彩色金相分析技术在焊缝研究中的价值

焊接是非常重要的连接过程，至少在过去75年中已广泛使用。需要控制过程，例如焊接，以确保高质量的最终结果。多年来，焊接结构发生了许多惊人的故障，从第二次世界大战期间的自由舰和T-2油轮故障开始，就强调了这一需求。许多涉及非破坏性和破坏性测试的程序都用于研究焊件。可以通过在焊缝表面，热影响区和相邻的轻金属（未受焊接工艺温度影响的被接合金属）上打磨区域来进行金相分析检查。这是合理的无损评估。破坏性检查，从焊接组件或试样中取出样品，是很常见的金相分析试样通常用于使焊工合格，并确保所选的技术和材料能够产生具有可接受的稳健性和机械性能的焊缝。通常，在无损检查完成之后，还使用从焊接组件上取下的截面对金相检查失败的焊件进行事后检验。

焊接结构可能非常大，在现场故障的情况下，火焰切割可能是移除研究区域的唯一方法。此过程会在切口附近产生严重损坏的区域，通常宽度为10 – 15 mm。当切片到达实验室时，必须通过损害较小的切割方法（例如带锯或磨料切片）将火焰切割损坏的区域去除。然后，金相学家应使用实验室磨料切割锯切出试样，该锯切锯所产生的损坏少于生产车间的设备。焊缝样品通常倾向于较大且形状不规则。许多模具无法放入直径为1、1.25、1.5或2英寸（25、30、40或50毫米）的标准模具中进行热压成型。在这种情况下，金相分析学家必须使用大型硅橡胶模具，或使用弯曲的金属板（可能涂有脱模剂并粘在基板上）构建模具。然后，将样品放置在模具内，并用环氧树脂封装。固化后，可以使用各种半自动化设备对样品进行研磨和抛光。

在抛光状态下检查试样是否有不同类型的空隙，例如气体逸出或收缩腔产生的孔隙，焊缝金属或热影响区可能存在的裂纹，焊缝金属没有的区域熔深（缺乏熔合或无熔深），以及与焊接操作相关的非金属夹杂物，本质上主要是渣型。然后，金相分析学家将使用适合合金的蚀刻剂蚀刻样品，以研究宏观结构和微观结构。在某些情况下，焊接金属的成分充分不同，因此选择蚀刻剂来蚀刻母材，而热影响区将无法正确显示焊接金属的结构，反之亦然。如果标本已经打磨过，通常通过用于揭示微观结构的蚀刻剂充分揭示宏观结构的细节。在某些研究中，金相学家将在磨削后对试样进行宏观蚀刻并研究其宏观结构。该标本经过抛光后才适合金相分析检查。

图1

用于揭示焊缝结构的大多数蚀刻剂是标准的通用蚀刻剂。在使用这种蚀刻进行检查之后，使用彩色蚀刻技术可能被证明是有价值的，因为它们对于揭示晶粒结构，偏析以及残余应变和变形可能更加敏感。但是，这些蚀刻剂没有被广泛使用。它们的使用确实需要准备充分的样品才能获得良好的结果。但是，通过现代化的设备和易耗品可以轻松实现这一完美水平。图1显示了彩色蚀刻在显示低碳钢焊缝晶粒结构方面优于标准蚀刻剂的优势的示例。

图1.是用2％的硝酸盐蚀刻的焊接低碳钢的示例，图2.是Klemm's I的示例，显示了彩色蚀刻在揭示晶粒结构方面的明显优势。铸态的焊接金属显示在最左边，母材显示在最右边。在这两者之间，我们看到热影响区从熔合线附近的粗大不规则晶粒开始，逐渐发展为更均匀的形状更细的晶粒，然后发展到圆柱状晶粒，最后发展到母材中的细晶粒等轴铁素体晶粒。

图2

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