Q235钢的焊接性分析及焊接工艺评定.doc

兰州工业学院毕业设计说明书（论文）兰州工业学院毕业设计（论文）题目 q235钢的焊接性分析及 焊接工艺评定 系 别 材料工程学院 专 业 焊接技术及自动化 班 级 焊 接11-2 姓 名 学 号 指导教师（职称） 日 期 2014年3月 目录摘要1abstract2第一章 绪论31.1 碳钢简述31.2 q235钢的化学成分分析41.3 q235的机械性能41.4 本次设计实验技术路线图5第二章 q235钢板的焊接62.1 板材厚度的选择62.2 焊接材料的选择62.3 焊接方法和焊接设备的选定62.4 焊焊前准备72.4.1 焊接接头形式及坡口准备72.4.2 工件共建表面的清理72.5 焊接工艺参数的制定82.5.1 焊条直径82.5.2 焊接电流82.5.3 焊接电压92.5.4 焊接层数92.6 焊接及焊后热处理102.6.1 防止裂纹的产生102.6.2 结晶裂纹的产生原因112.6.3 冷裂纹的防止措施122.6.4 严格控制氢的来源122.7 焊后热处理132.8 焊接时应注意的要点13第三章 q235金属试样的制备153.1 取样153.2 粗磨153.3 细磨163.3.1 手工磨163.3.2 机械磨173.4 抛光173.5 浸蚀19第四章 试样组织观察及分析204.1 焊接接头组织204.2 试样的观察204.3 试样的分析21结论25参考文献26致谢27外文文献及译文.28兰州工业学院毕业设计（论文）任务书材料工程系2014届焊接技术及自动化专业毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目金属材料焊接工艺评定课题内容性质科学研究课题来源性质教师收集的结合生产实际的课题实验校内（外）指导教师职 称工作单位及部门联系方式王明旭教授材料工程院2867483一、题目说明（目的和意义）：毕业设计是本专业教学过程的最后一个重要环节，也是培养学生分析问题和解决问题能力的主要方法，通过毕业设计，要求学生全面综合运用所学基本理论，基本技能和生产实践知识；学习系统地综合运用所学的知识和技能解决实际工程问题的本领，巩固和加深对所学知识的理解，并且通过毕业设计的实践扩大和补充知识，使认识提高到一个新的水平。通过毕业设计的实践，培养调查研究的习惯和工作能力，练习查阅资料和有关标准，查阅工具书或参考书，合理选择实验方法、实验设备，正确操作、分析，并能以实验分析过程和毕业论文表达设计的思想和结果。通过毕业设计，不但要提高解决具体问题的独立工作能力，而且应建立正确的设计和科研思想，加强思想性，牢固树立实事求是和严肃认真的工作态度。二、设计（论文）要求（工作量、内容）： 1、总要求：要求每个学生根据给定的毕业设计题目独立完成焊材制备，焊接材料、方法及设备的选择，焊接操作，金相试样的制备、腐蚀、观察与图片收集，焊缝形状、质量、力学性能的测试等实验工作量，根据文献及相关的理论知识对实验结果进行分析总结，并得出结论,根据结论可进行相应的补充实验，完成毕业设计论文一份，毕业设计完成后进行答辩。2、给定的条件和要求：实验设备类型、种类齐全；实验药品齐全；查阅文献，明确毕业设计的意义及目的；严格按照标准及操作规程进行实验。3、确定总体方案：分析国内外金属材料焊接的发展和趋势，了解毕业设计任务书给定的条件和用途，可到工厂进行调研、了解焊接结构制造的经验，进行毕业设计可行性分析和论证，最后确定总体方案，并编制技术路线图。注：技术路线图在论文中要以图表形式出现。4、具体要求：（1）明确所用金属材料的分类及应用。（2）明确所用金属材料的化学成分、力学性能、显微组织等。（3）分析所用金属材料的焊接性。 各种裂纹、脆化及软化产生的可能性， （4）明确所用金属材料的焊接工艺要点。1）焊接方法及设备 确定与母材相对应的焊接方法种类及选择依据根据母材的种类（碳钢、合金钢、不锈钢、有色金属等）选择相应的焊接方法（焊条电弧焊、埋弧焊、co2气体保护焊、熔化极氩弧焊、tig焊等）。 明确所选焊接方法的原理、特点及应用 明确与焊接方法对应的焊接设备的特点、设备组成及作用根据焊接方法选择相应型号的焊接设备并记录设备型号，并对焊接设备能进行较熟练的操作，对同一种类的焊接设备可采用不同型号进行试焊，对焊缝成形的结果进行比较以确定最佳的焊接设备。2）焊接参数的选择 明确焊接参数对该材料焊接后形成的焊缝的影响，焊接参数主要包括焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊接电流的种类及极性、焊条及焊丝直径、焊丝伸出长度等。 明确焊接参数的选择方法及依据 a.接头的钢材种类与板厚。b.焊缝的种类（纵缝、环缝）和焊缝的位置（平焊、横焊、立焊）。c.接头的形式（对接、角接、搭接）和坡口的形式（y形x形u形坡口等）。d.焊条或焊丝的种类、型号及直径e.保护气体（co2、ar等） 焊接热输入（选择依据） 预热和焊后热处理（如何选择）3）焊接材料的选择 阐述焊接材料的选择原则 该题目中对应焊接材料的组成、性质及要求根据题目中规定母材的种类（碳钢、合金钢、不锈钢、有色金属等）选择相应的焊接材料（焊条、焊丝、焊剂、保护气体等）。4）阐述可能出现的缺陷及防止措施 焊接缺陷如气孔、裂纹、咬边、未熔合等（5）根据选择的焊接工艺参数施焊1）材料准备： 母材及焊接材料的采购 母材的尺寸确定、坡口设计、画线、下料等（参考国标） 母材的焊前清理、打磨 焊缝位置的选择（尽可能平焊） 焊接材料的处理 焊条要进行烘干等。2）做好安全防护工作，严格按照操作规程施焊。3）待焊缝冷却后对焊缝的成形做出相应的评价，并对焊接参数值及对应的结果进行记录。4）变化焊接参数，继续施焊、记录，直到焊缝形状达到要求为止。（6）通过实验，将几次的焊接参数进行对比1） 金相试样的制备及观察 待试样完全冷却后选择焊缝的相应位置截取试样，将毛边磨去做好金相试样制备的准备； 熟练掌握金相制备的方法，能够熟练操作金相磨制设备，配置相应的腐蚀液，掌握金相腐蚀的技巧； 熟练操作金相显微镜，能够借助金相显微镜判断金相试样的磨制、腐蚀程度，并能运用金相显微镜拍摄金相照片，并能进行相应的分析。2） 力学性能测试 能够根据国家标准制定试样尺寸，可对试样进行硬度测量，其中按同一种方法焊接出来的焊缝的试样数量为3个，取平均值。（7）实验结果分析 根据以上实验过程结果进行判断、分析，能够判断出金相组织的种类、力学性能的好坏，并分析可能的影响因素，得出最佳的焊接参数（8）编制焊接工艺设计书（焊前）、焊接工艺评定报告（焊后）、加工工艺过程卡（焊后） 要求按正规的焊接工艺设计书、焊接工艺评定报告及加工工艺过程卡的格式进行编制，共3份，装订在毕业设计论文内容的相应位置。（9）毕业论文一份，外文翻译一篇，幅面大小为a4，全部由计算机打印。 5、撰写毕业设计论文包括内容：封面、任务书、摘要、目录、论文正文、总结论、致谢、参考文献、英文翻译（原文+中文翻译）等。应阐述整个毕业设计内容，要突出重点和特色，图文并茂，文字通畅。毕业论文的页数不少于20页（20页内不含英文翻译，幅面大小为a4，全部由计算机打印）。6、试样的要求：实验试样要符合相应国家标准。7、论文撰写格式、装订顺序及要求依毕业设计（论文）规范。三、进度表日 期内 容1周3.5周1.5周毕业设计共6周，安排如下：1、文献查阅及方案论证1周 （1）调查研究、搜集和查阅资料 （0.5周） （2）总体设计方案的拟定和论证 （0.5周） 2、实验过程3.5周（1）实验前期准备 （0.5周） （2）试样制备 （0.5周） （3）实验操作、实验记录 （ 2周 ） （6）结果分析并得出结论 （0.5周）3、撰写毕业设计论文1.5周完成日期2014.1.17答辩日期2014.3.32014.3.14 四、主要参考文献、资料、设备和实习地点及翻译工作量：1 王宗杰.熔焊方法及设备. 北京：机械工业出版社，2007年11月.2 英若采.熔焊原理及金属材料焊接. 北京：机械工业出版社，2009年12月.3 邓洪军.焊接结构生产. 北京：机械工业出版社，2012年1月.4 英若采.熔焊原理及金属材料焊接. 北京：机械工业出版社，2009年12月.5 刘世荣.金属学与热处理. 北京：机械工业出版社，1997年6月.6 丁德全.金属工艺学.北京：机械工业出版社，2008年4月.7 杨应龙.17mnnivnbre钢焊接性能研究.压力容器，1997，4.8 胡义祥.金相检验实用技术. 北京：机械工业出版社，2012年6月.9 机械工业理化检测人员技术培训和资格鉴定委员会.金相检验. 北京：中国计量出版社，2011年3月.10 杨立军.材料连接设备及工艺. 北京：机械工业出版社，2009年1月.11 宗培言.焊接结构制造技术与装备. 北京：机械工业出版社，2010年1月.12 周浩僧.焊接结构生产及装备. 北京：机械工业出版社，2008年8月.13 贾安东.焊接结构与生产. 北京：机械工业出版社，2010年1月.14 熊腊森.焊接工程基础. 北京：机械工业出版社，2011年7月.15 张文钺.焊接冶金学. 北京：机械工业出版社，2008年6月.16 李亚江.焊接冶金学材料焊接性. 北京：机械工业出版社，2010年10月.17 方洪渊.焊接结构. 北京：机械工业出版社，2010年9月.18 陈裕川.焊接工艺设计与实例分析. 北京：机械工业出版社，2010年1月.19 伍玉娇.金属材料学. 北京：北京大学出版社，2011年8月.20 付华，张光磊.材料性能学. 北京：北京大学出版社，2010年9月.21 覃耀春.金属学与热处理. 北京：机械工业出版社，2011年6月.22 胡义祥.周玉. 北京：机械工业出版社，2011年6月.指导教师签字教研室主任签字主管系领导签字年 月 日年 月 日年 月 日注：本任务书要求一式两份，一份系部留存，一份报教务处实践教学科。摘要q235低碳钢在现代工业上应用十分广泛，本文主要针对q235低碳钢板材的焊接工艺进行设计，通过经济和操作性两个方面的考虑，选用手工电弧焊进行焊接，焊接后变形小，缺陷少，焊接质量良好，当然最重要的是焊接工艺参数设计正确。本实验选用j422焊条在10mm厚的q235钢板上以不同焊接电流80a、120a和160a下进行焊接，焊接层数为两层。试验结果表明：随焊接电流变大，焊接的引弧性、稳定性、脱渣性及焊缝成形都逐渐变好。此外观查到的组织随焊接电流的变大，焊缝区、熔合区、和热影响区组织晶粒逐渐粗化。通过实验得出焊接电流在120a下q235钢具有较高的可塑性，焊接过程中不易产生裂纹，焊接性较好,总的来说设计思路正确，构思明确。关键词： 低碳钢； 手工电弧焊； 焊接接头； 焊接质量abstract q235 is widely used in low carbon steel in modern industry, this paper mainly designed for the welding process of q235 low carbon steel plate, the two economic and operational considerations, the manual arc welding, welding deformation small, less defects, welding quality is good, of course, the most important is the design of welding parameters correctly. the selection of j422 electrode in q235 thick10mm steel plate in different welding current 80a, 120a and 160a welding, welding layer is two. the test results show that: with the welding current increases, arcstability, weld, detachability and gradually become good welding. this appearance check to the organization with the welding current increases, the weld zone, the fusion zone and heat affected zone, microstructure gradually coarsening. the welding current in 120a plasticity of q235 steel has high, not easy to crack in the weldingprocess, the welding is good, in general the right design ideas, ideas clearly.keywords:low carbon steel; manual arc welding; welded joints; welding quality第一章 绪论1.1 碳钢简述在钢铁领域，最早泛用的是碳素钢（简称碳钢）,碳素钢是指含铁，碳和为了生产技术所需要的正常数量的硅w（si）0.5%,锰w(mn)16-40mm）24（a40-60mm）23（a60-100mm）22（a100-150mm）21（a150mm）其中a为钢材厚度或直径。1.4本次设计实验技术路线图第二章 q235钢板的焊接2.1 板材厚度的选择在设计的过程中办学板材的厚度不能厚，也不能太薄，必须符合现在工业的的大众需求，和现代工业相接轨，所以在这片论文设计中我选用板材厚度为10mm厚的钢板。2.2 焊接材料的选择电焊条就是在金属丝（即焊芯）表面涂有适当药皮的手工电弧焊用的融化电极。电焊条的选用原则：1) 考虑工件的物理，力学性能和化学成分2) 考虑工件的工作条件和使用性能3) 考虑工件的复杂成度，刚度大小，焊接坡口和焊接部位等4) 考虑经济性和实用性根据以上原则，焊接过程中选用j422焊条。焊条使用前应烘干，酸性焊条烘干温度为15200，保温1-2h，在焊接锅炉，压力容器时，烘干后的焊条必须放在保温筒内，随用随取，焊条冷至室温四小时后，必须重新烘干，焊条重复烘干次数不得超过2次。2.3 焊接方法和焊接设备的选定低碳钢的焊接性能好，焊接工艺容量大，常用的焊接方法有焊条电弧焊，二氧化碳气体保护焊，埋弧焊及电渣焊等，焊接时依焊件强度等级及工作环境来选择焊接材料。在选择焊接方法的过程中，不仅要考虑焊接的性能，还要考虑考虑成本价值，焊接的环境及它的可操作性，综上所述，焊接q235低碳钢手工电弧焊最为适合，现有焊机zx7-400n直流弧焊机可供试用。图2-1 焊机zx7-400n2.4 焊焊前准备2.4.1 焊接接头形式及坡口准备焊条电弧焊时，由于焊件结构形状，厚度不同，以及对质量的要求不同，其接头形式及坡口要求也不相同，采用焊条电弧焊焊接低碳钢时，由于熔深较浅，6mm以上钢板对接，需要开v型坡口，或双v型坡口，坡口边缘的加工方法有：剪切，刨边，车削，铲削，氧乙炔焰切削，碳弧气刨等方法，应根据母材，焊接接头的质量要求及工厂的加工条件来应用我们选用的钢板厚度为10mm，为方便焊后检验，我们选用对接的焊接方式，钢板两侧开30坡口，采用车削的方式完成，如图： 图2-2焊接接头的坡口形式2.4.2 工件共建表面的清理已加工好的坡口及其边缘两侧不小于10mm范围内的油污，铁锈，水分等杂物应清除干净，直至露出金属光泽。 2.5 焊接工艺参数的制定2.5.1焊条直径选择焊接直径时，主要考虑焊件厚度，接头形式，焊缝位置，焊缝层数及允许的热输入等，一般在厚壁焊件的封底焊缝，小口径管对接焊缝和薄板的焊接时应采用2.53.2mm焊条，其余可采用45mm焊条，立焊，仰焊和其他难焊位置焊接时，可采用3.24mm的焊条。对根部不要求完全均匀焊透的不开坡口的角接，t型接头，搭接焊缝和背面清除根部封底焊的对接焊缝，其焊条直径见表2-1所示表2-1 焊条直径焊件直径焊条直径4不超过焊件厚度4123.04.0124.0根据以上原则，此次设计焊接过程中我们选用焊条直径为3.2mm焊条。2.5.2 焊接电流焊接电流只要根据焊条直径和焊接位置来选择，在平焊位置焊接时，可根据下列经验公式选用电流i=kd式中：i-焊接电流（a） d=焊条直径（mm） k=经验因数 通常取3050一般情况下增加电流能增加熔深，提高生产率，但电流过易已造成咬边和严重飞溅，因此应根据施工条件确定电流大小。例如环境温度降低时施焊，热能损失大，需加大电流，t型接头或十字接头传热方向多，施焊时电流应比对接接头时大，焊件厚度大时，电流也应相应增加，反之焊接薄板，在立焊，横焊，仰焊位置施焊，则电流应该相应的减小。表2-2焊接电流焊条牌号焊接位置焊条直径mm2.02.53.24.05.06.0j422平焊40-7065-90100-140150-210200-260260-320立焊仰焊35-6850-8580-130120-170150-210根据以上原则，此次设计焊接过程中我们选用焊接电流分别为80a、120a、160a三种不同电流进行对比焊接。2.5.3焊接电压焊接电压对熔深的影响很小，主要影响熔宽，随着焊接电压的增大，熔宽增大，而熔深及余高略有减小，为保证电弧的稳定燃烧及合适的焊缝成型系数，焊接电压与焊接电流保持适当的关系，焊接电流增大时，应适当提高焊接电压，于每一焊接电流对应的焊接电压的变化范围不超过10v焊接电压除对焊缝成型系数有影响外，还会改变熔敷金属的化学成分。当焊接电压增加时，焊剂的熔深量增加，熔渣和液化金属的比值增大，过度到熔敷金属中的合金含量所增加在这里的焊接电压为22-26v。2.5.4 焊接层数采用焊条电弧焊焊接中厚板是，应采用多层焊，对于低碳钢，焊接层数的多少对接头质量影响不大，但层数过少，每层厚度较大，则会降低焊缝金属的塑性，易产生缺陷，因此一般按下式选择焊接层数n=/d式中 n=焊接层数（取整数值）=焊件厚度（mm） d=焊条直径（mm）在这里的焊接层数为两层。图2-3焊缝宏观形貌2.5.5 焊接速度焊接速度提高时热输入量减少，使熔深、熔宽有所降低，余高也减少。焊速太快，会造成咬边、未熔合；焊速太慢，会造成漫溢。焊接速度的高低是焊接生产率高低的重要指标之一。从提高焊接生产率考虑，措施之一是提高焊速。要保证给定的焊缝尺寸，则在提高焊接速度时要相应地提高焊接电流和焊接电压，这三个量是相互联系的。大功率电弧高速焊时，强大的电弧力把熔池金属猛烈地排到尾部，并在那里迅速凝固，熔池金属没有均匀分布在整个焊缝宽度上，形成咬边。这种现象限制了焊速的提高，采用双丝焊或多弧焊可进一步提高焊速，并可防止上述相象的产生。同时为了避免焊接速度不同给实验结果带来影响，我们组尽量把速度控制在同一速度内。2.6 焊接及焊后热处理2.6.1 防止裂纹的产生在焊接应力及其它致脆因素共同作用下，焊接接头中局部地区的金属原子结合力遭到破坏而形成的新界面所产生的缝隙，叫做焊接裂纹。它具有尖锐的缺口和大的长宽比的特征。裂纹是危害最严重的焊接缺陷。这主要是因为裂纹两端的缺口效应造成了严重的应力集中，很容易扩展而形成宏观开裂或整体断裂。因此，在焊接生产中，裂纹一般是不允许存在的。所以要严格控制产生裂纹的因素，以保证较好的焊接质量。焊接裂纹的分类1.焊接热裂纹在焊接过程中，焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区产生的焊接裂纹，叫做焊接热裂纹。2.焊接冷裂纹焊接接头冷却到较低温度下（相对钢来说在ms温度以下）时产生的裂纹，叫做冷裂纹。3.消除应力裂纹焊件焊后在一定温度范围再次加热时，由于高温及残余应力的共同作用而产生的晶间裂纹，叫做消除应力裂纹。4.层状撕裂层状撕裂是指焊接时，在焊接构件中沿钢板轧层形成的呈阶梯状的一种裂纹。q235低碳钢焊接时，塑形比较好，但操作不当时易产生冷裂纹与焊接热裂纹。2.6.2 结晶裂纹的产生原因焊缝金属在结晶后期出现开裂，原因来自于两方面：焊缝金属在结晶后期抗裂能力（以伸长率代表）下降和拉伸应变的形成。结晶裂纹的产生式由于在焊缝凝固后期存在了液态薄膜，并受拉应力的作用的结果当min时不会开裂；=min时处于临界状态；只有min时才会产生裂纹。图2-3 中的曲线1、2、3分别表示上述三种情况。防止结晶裂纹的措施主要从冶金和工艺两方面着手，其中冶金措施更为重要。1）控制焊缝中硫、磷、碳等有害元素的含量。2）调整熔渣的碱度。焊接熔渣的碱度越高，熔池中脱硫、脱氧越完全。3）调整焊接参数已得到抗裂能力较强的焊缝成形系数。4）调整冷却速度。冷速越高变形增长率越大，结晶裂纹倾向也越大。5）调整焊接顺序降低拘束应力。接头刚性越大，焊缝金属冷却收缩时受到的拘束应力也越大。2.6.3 冷裂纹的防止措施冷裂纹产生的主要因素：一是 钢中含有的磷杂质以fe2p和fe3p的形式存在，fe3p能与铁形成低熔点共晶，聚集于晶界消弱晶粒建的结合力，使钢在低温或常温下变脆，造成冷裂纹；二是 焊接过程中由于化学反应，空气或水的分解等因素，焊缝中溶解了一定量的氢，氢能向焊缝缺陷出流动富集形成氢脆，甚至形成“氢至延迟裂纹”这是冷裂纹中最严重也是最危险的问题；三是 焊缝中存在氮、氧原子或化合物也能使金属变脆，引起冷裂纹；四是 淬火倾向大的钢或厚板刚性大的焊接由于没有采取预热或缓冷的措施，冷却速度快造成较大的内应力和焊接残余应力，这个应力超过了材料所能承受的力就会产生裂纹。2.6.4 严格控制氢的来源氢是形成冷裂纹的一个重要因素，在形成冷裂纹的过程中的作用于其溶解度和扩散规律有关。由于氢在金属各相中的溶解度不同，其就以过饱和的形式残留于马氏体或贝氏体中，并扩散到应力中或晶格缺陷处结合成分子，形成较高的局部应力，再加上热应力、组织应力的共同作用就可能造成开裂。 图2-4 延迟断裂时间与应力的关系氢致裂纹的延迟，氢逐渐向开裂部位扩散集中，结合成分子并形成一定的压力的过程。焊缝中氢的平均浓度越高，则迁移的氢数量越多，迁移速度也越高。综上所述氢是形成冷裂纹以及断裂的重要因素，因此，从焊接材料、焊接方法以及工艺等方面严格控制氢的来源，选用低氢钠型、低氢钾型焊条，严格清理待焊处两侧20mm之内的油污等杂质。对焊丝、焊条、焊剂在干燥条件下使用，焊丝彻底清理表面的油污等杂质，焊条依照工艺保证烘干（在严格的烘干温度与保温时间内）。2.7 焊后热处理焊后进行不同的热处理，可以分别起到起到消除扩散氢、降低和消除残余应力、改善组织或降低硬度等作用。焊后常用的热处理制度有消氢处理、消除应力退火、正火和淬火（或淬火+回火）。在焊接过程中，由于加热和冷却的不均匀性，以及构件本身产生拘束或外加拘束，在焊接工作结束后，在构件中总会产生焊接应力。焊接应力在构件中的存在，会降低焊接接头区的实际承载能力，产生塑性变形，严重时，还会导致构件的破坏。因为低碳钢的可焊性良好，通常情况下不会因焊接而引起严重硬化组织和淬硬组织，但是如果用在重要的结构件时，要进行焊后热处理，如果经过热处理以后，接头的金相组织会得到改善，提高了焊接接头的塑性、韧性，从而改善了焊接接头的综合机械性能。常用的方法有两种：一是整体高温回火，即把焊件整体放入加热炉内，缓慢加热到一定温度，然后保温一段时间，最后在空气中或炉内冷却。用这种方法可以消除80%-90%的焊接应力。另一种方法是局部高温回火，即只对焊缝及其附近区域进行加热，然后缓慢冷却，降低焊接应力的峰值，使应力分布比较平缓，起到部分消除焊接应力的目的。2.8 焊接时应注意的要点低碳钢焊接时一般不需采用特殊的工艺措施，但若在寒冷冬季施焊时，焊接接头冷却速度较快，裂纹倾向较大，尤其焊接厚板面焊缝，厚板多层焊角焊角焊缝或焊接多层焊缝中第一道及最后一道，裂纹倾向就更大，为避免裂纹的产生可采取以下措施1）焊前预热，焊接时保持层间温度2）采用低氢型焊接材料3）厚板单层角焊缝不得过小，表面缺陷的补焊应有正常焊缝尺寸，长度不能过短4）适当增加定位焊缝截面和长度，定位焊时要增大焊接电源，降低焊速，必要是还要预热5）焊接要连续，尽量避免中断，尤其多层焊应尽量连续焊完最后一层6）焊后适当注意缓冷，一般不需要消除应力和回火，但q235b制作的压力容器，板厚大于34mm时，焊前应预热100以上，板厚大于38mm时，要进行消除应力处理，即将焊件均匀地加热到550650保温一段时间后随后均匀地冷却至300400，最后将焊件移出在炉外空冷。第三章 q235金属试样的制备3.1 取样从需要检测的金属材料零件上截取试样称为取样。取样的部位和磨面的选择必须根据分析要求而定。截取方法有很多种：对于软材料可以用锯、车、刨等方法；对于硬材料要用砂轮切割机或线切割机等切割方法；对于硬而脆的材料可以用锤击的方法。无论用哪种方法都应注意，尽量避免和减轻因塑性变形或受热引起的组织失真现象。试样的尺寸以磨面面积小于400、高度在1520之间为宜。3.2 粗磨粗磨的目的主要有以下三点：1.修整有些试样，如用锤击法敲下来的试样，形状很不规则，必须经过粗磨修整为规则形状的试样。2.磨平无论用什么方法取样，切口往往不平整，为了将观察面磨平，同时去掉切割时产生的变形层，必须进行粗磨。3.倒角在不影响观察的前提下，需将试样上的棱角磨掉，以免划破砂纸和抛光织物。 黑色金属材料的粗磨在砂轮机上进行，具体操作方法是将试样牢牢的捏住，用砂轮的侧面磨制。在试样与砂轮接触的一瞬间，尽量使磨面与砂轮面平行，用力不可过大。由于磨削力的作用往往出现试样磨面的上半部分，其磨削量偏大，故需人为地进行调整，尽量加大试样下半部分的压力，以求整个磨面的均匀受力。另外在磨制过程中，试样必须沿砂轮的径向往复缓慢移动，防止砂轮表面形成凹沟。必须指出的是，磨削过程会使试样表面温度骤然升高，只有不断地将试样侵入水中冷却，才能防止组织发生变化。砂轮机转速比较快，一般为2850r/min工作者不应站在砂轮的正前方，以防被飞出物击伤。操作时严禁戴手套，以免手被卷入砂轮机。 有色金属，如铜、铝及其合金等，因材质很软，不可用砂轮而要用锉刀进行粗磨，以免磨屑填塞砂轮孔隙，且使试样产生较深的磨痕和严重的塑性变形层。3.3 细磨粗磨后试样的磨面上仍有较粗较深的磨痕，为了消除这些磨痕必须进行细磨。细磨分为手工磨和机械磨两种。3.3.1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。金相砂纸由砂粒的粗到细分为很多种、其规格如下所示。表3-1 金相砂纸规格 金相砂纸编号010203040506粒度序号m28m20m14m10m7m5砂粒尺寸（m）282020414101077553.5用砂轮粗磨后的试样要依次由01号磨至05号（或06号）。操作时必须注意：加在试样上的力要均匀，使整个磨面都能磨到。在同一张砂纸上磨痕方向要一致，并与前一道砂纸磨痕方向垂直。待前一道砂纸的磨痕完全消失时才能换用下一道砂纸。每次更换砂纸时，必须将试样、玻璃板清理干净，以防将粗砂粒带到细砂纸上。磨制时不可用力过大，否则一方面因磨痕过深增加下一道磨制的困难，另一方面试样表面变形严重会影响组织真实性。砂纸的砂粒变钝以后，磨削作用明显下降时，不宜继续使用，否则砂粒在金属表面产生滚压会使表面变形增加。磨制铜、铝及其合金等软材料时，用力更要轻，可同时在砂纸上滴些煤油，以防脱落砂粒嵌入金属表面。用金相砂纸手工磨制时是不能加水的，因为金相砂纸所以粘结剂溶于水。但是在干磨过程中，脱落的砂粒和金属磨屑留在砂纸上，随着移动的试样来回滚动，砂粒间的相互挤压以及金属屑粘在砂粒缝隙中，都会使砂纸磨削寿命减短，试样表面层变形严重，摩擦生热还可以引起试样组织变化。为了克服干磨的弊端，故发展了手工湿磨的方法，所用砂纸是水砂纸，其规格如下所示。表3-2 水砂纸规格水砂纸序号24030040050060080010001200粒度（m）1602002803204006008001000用水砂纸手工磨制的操作方法和步骤与用金相砂纸磨制几乎完全一样，唯一不同的是将水砂纸置于水下边磨边冲，由粗到细依次更换数次，最后磨到1000或1200号砂纸。因为水流不断地将脱落的砂粒、磨屑冲掉，故砂纸的磨削寿命较长。实践表明，采用湿磨的方法，试样磨制速度快、质量高，有效地弥补了干磨的不足。3.3.2机械磨目前，普遍使用的机械磨设备是预磨机。电动机带动铺着水砂纸的圆盘转动，磨制时，将试样沿圆盘的径向来回移动，用力要均匀，边磨边用水冲。水流既起到冷却试样的作用，又可以借离心力将脱落的砂粒、磨屑等不断地冲到转盘边缘。机械磨的磨削速度比手工磨快得多，但平整度不够好，表面层变形也比较严重。因此，要求较高或材质较软的试样应该采用手工磨制。机械磨所用水砂纸规格与手工湿磨相同。3.4 抛光抛光的目的是去除细磨后遗留在磨面上的细微磨痕，得到光亮无痕的镜面。抛光的方法有机械抛光、电解抛光和化学抛光三种，其中最常用的是机械抛光。机械抛光在抛光机上进行，将抛光织物（粗抛常用帆布，精抛常用毛呢）用水浸湿、铺平、绷紧并固定在抛光盘上。启动开关使抛光盘逆时针转动，将适量的抛光液（氧化铝、氧化铬或氧化铁抛光粉加水的悬浮液）滴洒在盘上即可进行抛光。抛光时应注意以下几点：试样沿盘的径向往返缓慢移动，同时逆抛光盘转向自转，待抛光结束时作短时定位轻抛。在抛光过程中，要经常滴加适量的抛光液或清水，以保持抛光盘的湿度，如发现抛光盘过脏或带有粗大颗粒时，必须将其冲刷干净后再继续使用。抛光时间应尽量缩短，不可过长，为满足这一要求可分粗抛和精抛两步进行。抛有色金属（如铜、铝及其合金等）时，最号在抛光盘上涂少许肥皂或滴加适量的肥皂水。机械抛光与细磨本质上都是借助磨料尖角锐利的刃部，切去试样表面隆起的部分。抛光时，抛光织物纤维带动稀疏分布的极微细的磨料颗料产生磨削作用，将试样抛光。 目前，人造金刚石研磨膏（最常用的有w0.5、w1.0、w1.5、w2.5和w3.5五种规格的溶水性研磨膏）代替抛光液，正得到日益广泛的应用。用极少的研磨膏均匀涂在抛光电解抛光，是以被抛工件为阳极，不溶性金属为阴极，两极同时浸入到电解槽中，通以直流电而产生有选择性的阳极溶解，从而达到工件表面光亮度增大的效果。机械抛光在抛光机上进行，将抛光织物（粗抛常用帆布，精抛常用毛呢）用水浸湿、铺平、绷紧并固定在抛光盘上。启动开关使抛光盘逆时针转动，将适量的抛光液（氧化铝、氧化铬或氧化铁抛光粉加水的悬浮液）滴洒在盘上即可进行抛光。抛光时应注意以下几点：试样沿盘的径向往返缓慢移动，同时逆抛光盘转向自转，待抛光结束时作短时定位轻抛。在抛光过程中，要经常滴加适量的抛光液或清水，以保持抛光盘的湿度，如发现抛光盘过脏或带有粗大颗粒时，必须将其冲刷干净后再继续使用。抛光时间应尽量缩短，不可过长，为满足这一要求可分粗抛和精抛两步进行。抛有色金属（如铜、铝及其合金等）时，最号在抛光盘上涂少许肥皂或滴加适量的肥皂水。机械抛光与细磨本质上都是借助磨料尖角锐利的刃部，切去试样表面隆起的部分。抛光时，抛光织物纤维带动稀疏分布的极微细的磨料颗料产生磨削作用，将试样抛光。目前，人造金刚石研磨膏（最常用的有w0.5、w1.0、w1.5、w2.5和w3.5五种规格的溶水性研磨膏）代替抛光液，正得到日益广泛的应用。用极少的研磨膏均匀涂在抛光织物上进行抛光，抛光速度快，质量也好。3.5 浸蚀抛光后的试样在金相显微镜下观察，只能看到光亮的磨面，如果划痕、水迹，材料中的非金属夹杂物、石墨以及裂纹等也可以看出来，但是要分析金相组织还必须进行浸蚀。浸蚀的方法有很多种，最长用的是化学浸蚀法，利用浸蚀剂对试样的化学溶解和电化学浸蚀作用将组织显露出来。纯金属（或单相均匀固溶体）的侵蚀基本上为化学溶解过程。位于晶界处的原子和晶粒内部原子相比，自由度较高，稳定性较差，故易受侵蚀形成凹沟。晶粒内部被浸蚀程度较轻，大体上任保持原抛光平面。在明场下观察，可以看到一个个晶粒被晶界（黑色网络）隔开。化学浸蚀的方法虽然很简单，但是只有认真对待才能制备出高质量的试样。将抛光后的试样用水冲洗，并同时用脱脂棉擦净磨面，然后用滤纸吸去磨面上过多的水，吹干后用显微镜检查磨面上是否有划痕、水迹等，同时证明未经过浸蚀的试样时无法分析组织的。经检查合格的试样可以放在浸蚀剂中，抛光面朝上，不断观察表面颜色的变化，这是蚀法。也可以用沾有浸蚀剂的棉花轻轻擦拭抛光面，观察表面颜色的变化，此为擦拭法。待试样表面被浸蚀得略显灰暗时即刻取出，用流动水冲洗后在浸蚀面上滴些酒精，在用滤纸吸去过多的水和酒精，迅速用吹风机吹干，完成整个制备试样的过程。如果试样浸蚀不足，可以重复浸蚀。如果试样浸蚀过深，则必须重新进行磨光、抛光，在加以适当浸蚀。浸蚀后的试样在显微镜下观察时，如果发现表面变形层严重影响组织的清晰度时，可采用反复抛光、浸蚀的办法去除变形层。第4章 试样组织观察及分析4.1 焊接接头组织焊接接头由焊缝和焊接热影响区组成，焊接时母材热影响区上各点距离焊缝的远近不同所以各点所经历的焊接热循环不同，就会出现不同的组织，从而体现不同的性能，根据焊缝热影响区组织的不同可以大致分为四个区域：熔合区、过热区、相变重结晶区、不完全相变区。熔合区附近，焊缝与母材不规则结合，形成了分界面，非自发晶核会依附在这个表面上以柱状晶的形态向焊缝中心生长，形成的柱状晶区。在过热区金属处于过热状态，奥氏体经晶粒发生严重长大，冷却后会得到粗大的组织，导致硬度下降，相变重结晶区的金属由于发生重结晶，空气中冷却后会形成均匀细小的铁素体和珠光体组织，此区的塑性和韧性都比较好，不完全重结晶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，力学性能也不均匀。4.2 试样的观察在金相显微镜（如图4-1）下观察焊接接头的晶相组织，具体操作如下：1）首先了解显微镜各个主要部件的作用及所有位置。2）打开显微镜开关。3）把试样分成几个有代表性区域。同一区域下用先低倍（4）物镜进行调试，即转动粗调手轮，将载物台将至最低位置，然后从目镜中观察的同时缓慢转动粗调手轮使载物台慢慢上升，待看到组织出现，即停止粗调进行微调，调至组织清晰为止。4）然后用高倍的物镜观察，轻轻转动物镜座，将所需物镜转到试样下方，再稍微调整即可清晰。5）调节孔径光栏至最佳位置，可提高映像的清晰度。6）寻找相应的组织区进行观察，并分别进行拍照存档。7)试样不动，旋转物镜到10、40，重复以上3、4、5、6的步骤。8）移动试样换个区域，重复以上3、4、5、6、7的步骤。 a） b）图4-1 金相显微镜4.3 试样的分析q235组织包括铁素体和珠光体组织，其中暗色为珠光体组织，亮色为铁素体组织