【文章內(nèi)容簡介】 溫回火，即把焊件整體放入加熱爐內(nèi)，緩慢加熱到一定溫度，然后保溫一段時間，最后在空氣中或爐內(nèi)冷卻。用這種方法可以消除80%90%的焊接應力。另一種方法是局部高溫回火，即只對焊縫及其附近區(qū)域進行加熱，然后緩慢冷卻，降低焊接應力的峰值，使應力分布比較平緩，起到部分消除焊接應力的目的。 焊接時應注意的要點低碳鋼焊接時一般不需采用特殊的工藝措施，但若在寒冷冬季施焊時，焊接接頭冷卻速度較快，裂紋傾向較大，尤其焊接厚板面焊縫，厚板多層焊角焊角焊縫或焊接多層焊縫中第一道及最后一道，裂紋傾向就更大，為避免裂紋的產(chǎn)生可采取以下措施1）焊前預熱，焊接時保持層間溫度2）采用低氫型焊接材料3）厚板單層角焊縫不得過小，表面缺陷的補焊應有正常焊縫尺寸，長度不能過短4）適當增加定位焊縫截面和長度，定位焊時要增大焊接電源，降低焊速，必要是還要預熱5）焊接要連續(xù)，盡量避免中斷，尤其多層焊應盡量連續(xù)焊完最后一層6）焊后適當注意緩冷，一般不需要消除應力和回火，但Q235B制作的壓力容器，板厚大于34mm時，焊前應預熱100℃以上，板厚大于38mm時，要進行消除應力處理，即將焊件均勻地加熱到550℃～650℃保溫一段時間后隨后均勻地冷卻至300℃～400℃，最后將焊件移出在爐外空冷。第三章 Q235金屬試樣的制備 取樣從需要檢測的金屬材料零件上截取試樣稱為取樣。取樣的部位和磨面的選擇必須根據(jù)分析要求而定。截取方法有很多種：對于軟材料可以用鋸、車、刨等方法；對于硬材料要用砂輪切割機或線切割機等切割方法；對于硬而脆的材料可以用錘擊的方法。無論用哪種方法都應注意，盡量避免和減輕因塑性變形或受熱引起的組織失真現(xiàn)象。試樣的尺寸以磨面面積小于400㎜178。、高度在15~20㎜之間為宜。 粗磨粗磨的目的主要有以下三點：有些試樣，如用錘擊法敲下來的試樣，形狀很不規(guī)則，必須經(jīng)過粗磨修整為規(guī)則形狀的試樣。無論用什么方法取樣，切口往往不平整，為了將觀察面磨平，同時去掉切割時產(chǎn)生的變形層，必須進行粗磨。在不影響觀察的前提下，需將試樣上的棱角磨掉，以免劃破砂紙和拋光織物。 黑色金屬材料的粗磨在砂輪機上進行，具體操作方法是將試樣牢牢的捏住，用砂輪的側(cè)面磨制。在試樣與砂輪接觸的一瞬間，盡量使磨面與砂輪面平行，用力不可過大。由于磨削力的作用往往出現(xiàn)試樣磨面的上半部分，其磨削量偏大，故需人為地進行調(diào)整，盡量加大試樣下半部分的壓力，以求整個磨面的均勻受力。另外在磨制過程中，試樣必須沿砂輪的徑向往復緩慢移動，防止砂輪表面形成凹溝。必須指出的是，磨削過程會使試樣表面溫度驟然升高，只有不斷地將試樣侵入水中冷卻，才能防止組織發(fā)生變化。砂輪機轉(zhuǎn)速比較快，一般為2850r/min工作者不應站在砂輪的正前方，以防被飛出物擊傷。操作時嚴禁戴手套，以免手被卷入砂輪機。 有色金屬，如銅、鋁及其合金等，因材質(zhì)很軟，不可用砂輪而要用銼刀進行粗磨，以免磨屑填塞砂輪孔隙，且使試樣產(chǎn)生較深的磨痕和嚴重的塑性變形層。 細磨粗磨后試樣的磨面上仍有較粗較深的磨痕，為了消除這些磨痕必須進行細磨。細磨分為手工磨和機械磨兩種。手工磨是將砂紙鋪在玻璃板上，左手按住砂紙，右手捏住試樣在砂紙上作單向推磨。金相砂紙由砂粒的粗到細分為很多種、其規(guī)格如下所示。表31 金相砂紙規(guī)格 金相砂紙編號010203040506粒度序號M28M20M14M10M7M5砂粒尺寸（181。m）28~2020~414~1010~77~55~用砂輪粗磨后的試樣要依次由01號磨至05號（或06號）。操作時必須注意：①加在試樣上的力要均勻，使整個磨面都能磨到。②在同一張砂紙上磨痕方向要一致，并與前一道砂紙磨痕方向垂直。待前一道砂紙的磨痕完全消失時才能換用下一道砂紙。③每次更換砂紙時，必須將試樣、玻璃板清理干凈，以防將粗砂粒帶到細砂紙上。④磨制時不可用力過大，否則一方面因磨痕過深增加下一道磨制的困難，另一方面試樣表面變形嚴重會影響組織真實性。⑤砂紙的砂粒變鈍以后，磨削作用明顯下降時，不宜繼續(xù)使用，否則砂粒在金屬表面產(chǎn)生滾壓會使表面變形增加。⑥磨制銅、鋁及其合金等軟材料時，用力更要輕，可同時在砂紙上滴些煤油，以防脫落砂粒嵌入金屬表面。用金相砂紙手工磨制時是不能加水的，因為金相砂紙所以粘結(jié)劑溶于水。但是在干磨過程中，脫落的砂粒和金屬磨屑留在砂紙上，隨著移動的試樣來回滾動，砂粒間的相互擠壓以及金屬屑粘在砂?？p隙中，都會使砂紙磨削壽命減短，試樣表面層變形嚴重，摩擦生熱還可以引起試樣組織變化。為了克服干磨的弊端，故發(fā)展了手工濕磨的方法，所用砂紙是水砂紙，其規(guī)格如下所示。表32 水砂紙規(guī)格水砂紙序號24030040050060080010001200粒度（181。m）1602002803204006008001000用水砂紙手工磨制的操作方法和步驟與用金相砂紙磨制幾乎完全一樣，唯一不同的是將水砂紙置于水下邊磨邊沖，由粗到細依次更換數(shù)次，最后磨到1000或1200號砂紙。因為水流不斷地將脫落的砂粒、磨屑沖掉，故砂紙的磨削壽命較長。實踐表明，采用濕磨的方法，試樣磨制速度快、質(zhì)量高，有效地彌補了干磨的不足。目前，普遍使用的機械磨設備是預磨機。電動機帶動鋪著水砂紙的圓盤轉(zhuǎn)動，磨制時，將試樣沿圓盤的徑向來回移動，用力要均勻，邊磨邊用水沖。水流既起到冷卻試樣的作用，又可以借離心力將脫落的砂粒、磨屑等不斷地沖到轉(zhuǎn)盤邊緣。機械磨的磨削速度比手工磨快得多，但平整度不夠好，表面層變形也比較嚴重。因此，要求較高或材質(zhì)較軟的試樣應該采用手工磨制。機械磨所用水砂紙規(guī)格與手工濕磨相同。 拋光拋光的目的是去除細磨后遺留在磨面上的細微磨痕，得到光亮無痕的鏡面。拋光的方法有機械拋光、電解拋光和化學拋光三種，其中最常用的是機械拋光。機械拋光在拋光機上進行，將拋光織物（粗拋常用帆布，精拋常用毛呢）用水浸濕、鋪平、繃緊并固定在拋光盤上。啟動開關使拋光盤逆時針轉(zhuǎn)動，將適量的拋光液（氧化鋁、氧化鉻或氧化鐵拋光粉加水的懸浮液）滴灑在盤上即可進行拋光。拋光時應注意以下幾點：①試樣沿盤的徑向往返緩慢移動，同時逆拋光盤轉(zhuǎn)向自轉(zhuǎn)，待拋光結(jié)束時作短時定位輕拋。②在拋光過程中，要經(jīng)常滴加適量的拋光液或清水，以保持拋光盤的濕度，如發(fā)現(xiàn)拋光盤過臟或帶有粗大顆粒時，必須將其沖刷干凈后再繼續(xù)使用。③拋光時間應盡量縮短，不可過長，為滿足這一要求可分粗拋和精拋兩步進行。④拋有色金屬（如銅、鋁及其合金等）時，最號在拋光盤上涂少許肥皂或滴加適量的肥皂水。機械拋光與細磨本質(zhì)上都是借助磨料尖角銳利的刃部，切去試樣表面隆起的部分。拋光時，拋光織物纖維帶動稀疏分布的極微細的磨料顆料產(chǎn)生磨削作用，將試樣拋光。 目前，人造金剛石研磨膏（、）代替拋光液，正得到日益廣泛的應用。用極少的研磨膏均勻涂在拋光電解拋光，是以被拋工件為陽極，不溶性金屬為陰極，兩極同時浸入到電解槽中，通以直流電而產(chǎn)生有選擇性的陽極溶解，從而達到工件表面光亮度增大的效果。機械拋光在拋光機上進行，將拋光織物（粗拋常用帆布，精拋常用毛呢）用水浸濕、鋪平、繃緊并固定在拋光盤上。啟動開關使拋光盤逆時針轉(zhuǎn)動，將適量的拋光液（氧化鋁、氧化鉻或氧化鐵拋光粉加水的懸浮液）滴灑在盤上即可進行拋光。拋光時應注意以下幾點：①試樣沿盤的徑向往返緩慢移動，同時逆拋光盤轉(zhuǎn)向自轉(zhuǎn)，待拋光結(jié)束時作短時定位輕拋。②在拋光過程中，要經(jīng)常滴加適量的拋光液或清水，以保持拋光盤的濕度，如發(fā)現(xiàn)拋光盤過臟或帶有粗大顆粒時，必須將其沖刷干凈后再繼續(xù)使用。③拋光時間應盡量縮短，不可過長，為滿足這一要求可分粗拋和精拋兩步進行。④拋有色金屬（如銅、鋁及其合金等）時，最號在拋光盤上涂少許肥皂或滴加適量的肥皂水。機械拋光與細磨本質(zhì)上都是借助磨料尖角銳利的刃部，切去試樣表面隆起的部分。拋光時，拋光織物纖維帶動稀疏分布的極微細的磨料顆料產(chǎn)生磨削作用，將試樣拋光。目前，人造金剛石研磨膏（、）代替拋光液，正得到日益廣泛的應用。用極少的研磨膏均勻涂在拋光織物上進行拋光，拋光速度快，質(zhì)量也好。 浸蝕拋光后的試樣在金相顯微鏡下觀察，只能看到光亮的磨面，如果劃痕、水跡，材料中的非金屬夾雜物、石墨以及裂紋等也可以看出來，但是要分析金相組織還必須進行浸蝕。浸蝕的方法有很多種，最長用的是化學浸蝕法，利用浸蝕劑對試樣的化學溶解和電化學浸蝕作用將組織顯露出來。純金屬（或單相均勻固溶體）的侵蝕基本上為化學溶解過程。位于晶界處的原子和晶粒內(nèi)部原子相比，自由度較高，穩(wěn)定性較差，故易受侵蝕形成凹溝。晶粒內(nèi)部被浸蝕程度較輕，大體上任保持原拋光平面。在明場下觀察，可以看到一個個晶粒被晶界（黑色網(wǎng)絡）隔開?；瘜W浸蝕的方法雖然很簡單，但是只有認真對待才能制備出高質(zhì)量的試樣。將拋光后的試樣用水沖洗，并同時用脫脂棉擦凈磨面，然后用濾紙吸去磨面上過多的水，吹干后用顯微鏡檢查磨面上是否有劃痕、水跡等，同時證明未經(jīng)過浸蝕的試樣時無法分析組織的。經(jīng)檢查合格的試樣可以放在浸蝕劑中，拋光面朝上，不斷觀察表面顏色的變化，這是蝕法。也可以用沾有浸蝕劑的棉花輕輕擦拭拋光面，觀察表面顏色的變化，此為擦拭法。待試樣表面被浸蝕得略顯灰暗時即刻取出，用流動水沖洗后在浸蝕面上滴些酒精，在用濾紙吸去過多的水和酒精，迅速用吹風機吹干，完成整個制備試樣的過程。如果試樣浸蝕不足，可以重復浸蝕。如果試樣浸蝕過深，則必須重新進行磨光、拋光，在加以適當浸蝕。浸蝕后的試樣在顯微鏡下觀察時，如果發(fā)現(xiàn)表面變形層嚴重影響組織的清晰度時，可采用反復拋光、浸蝕的辦法去除變形層。第4章 試樣組織觀察及分析 焊接接頭組織焊接接頭由焊縫和焊接熱影響區(qū)組成，焊接時母材熱影響區(qū)上各點距離焊縫的遠近不同所以各點所經(jīng)歷的焊接熱循環(huán)不同，就會出現(xiàn)不同的組織，從而體現(xiàn)不同的性能，根據(jù)焊縫熱影響區(qū)組織的不同可以大致分為四個區(qū)域：熔合區(qū)、過熱區(qū)、相變重結(jié)晶區(qū)、不完全相變區(qū)。熔合區(qū)附近，焊縫與母材不規(guī)則結(jié)合，形成了分界面，非自發(fā)晶核會依附在這個表面上以柱狀晶的形態(tài)向焊縫中心生長，形成的柱狀晶區(qū)。在過熱區(qū)金屬處于過熱狀態(tài)，奧氏體經(jīng)晶粒發(fā)生嚴重長大，冷卻后會得到粗大的組織，導致硬度下降，相變重結(jié)晶區(qū)的金屬由于發(fā)生重結(jié)晶，空氣中冷卻后會形成均勻細小的鐵素體和珠光體組織，此區(qū)的塑性和韌性都比較好，不完全重結(jié)晶區(qū)只有一部分組織發(fā)生了相變重結(jié)晶過程，而始終未溶入奧氏體的鐵素體，在加熱時會發(fā)生長大，變成較粗大的鐵素體組織，所以該區(qū)域金屬的組織是不均勻的，晶粒大小不一，一部分是經(jīng)過重結(jié)晶的晶粒細小的鐵素體和珠光體，力學性能也不均勻。 試樣的觀察在金相顯微鏡（如圖41）下觀察焊接接頭的晶相組織，具體操作如下：1）首先了解顯微鏡各個主要部件的作用及所有位置。2）打開顯微鏡開關。3）把試樣分成幾個有代表性區(qū)域。同一區(qū)域下用先低倍（4）物鏡進行調(diào)試，即轉(zhuǎn)動粗調(diào)手輪，將載物臺將至最低位置，然后從目鏡中觀察的同時緩慢轉(zhuǎn)動粗調(diào)手輪使載物臺慢慢上升，待看到組織出現(xiàn)，即停止粗調(diào)進行微調(diào)，調(diào)至組織清晰為止。4）然后用高倍的物鏡觀察，輕輕轉(zhuǎn)動物鏡座，將所需物鏡轉(zhuǎn)到試樣下方，再稍微調(diào)整即可清晰。5）調(diào)節(jié)孔徑光欄至最佳位置，可提高映像的清晰度。6）尋找相應的組織區(qū)進行觀察，并分別進行拍照存檔。7)試樣不動，旋轉(zhuǎn)物鏡到40，重復以上6的步驟。8）移動試樣換個區(qū)域，重復以上7的步驟。 a） b）圖41 金相顯微鏡 試樣的分析Q235組織包括鐵素體和珠光體組織，其中暗色為珠光體組織，亮色為鐵素體組織。焊縫區(qū)受熱嚴重，且了冷卻速度快，可能生成粗大馬氏體組織。焊縫區(qū)組織主要有灰白色馬氏體和黑色馬氏體、粒狀貝氏體組成。下圖43為焊接速度和焊接電壓一定情況下，焊接電流在80A焊接下的金相組織： a）母材80A(200) b）焊縫80A(200) c）熔合區(qū)80A(200) d）熱影響區(qū)80A(200)圖42 焊接電流在80A下的金相組織圖a）為Q235鋼母材的組織圖，塊狀多面體組織為鐵素體，黑色多面體為珠光體，鐵素體和珠光體較為均勻分布著。圖b）為焊縫區(qū)，晶粒比較?。辉跓嵊绊憛^(qū)，組織的晶粒有所長大，顯微組織變得粗大而分布呈現(xiàn)樹枝狀。圖c）為熔合區(qū)，由于焊縫與母材組織相近，熔合線只能從組織差異處依稀分辨出，圖上方為焊縫，晶內(nèi)為針狀鐵素體、粒狀貝氏體及少量珠光體。圖下方為熱影響區(qū)，晶內(nèi)鐵素體針狀分布，并有粒狀貝氏體、珠光體。圖d）為焊縫熱影響區(qū)主要有鐵素體、珠光體、少量貝氏體和馬氏體組成，且晶粒較小。下圖43為焊接速度和焊接電壓一定的情況下，焊接電流為120A焊接下的金相組織： a）母材120A(200) b）焊縫120A(200) c）熔合區(qū)120A(200) d）熱影響區(qū)120A(200)圖43 焊接電流在120A下的金相組織圖a）為Q235鋼母材的組織圖，塊狀多面體組織為鐵素體，黑色多面體為珠光體，鐵素體和珠光體較為均勻分布著。圖b）為焊縫區(qū)金屬中組織成塊狀分布，晶粒比較均勻化；在熱影響區(qū)，組織的晶粒有所長大，顯微組織變得粗大而分布呈現(xiàn)樹枝狀。圖c）為熔合區(qū)組織形貌。圖上方為焊縫，白色鐵素體沿柱狀晶界分布，少量無碳貝氏體由晶界向晶內(nèi)生長，晶內(nèi)為針狀鐵素體、粒狀貝氏體及少量珠光體。圖下方為熱影響區(qū)，少量塊狀鐵素體沿原奧氏體晶界分布，晶內(nèi)鐵素體針狀分