金相检验焊接接头的金相检验试验参考指导书文档格式.docx
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15~20mm；
高：
12~18mm
2．粗磨
修整：
有些试样，比如用锤击法敲下来试样，形状很不规则，必需经过粗磨，修整为规则形状试样。
磨平：
不管用什么方法取样，切口往往不十分平滑，为发将观察面磨平，同时去掉切割时产生变形层，必需进行粗磨。
倒角：
在不影响观察目标前提下，需将试样上棱角磨掉，以免划破砂纸和抛光织物。
3．细磨
粗磨后试样，磨面上仍有较深磨痕，为了消除这些磨痕必需进行细磨。
细磨可分为手工磨和机械磨两种。
手工磨：
手工磨是将砂纸铺在玻璃板上，左手按住砂纸，右手捏住试样在砂纸上作单向推磨。
金相砂纸由粗到细分很多个，其规格可参考表1。
用砂轮粗磨后试样，要依次由01号磨至05号（或06号）。
砂纸磨光表面变形层消除过程图1所表示。
表1常见金相砂纸规格
砂纸序号
240
300
400
600
800
1000
1200
粒度
160
200
280
编号
01（选一个）
02
03
04
05
06
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变形层。
4．抛光
抛光目标是去除细磨后遗留在磨面上细微磨痕，得到光亮无痕镜面。
抛光方法有机械抛光、电解抛光物化学抛光三种，其中最常见是机械抛光。
a概念：
机械抛光是在抛光机上进行，将抛光织物（粗抛常见帆布，精抛常见毛呢）用水浸湿、铺平、绷紧用固定在抛光盘上。
开启开关使抛光盘逆时针转动，将适量抛光液（氧化铝、氧化铬或氧化铁抛光粉加水悬浮液）滴洒在盘上即可进行抛光。
机械抛光和细磨本质上全部是借助磨料尖角锐利刃部，切去试样表面隆起部分，抛光时，抛光织物纤维带动稀疏分布极微细磨料颗粒产生磨削作用，将试样抛光。
5．浸蚀
a意义：
抛光后试样在金相显微镜下观察，只能看到光亮磨面，假如有划痕、水迹或扔料中非金属夹杂物、石墨和裂纹等也能够看出来，不过要分析金相组织还必需进行浸蚀。
浸蚀法：
利用浸蚀剂对试样化学溶解和电化学浸蚀作用将组织显露出来（图）。
擦蚀法：
用沾有浸蚀剂棉花轻轻擦拭抛光面，观察表面颜色改变。
待试样表面被浸蚀得略显昏暗时立即取出，用流水冲洗后在浸蚀面上滴些酒精，再用滤纸吸去过多水和酒精，快速用吹风机吹干，完成整个制备试样过程。
c原理：
纯金属（或单相均匀固溶体）浸蚀基础上为化学溶解过程。
在晶界处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，大致上仍保持原抛光平面。
在明场下观察，能够看到一个个晶粒被晶界（黑色网络）隔开。
如浸蚀较深，还能够发觉各个晶粒明暗程度不一样现象，这是因为每个晶粒原子排列位向不一样，浸蚀后，以最密排面为主外露面和原抛光面之间倾斜程度不一样缘故。
浸蚀后试样在显微镜下观察时，如发觉表面变形层严重影响组织清楚度时，可采取反复抛光、浸蚀措施去除变形层。
2.2显微镜使用
1．基础原理
图2-5金相显微镜光学原理图
金相显微镜光学原理图图2-5所表示。
a显微镜放大倍数：
显微镜放大倍数等于物镜和目镜单独放大倍数乘积，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。
物镜和目镜放大倍数刻在嵌套圈上，比如10X、20X、45X分别表示放大10倍、20倍、45倍。
b显微镜判别率：
显微镜判别率是指它能清楚地分辨试样上两点间最小距离d能力，d值越小，判别率越高。
判别率是显微镜一个关键性能，它决定于物镜数值孔径A和所用光线波长λ，可用下式表示：
d=λ/（2A）式中：
λ表示入射光线波长；
A表示物镜数值孔径。
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聚光能力，其大小为A=n*sinα式中：
n表示物镜和试样之间介质折射率；
α表示物镜孔径角二分之一。
N越大或α角越大，A越大。
2．显微镜结构
图2金相显微镜构
金相显微镜结构图2所表示。
a照明系统：
在底座内有一个低压（6～8V，15V）灯泡作为光源，由变压器降压供电，靠调整次级电压（6～8V）来改变灯光亮度。
聚光灯、孔径光栏和反光镜等装置均安装在圆形底座上，视场光栏和另一个聚光镜则安装在支架上，它们组成了显微镜照明系统，使试样表面取得充足、均匀照明。
b显微镜调焦装置：
在显微镜两侧有粗动和微动调焦手轮，二者在同一部位。
随粗调手轮6转动，支撑载物台弯臂作上下运动。
在粗调手轮一侧有制动装置，用以固定调焦正确后载物台位置。
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。
和刻度盘同侧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，用手推进可使载物台在水平面上作一定范围十字定向移动，以改变试样观察部位。
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粗细，以确保物像达成清楚程度。
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。
在刻有直纹套圈上还有两个调整螺钉，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，能够安装不一样放大倍数物镜，旋转转换器能够使各个物镜镜头进入光路，和不一样目镜搭配使用，能够取得多种放大倍数。
f目镜筒：
目镜筒呈45度倾斜安装在附有棱镜半球形座上，还能够将目镜转向90度呈水平状以配合摄影装置进行金相摄影。
3．显微镜操作和注意事项
金相显微镜使用规程：
1）首先将显微镜光源插头插到变压器上，经过低压（6～8V）变压器接通电源。
2）依据放大倍数选择所需物镜和目镜，分别安装在物镜座上及目镜筒内，并将转换器转至固定位置。
3）将试样放在试样台中心，将观察面朝下并用弹簧片压住。
4）转动粗调手轮先将载物台下降，同时用眼睛观察，使物镜尽可能靠近试样表面（不过不要相碰），然后相反方向转动粗调手轮，使载物台逐步上升以调整焦距，当视场亮度增强时，再改用微调手轮调整，直到物像变清楚。
5）合适调整孔径光栏和视场光栏，以取得最好质量物像。
2.3焊接接头
图3低碳钢焊接接头组织改变示意图
1-熔合区；
2-过热区；
3-正火区；
4-部分相变区
1．焊缝金属
焊缝金属结晶是从熔池底壁上很多未熔化半个晶粒开始。
因结晶使各个方向冷却速度不一样，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熔池中心生长，最终呈柱状晶，图4（a）所表示。
在结晶过程中，低熔点硫磷杂质和氧化铁等易偏析，集中在焊缝中心，将影响焊缝金属力学性能，图4（b）所表示。
图5为20钢焊缝区组织图。
（a）（b）
图4焊缝金属结晶示意图
（a）焊缝柱状树枝晶（b）焊缝金属偏析
图520钢焊缝组织图图图620钢过热区组织
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改变区域。
多种不一样焊接方法和焊接时输入热量多少，使热影响区区域大小也有所不一样。
在热影响区，因为各点热循环不一样，热影响区可分为熔合区、过热区、正火区和部分相变区。
（1）熔合区是焊缝和基础金属交界区，其最高加热温度处于固相线和液相线之间区域。
因为该区域温度高，基体金属部分熔化，所以也称为“半熔化区”。
熔化金属凝固成铸态组织，未熔化金属体因温度过高而形成粗晶粒。
此区域在显微镜下通常为2~3个晶粒宽度，有时难以识别。
该区域即使很窄，但强度、塑性和韧性全部下降；
同时此处接头断面改变较大，将引发应力集中，很大程度上决定着焊接接头性能。
此区域见图3中1区所表示。
（2）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区域，见图3中2区所表示。
该区域在焊接时，因为加热温度高，奥氏体晶粒急剧长大，形成过热组织，所以也称“粗晶粒区”。
冷却以后形成粗大过热区组织，先共析铁素体从奥氏体晶界上呈针片状析出并向晶内生长，这种先共析针片状铁素体加珠光体这种组织称为魏氏体组织图6所表示。
图6为20钢过热区组织。
在大热输入电弧焊、气焊、电渣焊条件下，常常出现魏氏体组织。
所以使该区域塑性和韧性大大降低，冲击韧性约下降25%~75%。
对淬透性好钢材，过热区冷却后得到淬火马氏体，脆性更大。
所以过热影响区中力学性能最差部位。
（3）正火区是指热影响区中加热温度在A3~1100℃之间区间，见图3中3区所表示。
该区温度虽较高，但加热时间较短，晶粒不轻易长大。
焊后空冷，金属将发生重结晶，得到晶粒较细正火组织，所以该区域称为正火区，也称为细晶区或重结晶区。
该区组织比退火（或轧制）状态母材组织细小，其力学性能优于母材。
图7为20钢正火区组织。
图720钢正火区组织图图820钢焊接接头组织全貌
（4）部分相变区是指热影响区中加热温度在A1~A3之间区域，图3中4区所表示。
焊接加热时，首先珠光体向奥氏体转变，伴随温度深入升高，部分铁素体逐步向奥氏体中溶解，温度愈高，溶入愈多，至A3时，全部转变为奥氏体。
焊接加热时因为时间较短，该区只有部分铁素体溶入奥氏体。
焊后空冷，该区域得到由经过重结晶细小铁素体和珠光体和未经重结晶铁素体组成不均匀组织。
所以该区也称为不完全重结晶区。
该区因为组织不均匀，力学性能稍差。
图8为20钢焊接接头组织全貌。
三、试验设备及化学用具
1.XJL—02A型立式金相显微镜
2.手锯、砂纸
3.硝酸酒精滤纸脱脂棉等
四、试验内容
4.焊接接头宏观分析
1）用眼或低倍放大镜观察焊接接头波纹、余高、缺点等外观形状。
2）用游标尺测量多种焊接接头焊缝、热影响区宽度，测量部分焊接接头焊缝深度。
3）观察多种焊接接头结晶组织方向，和焊接接头中是否存在气孔、裂纹、夹渣、未焊透等缺点。
5.焊接接头显微组织分析
1）用一般金相试片制作方法，将焊接接头横断面磨制成显微金相试样，用5%硝酸酒精溶液腐蚀试样。
2）将金相试样平稳放置在立式金相显微镜观察平台上；
依据试样观察要求，选择放大倍数适宜物镜及目镜；
对该显微镜光栏、焦距等进行调整，使观察图像清楚。
3）首先找到焊接接头焊缝区，然后经过调整立式金相显微镜观察平台，缓慢将金相试样从焊缝区向母材区移动，观察焊接接头不一样区域金相组织改变。
4）仔细观察焊接接头焊缝区、熔合区、过热区、正火区、不完全相变区等五个区域金相组织，对摄影关金相组织照片，仔细分辨各区域金相组织经典特征。
5）对存在焊接裂纹试样，仔细观察裂纹所在部位、走向，和裂纹周围金相组织特征。
五、试验汇报要求
1.绘制出焊接接头宏观形貌示意图，并注明焊缝宽度（深度）、热影响区宽度、焊缝堆高、焊缝波纹等尺寸；
并加以分析说明。
2.绘制出焊接接头显微组织形貌示意图，并将焊缝区、熔合区、过热区、正火区、不完全相变区等五个区域金相组织用金相组织示意图描绘，并说明各区域组织特点，分析其产生原因。
3.分析讨论焊接接头组织和性能之间关系。
兰州工业学院指导老师：
王文科
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