焊接接头性能评价综合实验PPT.ppt

材料成型原理实验一焊接接头性能评价综合实验 一、实验目的 1、观察与分析焊缝的各种典型结晶形态。 2、掌握低碳钢焊接接头各区域的组织变化。 3、了解焊接接头三个区域即焊缝、热影响区、母材的硬度差别 二、实验装置及实验材料 1、金相砂纸，从180目一1200目 2、平板玻璃 3、低碳钢焊接接头试片 4、金相显微镜 5、抛光机 6、电吹风机 7、4％硝酸酒精溶液，无水乙醇、脱脂棉 等 8、维氏显微镜 实验原理 焊接过程中，焊接接头各部分经历了不同热循环，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分析和硬度检测，是对接头性能鉴定的不可缺少的环节。 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1-1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。 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。 1.熔合区2.粗晶区3.细晶区4.不完全结晶区5.母材 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。 3、细晶区 此区加热温度在900℃-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900℃，奥氏体晶尚未长大，冷却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。 4、不完全重结晶区 焊接时，加热温度在750-900℃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750℃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900℃，铁素体将全部溶解在奥氏体中间。焊后冷却时又从奥氏体中析出细小的铁素体，一直冷却了750℃时，残余的残氏体就转变为共析组织一一珠光体。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。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，则在温度为750℃以下的金属中，还存在一个结晶区。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粒再在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、将己焊好的试件（以结422焊条在150X40X6mm的试件上堆焊），切成25X25mm 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、把己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，仔细辩认各区域组织的特征。 （二）焊接接头宏观硬度实验 了解焊接接头三个区域即焊缝、热影响区、母材的硬度差别。 1、试样准备 将对接接头如图1-3制备试样，按图中所示逐个点进行检测；  2、 清理试样表面，并根据试样的材料、形状、选择压头、载荷和工作台。3、把试样放在工作台上，按维氏硬度计的操作规程进行试验。前后共测三点，取其平均值为维氏硬度值。 位置 试 验 规 范 实 验 结 果 载荷/时间