焊接中焊接接头检测方案(扫描电镜)

PHENOMSCIENTIFIC飞 纳 电 镜 飞纳台式扫描电镜在焊接领域中的应用 发布者：飞纳电镜 在焊接领域中，为了实现焊接工艺优化、焊件质量把控等工作，通常会使用扫描电镜( SEM )介入研发。焊接工艺参数如功率、起弧时间、工作距离、送丝速度、保护气流速等参数的变化会直接对焊件质量产生影响，因此，使用扫描电镜(SEM)对样品进行实时观察，对焊接工艺参数的及时调整和工艺改进过程将大有帮助。通常，扫描电镜(SEM)可以帮助焊接领域研究人员实现以下功能。 一、焊接接头观测 1.1接头微观形貌观察 通过观察焊接接头的微观形貌可以提取出很多有用的信息，比如热输入量是否合适，若焊接过程中热输入量过大，则容易造成母材晶粒的异常长大甚至过烧，从而导致焊件力学性能大幅度下降；若热输入量较小，会带来焊不透等其他焊接缺陷。图1为304不锈钢焊缝熔化区(WZ)-母材(304Zone)的边界形貌在扫描电镜(SEM)下的图像， HAZ 为焊接热影响区。 图1：焊接接头在扫描电镜(SEM)下的微观形貌 对微观形貌的观察还可以进一步拓展，例如工艺摸索实验过程中，可以通过沿焊接方向每隔固定距离取样的方式，观察沿焊接方向的微观形貌变化，以确定在焊接全过程中的焊缝质量稳定性和可靠性，从而进一步对长程焊接过程的焊缝质量进行考量和评判。 1.2焊缝区域的元素分析检测 对于焊缝区域，除了观测微观形貌以外，飞纳台式电镜能谱一体机 Phenom ProX 还可以实现焊缝内的元素识别和含量的确定。图2为 7XXX系铝合金焊缝容化区中共晶相的元素分析。 Element Number Element Symbol Element Name AtomicConc. WeightConc. 13 AI Aluminium 90.90 90.88 12 Mg Magnesium 8.28 7.46 25 Mn Manganese 0.52 1.06 26 Fe Iron 0.29 0.60 PHENOMSCIENTIFIC飞 纳 电 镜 图2：7xxx系铝合金焊接熔化区中元素分布 EDS 分析 除此之外， EDS 分析还可以应用在焊接领域的以下方面： (1)通过对焊缝区域中O元素含量的检测，可以判断保护气体的通入量是否合适，若保护气通入不足，则高温下会增加空气中的氧气与熔化金属的接触时间，在元素分析上的反映就是氧含量异常高。 (2)使用EDS 对热影响区中的成分热偏析进行分析，也可以作为评定热输入量的一种辅助手段。 二、焊接缺陷的观测 焊接过程中的焊接缺陷直接影响最终产品的性能和使用寿命。通过飞纳台式扫描电镜(SEM)可以非常轻松地观察到一些微小的焊接缺陷，如气孔、夹杂、焊接热应力下产生的冷热裂纹等，从而实现产品质量的把控，下面就列举一些常见焊接缺陷的显微图像。 2.1气孔 焊接气孔指焊接时，熔池中的气体未在金属凝固前逸出，残存于焊缝之中所形成的空穴。其气体可能是熔池从外界吸收的，也可能是焊接冶金过程中反应生成的。这些气孔的存在可能 会在焊件受力时作为应力集中点，引发焊件开裂或失效。图3为使用飞纳台式扫描电镜(SEM)对一些焊件剖面(未侵蚀)存在的气孔观测结果。 图3：焊件点缺陷- -气孔 SEM 观察结果 2.2 焊接裂纹 焊接裂纹也是焊接过程中的一种常见缺陷，这种缺陷多发生在熔池凝固末期，一般是由于低温共晶液相在焊接热应力的作用下产生了微小撕裂。焊接裂纹的大小一般比气孔小，普通的光学显微镜甚至很难发现焊接裂纹。因此，使用扫描电镜对焊接裂纹进行观测是观察这种缺陷的唯一方法。图4为使用飞纳台式扫描电镜(SEM)对焊件表面(未打磨)裂纹的观测结果。 图4：扫描电镜(SEM)对焊接裂纹的观测结果(焊件未经打磨的表面裂纹) 图5为使用扫描电镜对焊件内部的焊接裂纹进行观测的图像，从该图中，裂纹沿着低温共晶相(白色条带)开裂的路径清晰可见。 图5：扫描电镜(SEM)对焊接裂纹开裂路径的观测结果(焊件剖面) 在焊接领域中，为了实现焊接工艺优化、焊件质量把控等工作，通常会使用扫描电镜（SEM）介入研发。焊接工艺参数如功率、起弧时间、工作距离、送丝速度、保护气流速等参数的变化会直接对焊件质量产生影响，因此，使用扫描电镜（SEM）对样品进行实时观察，对焊接工艺参数的及时调整和工艺改进过程将大有帮助。通常，扫描电镜（SEM）可以帮助焊接领域研究人员实现以下功能。一、焊接接头观测1.1 接头微观形貌观察通过观察焊接接头的微观形貌可以提取出很多有用的信息，比如热输入量是否合适，若焊接过程中热输入量过大，则容易造成母材晶粒的异常长大甚至过烧，从而导致焊件力学性能大幅度下降；若热输入量较小，会带来焊不透等其他焊接缺陷。图1 为304 不锈钢焊缝熔化区（WZ）-母材（304 Zone）的边界形貌在扫描电镜（SEM）下的图像，HAZ 为焊接热影响区。图1：焊接接头在扫描电镜（SEM）下的微观形貌对微观形貌的观察还可以进一步拓展，例如工艺摸索实验过程中，可以通过沿焊接方向每隔固定距离取样的方式，观察沿焊接方向的微观形貌变化，以确定在焊接全过程中的焊缝质量稳定性和可靠性，从而进一步对长程焊接过程的焊缝质量进行考量和评判。