核心原理
通过对垂直于焊接方向(横截面)的焊缝试样进行切割、镶嵌、研磨、抛光、腐蚀，然后在光学显微镜下观察，清晰显现母材、热影响区和焊缝金属之间的边界(熔合线)，从而直接测量熔深深度。
测量步骤
取样：
选择z能代表实际焊接情况(特别是需要评估熔深的区域)的焊接接头部分。
使用切割机(如砂轮切割机、线切割)沿垂直于焊缝中心线的方向切割试样。切割时要确保截面平整，尽量减少热影响和变形。关键：切割面必须垂直于焊缝轴线，否则测量结果会失真。
试样尺寸应足够大，包含完整的焊缝、熔合区、热影响区和部分母材，便于后续镶嵌和观察。
镶嵌：
目的： 保护试样边缘(特别是薄板或细小焊缝)，便于后续的研磨、抛光和手持操作。
方法： 使用热固性树脂(如酚醛树脂)或冷镶嵌树脂(如环氧树脂)将试样镶嵌在塑料或胶木圆筒中。对于需要保护边缘细节的试样，冷镶嵌(真空镶嵌更佳)是首选，避免热压镶嵌可能造成的边缘损伤或热影响。
研磨：
使用砂纸从粗粒度(如80#、120#)逐步向细粒度(如240#、400#、600#、800#、1200#)手工或机械研磨镶嵌好的试样表面。
目的： 去除切割造成的损伤层，获得一个平整的表面，为抛光做准备。
关键： 每更换一道砂纸，研磨方向应与上一道方向垂直90度，以便观察上一道划痕是否被完全去除。研磨至上一道划痕完全消失后，再换更细的砂纸。z终目标是获得一个无方向性划痕的表面。
抛光：
使用抛光布配合抛光悬浮液(如金刚石抛光膏、氧化铝悬浮液)进行抛光。通常从较粗颗粒(如9µm、6µm)抛光到更细颗粒(如3µm、1µm)。
目的： 去除研磨留下的细微划痕，获得一个光滑、无划痕的镜面，以便清晰观察显微组织。
关键： 抛光过程中要避免引入新的划痕或拖尾现象。保持抛光布湿润但不过量。z终表面应光亮如镜。
腐蚀：
目的： 利用不同区域(母材、热影响区、焊缝)的化学成分和组织差异，使其在特定腐蚀剂作用下产生不同的溶解或着色效果，从而清晰地显现出晶界、相界以及z关键的区域：熔合线。
腐蚀剂选择： 根据母材材质选择。常用腐蚀剂有：
碳钢/低合金钢： 2-4%硝酸酒精溶液(Nital)、苦味酸酒精溶液(Picral)。
不锈钢： 王水、草酸电解腐蚀、氯化铁盐酸水溶液。
铝合金： 混合酸溶液(如氢氟酸、盐酸、硝酸的混合液)，Keller试剂。
铜合金： 氯化铁盐酸水溶液、氨水双氧水溶液。
钛合金： Kroll试剂(HF + HNO₃ + H₂O)。
镍基合金： 混合酸溶液(如盐酸+硝酸+甘油，Murakami试剂)。
操作： 将抛光面浸入或擦拭腐蚀剂数秒至数十秒(时间需根据材料、腐蚀剂浓度和经验摸索)，立即用流动水冲洗干净，再用无水酒精冲洗，z后用吹风机冷风吹干。避免过腐蚀(组织模糊)或欠腐蚀(熔合线不清晰)。
显微镜观察与测量：
将腐蚀好的试样放置在光学金相显微镜的载物台上。
使用低倍物镜(如5x，10x)找到焊缝截面全景，识别出焊缝中心、熔合线、热影响区和母材。
定位测量点： 通常沿着焊缝宽度方向，选择熔深z小点(对于对接焊缝通常是根部或中心线附近)、熔深z大点以及平均熔深的位置进行测量。有时标准或规范会规定具体的测量位置(如焊缝中心线)。
清晰识别熔合线： 熔合线是焊缝金属与母材(或未熔母材)之间物理冶金结合的边界。在金相显微镜下，它通常表现为一条清晰的、组织发生突变的线(焊缝侧的凝固组织与母材侧的热影响区组织)。
测量熔深：
使用显微镜自带的测微尺或图像分析软件。
定义起点： 熔深通常定义为从原始母材表面到熔合线z低点的垂直距离。
测量： 在选定的测量点，垂直移动测微尺或使用软件划线工具，测量从试样上表面(即原始母材表面) 到熔合线的垂直距离。
记录： 记录z小熔深、z大熔深，计算平均熔深(或按规范要求报告特定值)。有时需要测量熔宽(焊缝宽度)。
关键要点与注意事项
试样制备质量： 这是获得准确结果的基础。切割变形、研磨划痕残留、抛光不足或过抛(产生浮雕)、腐蚀不当(过/欠腐蚀)都会导致熔合线模糊不清，影响观察和测量精度。
熔合线识别： 正确识别熔合线是核心。它必须是焊缝金属与未熔母材(或完全转变的母材)之间的真实界面。要区分熔合线与热影响区内的组织分界线(如晶粒粗化区边界)。经验很重要，有时需要更高倍数确认。
测量基准面： 确保测量的起点是原始母材表面。镶嵌和研磨过程中可能会轻微改变表面高度，需要通过试样边缘或标记来准确确定原始表面位置。
垂直测量： 测量熔深时，测量线必须垂直于原始母材表面。如果截面切割不垂直，会导致测量值偏大。
根部未熔合/未焊透： 如果存在根部未熔合或未焊透，熔合线在此处中断。熔深应测量到实际熔合线的z低点，而不包括未熔合的间隙。报告时需要注明是否存在未熔合/未焊透及其尺寸。
标准规范： 遵循相关产品标准、焊接规范或检测标准(如ISO 17639, AWS B4.0, GB/T 26955等)的具体要求，包括取样位置、数量、制备方法、腐蚀剂选择、测量位置定义(如是否包括余高)、报告内容等。
材料敏感性：
异种金属焊接： 熔合线两侧组织差异可能更大，但腐蚀剂选择需兼顾两种材料，有时需要尝试或特殊处理。
薄板/精密焊接： 制样过程需格外小心，避免变形，冷镶嵌和精细研磨抛光尤为重要。
铝合金/钛合金： 这些材料的熔合线通常较难清晰显现，需要优化腐蚀工艺(时间、浓度、温度)。
重复性与代表性： 焊接本身存在波动性，通常需要测量多个位置或多个试样以获得有代表性的结果(z小、z大、平均)。
优点
直观准确： 直接观察并测量物理界面。
信息丰富： 不仅能测量熔深，还能同时观察焊缝成形、熔宽、热影响区宽度、是否存在焊接缺陷(气孔、裂纹、夹渣、未熔合等)以及各区域的显微组织。
缺点
破坏性： 需要切割焊接接头，试样被破坏。
耗时： 制样过程(切割、镶嵌、研磨、抛光、腐蚀)需要时间和熟练技巧。
成本： 需要金相实验室设备(切割机、镶嵌机、磨抛机、显微镜、腐蚀设施)和耗材。
局部性： 只能观察测量切割面的情况，不能反映整个焊缝长度方向的所有细节。
总结
金相法是测量焊接熔深的金标准方法，通过精心的试样制备(切割、镶嵌、研磨、抛光、腐蚀)，在显微镜下清晰揭示熔合线，从而直接进行垂直距离的测量。其关键在于高质量的试样制备和对熔合线的准确识别。虽然过程相对繁琐且有破坏性，但它提供的信息直接、可靠，并且能同时获得焊缝微观组织的宝贵信息。
来源：网络
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