焊接工艺实验课件

焊接工艺学实验授课教师：余进Tel:84315776(O)

办公室：材料系338栋301室一、焊接工艺学实验的作用和地位二、如何上好焊接工艺学实验课？三、焊接工艺学实验课的安排四、焊接工艺学实验课的要求实验绪论及准备知识二、如何上好焊接工艺学实验课？1、每次实验课前要求预习（完成预习报告）2、实验中认真操作和记录实验数据，并进行适当数据处理（经过初步处理的实验的原始数据必须有教师签名）3、实验完成后要求完成实验报告4、按时交实验报告焊接工艺学实验课的要求1、按时到实验室2、上课时应注意秩序，不许大声喧哗。3、应注意用电安全，化学药品废弃物应放入专用瓶。实验后注意卫生保持及用品的整洁。主要参考书1、中国机械工程学会焊接学会编著.焊接金相图谱.机械工业出版社.1987.

实验一

30CrMnSiA钢焊接接头的金相组织观察分析

一、实验目的(一)了解30CrMnSiA钢焊接热形响区的组织变化规律。(二)熟悉焊接热影响区组织变化与硬度的关系。三、实验装置及实验材科1．粗、细金相砂纸2．玻璃平板、机械抛光机、抛光粉3．无水乙醇、4％硝酸酒精溶液、吹风机、脱脂棉4．金相显微镜

(一)30CrMnSiA钢焊接热影响区组织变化特点

30CrMnSiA钢属于中碳调质钢，是淬火倾向较大的钢种。一般情况下，易淬火钢焊接接头热影响区的组织分布与毋材焊接前的热处理状态有关。如果母材焊接前是正火或退火状态，则焊后热影响区的组织仅为以下两个区域：完全淬火区——加热温度超过Ac3以上，焊后冷却时出现马氏体、贝氏体、珠光体组织；不完全淬火区——加热温度为Ac1—Ac3，焊后冷却时出现马氏体、贝氏体、铁素体组织。如果母材在焊接前处于调质状态，则焊接热影响区除存在上述两个区域以外，还可能有发生不同程度回火处理的区域，称为回火区。回火区为加热温度低于Ac1且冷却较慢的区域，它的组织、性能发生变化的程度，取决于焊前调质状态的回火温度。

根据30CrMnSiA钢的CCT曲线可以预料．焊接热影响区的组织将是几种组织的混晶组织。如果焊接方法不同，则焊接后热影响区的组织也会不同。例如，采用电弧焊时，由于它的热源温度较高，能量较集中，因而出气焊的热循环曲线更陡。相应的冷却速度较快。因此，气焊焊接头的热影响区宽度远远大于电弧焊的热影响区宽度，其中尤以粗晶区差别最大。气焊接头的粗晶区为粗大的贝氏体；且主要为上贝氏体组织；电焊接头的粗晶区中则针状下贝氏体所占比例较大，同时亦有上贝氏体及马氏体。30CrMnSiA钢虽为中碳调质钢，但它又是珠光体类钢，因而焊接接头中加热稍超过Ac3转变温度的区域，当冷却速度较慢对，并不产生马氏体转变，而为组织细小且均匀的珠光体类组织。该区域与不易淬火钢中的不完全重结晶区相当，其组织为经过相变后组织细化的珠光体和铁素体，以及未发生相变，组织粗大的铁素体。(二)焊接热影响区域组织与硬度的关系

焊接热影响区的组织变化会引起其性能的一系列变化。例如：母材焊前为退火状态或正火状态时，热影响区中的淬火组织使这部分金属的强度增高、塑性降低；当母材焊前为调质状态时，焊接热影响区除了会产生淬火组织时，还有因焊接过程中被重新加热超过焊前回火温度的软化区域。虽然焊接热影响区尺寸不宽，一般仅为几毫米宽，并且焊接热影响区各个区域的尺寸更窄。但热影响区各部分却因具有不同组织，从而具有不同的性能，导致焊接接头工作性能的降低。若用常规的方法，定量地测定热影响区各部分的种种性能，显然是不可能的。但焊接热模拟技术的发展，却为研究焊接热影响区各个微小区域的性能开辟了道路。一般的条件下，还可以利用硬度与强度的相应关系，用热影响区硬度的变化表示性能的变化。硬度的测定简单易行，所需设备通用性强，是金属材料焊接性的常用试验方法之一。硬度测定法除了用于一般鉴定焊接热影响区组织变化与性能的关系外，国际焊接学会还推荐，用热影响区最高硬度试验作为测定金属材料淬硬倾向的判据。

图2为合金钢焊接接头硬度分布的曲线，图中曲线C，表示母材焊前为退火状态的硬度曲线，曲线A、B表示母材焊前为淬火加低温回火及高温回火的硬度曲线。由于焊前热处理状态不同，焊接热影响区中软化区的温度范围，以及软化程度会有很大差别。回火温度越低，软化区的温度范围越大，它相对于母材的软化程度也越大。反之，焊接前回火温度越高，软化的温度区间越小，软化程度也越小。

采用不同的焊接方法，所得的焊接热影响区宽度及组织均有差异，因而硬度分布曲线也不同。焊接接头中粗晶区的硬度值略高于气焊接头相应部位的硬度。五、实验方法及步骤

(一)试样的制作(二)观察及测定各区域宽度(二)观察及测定各区域宽度在显微镜下仔细观察已制各好的金相试样。首先辩认焊缝区、热影响区以及母材，然后分析及判别焊缝区，热影响区各部分和母材的各种组织：如铁素体、珠光体、索氏体、贝氏体、马氏体等，掌握它们的金相特征，分析不同区域中组织差异的原因。从焊缝中心向一侧移动试样，记录焊接热影响区各区域的宽度。六、实验报告要求

1．观察焊接接头的显微组织，并将各区域宽度及组织填入表中。2．分析30CrMnSiA钢(退火状态)焊接接头各区域的组织及硬度分布思考题

(一)30CrMnSiA钢的焊接热影响淬火区，为什么不是纯马氏体组织?(二)焊缝的硬度值为什么低于淬火区的硬度值?(三)同一种易淬火钢，若焊前分别为调质状态和退火状态，焊接条件相同，试问焊后它们的热影响区组织有何异同?

实验二不锈钢焊接接头的显微组织观察与分析二、实验内容1．掌握18-8钢的焊接特点。2．18-8钢焊接接头的显微组织观察与分析。三、实验装置及实验材科1．1Crl8Ni9Ti(或1Crl8Ni9)钢、吹风机、各号金相砂纸2．玻璃平板、机械抛光机、抛光粉3．无水乙醇、丙酮、王水、10％草酸水溶液、脱脂棉4．金相显微镜四、实验原理晶间腐蚀是沿晶粒边界发生的腐蚀现象。现以18—8型奥氏体不锈钢中最适用的含稳定元素的1Crl8Ni9Ti钢为例，来讨论晶间腐蚀的问题。1Crl8Ni9Ti钢含＜0.12C和0.8％Ti，碳在室温奥氏体中的最大溶解度为0.03％，多余的碳则通过固溶处理与钛结合形成稳定的碳化钛。由于钛对碳的固定作用，避免了在晶界形成碳化铬，从而防止了晶间腐蚀的产生。故1Crl8Ni9Ti钢具有抗晶间腐蚀产生的能力。然而在焊接接头中情况有所不何，奥氏体不锈钢的焊接接头，通常可分为以下几个区域。

当上述过热区再次受到600一800℃中温敏化加热或长期工作于上述温度范围时，碳原子优先以很快的速度向晶界扩散。此时，铬原子的扩散速度虽比碳原子慢，但比钛原子快，且浓度也远比钛高，因而易于在晶界附近形成铬的碳化物(FeCr)23C6。温度越高，TiC分解后合金元素碳和铬的固溶量越多，碳化物析出量越大。上述碳化物的铬、碳舍量很高，但晶粒内部铬的扩散速度比碳的扩散速度慢。所以在形成铬的碳化物时，富集在晶界的碳，与晶粒表层一个薄层严重缺铬，铬的浓度低于临界值12％Cr。此时，奥氏体晶粒内和晶界碳化物由于含铬量高而带正电位，而贫铬层由于含铬量低于12％而带负电位。如果为这种具备电化学腐蚀条件的焊接接头放入腐蚀介质中，带负电位的贫铬层就会成为被消耗的阳极而遭受腐蚀。

这样，由于“高温过热”和“中温敏化”这两个依次进行的热作用过程，造成了含稳定化元素的18—8钢特殊的晶间腐蚀，这种腐蚀只发生在紧靠焊缝的过热区3—5个晶粒范围，在工件表面上较宽，向接头内部逐渐变窄，呈刀形，故又称“刀蚀”。由此可见，“高温过热”和“中温敏化”是产生刀独的必要条件。对于焊接接头，“高温过热”这一条件是由焊接热作用过程自然形成的。因此只需要进行一次“中温敏化”处理，就可根据GB1223—75标准进行晶间腐蚀试验。这样，由于“高温过热”和“中温敏化”这两个依次进行的热作用过程，造成了含稳定化元素的18—8钢特殊的晶间腐蚀，这种腐蚀只发生在紧靠焊缝的过热区3—5个晶粒范围，在工件表面上较宽，向接头内部逐渐变窄，呈刀形，故又称“刀蚀”。由此可见，“高温过热”和“中温敏化”是产生刀独的必要条件。对于焊接接头，“高温过热”这一条件是由焊接热作用过程自然形成的。因此只需要进行一次“中温敏化”处理，就可根据GB1223—75标准进行晶间腐蚀试验。五、实验方法及步骤

(1)试焊并试样取样。(2)“中温敏化”处理，加热至650-700℃，保温1-2小时。(3)用砂轮或锉刀将试样表面加工，去掉棱角。(4)按金相试样要求，用各号砂纸将试样检验表面磨平磨光，并用水冲洗干净。(5)抛光试样表面，用水冲净，再用棉花酒精、丙酮擦净检验表面，吹干。(6)试祥检验表面浸入10％草酸溶液（或王水）。(7)取出试样用水冲洗净，用酒精或丙酮擦净表面，吹干。(8)用金相显微镜观察试样浸蚀表面，放大倍数为100—500倍。

六、实验报告要求