深度剖析焊接接头金相组织检测方法

焊接接头的金相检测包括宏观金相检测和微观金相检测两部分。一般先进行宏观金相检测，然后再进行有针对性的微观金相检测。

1.焊接接头的宏观金相检测

宏观金相检测是采用肉眼或用30倍左右的放大镜，对金属截面直接进行观察。宏观检测包括低倍组织分析、低倍缺欠分析和断口分析等内容。

（1）低倍组织分析 低倍组织分析的内容有焊接接头试样熔池形状及尺寸（熔宽、熔深）、一次结晶形态和尺寸及方向、结晶偏析及缺欠、热影响区的形状及尺寸、各特征区域大小等，低倍组织分析可以确定焊接接头的组织结构及各区域的界线。

（2）低倍缺欠分析 低倍缺欠分析是在焊接接头试样通过磨抛或宏观浸蚀后，进行各种缺欠及各种偏析（中心线偏析、层状偏析、焊道偏析、熔合线偏析、柱状晶间偏析、树枝偏析等）的检查分析。

（3）断口分析 断口分析是对试样或构件断裂后的断口形貌进行研究，了解材料断裂时呈现的各种断裂形态特征，探讨其断裂机理和材料性能的关系。断口分析的目的有：

1）判定断裂性质，寻找破断原因。

2）研究断裂机理。

3）提出防止断裂的措施。

断口分析是事故或失效分析中的重要手段。在焊接检测中主要是了解断口的组成、断裂的性质（塑性或脆性）及断裂的类型（晶间、穿晶或复合），还有断口组织与缺欠及其对断裂的影响等。宏观断口分析主要是看金属断口上纤维区、放射区和剪切唇三者的形貌、特征、分布以及各自所占的面积比例，从中判断出断裂的性质和类型。如果是裂纹，就可以确定裂纹源的位置和裂纹扩展方向。

2.焊接接头的微观金相检测

微观金相检测是利用光学显微镜（放大倍数为50～2000）检查焊接接头各区域的微观组织、偏析和分布。通过微观组织分析，研究母材、焊接材料及焊接工艺存在的问题。显微分析是焊接金相分析中工作量最大、内容最丰富的分析项目，主要包括焊缝和焊接热影响区的组织形态、尺寸、分布等内容。

（1）焊缝显微组织分析 显微组织分析的内容包括焊缝铸态一次结晶组织和二次固态相变组织。

一次结晶组织分析是针对熔池液态金属经形核、长大及结晶后的高温组织进行分析。一次结晶常表现为各种形态的柱状晶组织，它的形态、粗细程度以及宏观偏析情况对焊缝金属的力学性能、裂纹倾向影响很大。一般情况下，柱状晶越粗大，杂质偏析越严重，焊缝金属的力学性能越差，裂纹倾向越大。

对于钢铁材料，二次固态相变组织分析是针对高温奥氏体经连续冷却相变后，在室温的固态相变组织进行分析。焊缝凝固所形成的奥氏体相变后的组织主要是铁素体和珠光体，有时受冷却条件的限制，还会有不同形态的贝氏体和马氏体组织。二次组织与一次组织有承袭关系，它对焊缝力学性能、裂纹倾向有直接影响。(www.xing528.com)

（2）热影响区显微组织分析 焊接热影响区的组织情况非常复杂，尤其是靠近焊缝的熔合区和过热区，常存在一些粗大组织，使接头的韧性和塑性大大降低，同时也是产生脆性破坏裂纹的发源地。接头热影响区的性能有时决定了整个接头的质量和寿命，所以应着重分析靠近焊缝的熔合区和过热区的部位。

3.金相定量分析

显微组织分析除定性研究外，有时需要进行定量研究。定量分析可对焊接接头试样进行晶粒度评级、夹杂物评级、铁素体含量测量，还可以测定各种组织比例、热影响区尺寸、裂纹尺寸及裂纹率，也包括熔池尺寸、增碳层与脱碳层尺寸、晶间脆性层厚度、过渡层的尺寸、异种钢接头中的熔合区尺寸等。定量分析的常用方法有比较法、计点法、截线法、截面法及联合测量法等。

1）比较法是将被测对象与标准图进行比较，从而确定其级别，如晶粒度、夹杂物及偏析等都可以用比较法判定其级别。比较法简便易行，但误差较大。

2）计点法是制备一套有不同间距（常用3mm×3mm、4mm×4mm或5mm×5mm）的网格，在试样或照片上选一定网格的区域，求出某个相的测试点数和测量总点数之比。

3）截线法是采用有一定长度的刻度尺，测量单位长度测试线上的点数、物体个数及第二相所占的线长等。

4）截面法是用带刻度的网格来测量单位面积上的交点数或物体个数，也可以用来测量单位测试面积上被测相所占的面积百分比。

5）联合测量法是指将计点法和截线法联合起来进行测量。

近年来开发的金相自动图像分析仪，是结合光学、电子学和计算机技术对金属显微组织图像进行计算机智能化分析的自动图像分析系统。其成像系统主要是将试样的光学显微组织转变成电子图像，以便于利用计算机进行图像处理和数据分析。采用计算机智能化金相分析，可实现晶粒度的测量与分析（包括晶粒平均直径、平均面积、晶界平均长度和晶粒度等级等）、第二相粒子的测量与分析（包括体积分数、平均直径、质点间的平均距离等）、非金属夹杂物的测量与显微评定（包括等效圆直径、面积百分数、形状参数及分布状态等）。

4.微区分析

微区分析是利用电子显微镜分析研究基体组织结构、第二相结构、相成分及其与母材的结晶学关系，同时研究夹杂物成分与结构、微区成分、晶间成分及结晶构造、表面的成分与结构、各相之间结晶学位向关系等。当利用光学显微镜难以分辨细小的组织、析出相、缺欠、夹杂物等时，需要采用适当的电子显微分析方法做进一步的分析。常用的电子显微分析方法有扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、微区电子衍射、电子探针等。这些分析方法的性能和用途见表5-11。

表5-11 电子显微分析方法的性能和用途