㈠ 如何保護焊接接頭組織試樣
：焊接接頭組織的觀察及分析
一、 實驗的意義：
隨著科學技術的不斷發展，焊接技術應用得越來越廣泛。從我們日常生活用品到汽車、火車、輪船、橋梁等都離不開焊接技術的應用。而焊接質量的好壞決定於焊接接頭的優劣。本次實驗正是要觀察焊接機頭顯微組織的變化規律。通過對幾種不同的焊接接頭顯微組織的觀察和分析，使我們對理論課講述的有關內容有一個更直觀的認識和更深刻的理解。
二、 實驗的目的：
1、了解焊接方法對焊接熱影響區大小的影響。
2、了解焊接規范對焊接熱影響區大小的影響。
3、了解焊接熱影響區對焊接接頭性能的影響。
三、 實驗所用的材料，儀器和設備：
1、材料：
低碳鋼板（200X100X10mm）、結422焊條、自動焊焊絲、砂布、金相砂紙、拋光粉、4%的硝酸酒精腐蝕劑、無水乙醇等。
2、儀器和設備：
手弧焊機、埋弧焊機、工作台、無齒鋸（俗稱砂輪切片機）、砂輪機、拋光機、電吹風機、金相顯微鏡等。
四、 實驗方式與程序：
本次實驗所觀察的焊接接頭金相組織的母材（被焊金屬）為低碳鋼板。採用了兩種焊接方法，一是埋弧自動焊，另一是手工電弧焊，其中手工電弧焊採用的焊接電流為150A和230A。下面以手工電弧焊為例介紹一下焊接接頭金相試樣的製作方法。
取一塊200X100X10mm的低碳鋼試板，用砂輪或鋼絲刷除去表面的鐵銹等污物，將其平置於工作台上。接通電焊機的電源，再將電焊機的焊接電流調至所需要的規范，然後在低碳鋼試板中間堆焊成一道焊縫，待涼透後，用無齒鋸將其焊縫部位（試板的中間部位）切成一塊長40mm左右的試塊。在焊接接頭金相試樣的切割過程中，需要向切口部位不停地澆水冷卻，以避免所切試樣的金相組織發生變化，然後進行焊接接頭金相試樣的製作。
由於時間的關系，本實驗不進行焊接接頭及其金相試樣的製作，只觀察焊接接頭的金相組織。
焊接接頭分為兩部分：一是焊縫，另一是熱影響區。
所謂焊接接頭熱影響區，是指母材在焊接電弧的熱作用下而發生顯微組織和性能變化的區域。在焊接過程中，熔池被快速加熱到很高的溫度，隨後又快速冷卻，因此使熔池附近的母材相當受到了一次不同規范的熱處理。結果使焊接熱影響區形成了四個部分，即熔合區、過熱區、正火區和部分相變區。熔合區是焊縫（熔敷金屬）和母材的交界區，在焊接電弧熱的作用下，該區部分金屬熔化，亦稱此區為半熔化區。其顯微組織中包含部分鑄造組織和未熔化的、但因受熱而長大的粗晶粒組織。在低碳鋼焊接接頭中，這一區域雖然最窄，但它卻在很大程度上決定著焊接接頭的性能。過熱區對焊接接頭有危害作用，該區受高溫作用，晶粒急劇長大，甚至產生過熱組織，從而使其塑性和沖擊韌性降低。正火區於處Ac3稍高的溫度，此區相當於做了一次正火處理，晶粒組織細小，因而其機械性能較好。部分相變區在Ac1和Ac3之間的溫度范圍，因此其珠光體和部分鐵素體發生了重結晶轉變，而部分鐵素體卻來不及轉變，致使該區冷卻後晶粒大小不均，使機械性能稍差。可以看出：焊接熱影響區中的熔合區和過熱區是性能最薄弱的部位。因此，為了提高焊接接頭的質量，應盡量減小焊接熱影響區的寬度。
本實驗要求學生觀察、認識、測量和比較三種焊接接頭熱影響區和顯微組織變化形態與其尺寸的大小。每塊金相試樣的背面都用鋼字打上符號，分別用A、B、C表示。其中試樣A和B是採用手工電弧焊堆焊而成，試樣C是採用埋弧自動焊堆焊而成。
焊接接頭的顯微組織有焊縫（熔敷金屬）、焊接熱影響區（熔合區、過熱區、正火區、部分相變區）和母材（被焊金屬）三個部分。焊縫和母材的顯微組織比較容易認識。焊縫的顯微組織成柱狀，且方向垂直於焊接熱影響區。母材是低碳鋼材料，其顯微組織與焊接前一樣，依然是珠光體（P）和鐵素體（F）。要測量焊接熱影響區的大小，應該先弄清楚其中各區的分布形態。焊接熱影響區的顯微組織雖然形態各異，但是每個區域都有其獨有的特徵，其中過熱區和正火區的特徵最明顯。過熱區的晶粒粗大，正火區的晶粒細小而且這兩個區在焊接熱影響區中的尺寸最大。部分相變區比正火區和過熱區窄，卻比熔合區寬，在100倍的放大倍數下觀察其顯微組織，看得到它的珠光體的邊緣不像母材和正火區那樣稜角分明，而是比較圓滑且形態呈開花狀。在焊接熱影響區中，最不容易分辨的即是熔合區，而且它又是焊接熱影響區中最窄的區域。熔合區的顯微組織是粗大的晶粒和部分鑄造組織。
觀察和認識了焊接接頭的顯微組織之後，再開始測量焊接熱影響區的大小，即分別測量熔合區、過熱區、正火區和部分相變區的大小。怎樣測量焊熱影響區的大小呢？用金相顯微鏡的目鏡測量其大小時，應該使標尺垂直於該區。因為焊縫的結晶方向垂直於焊熱影響區，所以旋動目鏡，使標尺的方向與焊縫的結晶方向平行，標尺的方向要隨著載物台的移動而隨時調整。測量的數據應該是平均值，怎樣取平均值呢？一是邊觀察顯微組織邊移動載物台，看哪個部位有代表性，然後取值；二是在某一個區域里任意地測三點後取平均值。將所測得實驗數據數據填寫在下面的表中：
區域
焊縫區
熔合區
過熱區
正火區
部分相變區
母材
組織及寬度
焊接方法
組織
組織
寬度
組織
寬度
組織
寬度
組織
寬度
組織
手弧焊
150A （A）
手弧焊
230A （B）
埋弧
自動焊 (C)
通過對三種焊接接頭熱影響區的顯微組織的觀察、認識、測量和比較，即可看出：雖然母材都是低碳鋼。但焊接方法和焊接規范不同時，焊接熱影響區的大小截然不同，埋弧自動焊的焊接熱影響區明顯小於手工電弧焊的焊接熱影響區。當母材相同，且焊接方法相同，只是焊接規范有所不同時，如A、B兩試樣採用相同的焊接速度，試樣A是採用150A電流堆焊而成，試樣B是採用230A電流堆焊而成，結果焊接熱影響區的大小不同。焊接電流大的試樣焊接熱影響區寬，而焊電流小的試樣焊接熱影響區窄。
五、 實驗報告內容：
1、按實驗報告紙的要求逐項填寫。
2、按實驗指導書中的表格形式畫一個表格，並逐項填寫清楚。
3、畫出焊接熱影響區中的熔合區、過熱區、正火區和部分相變區與鐵—碳合金狀態圖相對應的圖示。
4、分別論述焊接方法與焊接規范對焊接熱影響區大小的影響規律。
5、焊接熱影響區對焊接接頭的性能有什麼影響？