焊接金相試驗(yàn)工藝技術(shù)研究

蔣立影等

摘要：研究了焊接工作試件的金相試驗(yàn)工藝技術(shù)，介紹了切取金相試件、磨制試件、金相腐蝕及拍攝金相照片的方法及焊縫金相組織中焊接缺陷的分析方法。針對(duì)焊接金相試驗(yàn)中容易出現(xiàn)的問題，分析原因并提出合理有效的措施，充分保證了焊縫金相試驗(yàn)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：焊接 工作試件 金相試驗(yàn) 焊接缺陷 措施

1.前言

在軌道車輛制造過程中，采用新焊接材料、新焊接工藝方法、焊接新材料新結(jié)構(gòu)或使用新的焊接設(shè)備都需要進(jìn)行焊接工藝評(píng)定；為了驗(yàn)證材料的可焊接性、焊接結(jié)構(gòu)的工藝性及焊縫焊接質(zhì)量，都采用焊接工作試件進(jìn)行生產(chǎn)前焊接試驗(yàn)，焊縫金相試驗(yàn)是最簡(jiǎn)單實(shí)用且直觀可靠的檢測(cè)焊縫焊接質(zhì)量的方法。在某公司不銹鋼、鋁合金和碳鋼車等軌道車輛及部件產(chǎn)品中，尤其是城軌、地鐵車體試制、轉(zhuǎn)向架試制焊接生產(chǎn)時(shí)，采用大量的焊接工作試件，進(jìn)行批量的宏觀和微觀金相試驗(yàn)并形成工作試件報(bào)告，為焊接質(zhì)量檢驗(yàn)提供重要的檢測(cè)依據(jù)。

本文針對(duì)焊接金相試驗(yàn)中容易出現(xiàn)的技術(shù)難題，提出了合理有效的控制措施，保證了焊接金相試驗(yàn)的順利進(jìn)行。

2.焊縫金相檢測(cè)工藝

按照ISO 17639：2003標(biāo)準(zhǔn)要求，在垂直于焊件表面并沿焊縫中心方向?qū)⒑附咏宇^剖開，截取包括焊縫熔敷金屬和焊縫兩側(cè)的熱影響區(qū)的焊接金相試樣，進(jìn)行宏觀和微觀檢驗(yàn)，評(píng)定接頭組織如晶粒組織、形態(tài)和取向，沉淀和夾渣等與各種裂紋和空穴關(guān)系[1]。通過焊接工作試件和焊接工藝評(píng)定，確定焊縫的裝配尺寸、焊接前是否預(yù)熱、層間溫度、焊縫的施焊位置、焊接時(shí)的層次道數(shù)、焊接每道所使用的工藝參數(shù)等。通過焊接工藝性試驗(yàn)，檢測(cè)焊接接頭的性能和截面的宏觀、微觀質(zhì)量，從而對(duì)焊接工藝的合理性進(jìn)行評(píng)定。

焊縫金相試驗(yàn)分宏觀金相試驗(yàn)和微觀金相試驗(yàn)。宏觀金相試驗(yàn)是將焊接工作試件切取、斷面打磨光亮后，用15倍的金相放大鏡觀察焊縫根部的熔透性、焊縫層間的熔合效果及焊接接頭中焊縫斷面的焊接質(zhì)量，觀察焊接接頭中是否存在未熔合、未焊透、焊接氣孔、裂紋、夾渣等焊接缺陷。微觀金相試驗(yàn)是將金相試件經(jīng)過打磨、拋光、腐蝕后，用金相顯微鏡觀察焊接接頭中焊縫及影響區(qū)是否存在微觀裂紋等細(xì)微小的焊接缺陷，檢驗(yàn)焊縫的微觀質(zhì)量。微觀金相試驗(yàn)主要用于焊接工藝評(píng)定和焊接工藝技術(shù)研究中，作為焊接質(zhì)量的憑證和焊縫微觀組織分析的重要依據(jù)。

3.焊接金相試驗(yàn)技術(shù)難點(diǎn)

焊接金相試驗(yàn)包括試件的切取、打磨、拋光、腐蝕、金相分析等工藝過程，試驗(yàn)過程中由于操作方法不規(guī)范、腐蝕液濃度不合理等原因，導(dǎo)致焊縫金相試驗(yàn)不正確影響焊接質(zhì)量檢測(cè)效果，因此需要研究金相試驗(yàn)技術(shù)難點(diǎn)和工藝措施，保證焊接金相試驗(yàn)質(zhì)量。

3.1金相試件切取

焊接金相試驗(yàn)通常利用手工鋸條或電鋸床等工具在焊接接頭中垂直焊縫軸線的橫截面上，截取包括焊縫熔敷金屬和焊縫兩側(cè)的熱影響區(qū)，去除兩側(cè)多余的焊接母材作為焊縫金相試驗(yàn)試件金相試件切取過程中由于操作方法不規(guī)范，容易出現(xiàn)試件切割面與不垂直焊縫軸線的問題，嚴(yán)重影響后續(xù)試件打磨的工作量；由于試件壓卡不正確或鋸齒磨耗遲鈍產(chǎn)生劇烈震動(dòng)導(dǎo)致試件斷面參差不齊、存在凹坑或突起等缺陷，嚴(yán)重的甚至破壞了焊縫斷面中焊縫的完整性；由于切割方式不合理或切割工具不對(duì)，導(dǎo)致金相試件切取過程中熱量集中，引起焊接接頭組織產(chǎn)生相變等，影響試驗(yàn)檢測(cè)效果。

為了提高金相試件切取后的質(zhì)量，保證金相試驗(yàn)質(zhì)量，采取以下工藝措施：（1）規(guī)試件磨制過程中，由于打磨方向不合理、手握試件壓力和方向不恰當(dāng)，導(dǎo)致試件打磨后斷面平直度差，甚至打磨拋光后試件表面依然存在細(xì)微劃痕，影響金相試件的后序觀察效果及微觀金相組織分析。

為了提高焊接金相試件的打磨質(zhì)量，保證金相中試驗(yàn)的觀察效果，采取以下工藝措施，確保試件打磨的光亮度及斷面質(zhì)量。①規(guī)范打磨方法，保證試件打磨方向或機(jī)器旋轉(zhuǎn)方向一致，充分磨除試件斷面上的劃痕；②用緊緊握住試件，防止試件打磨或拋光過程中跑飛，但是在垂直于試件打磨的方向上不得施加任何壓力，保證試件斷面打磨后的平直度，即試件表面為統(tǒng)一的水平面；③試件拋光時(shí)，必須使用光滑細(xì)膩的拋光布，而且使用黏度較小的拋光膏，充分去除試件表面的細(xì)微劃痕，保證試件光亮整潔；④試件拋光后用流動(dòng)的清水將拋光膏及拋光布絨毛沖洗干凈，然后風(fēng)干或用電吹風(fēng)機(jī)低溫吹干，禁止用紙巾或抹布擦干試件表面，避免產(chǎn)生二次劃傷。

在金相試件腐蝕過程中，由于操作方法不當(dāng)、腐蝕液使用不規(guī)范、腐蝕時(shí)間掌握不準(zhǔn)確等原因，容易產(chǎn)生金相試件腐蝕效果差即腐蝕后觀察金相效果模糊、試件腐蝕過輕或過重腐蝕等問題，需要重新磨制試件再腐蝕，影響試驗(yàn)周期。

為了保證金相試件的腐蝕效果，提高工作效率，金相試件腐蝕過程中需注意以下操作規(guī)范：（1）金相試件腐蝕前，檢測(cè)腐蝕液的種類、濃度是否與待腐蝕的試件材料相匹配，避免不匹配的腐蝕液與試件交叉腐蝕；（2）腐蝕多個(gè)試件腐蝕時(shí)，可將腐蝕液倒入試驗(yàn)器皿內(nèi)，然后將帶標(biāo)號(hào)的試件放入腐蝕液中；腐蝕單個(gè)金相試件時(shí)，必須用棉球蘸取腐蝕液放在試件表面經(jīng)行充分腐蝕，禁止用滴管直接往試件表面滴腐蝕液，腐蝕試件腐蝕不均勻；（3）認(rèn)真仔細(xì)的觀察試件腐蝕過程中的反應(yīng)，嚴(yán)格控制腐蝕時(shí)間，試件與腐蝕液不反應(yīng)了立即將試件取出（4）腐蝕好的試件充分清理干凈，防止腐蝕液殘留在試件局部表面；（5）腐蝕好的試件可立即進(jìn)行宏觀金相試驗(yàn)，確定焊接接頭斷面的焊接質(zhì)量；對(duì)于無法立即進(jìn)行圍觀金相觀察的試件，必須做好干燥和防氧化措施，防止試件氧化或銹蝕。

3.4拍攝焊接金相照片

將磨制好的金相試件放在實(shí)驗(yàn)工作臺(tái)上，用15倍的金相放大鏡觀察試件斷面的宏觀金相，判斷焊接接頭的焊接質(zhì)量，用數(shù)碼相機(jī)對(duì)滿足實(shí)驗(yàn)要求的試件拍攝宏觀金相照片，如圖4（a）所示。

將腐蝕好的金相試件放在金相顯微鏡上，調(diào)整試件位置和顯微鏡鏡頭焦距，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求拍攝母材、熱影響區(qū)、熔合區(qū)及焊縫等區(qū)域的微觀金相照片，用于判斷焊接接頭微觀焊接質(zhì)量、分析焊接接頭微觀組織類型、晶粒度等。用于精細(xì)科學(xué)學(xué)術(shù)研究的試件，則采用電子顯微鏡等高端精良的設(shè)備拍攝微觀金相照片。拍攝微觀金相照片時(shí)，需注意以下操作要領(lǐng)：（1）試件的中心首先對(duì)準(zhǔn)鏡頭中，然后根據(jù)需要通過移動(dòng)載物臺(tái)調(diào)整試件的位置，禁止用手直接更換試件位置，防止劃傷鏡頭；（2）調(diào)整鏡頭焦距時(shí)，首先用粗準(zhǔn)焦螺旋找到試件待拍攝的位置并放大，然后用細(xì)準(zhǔn)焦螺旋調(diào)整金相視野的清晰度，保證微觀金相組織觀察效果；（3）拍攝微觀金相照片時(shí)，根據(jù)放大倍數(shù)，在進(jìn)行照片右下角設(shè)置好金相標(biāo)距，以便于接頭組織分析和試驗(yàn)研究。

3.5焊接金相照片分析

根據(jù)微觀金相組織照片，參照標(biāo)準(zhǔn)的金相圖譜，可以分析焊接接頭中的組織類型和晶粒分布狀態(tài)，對(duì)比組織晶粒大小，為焊接接頭強(qiáng)度和力學(xué)性能分析提供微觀組織上的佐證材料。分析焊接接頭微觀的焊接質(zhì)量，觀察是否存在細(xì)微裂紋等微觀焊接缺陷。根據(jù)宏觀金相照片分析試件的宏觀焊接質(zhì)量，觀察是否存在裂紋、氣孔、夾渣、未焊透等宏觀的焊接缺陷，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)判斷焊接工作試件是否合格，為焊接預(yù)生產(chǎn)試驗(yàn)提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)。在產(chǎn)品的工作試件中，用得最多的則是宏觀金相檢測(cè)，宏觀檢測(cè)可以觀察焊縫熔合情況、是否有缺陷，從而根據(jù)焊接缺陷類型及斷面熔合情況調(diào)整焊接參數(shù)，確定合理工藝參數(shù)[3]。

4.結(jié)論

本文分析了焊縫金相試驗(yàn)的技術(shù)難點(diǎn)，探討了金相試驗(yàn)過程中容易產(chǎn)生問題的原因，結(jié)合實(shí)際金相試驗(yàn)提出了相應(yīng)的措施和解決方法，有效解決了金相試件磨制不規(guī)范、試件腐蝕過輕或過腐蝕等問題，保證了焊縫金相試驗(yàn)的質(zhì)量和效果，提高了試驗(yàn)效率。

5.參考文獻(xiàn)

[1]王陸釗，唐衡郴，王廣英等. 軌道車輛用鋁合金近距離焊縫焊接及數(shù)值模擬[J].電焊機(jī)，2012， 8（42）：79-82.

[2]劉春寧， 唐衡郴，王陸釗. 軌道車輛用鋁合金型材自動(dòng)焊搭接裂紋研究[J].電焊機(jī)，2011，11（41）：39-43.

[3]劉志平，劉春寧，王立夫. 高速列車鋁合金車體的焊縫檢驗(yàn)[J].焊接技術(shù)，2008，1（37）：49-52.