Badania metalograficzne (PN-EN 1321) polegają na określeniu budowy złącza wewnątrz spoiny pod względem ułożenia poszczególnych ściegów oraz budowy strukturalnej spoiny i SWC. Badania metalograficzne przeprowadza się na próbkach o stosunkowo niewielkich rozmiarach, które zazwyczaj stanowią wycinek większego elementu.
Etapy przygotowania próbek do badań metalograficznych:
| Badania makroskopowe | Badania mikroskopowe |
|---|---|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Pobieranie próbek – próbki można wycinać mechanicznie (piłą) lub termicznie (palnikiem acetylenowo tlenowym lub plazmowym). W czasie wycinania termicznego należy stosować takie parametry cięcia, które zapewniają jak najmniejszą szerokość SWC oraz jak najmniejsze nagrzanie całego wycinka. Jeżeli badanie ma być prowadzone na powierzchni ściśle określonego przekroju, to linia cięcia termicznego musi przebiegać na tyle daleko od tego przekroju aby pozostał on poza zasięgiem cieplnego oddziaływania procesu cięcia. Próbki ze złączy spajanych wycina się tak, aby powierzchnia zgładu obejmowała: spoinę, strefę lub strefy wpływu ciepła oraz część materiału rodzimego.
Szlifowanie zgrubne – polega na usunięciu warstwy materiału, która uległa silnemu zgniotowi w czasie obróbki mechanicznej przy pobieraniu próbki. Próbki, w zależności od wielkości, mocuje się w uchwytach mechanicznych lub zalewa się w specjalnych żywicach. W czasie szlifowania należy chronić próbkę przed przegrzanie, które może spowodować zmianę struktury.
Szlifowanie dokładne – przeprowadza się w celu uzyskania płaskiej powierzchni próbki przy jak najmniejszych uszkodzeniach. Szlifowanie dokładne prowadzi się etapami na papierach ściernych i ziarnistości od 80 lub 100 do 800. Po wyszlifowaniu zgładu na jego powierzchni można zaobserwować wady i niezgodności wewnętrzne o charakterze nieciągłości takie jak np.: pęknięcia, braki przetopu, pęcherze, przyklejenia, wtrącenia niemetaliczne oraz pewne niejednorodności fizyczne np. zahartowanie SWC. Próbki mogą być również docierane.
Polerowanie mechaniczne jest najbardziej rozpowszechnioną i uniwersalną metodą polerowania metali i ich stopów ponieważ daje możliwość obróbki metali o różnej twardości. Polerowanie wykonuje się na wirującej tarczy pokrytej suknem, na które nanosi się płynną zawiesinę tlenku glinu (Al2O3) lub materiały ścierne na bazie diamentu o różnych gradacjach (6÷0,25 μm). W czasie polerowania należy unikać nadmiernego nacisku na próbkę z uwagi na ryzyko powstania warstwy odkształcenia plastycznego. Aby tego uniknąć próbkę należy na przemian polerować i trawić. Stopień wypolerowania należy na bieżąco kontrolować wzrokowo i za pomocą mikroskopu przy powiększeniu 100÷200x. Stosowanie do polerowania materiałów zawierających diament zapewnia wyższą jakość zgładu szczególnie w przypadkach struktur zawierających składniki znacznie różniące się twardością np. węgliki w osnowie ferrytycznej.
Polerowanie elektrolityczne jest oparte na wykorzystaniu zjawiska wygładzania powierzchni anody w czasie procesu elektrolizy. W czasie polerowania elektrolitycznego zgład (próbka) stanowi anodę, natomiast katoda w postaci płytki (najczęściej ze stali kwasoodpornej) powinna mieć powierzchnię co najmniej 20-krotnie większą od powierzchni polerowanego zgładu. Rodzaj elektrolitu dobiera się odpowiednio do rodzaju materiału próbki. Polerowanie elektrolityczne charakteryzuje się wysoką wydajnością. Czas polerownia nie przekracza 90 sekund. Powierzchnia po polerowaniu elektrolitycznym nie posiada warstwy zgniotu co jest szczególnie ważne przy pomiarach mikrotwardości. Polerowanie elektrolityczne nie jest zalecane do zgładów, na których mają być wykonywane badania wtrąceń niemetalicznych gdy z większość tych wtrąceń ulega rozpuszczeniu.
Polerowanie chemiczne polega na wyrównaniu (wygładzeniu i wybłyszczeniu) powierzchni zgładu zanurzonego w odpowiednim odczynniku chemicznym, nagrzanym do odpowiedniej temperatury. Najlepsze rezultaty polerowania chemicznego uzyskuje się dla miedzi i jej stopów. Przed polerowaniem chemicznym zgład należy lekko wypolerować mechanicznie a następnie zanurzyć w nagrzanym do temperatury 60÷70ºC odczynniku. Czas polerowania dobiera się eksperymentalnie i wynosu on od 10do 50 sekund.
Trawienie makrostruktury – (powiększenie do 5x) powoduje ujawnienie makrostruktury złącza. Rodzaj odczynnika jaki należy zastosować zależy od rodzaju, a czasem gatunku materiału próbki oraz od przewidywanego celu badania. Odczynniki trawiące są opracowywane głównie na bazie wodnych roztworów kwasów lub soli. W procesie trawienia należy pamiętać o następujących kwestiach:
w miejscach występowania wad lub niezgodności spawalniczych na powierzchni zgładu działanie odczynnika jest szybsze,
silniej trawią się obszary niejednorodne pod względem składu chemicznego i struktury dzięki czemu istnieje możliwość ujawnienia np. osi kryształów dendrytycznych, pasmowatości struktury walcowej, obszaru spoiny i SWC oraz wad wtopienia. Obraz ujawnionej makrostruktury zależy od rodzaju odczynnika – użycie nieodpowiedniego odczynnika może być przyczyną nieprawidłowej oceny jakości badanego złącza. W czasie trawienia należy obserwować trawioną powierzchni e i przerwać proces w momencie, gdy uzna się, że ujawniony obraz makrostruktury jest odpowiednio wyrazisty. W celu przerwania trawienia powierzchnię próbki spłukuje się dokładnie bieżącą wodą a następnie polewa alkoholem i suszy w strumieniu gorącego, suchego powietrza. Najpopularniejszym odczynnikiem stosowanym dla stali, żeliwa oraz wielu metali nieżelaznych jest odczynnik Adlera.
Trawienie mikrostruktury – (powiększenie od 50÷500x) powoduje kontrastowe zróżnicowanie poszczególnych składników struktury poprzez selektywne nagryzanie wypolerowanej powierzchni próbki poprzez wytwarzanie na poszczególnych fazach błonek o zróżnicowanym zabarwieniu. Rozróżnia się następujące metody trawienia:
chemiczne – poprzez zanurzenie powierzchni zgładu w odczynniku,
elektrolityczne – próbka włączona w obwód prądu stałego jako anoda i zanurzona w elektrolicie jest poddawana przez pewien czas działaniu prądu elektrycznego o odpowiednim napięciu i natężeniu.
Najpopularniejszym odczynnikiem mikroskopowym jest Nital.
Wytrawione zgłady zabezpiecza się przed uszkodzeniem (zatłuszczenie, zarysowanie, korozja atmosferyczna, kurz itp.) w eksykatorach lub przez lakierowanie.
Nieniszczące badania metalograficzne są stosowane w przypadku, gdy z różnych powodów nie można z konstrukcji wyciąć próbki na zgład w celu przeprowadzenia badań makro- i mikroskopowych. Metoda przeprowadzania badań jest taka sama jak przy badaniach niszczących lecz przy użyciu sprzętu przenośnego