焊接接头金相试样制备技巧

金相试样的制备过程通常包括取样及编号、镶嵌、研磨、抛光和显示等工序。焊接接头金相检测的目的是研究接头不同区域组织性能及焊接缺欠，其内容主要有：焊接接头宏观、微观的焊接缺欠分析，各区域金相组织分析，微区分析，定量分析，各种焊接裂纹产生原因分析，焊接工程运行中失效原因分析等。有时为了提高焊接工程质量，延长产品工作寿命和引进新材料、新焊料等焊接工艺研究，也需要进行焊接金相分析。由于焊接检测的目的和对象不同，焊接金相试样制备的方法和工序也不完全相同。

1.取样

试样截取的部位、数量和试验状态，应按有关标准、技术条件进行。焊接金相试样的取样要求取决于焊件的材质以及焊接结构的特点、焊接参数和使用情况等，一般有系统取样和指定取样。

（1）系统取样 系统取样是指选取的金相试样必须能够表征焊接接头的特性，即具有一定的代表性。尽管焊接接头中不同区域的金相组织存在差别，而采用统计的方法截取一系列试样有助于试验结果的准确性。常规金相观察所切取试样的部位、形状、数量及尺寸，可以根据焊接接头不同的检测要求以及金相显微镜的类型进行选择。

（2）指定取样 指定取样是根据所研究的焊接接头的某一特殊性能，有针对性地进行取样，焊接接头失效分析的试样截取就属于这种类型。指定取样必须根据焊接接头的使用部位、受力情况、出现裂纹的部位和形态等具体情况，在焊接接头区域的关键部位进行取样。

金相检测的试样可以从焊接构件上或专制的试板上切取。切取的方法可采用手工锯割、机械加工、砂轮切割、专用金相切割和线切割等方法。金相试样不论是在试板上还是直接在焊接结构件上取样，都要保证取样过程不能有任何变形、受热、使接头内部缺欠扩展和失真的情况。用热切割时，必须留有足够的余量能保证使用机械方法除去其热影响区。从样坯上切取金相试样时，应使焊缝金属、热影响区和母材金属均包括在试样内。试样的形状尺寸要充分考虑金相分析的可行性和保持试样上储存尽可能多的信息，一般根据焊接结构件的特点和焊接接头的形式确定。

如果试样是从大块样品上用火焰切割或用电锯切割下来的，必须通过粗磨去除由加热和机械形变造成的严重损坏。对于周边有尖角的试样应该倒角，使它们不至于在抛光时刮坏抛光布。粗磨可以在带式粗磨机或高速磨盘上进行。带式粗磨机比较简便，容易使用；高速磨盘效率高，试样磨得较平。

2.试样的镶嵌

对于很小、很薄或形状特殊的焊接件，截取金相试样后难以进行磨制，可以采用机械工具夹持或对试样进行镶嵌。试样镶嵌无论对于手动或自动抛光都是一种安全、方便的方法。镶样的方法有很多，如低熔点合金镶嵌、电木粉或塑料镶嵌等。目前一般是采用塑料镶嵌，常用的有热固性塑料、热塑性塑料和化学聚合塑料三种。

（1）热固性塑料 这种塑料在热压下成型，通常用的是胶木粉，成粉粒状，褐色，耐蚀能力较强，耐稀酸、稀碱浸蚀。成型温度为135～150℃，压力为17.6～21MPa。

（2）热塑性塑料 常用的有聚乙烯聚合树脂、醋酸纤维树脂等。耐蚀能力强，耐强酸、强碱浸蚀，溶于丙酮、苯和二甲苯中。加热变成黏稠状液态，可采用冷却法成型。成型温度为140～165℃，压力为17.6～24.6MPa。

（3）化学聚合塑料 热塑性或热固性塑料镶嵌都要加热加压成型，对于淬火钢或较软的金属材料仍不适合，这时可采用不加热加压成型的化学聚合塑料。将其适当混合调匀，呈糊状，然后注入模内。几分钟可成型，经十几小时硬化后才能磨光。其优点是不用加热加压，不用镶嵌机，硬度高，被镶试样边缘不倒角。

对于很小、很薄或形状特殊的焊接件，可以采用机械工具夹持，装夹时选择合适的填片，使试样与填片间紧密接触。

3.试样的磨制和抛光

（1）试样的磨制 磨制试样是为了得到一个金相检测用的平面，减少由取样引起的表面形变层，使粗抛和细抛能顺利进行。一般采用砂纸对试样进行磨制，根据砂纸磨料的粗细，分为粗磨和细磨。粗磨主要是在砂布或粗砂纸上进行，细磨最好使用细磨机，也可直接在金相细砂纸上磨制。(www.xing528.com)

（2）试样的抛光 抛光是试样制备的最后一道工序，其目的是除去试样磨面上的细磨痕，以获得光滑无痕的镜面。金相试样的抛光方法有机械抛光、电解抛光、化学抛光三种。

1）机械抛光是将试样轻轻放在蒙有抛光织物的转盘上，并定时在抛光织物上洒上悬浮的抛光液，靠抛光液的磨削、滚压作用把磨面抛光。

2）电解抛光是以金属与电解液之间通过直流电流时发生的电解化学过程为基础的。试样为阳极，当一定密度电流通过电路时，表面发生选择性溶解，原来的粗糙表面被逐渐整平，达到与机械抛光相同的结果。

3）化学抛光如化学浸蚀一样，只需将试样浸在化学抛光液中，在一定温度下经过一定时间以后，即能得到光亮的表面。

4.试样的显示

常用的焊接接头金相试样组织显示方法有化学试剂法、电解浸蚀法和彩色金相法三种。

（1）化学浸蚀法 化学浸蚀法的主要原理，就是利用浸蚀剂对试样表面所引起的化学溶解作用或电化学作用（即局部电池原理）来显示金相组织。它们的浸蚀方式则取决于组织中组成相的性质和数量。

对于纯金属或单相合金来说，浸蚀是一个纯化学溶解过程。焊接接头试样经过化学试剂腐蚀作用后，首先溶去了抛光时造成的表面变形层，显示出晶界及各晶粒的位向。

两相合金的浸蚀主要是一个电化腐蚀过程。两个组成相具有不同的电位，在浸蚀剂（即电解液）中，形成很多微小的局部电池。较高负电位的一相成为阳极，被迅速溶入电解液中，逐渐凹下去，而较高正电位的另一相成为阴极，保持原光滑平面，在显微镜下可清楚显示出两相组织形态。

多相合金的浸蚀，也是一个电化溶解过程，通过选择适当的浸蚀剂使各相均被显示出来。

（2）电解浸蚀法 电解浸蚀法是将抛光试样浸入合适的化学试剂溶液中（电解浸蚀剂），通过较小的直流电进行浸蚀。在直流电的作用下，试样作为阳极，当一定电流密度通过时，试样表面与电解液发生选择性溶解，达到显示金相组织的目的。

电解浸蚀法主要用于化学稳定性较高的合金，如不锈钢、耐热钢和镍基合金等。这些合金用化学浸蚀很难得到清晰的组织，用电解浸蚀效果好，设备简单，只要用简易的电解抛光设备，按有关手册所给试剂和操作规范进行即可。或者在电解抛光以后，随即降低电压也可以进行电解浸蚀。

（3）彩色金相法 彩色金相法属于干涉膜金相学，是通过化学或物理的方法，在焊接试样的表面形成一层干涉膜，通过薄膜干涉将合金的显微组织显示出来。由于薄膜干涉效应，不同的相将呈现不同的干涉色，通过彩色衬度对组织进行显示，则形成彩色金相。

彩色金相法的特点是提高了光学金相即黑白金相的鉴别能力，能够观察到一般黑白显示方法无法分辨的组织。它使试样色彩丰富、衬度鲜明，增加了试样表面可提供的信息量，可靠性及重现性好。