焊接工藝學(xué)實(shí)驗(yàn)課件

實(shí)驗(yàn)緒論及準(zhǔn)備知識(shí)一

、焊接工藝學(xué)實(shí)驗(yàn)的作用和地位二

、如何上好焊接工藝學(xué)實(shí)驗(yàn)課?三

、焊接工藝學(xué)實(shí)驗(yàn)課的安排四、

焊接工藝學(xué)實(shí)驗(yàn)課的要求第1頁(yè)/共36頁(yè)二、

如何上好焊接工藝學(xué)實(shí)驗(yàn)課?1、每次實(shí)驗(yàn)課前要求預(yù)習(xí)(完成預(yù)習(xí)報(bào)告)2、實(shí)驗(yàn)中認(rèn)真操作和記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行適

當(dāng)數(shù)據(jù)處理(經(jīng)過(guò)初步處理的實(shí)驗(yàn)的原始數(shù)據(jù)必

須有教師簽名)3、實(shí)驗(yàn)完成后要求完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告4、按時(shí)交實(shí)驗(yàn)報(bào)告第2頁(yè)/共36頁(yè)實(shí)驗(yàn)課的安排1、每班根據(jù)人數(shù)分為若干組2、每五位同學(xué)一組3、實(shí)驗(yàn)課成績(jī)有兩部分組成：平時(shí)表現(xiàn)(40%)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告(60%)第3頁(yè)/共36頁(yè)焊接工藝學(xué)實(shí)驗(yàn)課的要

求1、按時(shí)到實(shí)驗(yàn)室2、上課時(shí)應(yīng)注意秩序，不許大聲喧嘩。3、應(yīng)注意用電安全，化學(xué)藥品廢棄物應(yīng)

放入專用瓶。實(shí)驗(yàn)后注意衛(wèi)生保持及用品

的整潔。第4頁(yè)/共36頁(yè)主要參考書(shū)1、中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì)編著.

焊接金相圖譜.機(jī)械工業(yè)出版社.1987.第5頁(yè)/共36頁(yè)實(shí)驗(yàn)一30CrMnSiA

鋼焊接接頭的金相組織

觀察分析第6頁(yè)/共36頁(yè)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?一)了解30CrMnSiA鋼焊接熱形響區(qū)的組織變化規(guī)律。(二)熟悉焊接熱影響區(qū)組織變化與硬度的關(guān)系。第7頁(yè)/共36頁(yè)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.

掌握30CrMnSiA鋼的焊接特點(diǎn)。2.30CrMnSiA

鋼焊接接頭的金相組織觀察分析第8頁(yè)/共36頁(yè)三、

實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)材科1.

粗、細(xì)金相砂紙2.

玻璃平板、機(jī)械拋光機(jī)、拋光粉3.

無(wú)水乙醇、4%硝酸酒精溶液、吹風(fēng)機(jī)、脫脂棉4.

金相顯微鏡第9頁(yè)/共36頁(yè)四

、實(shí)驗(yàn)原理(一)30CrMnSiA鋼焊接熱影響區(qū)組織變化特點(diǎn)(二)焊接熱影響區(qū)域組織與硬度的關(guān)系第10頁(yè)/共36頁(yè)(一)30CrMnSiA鋼焊接熱影響區(qū)組織變化特點(diǎn)一般情況下，易淬火鋼焊接接頭熱影響區(qū)的組織分布與毋材。焊接前的熱處理狀態(tài)有關(guān)。如果母材焊接前是正火或退火狀態(tài)，則焊后熱影響區(qū)的組織僅為以下兩個(gè)區(qū)域：完全淬火區(qū)——加熱溫度超過(guò)Ac3

以上，焊后冷卻時(shí)出現(xiàn)馬氏體、貝氏體、珠光體組織；不完全淬火區(qū)——加熱溫度為Ac1—Ac3,

焊后冷卻時(shí)出現(xiàn)馬氏體、貝氏體、鐵素體組織。如果母材在焊接前處于調(diào)質(zhì)狀態(tài)，則焊接熱影響區(qū)除存在上述兩個(gè)區(qū)域以外，還可能有發(fā)生不同程度回火處理的區(qū)域，稱為回火區(qū)?；鼗饏^(qū)為加熱溫度低于Ac1且冷卻較慢的區(qū)域，它的組織、性能發(fā)生變化的程度，取決于焊前調(diào)質(zhì)狀態(tài)的回火溫度。30CrMnSiA鋼屬于中碳調(diào)質(zhì)鋼，是淬火傾向較大的鋼種第11頁(yè)/共36頁(yè)為了估計(jì)焊接熱影響區(qū)的組織招性能，最好借助于“模擬焊接熱影響

區(qū)連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖”即SH—CCT

圖。但是，SH—CCT

圖的建立比較

復(fù)雜，需要高精度的測(cè)試儀表和大量試試驗(yàn)工作，目前僅有少量鋼種確立

了SH—CCT

圖，因而只好利用一般的連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖，即CCT

曲線。

對(duì)焊接熱影響區(qū)的組織做粗略估計(jì)。圖1(a)為30CrMnSiA

鋼的CCT

曲線

，

為了明確曲線各區(qū)域的組織及便于比較，也列出了該鋼種的恒溫轉(zhuǎn)變曲線

(圖

1(b))

。圖中縱坐標(biāo)表示強(qiáng)度，橫坐標(biāo)表示時(shí)間。標(biāo)注1、2、

……5的

五條曲線分別是不同冷卻速度的曲線。利用它們與CCT

曲線相交的位置

，

可以推算冷卻后的組織。例如，曲線1為圖中冷卻速度最快的曲線，按曲

線1冷卻后，鋼的組織為馬氏體十貝氏體組織；同理按曲線3冷卻后的組織

為鐵素體十貝氏體十珠光體；按曲線5冷卻后的組織為鐵素體十珠光體。以此類推，只要知道冷卻曲線，就可以預(yù)知冷卻后所得的組織。第12頁(yè)/共36頁(yè)根據(jù)30CrMnSiA鋼的CCT曲線可以預(yù)料.焊接熱影響區(qū)的組織將是幾種組

織的混晶組織。如果焊接方法不同，則焊接后熱影響區(qū)的組織也會(huì)不同。例

如，采用電弧焊時(shí)，由于它的熱源溫度較高，能量較集中，因而出氣焊的熱

循環(huán)曲線更陡。相應(yīng)的冷卻速度較快。因此，氣焊焊接頭的熱影響區(qū)寬度遠(yuǎn)

遠(yuǎn)大于電弧焊的熱影響區(qū)寬度，其中尤以粗晶區(qū)差別最大。氣焊接頭的粗晶

區(qū)為粗大的貝氏體；且主要為上貝氏體組織；電焊接頭的粗晶區(qū)中則針狀下貝氏體所占比例較大，同時(shí)亦有上貝氏體及馬氏體。30CrMnSiA鋼雖為中碳調(diào)質(zhì)鋼，但它又是珠光體類鋼，因而焊接接頭中加

熱稍超過(guò)Ac3

轉(zhuǎn)變溫度的區(qū)域，當(dāng)冷卻速度較慢對(duì)，并不產(chǎn)生馬氏體轉(zhuǎn)變，

而為組織細(xì)小且均勻的珠光體類組織。該區(qū)域與不易淬火鋼中的不完全重結(jié)

晶區(qū)相當(dāng)，其組織為經(jīng)過(guò)相變后組織細(xì)化的珠光體和鐵素體，以及未發(fā)生相

變，組織粗大的鐵素體。第13頁(yè)/共36頁(yè)(二)焊接熱影響區(qū)域組織與硬度的關(guān)系焊接熱影響區(qū)的組織變化會(huì)引起其性能的一系列變化。例如：母材焊

前為退火狀態(tài)或正火狀態(tài)時(shí)，熱影響區(qū)中的淬火組織使這部分金屬的強(qiáng)度

增高、塑性降低；當(dāng)母材焊前為調(diào)質(zhì)狀態(tài)時(shí)，焊接熱影響區(qū)除了會(huì)產(chǎn)生淬

火組織時(shí)，還有因焊接過(guò)程中被重新加熱超過(guò)焊前回火溫度的軟化區(qū)域。

雖然焊接熱影響區(qū)尺寸不寬，

一般僅為幾毫米寬，并且焊接熱影響區(qū)各個(gè)

區(qū)域的尺寸更窄。但熱影響區(qū)各部分卻因具有不同組織，從而具有不同的

性能，導(dǎo)致焊接接頭工作性能的降低。若用常規(guī)的方法，定量地測(cè)定熱影

響區(qū)各部分的種種性能，顯然是不可能的。但焊接熱模擬技術(shù)的發(fā)展，卻

為研究焊接熱影響區(qū)各個(gè)微小區(qū)域的性能開(kāi)辟了道路。

一般的條件下，還

可以利用硬度與強(qiáng)度的相應(yīng)關(guān)系，用熱影響區(qū)硬度的變化表示性能的變化。

硬度的測(cè)定簡(jiǎn)單易行，所需設(shè)備通用性強(qiáng)，是金屬材料焊接性的常用試驗(yàn)

方法之一。硬度測(cè)定法除了用于一般鑒定焊接熱影響區(qū)組織變化與性能的

關(guān)系外，國(guó)際焊接學(xué)會(huì)還推薦，用熱影響區(qū)最高硬度試驗(yàn)作為測(cè)定金屬材

料淬硬傾向的判據(jù)。第14頁(yè)/共36頁(yè)圖2為合金鋼焊接接頭硬度分布的曲線，圖中曲線

C,

表示母材焊前為退火狀態(tài)的硬度曲線，曲線A、B表示母材焊前為淬火加低溫回火及高溫回火的硬度

曲線。由于焊前熱處理狀態(tài)不同，焊接熱影響區(qū)中軟

化區(qū)的溫度范圍，以及軟化程度會(huì)有很大差別。回火

溫度越低，軟化區(qū)的溫度范圍越大，它相對(duì)于母材的

軟化程度也越大。反之，焊接前回火溫度越高，軟化

的溫度區(qū)間越小，軟化程度也越小。第15頁(yè)/共36頁(yè)采用不同的焊接方法，所得的焊接熱影響區(qū)

寬度及組織均有差異，因而硬度分布曲線也不

同。焊接接頭中粗晶區(qū)的硬度值略高于氣焊接

頭相應(yīng)部位的硬度。第16頁(yè)/共36頁(yè)五、實(shí)驗(yàn)方法及步驟(一)試樣的制作(二)觀察及測(cè)定各區(qū)域?qū)挾鹊?7頁(yè)/共36頁(yè)(一)試樣的制作1.

準(zhǔn)備合適的30CrMnSiA鋼試樣。2.

試樣焊前進(jìn)行退火處理(890℃保溫1小時(shí)，隨爐冷

卻到室溫),消除母材中的帶狀組織。3.

為了防止產(chǎn)生焊接缺陷，待焊接試樣必須去除油污

及表面氧化物。4.

將焊接試樣切成50×20×2.5mm

的小塊，用砂輪

磨平端面并行光試件邊緣毛刺5.

制作金相試樣。試件經(jīng)磨制，機(jī)械拋光及化學(xué)浸蝕

(浸蝕劑為4%的硝酸酒精溶液，浸蝕3—5s)再?zèng)_洗，吹干。第18頁(yè)/共36頁(yè)(二)觀察及測(cè)定各區(qū)域?qū)挾仍陲@微鏡下仔細(xì)觀察已制各好的金相試樣。首先辯認(rèn)焊

縫區(qū)、熱影響區(qū)以及母材，然后分析及判別焊縫區(qū)，熱影

響區(qū)各部分和母材的各種組織：如鐵素體、珠光體、索氏

體、貝氏體、馬氏體等，掌握它們的金相特征，分析不同

區(qū)域中組織差異的原因。從焊縫中心向一側(cè)移動(dòng)試樣，記錄焊接熱影響區(qū)各區(qū)域

的寬度。第19頁(yè)/共36頁(yè)六

、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.

觀察焊接接頭的顯微組織，并將各區(qū)域?qū)挾燃敖M織

填入表中。2.

分析30CrMnSiA鋼(退火狀態(tài))焊接接頭各區(qū)域的組

織及硬度分布第20頁(yè)/共36頁(yè)七、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1.試樣制備時(shí)同組的同學(xué)進(jìn)行配合，應(yīng)注意操作安全；2.試樣磨制時(shí)需要注意平整度；第21頁(yè)/共36頁(yè)思考題(一)30CrMnSiA

鋼的焊接熱影響淬火區(qū)，為什么不是

純馬氏體組織?(二)焊縫的硬度值為什么低于淬火區(qū)的硬度值?(三)同一種易淬火鋼，若焊前分別為調(diào)質(zhì)狀態(tài)和退火狀

態(tài)，焊接條件相同，試問(wèn)焊后它們的熱影響區(qū)組織有何異

同?第22頁(yè)/共36頁(yè)實(shí)驗(yàn)二不銹鋼焊接接頭的顯微組織觀察與分析第23頁(yè)/共36頁(yè)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?一)觀察與分析不銹鋼焊接接頭的金相組織(二)了解不銹鋼焊接接頭顯微組織特征及產(chǎn)生

晶間腐蝕機(jī)理第24頁(yè)/共36頁(yè)

、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.掌握18-8鋼的焊接特點(diǎn)。2.18-8鋼焊接接頭的顯微組織觀察與分析。第25頁(yè)/共36頁(yè)三

、實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)材科1.1Crl8Ni9Ti(或1Crl8Ni9)鋼、吹風(fēng)機(jī)、各號(hào)

金相砂紙2.

玻璃平板、機(jī)械拋光機(jī)、拋光粉3.

無(wú)水乙醇、丙酮、王水、10%草酸水溶液、

脫脂棉4.

金相顯微鏡第26頁(yè)/共36頁(yè)四

、實(shí)驗(yàn)原理晶間腐蝕是沿晶粒邊界發(fā)生的腐蝕現(xiàn)象。現(xiàn)以18—8型奧氏

體不銹鋼中最適用的含穩(wěn)定元素的1Crl8Ni9Ti鋼為例，來(lái)討論

晶間腐蝕的問(wèn)題。1Crl8Ni9Ti鋼含<0.12C和0.8%Ti,

碳在室溫奧氏體中的最

大溶解度為0.03%,多余的碳則通過(guò)固溶處理與鈦結(jié)合形成

穩(wěn)定的碳化鈦。由于鈦對(duì)碳的固定作用，避免了在晶界形成

碳化鉻，從而防止了晶間腐蝕的產(chǎn)生。故1Crl8Ni9Ti鋼具有抗

晶間腐蝕產(chǎn)生的能力。然而在焊接接頭中情況有所不何，奧氏體不銹鋼的焊接接頭，通?？煞譃橐韵聨讉€(gè)區(qū)域。第27頁(yè)/共36頁(yè)(一)焊縫金屬主要為柱狀樹(shù)枝晶，是單相奧氏體組織還是γ十δ雙相組織，將取決于母材和填充金屬的化學(xué)成分。(二)過(guò)熱區(qū)加熱超過(guò)1200℃的近縫區(qū)，晶粒有明顯的長(zhǎng)大。(三)敏化區(qū)加熱峰值溫度在600—1000℃的它的區(qū)城，組織無(wú)明且變化。對(duì)于不含穩(wěn)定元素的18—8鋼，可能出現(xiàn)晶界碳化鉻的輸出，產(chǎn)生

貧鉻層，有晶間腐蝕傾向。(四)母材金屬對(duì)于含穩(wěn)定元素的18—8鋼，如1Crl8Ni9T鋼，峰值溫

度超過(guò)1200℃的過(guò)熱區(qū)產(chǎn)生TiC分解，合金元素鈦和碳分別固溶于奧氏體

中。峰值溫度愈高，TiC分解量愈大，從而使穩(wěn)定化作用大為減弱，甚至

完全消失。在隨后的冷卻過(guò)程中，由于碳原子的體積很小，擴(kuò)散能力比鐵原子強(qiáng)，碳原于趨于向奧氏體晶界擴(kuò)散遷移，而鈦原子來(lái)來(lái)不及擴(kuò)散仍

保留在奧氏體點(diǎn)陣節(jié)點(diǎn)上。因此，碳原子析集于晶界附近成為過(guò)飽和狀態(tài)。第28頁(yè)/共36頁(yè)當(dāng)上述過(guò)熱區(qū)再次受到600—800℃中溫敏化加熱或長(zhǎng)期工作于

上述溫度范圍時(shí)，碳原子優(yōu)先以很快的速度向晶界擴(kuò)散。此時(shí)，

鉻原子的擴(kuò)散速度雖比碳原子慢，但比鈦原子快，且濃度也遠(yuǎn)比

鈦高，因而易于在晶界附近形成鉻的碳化物(FeCr)23C6

。溫度

越高，TiC分解后合金元素碳和鉻的固溶量越多，碳化物析出量

越大。上述碳化物的鉻、碳舍量很高，但晶粒內(nèi)部鉻的擴(kuò)散速度

比碳的擴(kuò)散速度慢。所以在形成鉻的碳化物時(shí)，富集在晶界的碳，

與晶粒表層一個(gè)薄層嚴(yán)重缺鉻，鉻的濃度低于臨界值12%Cr。此時(shí)，奧氏體晶粒內(nèi)和晶界碳化物由于含鉻量高而帶正電位，而

貧鉻層由于含鉻量低于12%而帶負(fù)電位。如果為這種具備電化學(xué)

腐蝕條件的焊接接頭放入腐蝕介質(zhì)中，帶負(fù)電位的貧鉻層就會(huì)成

為被消耗的陽(yáng)極而遭受腐蝕。第29頁(yè)/共36頁(yè)這樣，由于“高溫過(guò)熱”和“中溫敏化”這兩個(gè)依次進(jìn)

行的熱作用過(guò)程，造成了含穩(wěn)定化元素的18—8鋼特殊的晶

間腐蝕，這種腐蝕只發(fā)生在緊靠焊縫的過(guò)熱區(qū)3—5個(gè)晶粒

范圍，在工件表面上較寬，向接頭內(nèi)部逐漸變窄，呈刀形，

故又稱“刀蝕”。由此可見(jiàn)，“高溫過(guò)熱”和“中溫敏化”是產(chǎn)生刀獨(dú)的

必要條件。對(duì)于焊接接頭，“高溫過(guò)熱”這一條件是由焊

接熱作用過(guò)程自然形成的。因此只需要進(jìn)行一次“中溫敏

化”處理，就可根據(jù)GB1223—75

標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行晶間腐蝕試驗(yàn)。第30頁(yè)/共36頁(yè)這樣，由于“高溫過(guò)熱”和“中溫敏化”這兩個(gè)依次進(jìn)

行的熱作用過(guò)程，造成了含穩(wěn)定化元素的18—8鋼特殊的晶

間腐蝕，這種腐蝕只發(fā)生在緊靠焊縫的過(guò)熱區(qū)3—5個(gè)晶粒

范圍，在工件表面上較寬，向接頭內(nèi)部逐漸變窄，呈刀形，

故又稱“刀蝕”。由此可見(jiàn)，“高溫過(guò)熱”和“中溫敏化”是產(chǎn)生刀獨(dú)