室温显微镜下所观察到的焊缝组织都是二次组织。要观察一次组织时，必须用特殊的浸蚀方法才能将它显示出来。 焊缝对一次结晶时性能的影响是很吸显的。 粗大的柱状晶不但降低焊缝的温度，而且还降低焊缝的韧性。此外，焊缝的一次结晶形态还对产生裂纹、气孔、夹渣、腐蚀都有很大的影响。 2.焊缝中的偏析 焊接过程中，由于冷却速度过快，焊缝熔池在结晶时，其化学成

分还来不及扩散均匀就已凝固，出现偏差；此外，还有一些非金属夹杂物，因来不及浮出熔池表面残存在在焊缝内也形成偏差。焊缝中的偏差，常常是力学性能最薄弱的地带。 焊缝中的偏析分3种 1)显微偏析：焊缝熔池在结晶过程中，先结晶的固相比较纯，后结晶的固相含合金元素和杂质略高，最后结晶的固相含合金元素和杂质最高。影响显微偏析的主要因素是金属的化学成分。 2)区域偏析：焊缝熔池在结晶时随着电弧向前移动，熔池中的柱状晶也在不断的推移和大，此时会把未凝固的合金成分和杂质推向焊缝熔池中心，使中心的杂质浓度逐渐升高形成区域偏析。 3)层状偏析：在焊缝断面上，不同分层的化学成分分布不均匀的现象为层状偏析 焊缝熔池结晶时，在结晶前沿的液体金属中，熔质的浓度较高，同时也集结一些杂质，当冷却速度较慢时，这一层的浓度较高的熔质和杂质可以通过扩散来减轻偏析的程度；当泠却速度较快时，浓度较高的熔质和杂质还没来不及“均匀化”就已凝固，使这个区域形成层状偏析。 二、焊缝金属的二次结晶 1.二次结晶的组织 焊缝熔池金属一次结晶结束后，熔池金属将转变为固体 焊缝。随高温的焊缝金属被逐渐冷却到室温，焊缝金属组织将进一步发生转变，这种组织变化的过程为焊缝金属的二次结晶。

焊接冶金实验报告45#钢与Q235焊接焊接接头组织性能分析金相硬1度

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)

焊接接头金相组织分析报告报告材料

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；

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

焊缝接头组织的金相观察与分析

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。 （3）正火区（细晶粒区）即相变重结晶区，加热温度范围AC3- Tks之间，约为900-1100℃，全部为奥氏体，空冷后得到均匀细小的铁素体+珠光体组织，相当于热处理中的正火组织，故又称正火区。 （4）部分相变区，即不完全重结晶区，加热温度AC1- AC3，约750-900℃，钢被加热奥氏体+ 部分铁素体区域，冷却后的组织为细小铁素体+珠光体+部分大块未变化的铁素体，晶粒大小不均匀。

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。焊接有固相转变的金属，如果是碳钢，其热影响区上不仅有过热和再结晶现象，还有重结晶和淬火现象。 ○2母材焊前的状态 同一种金属材料，焊前状态不同，焊后热影响区的组织和性能是不同的，例如，焊前经过冷作硬化或热处理强化的金属，焊后热影响区内就会出现回火软化区。对于易淬火钢，若焊前处于退火状态，则焊后会出现硬化区。也即焊接热循环改变了母材焊前的状态，焊后在热影响区就可出现不希望的硬化、软化或脆化现象。 ○3焊接方法及其工艺参数 因为不同的焊接方法其热源集中程度不同，通过工艺参数的选择又可以获得不同的热输入，这两者实质上是焊接温度场和焊接热循环的特征参数对热影响区的范围大小，以及范围内各部位的组织和性能的影响。温度场分布影响着热影响的宽窄，而热循环曲线的特征参数，如加热速度、高温停留时间和冷却速度等直接影响着组织和性能的变化。 2．焊接热影响区的组成

8.焊接接头金相组织分析

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

第3章焊接接头的组织和性能

第3章焊接接头的组织和性能 ★焊接熔池和焊缝焊 接熔池的结晶特点、结晶形态，焊缝的相变组织及焊缝组织和性能的控制。 ★焊接热影响区 焊接热影响区的组织转变特点、组织特性及性能。 ★熔合区 熔合区的边界，熔合区的形成机理，熔合区的特征 焊接熔池：由熔化的局部母材和填加材料所组成的具有一定几何形状的液态区域。 焊缝：熔池凝固后所形成的固态区域。 焊缝组织性能不仅取决于焊缝的相变行为，而且受到焊接熔池结晶行为的直接影响。 一.焊接熔池的结晶特点 (1)熔池体积小、冷却速度大 局部加热，熔池体积小；熔池被很大体积的母材包围，界面导热很好，熔池冷速很快。 碳当量高的钢种焊接时，易产生淬硬组织，甚至产生冷裂纹。 (2)熔池过热、温度梯度大 焊接加热速度快，熔池金属处于过热状态；熔池体积小，温度高，熔池边界的温度梯度很大。 非自发晶核质点显著减少，柱状晶得到显著发展。 (3)熔池在动态下结晶 熔池结晶和母材熔化同时进行，焊接区内各种力交互作用，使正在结晶中的熔池受到激烈的搅拌。有利于气体的排除、夹杂物的浮出以及焊缝的致密化。 2. 联生结晶和竞争成长 (1)联生结晶 焊接熔池结晶一般是从熔池边界开始，即在半熔化的母材晶粒表面上开始并长大。结晶取向与焊缝边界母材晶粒的取向相同，初始晶粒尺寸等于焊缝边界母材晶粒的尺寸。 结晶取向与焊缝边界母材晶粒的取向相同，初始晶粒尺寸等于焊缝边界母材晶粒的尺寸。 (2)竞争成长 晶粒在不同方向上的成长趋势不同，只有最优结晶取向与温度梯度最大的方向（即散热最快的方向，亦即熔池边界的垂直方向）相一致的晶粒才有可能持续成长，并一直长到熔池中心；反之，只能长到一定尺寸而中止 每个晶粒都是在不断的竞争中成长的，只有竞争优势明显的晶粒才能得到不断的成长，而竞争优势较弱的晶粒将在成长的中途夭折。 3. 结晶速度和方向动态变化 (1)结晶速度的表达式 设任意晶粒主轴、任意点的结晶等温面法线方向与焊接方向的夹角为α，晶粒成长方向与焊接方向之间的夹角为β，在dt时间内熔池边界的结晶等温面从t时刻的位臵移到t+dt时刻的位臵。 (2)成长速度和方向不断变化 熔池边界上不同位臵的等温线的法线方向不同，晶粒成长过程中的成长方向不断变化，成长速度也在发生变化。

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。以低碳钢为例，根据其焊接热影响区的组织特征可分为四个区域，如图1-3所示： 图1-3 低碳钢焊接接头的组织变化 ① 熔合区 熔合区处于焊缝金属与母材相邻的熔合线附近，又称半熔化区，温度处于固液相线之间。此区在化学成分和组织性能上都有较大的不均匀性，特别是异种金

焊接接头金相组织分析

实验十二 焊接接头金相组织分析 一、实验目的 1、熟悉焊接热影响区的组织分布特征及金相显微镜的使用方法； 2、掌握焊接接头的分区组成； 3、了解焊接参数对焊接接头显微组织的影响； 二、实验原理 焊接接头由焊缝、熔合区和热影响区（HAZ ）三部分组成，其组织特征存在明显差异。熔合区是焊接接头中焊缝向母材HAZ 过渡的区域，由半熔化区与未混合区两部分组成，熔合区的构成及附近各区的相对位置如图1所示。 焊缝是由熔池金属结晶凝固形成的，由于熔池金属冷却速度快且在运动状态下结晶，因此形成的组织为非平衡组织。多数情况下晶体从熔合区半熔化的晶粒上以柱状晶形态向焊缝中心生长，具有联生结晶的特点。焊接工艺参数对凝固形态影响较大，不同工艺条件下，焊缝中心可能是柱状晶组织，也可能出现等轴晶组织。焊缝金属凝固时的结晶形态见图2。HAZ 是指在焊接热源作用下焊缝外侧处于固态的母材发生组织和性能变化的区域。由于焊接时HAZ 上各点距离焊缝的远近不同，各点所经历的焊接热循环不同，因此整个HAZ 的组织和性能分布是不均匀的。HAZ 的组织分布与钢的种类、不同部位的加热最高温度有关。对于焊后空冷条件下不易形成马氏体的不易淬火钢，焊接HAZ 包括过热区、正火区和不完全重结晶区。过热区的峰值温度在固相线以下到晶粒开始急剧长大的温度，相应区域组织粗大；正火区的峰值温度在A c3以上到晶粒开始急剧长大的温度范围内，加热时发生完全奥氏体相变， 冷却后组织由细小的铁素体和珠光体组成；不完全重结晶区的峰值温度处于A c1～A c3之间， 加热时发生奥氏体相变的组织冷却时转变为细小的铁素体和珠光体，未发生相变的铁素体继图1 熔合区的构成示意图 1-焊缝区（富焊条成分）; 2-焊缝区（富母材成分）; 3-半熔化区; 4-HAZ; 5-熔合区

普碳钢直缝焊管焊缝金相组织分析

普碳钢直缝焊管焊缝金相组织分析 摘要在Q235B钢高频焊管压扁试验中,对合格与不合格试样的焊缝、母材金相组织进行分析比较,并对焊缝区金相组织的形成原因及其与焊接工艺的关系进行了分析。 高频直缝电焊钢管焊缝的金相组织形貌,反映了钢管的焊接工艺性能和焊缝质量。通过Q235B钢管生产的焊管压扁试验,对合格与不合格试样的金相组织进行观察和比较,并从金属学、热力学角度进行分析,找出其与焊接工艺的关系和对焊缝压扁性能的影响,从而改进生产工艺,提高焊缝质量。 1母材与焊缝的金相组织焊管经压扁试验后,分别在合格与不合格的焊管上截取焊缝金相试样各5个(合格样编号为A1～A5,不合格样编号为B1～B5)进行金相组织观察。 1.1焊管母材的金相组织合格样和不合格样焊管的母材组织均为铁素体和珠光体组织,未见非金属夹杂物。 1.2焊缝的金相组织合格样A1～A5与不合格样B1～B5焊缝金相组织见图1。从中可看出,合格样较不合格样焊缝熔合区宽,组织细且焊缝到母材组织随温度变化区域明显。 1.3焊缝中的非金属夹杂物对合格样和不合格样焊缝中非金属夹杂物经明场、暗场、偏光观察分析,合格样焊缝未见非金属夹杂物;而不合格样焊缝发现有氧化物、硫化物和硅酸盐夹杂物存在。 2焊缝金相组织形成原因分析高频直缝电焊接生产主要是利用高频电流具有的集肤效应和邻近效应两个特性,使电流高度集中于管边焊合面上,使管边很快加热到焊接温度,在压辊挤压下完成焊接。在焊接过程中,金属经历了从液相到固相的结晶转变(凝固转变),在其后冷却至较低温度下又经历了重结晶转变(固态下相变),即C→A转变。临钢生产的Q235B高频电焊管为低碳钢,焊接时主要形成由熔化材质转变为结晶组织的熔合区,和从熔合线到不发生组织变化的母材之间的热影响区。熔合区和热影区在焊接加热和连续冷却过程中发生的组织转变,是由连续的梯度组织形成的。由于焊接温度为1350～1500℃,被加热金属是在包晶范围内进行焊接的,当冷凝至1493℃发生包晶反应形成奥氏体,在连续冷却至GS线以下便会发生奥氏体向铁素体转变,冷却至稍低于723℃发生共析反应,剩余奥氏体转变为珠光体,在熔合区最终形成铁素体和珠光体组织。在热影响区中,受焊接热的作用,发生了与母材原始组织和性能不同的变化,形成一系列不平衡组织,在焊接热循环峰值低于A c1温度区域,其金相组织仍然是原始母材组织的铁素体和珠光体,当加热至A c1以上时,组织将发生明显变化。Q235B钢在750℃左右发生组织变化,珠光体首先奥氏体化形成细小奥氏体,在铁素体尚未发生奥氏体转变时,由于焊接加热速度快,很快即冷却下来,由珠光体转变成的奥氏体在随后的冷却过程中重结晶变为细小的铁素体和珠光体。该区组织由细小的铁素体和珠光体的重结晶组织及未发生相变的粗大铁素体组织组成。比这个区域峰值温度更高的区域其加热温度