摘 要

课题研究的主体内容是“碳钢焊接接头金相”，主体方向为“建库、编程”。围绕课题研究的主体内容，搜集大量碳钢焊接接头金相照片，以及相关说明；同时，收集碳钢牌号、焊接方法分类、金相制作和金相组织观察和分析等方面的资料。针对课题研究的主体方向，用Microsoft Access 2010建库、Visual Basic 6.0设计程序界面和编程，实现查询、导入、联网等功能。

关键词：碳钢焊接接头金相图谱、Access数据库、VB6.0编程

Abstract

The main content of the research topic is "carbon steel welded joint microstructure"，the main direction of  the  research topic is "building a database programming". Around the main content of the study, collected a large amount of carbon steel welded joint metallographic photos, as well as related note; at the same time, to collect carbon steel grades, classification of welding methods, Metallographic Preparation and microstructure observation and analysis of data. For the main direction of research topic, using Access Microsoft 2010 to establish the database, and usingVB6.0 to program the programs, to achieve the query, import, networking and other functions.

Key words: carbon steel welded joint microstructure, Access database, VB6.0 programming

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 碳钢焊接金相图谱库概述 1

第2章 研究内容和技术方案 3

2.1碳钢焊接接头金相图谱库的研究内容 3

2.11碳钢的分类及性能介绍 3

2.12 焊接方法 4

2.13 焊接接头分区 5

2.14 焊接接头型式 7

2.15焊接接头金相试样的制备 7

2.16 焊接接头金相的观察及组织分析 9

2.17 金相资料的收集及分类 10

2.2 碳钢焊接接头金相图谱库的技术方案 12

2.21 Access数据库介绍 12

2.22 VB编程介绍 13

2.23 VB6.0集成开发环境简介 14

2.24 硬件开发环境 15

第3章 系统模块与程序设计 16

3.1 数据库的创建 16

3.2 登录界面 18

3.3 MDI主窗体 22

3.4 金相查询界面 25

3.5 金相导入界面 28

3.6 相关知识界面 31

3.7 程序运行实例 33

第4章 结论 38

致谢 40

第1章 绪论

1.1 研究背景

焊接是将可焊材料，在热、压的工艺条件下实现原子间连接 ^[1]。焊接技术被人类广泛应用已有60多年历史，各种焊接方法不断被人类探索和应用，焊接技术也不断发展、与时俱进，其应用领域也从粗狂的制造业迈向精细的电子业、医学业等领域。焊接技术在现代制造业中的贡献，是任何其他技术所不能替代的^[2]，现在如此，未来的20年里，也将如此。可见，焊接对人类社会而言起着相当重要的作用，不可缺少。

随着时代的进步，人们对焊接质量的规范越来越严格，而焊接接头的金相与其性能密切相关，是评定焊接质量的重要依据^[3]。国内外的软件市场上开发了许多功能齐全的金相图谱系统，促进焊接的发展、满足焊接人员的使用，又促使了焊接技术紧紧跟随21世纪信息时代的主潮流，保持焊接的活力。虽然国内外市场上的这方面的应用软件很多，但单单针对碳钢焊接接头金相的应用软件，在市面上还是少见的，因此建立一个只以碳钢焊接接头金相图为主体的应用程序——碳钢焊接焊接接头金相图谱系统，非常有必要。

1.2 碳钢焊接金相图谱库概述

1863年，Sorby在钢铁试样中观察到的渗碳珠光体和片状铁素体,标志了金相学的成立^[4]。金相学的建立, 揭示金属内部组织奥秘，开启了人类对金属材料进一步研究的大门，也让人类对焊接质量的判定从传统的肉眼观察上升到对焊缝内部微观组织的分析。

将焊接与金相图结合，预测或者直接判定焊缝的质量，是金相图在焊接工程中的主要应用。随着时代的发展、金相技术及计算机技术的发展与普及，各种功能强大的金相图管理及应用系统陆续出现在国内外软件市场，为焊接事业的繁荣兴盛增添活力。焊接接头金相图谱库是将焊接接头金相图与计算机技术结合在一起的一个应用程序，它是金相图谱系统的一个子集。用户进入主程序界面，执行查询功能，就可以快速的查找到与目标相匹配的焊接接头金相图，就能进行分析、对比，一些专家系统还能自动进行分析对比，并将分析结果反馈给用户。

碳钢焊接接头金相图谱库是焊接接头金相图谱库的子集，它的数据库只存储了碳钢系列的焊接接头的金相图片及其相关分析说明。碳钢是最常用的焊接工程结构材料之一，我国大部分的焊接结构母材都是碳钢。因此，对于只需要对碳钢进行焊接的车间或者钢结构企业，碳钢焊接接头金相图谱系统的针对性更强。

第2章 研究内容和技术方案

2.1碳钢焊接接头金相图谱库的研究内容

课题研究的主要目是建立一个碳钢焊接接头金相的图谱系统，主体内容是碳钢焊接接头的金相。本焊接接头金相图谱库主要针对碳钢创建，只为碳钢的焊接接头金相服务。本章围绕课题的研究内容，介绍数据库中的相关内容，例如碳钢、焊接方法、焊接接头、焊接接头金相试样制备和焊接接头金相组织观察与分析；对于数据库建立，其主要研究内容是金相资料的收集与分类，本章也会详细介绍。

2.11碳钢的分类及性能介绍

数据库中涉及到碳钢的分类及常用牌号^[5]，见表2-1。对于碳钢的分类，这里主要介绍数据库中用到的按含碳量分类和按用途分类两种分类方法，以及焊接性的分类^[6]。

碳钢中W(c)lt;2.11%，按材料中的W(c)%分类，可分为低碳钢（W(c)%lt;0.25%）、中碳钢(W（c）%lt;0.6)和高碳钢(0.6%lt;W（c）%lt;1.7%)^[7]。根据碳钢的用途，碳钢可分为碳素结构钢（分普通碳素结构钢和优质碳素结构钢两类）、碳素工具钢和铸钢^[7]。

金属材料中W(C)%增加，会降低材料的焊接性等级。根据母材的碳含量，可将材料的焊接性分为好、良、中、差四个等级。W（c）%lt;0.15,焊接性好；W（c）%lt;0.3,焊接性良；W(c)%lt;0.6,焊接性中；W(c)%gt;0.6，焊接性差。

表2-1 常用碳钢牌号分类及焊接性

2.12 焊接方法

图2-1 焊接方法分类

传统焊接方法的分类如上图2-1所示^[8]。在本次课程设计中收集的资料主要涉及熔化焊中常用的焊接方法，例如SMAW、SAW、GMAW、TIG和MIG，以及压力焊中的电阻焊和摩擦焊。碳钢材料基本上不会采用钎焊，因此，本次课程设计不涉及钎焊。

2.13 焊接接头分区

焊接接头分为焊缝金属区、熔合区、焊接热影响区^[1]。图2-2为低碳钢焊接接头各分区组织和性能的变化。

（1）焊缝区

焊接时，此区的金属全部熔化；冷却时非自发形核结晶，晶粒成柱状晶向着熔池中心生长，成分是填充金属与原始母材的混合物。熔池中心最后结晶，并且夹杂物和低熔点合金向此处聚拢，导致此处的裂纹倾向大。

（2）熔合区

熔合区（半熔化区）是指跨熔合线的窄区域，此区各方面的性能都不好，严重影响接头质量。此区化学成分极不均匀，易形成粗大的过热组织或淬硬组织，且易形成应力集中，因此导致此区强度、塑韧性和整个接头的综合性能都有不同程度的下降。

（3）热影响区

过热区（粗晶区）: 此区的性能极差，是接头的隐患区域。该区域的最高加热温度在1100℃至固相线温度之间，高温度导致奥氏体长粗，形成性能很差的过热组织。冷却后，形成的粗大F、P和W，还会大幅度降低该区域的韧塑性。

正火区（细晶区）: 该区的组织均匀细小，力学性能比母材好。该区温度在Ac3到1100℃之间，晶粒在短暂的加热时间里不能完全长大长粗，而后晶粒又发生重结晶，因此，该区的晶粒保持在细小均匀状态。冷却后，可得到均匀细小F P混合物。

部分相变区（不完全重结晶区）: 该区域由分布不均匀的细小铁索体、P和粗大F组成，力学性能比正火区稍差。该区的加热温度在Ac1至Ac3之间，加热时间短，只有部分的F溶人A，形成细小的索氏体和珠光体，而未溶的F则在加热时长大变成粗大的F组织。

2.14 焊接接头型式

焊接接头的型式如下图2-3所示。Access数据库中收集的接头型式主要是图2-3中（a）图型式，以及少量的（c）图和（d）图型式。

图2-3 焊接接头型式

2.15焊接接头金相试样的制备

试样制备分三个过程依次进行：金相取样、金相制样和金相显示^[9]。

（1）金相取样

金相取样首先是要完整，试样应包括并且能完全展示出焊接接头的全部区域以及原始母材。同时，在金相样切取过程中，要保证焊接接头试样保持原始形态，无任何变形、无受热，内部的缺陷无扩展、无失真。对于焊接接头金相样的形状，没有统一要求，但为了磨制的方便，推荐尺寸大小是10X10(mm)的方块，或10mm高的圆柱形。当然，一些实验的焊接接头试样是要按照相关标准切取的。例如抗裂性实验中的焊接接头试样，就要按照国家标准来取样。

（2）金相制样

金相制样过程是指试样的尺寸调整、平整、磨光、抛光、浸蚀等一系列加工过程。

试样首先需要在砂轮机切片机或者砂轮机加工处理，去掉不需要的边角，将观察面打磨平整。当然，对于形状特殊或太小而制作金相不易的焊接接头试样，我们可以采取夹持和镶嵌的办法。但应注意防止试样在加工过程中受热，以免破环试样的原始形态，影响分析结果准确性。试样被调整到适当尺寸后，进入磨光工序。磨光分为粗磨和细磨。粗磨在砂布或砂纸上进行，一般磨3-4道。细磨是在金相砂纸上打磨，打磨时砂纸的颗粒度要逐次降低。需要注意的是粗磨和细磨每磨一道，要顺时针旋转90°，以去除前一道磨痕，且细磨的最后磨痕为轻细且朝同一方向，无紊乱磨痕、粗大磨痕。

抛光是为了去除磨光阶段生成的破坏表层，这个过程一般分为两个阶段先后进行：先是粗抛，然后精抛^[9]。粗抛是为了快速去除磨光损伤层，精抛是为了去除粗抛时出现的损伤层，使抛光损伤程度降到最低。焊接接头金相试样可以采用机械抛光、电解抛光与电解浸蚀液、化学抛光^[9]。电解抛光或者化学抛光时，要根据金相接头的材料来选择浸蚀液。

（3）金相显示

化学试剂显示是金相显示最常用的方法，浸蚀后的金相试样可以显示出晶界和相界的不同组织。金相显示分为宏观显示和微观组织显示。

宏观显示是为了宏观检查。宏观检查的主要内容有：观察接头不同区域的宏观形态，如柱状晶、树枝晶、气孔、裂纹、热影响区宽度等。碳钢常用的宏观显示浸蚀剂见表2-2：

表2-2 碳钢焊接接头金相宏观显示液

焊接接头的金相微观显示剂主要应用化学药品作为溶质，分为有机和无机酸类；应用各种碱类、盐类作为溶剂：甘油、酒精、蒸馏水。配制显示剂时，注意安全，防止中毒。碳钢常用的显示液见表2-3

表2-3碳钢焊接接头金相微观显示液

2.16 焊接接头金相的观察及组织分析

对焊接接头金相组织进行观察和分析前，观察者要对接头的基本情况有一个基本了解后，再根据观察到的金相图片来辨别各种相组织，必要时要辅以电镜、相分析和X射线结构分析等现代金相技术来鉴定^[10-11]。不同的材料、不同的焊接工艺、不同的金相显示浸蚀液的条件下对应的金相组织是不同的，因此观察者要对这些情况有个初步了解，才能更好的辨别金相组织成分。不过，大量资料表明：碳钢焊接，除特殊的快速冷却外，不管工艺方法如何，接头的组织成分大体是相同的，只有量的变化，没有本质区别^[3]。下面以低碳钢为例，进行简单的组织分析，其中各组织的金相图片请参考《标准金相图谱》，这里不在累述。

焊缝金属的组织成分常见为：F 少量P W；其中在原A晶界析出的网状F为PF。低碳结构钢的焊缝组织有一个明显的特征：那就是焊缝中存在的所有针状F基本上都是WF，且与晶界的PF共生；并且WF与PF在金相显示上融为一体，之间的界面可忽略不计。