焊接試驗指導(dǎo)書

1、河北科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料成型及控制工程專業(yè)實驗指導(dǎo)書（用于焊接方向）材料成型及控制工程教研室二OO六年十二月目錄實驗一 焊條設(shè)計、配制及其工藝性能實驗2實驗二 平板中心堆焊焊接應(yīng)力測試實驗7實驗三 T型結(jié)構(gòu)焊接變形與火焰矯正綜合性實驗10實驗四 斜Y型坡口裂紋15實驗五 灰口鑄鐵焊接工藝18實驗六 焊接電弧靜特性21實驗七 焊接電源外特性22實驗八 弧焊變壓器、弧焊整流器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及使用操作23實驗九 晶閘管弧焊整流器、弧焊逆變器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及使用操作24實驗十CO 2氣體保護焊短路過渡電弧的穩(wěn)定性25實驗十一 氬弧焊工藝參數(shù)及對焊縫成形的影響30實驗十二 角焊縫接頭金相組織及硬度評定綜合

2、性實驗32實驗十三對接接頭拉伸、彎曲、沖擊性能評定35實驗一 焊條設(shè)計、配制及其工藝性能實驗 一、 實驗內(nèi)容 1. 設(shè)計一種焊條配方，制作焊條樣品。2. 觀察、測試、對比焊條工藝性能。二、 實驗?zāi)康募耙?. 熟悉常用的焊條藥皮組成物及其作用，了解焊條配方設(shè)計及配方調(diào)整的基本方法。2. 熟悉焊條生產(chǎn)流程，掌握焊條手工搓制或小型壓涂機制作技術(shù)。3. 了解焊條工藝性能的評定指標(biāo)、評定方法及影響因素。三、 實驗條件及要求(一) 焊條設(shè)計及制作用設(shè)備及材料1. 焊條烘干箱 2. 天平 3. 瓷缽、瓷棒 4. 玻璃板 5. 量筒6. 焊條壓涂機 7. 焊芯H08A，3.2mm 8. 各種焊條藥皮輔料，水

3、玻璃(二) 焊條工藝性能分析用設(shè)備及材料1. 自制焊條，E4303、E5015焊條，4mm，3.2mm2. Q235鋼板若干塊，14×100×400mm，14×100×150mm，14×200×400mm， 14×200×250mm，280×50×20mm，400×150×14mm3. 紫銅板兩塊，500×500×3mm，1500×400×1mm 4. 碳棒 5. 秒表 6. 天平 7. 直尺8. 鐵球，2Kg 9. 交流焊機 10.

4、直流焊機(三)實驗要求 獨立設(shè)計、操作，制作的焊條樣品外表均勻光滑，無裂紋、脫落，焊條偏心率小，工藝性能較好；實驗數(shù)據(jù)記錄準(zhǔn)確，分析合理，實驗報告完整、清晰。四、 實驗相關(guān)知識點1. 焊條設(shè)計及制作焊條是焊條電弧焊方法的焊接材料，由焊芯、藥皮兩部分組成，藥皮與焊芯的重量比稱為焊條的藥皮重量系數(shù)。焊芯起導(dǎo)電和填充金屬的作用，碳鋼焊條最常用的焊芯是H08A，焊條規(guī)格根據(jù)焊芯直徑劃分，常用的有2.0mm、2.5mm、3.2mm、4.0mm、5.0mm、5.8mm等幾種，而焊條的外徑各廠家各不相同，主要取決于焊條藥皮重量系數(shù)及藥皮配方，如某廠E4303焊條相應(yīng)上述規(guī)格的焊條外徑分別為：3.33.45m

5、m，4.24.5mm，5.25.4mm，6.36.5mm，7.88.0mm，9.19.3mm。焊條藥皮有保護作用、冶金作用、改善焊條工藝性能三個方面的作用，根據(jù)藥皮組成的不同，焊條分為氧化鈦型、氧化鈦鈣型、鈦鐵礦型、氧化鐵型、纖維素型、低氫型、石墨型、鹽基型八種類型。焊條藥皮原材料有礦物類、金屬及鐵合金類、化工產(chǎn)品類、有機物類四類物質(zhì)，其作用可分為穩(wěn)弧、造渣、造氣、脫氧、合金化、粘結(jié)、成形七個方面。焊條設(shè)計就是選用合適的焊芯、藥皮類型、渣系及藥皮配方，其主要依據(jù)是被焊母材的化學(xué)成分與力學(xué)性能指標(biāo)、被焊工件的工作條件、現(xiàn)場設(shè)備及施工條件、焊條生產(chǎn)設(shè)備及工藝條件等。E4303焊條藥皮中一般含有30

6、%以上的TiO2，20%以下的碳酸鹽，30%左右的硅酸鹽，4%以下的有機物和9%15%的錳鐵等，含有以TiO2為主要成分的原料有：天然金紅石、人造金紅石、鈦白粉、還原鈦鐵礦、鈦鐵礦等，根據(jù)加入的TiO2所使用的主要原料不同，可以分為四大體系：人造金紅石體系、還原鈦鐵礦體系、鈦鐵礦+鈦白粉體系、鈦鐵礦+金紅石體系，各體系典型配方見表1。E5015焊條藥皮主要由碳酸鹽、氟化物、硅酸鹽（可用TiO2代替部分硅酸鹽）和鐵合金4類物質(zhì)組成，碳酸鹽與氟化物的總量約60%70%，硅酸鹽一般小于12%，鐵合金約15%25%，典型配方見表2。焊條生產(chǎn)制造工藝流程見教材圖2-4。主要包括焊芯制造、藥皮原材料粉末制

7、造、水玻璃制造、干粉配料攪拌、加水玻璃濕攪拌、壓涂焊條、磨頭磨尾、烘干、檢驗等工序。焊條一般采用機械的方法制造，但在小型的科研、試制工作中，為了節(jié)省原材料和時間，可采用手工方法制造，本試驗使學(xué)生基本掌握手工搓制焊條的技術(shù)。2. 焊條工藝性能焊條的工藝性能是指焊條在焊接操作用的性能，是衡量焊條質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。焊條的工藝性能主要包括：焊接電弧的穩(wěn)定性，焊縫成形，各種位置焊接的適應(yīng)性，飛濺，脫渣性，焊條的熔化速度，藥皮發(fā)紅的程度，焊接發(fā)塵量等。影響焊條工藝性能的因素很多，如焊條焊芯成分、藥皮成分、焊條制造方法及質(zhì)量、焊接工藝規(guī)范、焊接操作技術(shù)等，目前焊條工藝性能的評定還缺乏嚴(yán)格的實驗手段，只能作

8、定性的或半定量的判斷，我國焊條行業(yè)常采用的評定方法和標(biāo)準(zhǔn)如下：(1) 電弧穩(wěn)定性測定a. 滅弧、喘息次數(shù)測定： 在14×100×400mm的Q235鋼板上，用E5015在直流焊機上、E4303在交流焊機上各施焊三根焊條，每根焊條焊一條焊道，焊條尾端余50mm，記錄每根焊條的滅弧、喘息次數(shù)，取三根焊條的平均值。 折合滅弧次數(shù) = 滅弧次數(shù) + 1/2 喘息次數(shù)b. 斷弧長度測定：用E4303和E5015焊條（4mm）各三根，將焊條垂直夾持在固定于14×100×150mm鋼板的支架上，焊條引弧端面距鋼板2.5mm，接通電源，用碳棒引弧，焊條自行斷弧后，輕輕敲

9、去熔渣，用鋼尺測量焊條端部至焊縫頂部的垂直距離，即為該根焊條的斷弧長度。取三根焊條平均值為該焊條斷弧長度。(2) 再引弧性能測定 用E4303和E5015焊條在14×200×400mm的Q235鋼板上焊接15秒后斷弧，立即在14×200×250mm的Q235鋼板上再引弧，記錄斷弧后至再引弧之間的間隔時間為1、2、3、4、5、6、7秒，每一時間間隔用一根焊條進行實驗，每次再引弧應(yīng)在鋼板的冷點上進行，每一時間間隔重復(fù)三次，引弧成功兩次或兩次以上者判為再引弧通過。再引弧時以焊條熔化端與鋼板接觸為準(zhǔn)，不得做敲擊動作，不得破壞焊條套筒。(3) 飛濺的測定用280&

10、#215;50×20mm的Q235鋼板，豎直放在厚3mm的紫銅板上，用1mm厚、400mm高的紫銅板圍成橢圓形直筒，加以屏蔽。在鋼板上面用4mm焊條進行單道焊，每根焊條熔化350mm，焊后將其筒內(nèi)飛濺（渣和鐵珠）收集（鋼板和焊縫上的飛濺可忽略不計），用天平稱其重量。共焊三根焊條（三根焊條可在同一塊試板上焊接，每焊完一根焊條將試板水冷、去渣，試板溫度低于100可繼續(xù)施焊）。飛濺率（%）=飛濺量(g) / （焊前焊條重-焊后焊條重） × 100(4) 熔化系數(shù)、熔敷系數(shù)、焊條效率的測定將280×50×20mm鋼板稱重，用4mm 的E4303焊條利用交流焊機焊

11、接，焊接電流200±5A，焊接過程中用電流表測其電流值，焊條熔化長度350mm，用秒表記錄時間。焊條熔化系數(shù)(g/Ah) = (焊前焊芯重g-焊后焊芯重g) / （焊接電流A×焊接時間h） 焊條熔敷系數(shù)(g/Ah) = (焊后板重g-焊前板重g) / （焊接電流A×焊接時間h）焊條效率（%）= 焊條熔敷金屬重量g / 熔化焊芯的重量g(5) 焊縫成形及流動性Q235鋼試板尺寸為400×150×14mm，與水平面成10度角放置， 用E4303和E5015焊條進行上坡焊和下坡焊，上坡焊時焊條與母材成10度角，下坡焊時焊條與母材成80度角。焊接過程中

12、觀察熔渣流動性是否適宜，有無趕渣情況等。焊后脫渣，觀察其焊縫成形，看焊縫兩邊是否整齊，波紋是否均勻美觀，焊縫寬窄是否一致。(6) 脫渣性在兩塊400×100×14mm的Q235鋼板間開70。坡口，用4mm 的E4303焊條在坡口中間焊一層長250mm的焊縫，焊接電流200±10A，焊好后將試板的焊縫向下放于錘擊臺板上，并用卡具將試件固定，焊后一分鐘內(nèi)將2Kg的鐵球由高1.3m處自由下落錘擊試板中心，連續(xù)錘擊5次，緩冷至室溫再錘擊5次，即第一層共錘擊兩回，每回5次。冷卻至室溫時，再焊第二層，第二層是在第一層焊縫上焊長為200mm的焊縫。每層施焊熔化焊條長度均為350

13、mm。第二層焊縫在焊后1分鐘內(nèi)連續(xù)錘擊5次。脫渣長度測量可分三種情況：a. 未脫渣：渣完全未脫，呈焊后原始狀態(tài)。b. 嚴(yán)重沾渣，渣表面已脫落，但仍有薄渣層，未露出金屬表面。c. 輕微沾渣：焊縫兩側(cè)有粘渣，中間部分已全露出焊縫金屬。未脫渣總長=未脫渣長度+0.5×嚴(yán)重粘渣長度+0.2×輕微粘渣長度脫渣率= （焊縫總長 - 未脫渣總長）/ 焊縫總長 ×100%第一層脫渣率 = （第一層第一回脫渣率 + 第一層第二回脫渣率）/2五、 實驗實施步驟（一） 焊條設(shè)計及制作1.參考下列配方設(shè)計一種鈦鈣型或低氫型焊條配方表1 E4303焊條參考配方金紅石鈦白粉還原鈦鐵礦鈦鐵礦鈦

14、鐵中碳錳鐵木粉大理石菱苦土白云石白泥長石云母石英合計1308-12-12.47-148.67-1002-7.542.3-10.2-5.6-13.213.21.15.61.4100.1314.45.8-22.26.99.119.65.8-9.687.7-100.14-20.8-22.6-15.1-14.2-13.27.66.6-100.1表2 E5015焊條參考配方大理石螢石鈦鐵低度硅鐵錳鐵石英鈦白粉云母純堿合計1541512559-1002442412.52.5455211002.焊條樣品制作(1) 用砂紙將焊芯打磨去銹，校直，用天平稱出一根焊芯的重量。(2) 取藥皮重量系數(shù)Kb=0.4，計算

15、每種焊條所需藥皮的重量，參考表1、表2的配方設(shè)計E4303、E5015，稱取各種藥皮輔料。(3) 干混 將稱出的各種輔料放入瓷缽，用瓷棒攪拌均勻，要求藥粉顏色一致，不得有塊狀、粒狀存在，不得將干粉撒出。為防止搓制焊條時藥皮粘玻璃板，可留出少量干粉，但搓制后期必須全部用到焊條上。(4) 濕混 逐漸加入水玻璃，輕輕攪拌，直至可以形成“面團狀”。（實驗時可一滴一滴地加入水玻璃，切不可一次加入過多。）(5) 搓制 將濕混好的濕粉沿焊芯長度方向均勻分布涂在焊芯上，再用雙手使焊芯在玻璃板上輕輕滾動，使藥皮逐漸均勻牢固地粘在焊芯上，注意焊芯的一端留出20mm左右的無藥皮夾持端，非夾持端要漏出焊芯，不要形成包

16、頭。(6) 烘干 搓好的焊條經(jīng)24小時晾干，然后再放入烘箱內(nèi)烘干，E4303在180220烘干2小時，E5015在350400烘干2小時。(7) 檢驗 烘干后的焊條，需要磨頭、檢查質(zhì)量，如藥皮有裂縫、剝落即為不合格。（二） 焊條工藝性能分析 利用自制焊條及市售E4303、E5015進行焊接，觀察并分析焊接電弧的穩(wěn)定性、焊縫成形、飛濺、脫渣性、焊接發(fā)塵量等工藝性能。具體方法參見實驗理論基礎(chǔ)部分。六、 思考問題1. E4303藥皮類型屬于哪種？指出其配方中主要的造渣劑、造氣劑、脫氧劑各是什么？2. E5015藥皮類型屬于哪種？指出其配方中主要的造渣劑、造氣劑、脫氧劑各是什么？3. E4303、E5

17、015選擇脫氧劑有何不同？為什么？4. 影響焊條脫渣性的因素有哪些？5. 為什么E4303可用交流焊機焊接，而E5015只能用直流焊機焊接？七、 實驗成績評定辦法主要評分點：原理描述、實驗流程、動手能力、解決問題的能力，制作焊條的外觀質(zhì)量。工藝性能數(shù)據(jù)記錄、分析討論，實驗報告完整性、正確性。實驗二 平板中心堆焊焊接應(yīng)力測試實驗一、 實驗?zāi)康?. 了解三維磁測儀的工作原理及操作步驟；2. 掌握焊接平板堆焊三維應(yīng)力變化規(guī)律；3. 熟悉焊接設(shè)備及焊接工藝參數(shù)的選擇。二、 實驗原理 一般磁性材料的磁疇在內(nèi)部，由于其分布沒有規(guī)律，對外不呈現(xiàn)磁性。當(dāng)材料焊接后，由于焊接應(yīng)力的存在。磁疇將沿著應(yīng)力分布排列，

18、次疇的變化表現(xiàn)在電流的變化。經(jīng)研究焊接平面應(yīng)力與電流成正比。磁測儀根據(jù)這一原理計算出焊接平面應(yīng)力的大小和主應(yīng)力夾角。三、 實驗設(shè)備及材料 BX3-315，KZ21應(yīng)力測試儀，角磨機等，實驗材料E4303、Q235。四、 實驗步驟：1. 選擇8×200×200mmQ235B材料，在板中心堆焊接，記錄焊接參數(shù)見表1；2. 用角磨機打磨50×150寬的表面；3. 劃間距15mm的方格5×9格；4. 用三維磁力測試儀測量各點電流變化值見表2；5. 輸入數(shù)值并打印結(jié)果。表1 焊接參數(shù)電 流/A電 壓/V焊接時間/S焊縫長度mm焊接速度mm/s線能量KJ/mm五.、

19、實驗數(shù)據(jù)表2 電流數(shù)值點坐標(biāo) 探頭位置0°45°90°X0Y0X0Y1X0Y2X1Y0X1Y1X1Y2X2Y0X2Y1X2Y2X3Y0X3Y1X3Y2X4Y0X4Y0X4Y1X4Y2X5Y0X5Y1X5Y2X6Y0X6Y1X6Y2X7Y0X7Y1X7Y2X8Y0X8Y1X8Y2X9Y1六、實驗結(jié)果分析：1. 繪出焊接應(yīng)力分布曲線。2. 分析說明平板焊接平面應(yīng)力變化趨勢？3. 焊接參數(shù)是如何影響平板堆焊平面應(yīng)力分布的？4. 說明平板堆焊焊接應(yīng)力分布。20300 15 30 45 60 75 90 105 120 135 /mm100實驗三 T型結(jié)構(gòu)焊接變形與火焰矯正

20、綜合性實驗一、實驗原理焊接殘余變形是焊接后殘存在于結(jié)構(gòu)中的變形。它包括縱向收縮變形、橫向收縮變形、彎曲變形、角變形等，其中縱向、橫向收縮變形是導(dǎo)致其他變形的主要原因。而影響縱向收縮變形量主要是焊件截面積、焊逢長度、焊接線能量、剖口形式等。影響橫向收縮變形的主要因數(shù)有線能量、焊件厚度、焊件剖口形式等。焊接構(gòu)件產(chǎn)生彎曲變形主要原因是焊縫位置偏離焊接構(gòu)件的中心層，焊縫縱向收縮或焊縫橫向收縮所至?；鹧娉C正法是利用氧乙炔混合氣體燃燒放出的熱量對焊接構(gòu)件反方向的加熱，使火焰加熱產(chǎn)生的收縮變形抵消焊接過程中產(chǎn)生的收縮變形。因此，火焰矯正變形即可以減少焊接殘余變形，又可以減少焊接殘余應(yīng)力。但火焰矯正控制不當(dāng)又

21、會產(chǎn)生新的變形。因此，火焰矯正的關(guān)鍵一是選擇好加熱位置，二是控制好加熱溫度。常用的結(jié)構(gòu)鋼加熱溫度為600800。實際操作根據(jù)鋼鐵的顏色進行判斷。表1 不同溫度下金屬顏色顏色溫度/顏色溫度/顏色溫度/深褐色550580暗櫻紅色650730淡櫻紅色800830褐紅色580650深櫻紅色730770亮櫻紅色830960二、實驗?zāi)康募耙?. 掌握焊接構(gòu)件縱向、橫向收縮引起彎曲變形的規(guī)律；2. 熟悉調(diào)節(jié)NBC-250、BX3-315焊機的焊接工藝參數(shù)和提高電弧焊技術(shù)的動手能力；3. 比較彎曲變形理論計算與實際測定焊接構(gòu)件彎曲變形量的差別。4. 掌握彎曲變形火焰矯正的基本原理及其規(guī)律及火焰矯正操作步驟；

22、5. 了解低碳鋼火焰矯正加熱溫度、速度對火焰矯正效率的影響；6. 比較各種火焰矯正方法矯正效率。7. 熟悉氧乙炔火焰氣割操作技能；8. 了解火焰氣割的安全知識。三、 實驗條件及要求設(shè) 備：焊接操作胎具，NBC-250、BX-315交流焊機，測量平臺，鉗流表，鋼尺、錘等。氧-乙炔氣割成套設(shè)備。 材 料：焊條E4303-3.2mm、4.0mm，筋板：Q235等100×50×6 mm，底 板：Q235等600×100×6 mm。四、 實驗設(shè)計及步驟1.焊接彎曲變形實驗（1）選擇焊接材料，異種材料或同種材料，并測量各零件尺寸規(guī)格，并按圖1所示畫好筋板裝配位置線；

23、圖1 筋板與底板裝配位置（2）接好鉗流表，調(diào)整定位焊電流將焊接構(gòu)件按圖2所示裝配，并檢查垂直度，裝配應(yīng)盡量做到彎曲變形為零，以消除測量誤差；（3）選擇焊接設(shè)備：手工電弧焊、埋弧焊、氬弧焊、CO2焊等。根據(jù)設(shè)備選擇焊接工藝參數(shù)：手工電弧焊根據(jù)焊條直徑和板厚的不同選擇不同的電流范圍：一般為100-200A；二氧化碳根據(jù)焊絲直徑和送絲速度不同選擇電流范圍：一般為150-250A。圖2 筋板與底板裝配示意圖（4）確定焊接工藝參數(shù)電流，選擇不同的焊接順序和焊接方向?qū)Ρ?，焊接順序可參考圖3所示也可自行選擇方案；圖3 筋板與底板焊接順序（5）同種材料對比不同的焊接順序，異種材料比較相同參數(shù)的變形量，試件焊完

24、待焊接件冷至室溫，把焊件放置測量平臺，測量變形尺寸以5點為焊接件中心點，每點間隔50mm,共取10個測試點。2.火焰矯正實驗（1）選擇火焰矯正方法及矯正工藝。根據(jù)變形的大小確定火焰矯正方法，并選擇矯正位置和矯正面積。表2 火焰矯正工藝參數(shù)加熱位置12345加熱面積mm2加熱時間t單位面積熱輸入J/mm2加熱方式（2） 背面水冷后，測量各點變形量；（3） 繪出火焰矯正前后的變形曲線。五、實驗數(shù)據(jù)表3 圖3（a）實驗焊接工藝規(guī)范記錄焊接參數(shù)焊道位置電流I/A電壓U/V焊縫長度L /mm焊接時間t/s焊接速度V/mm·s-1線能量EKJ/mm12345678910焊機效率：=0.85表4

25、圖3（b）實驗焊接工藝規(guī)范記錄焊接參數(shù)焊道位置電流I/A電壓U/V焊縫長度S/mm焊接時間t/S焊接速度v/mm·min-1線能量q/J12345678910表5 彎曲變形測量數(shù)據(jù)記錄測點距離mm試件12345678910圖3(a)裝配后圖3(a)焊接后圖3(b)裝配后圖3(b)焊接后六、實驗結(jié)果分析1.繪出焊接彎曲變形曲線：圖4 焊接前后T形結(jié)構(gòu)彎曲曲線表6 火焰矯正前、后各點變形量測點距離mm試件12345678910圖3(a)矯正前圖3(a) 矯正后圖3(b) 矯正前圖3(b)矯正后2.繪出火焰矯正前后的彎曲變形曲線：圖5 火焰矯正前后各點彎曲變形曲線七、思考題1.結(jié)合實驗結(jié)果

26、談?wù)動绊憦澢冃蔚囊蛩赜心男?.焊接順序為什么會影響構(gòu)件彎曲變形量？3.不同焊接線能量對同一焊接順序有何影響？4.結(jié)合實驗結(jié)果談?wù)劵鹧娉C正焊接橫向收縮引起的彎曲變形有何特點？5.火焰加熱順序與方法為什么會影響焊接構(gòu)件矯正效率？八、實驗成績評定辦法表6 綜合性實驗成績評分標(biāo)準(zhǔn)序號主要評分點單項總分10合計1001方案論證與設(shè)計2方案實施3調(diào)試過程4數(shù)據(jù)記錄5解決問題的能力6資料搜集、7實驗結(jié)果8實驗效果9實驗態(tài)度10實驗報告實驗四 斜Y型坡口裂紋一、實驗內(nèi)容1、實驗理論方面通過斜Y型坡口裂紋實驗，解決合金鋼中不同的碳當(dāng)量開裂傾向不同，合金鋼中不同的含碳當(dāng)量開裂傾向不同，鋼結(jié)構(gòu)中不同的拘束度、不

27、同的鋼板厚度裂紋傾向不同。2、實驗教學(xué)方面焊接斜Y型坡口試樣，解剖實驗焊縫，檢查表面裂紋率、斷面裂紋率、根部裂紋率，通過調(diào)整預(yù)熱溫度、采用不同的焊條減小裂紋率，提高對合金鋼搞焊接性實驗的意義。二、實驗?zāi)康募耙?、實驗?zāi)康男盰型坡口實驗是檢測被焊材料冷裂紋實驗的方法，通過實驗掌握斜Y型坡口實驗的方法和步驟，對實驗中出現(xiàn)的各種問題要正確的解決，懂得焊縫在應(yīng)力集中、拘束狀態(tài)下以及粗晶區(qū)脆化造成焊縫的開裂，掌握預(yù)熱緩冷可防止冷裂紋。2、要求要求同學(xué)在實驗前了解實驗板材的成分和力學(xué)性能。焊接中會出現(xiàn)的問題，如何通過調(diào)整焊接工藝和工藝參數(shù)，解決出現(xiàn)的問題。懂得坡口質(zhì)量好與壞對實驗結(jié)果的影響。三、實驗條件

28、及要求（一）實驗設(shè)備1、焊接設(shè)備和焊條烘干箱焊機牌號：BX315；焊條烘干箱：ZYH10 2、預(yù)熱設(shè)備氧氣體、減壓閥、乙炔體、減壓閥、H0120焊炬一套、1000溫度計等。3、解剖設(shè)備無齒劇、線切割機、手工鋸。（二）焊接試板牌號、尺寸1、焊接試板牌號45鋼或40Cr鋼（也可根據(jù)實際情況確定）；2、尺寸200×75×20（mm），經(jīng)過機械加工保證零件尺寸，按照圖示開坡口。板厚可根據(jù)實際情況確定。（三）焊接材料數(shù)據(jù)及工藝參數(shù)焊條型號：E6303（根據(jù)試板鋼號確定）；焊條直徑：4 mm、焊接電流/I：170±10/ A、電弧電壓/U：24±2/v、焊接速度/：

29、150±10mm/min。 （四）要求試板坡口基本準(zhǔn)確；焊條表面不得有脫落并經(jīng)烘干使用；焊接中不得在試板上亂起??；焊接要帶防護面罩、穿絕緣鞋和隔熱衣服；焊接試板的學(xué)生必須經(jīng)過培訓(xùn)。四、實驗設(shè)計及實施的指導(dǎo)（一）焊前準(zhǔn)備1、焊接前清理試件表面油污和鐵銹。2、酸性焊條烘干150±10保溫1小時，堿性焊條烘干300±10保溫2小時箱斷電保溫隨用隨取。（二）確定焊接參數(shù)及工藝1、焊接參數(shù)焊接速度170/mm/min；電弧電壓24V；焊接電流：170A。2、焊接工藝如果在焊接拘束焊縫時可采用小一點的電流保證拘束焊縫不出現(xiàn)裂紋，當(dāng)裂紋不可避免時，可換強度低一級的焊條。焊完拘束

30、焊縫后要保證試板平整，不得有大于2O的角變形，確保實驗焊縫根部間隙2mm。（三）焊接焊接拘束焊縫將試板放置在工作臺上裝配，通過點固焊、矯正使試板呈5O7O左右的反變形量，焊接拘束焊縫應(yīng)正反面進行焊接可從實驗焊縫上部引弧進入實驗焊縫進行焊接，也可從實驗焊縫中直接進行焊接。實驗焊縫只焊一道，運條要均勻、電弧要保證平穩(wěn)、焊條不做橫向擺動，焊條與工件夾角75，收弧處不得有弧坑裂紋。焊好后的試板放置24h后進行解剖。（四）試樣制備1、檢查表面裂紋率切割試樣前首先清理試板表面的焊渣，檢查表面裂紋率。2、切割試樣試樣尺寸16mm×12mm×12mm。為保證焊接熔合區(qū)組織的可靠性，切割試樣

31、可采用無齒鋸、線切割和氧乙炔熔割方法。每塊試板切割不少于五塊試樣。3、試樣修整對切割下的試樣首先清理毛刺，并檢查根部裂紋率和斷面裂紋率。將檢查的結(jié)果記錄，填入公式進行計算。五、思考問題1、鐵研實驗主要測試什么類型和部位的裂紋？2、鐵研實驗測試裂紋的原理？3、實驗中要注意什么問題？4、鐵研實驗存在的問題？六、實驗成績評定辦法 按照焊接試樣準(zhǔn)確、制備試樣熟練、檢測的熟練、實驗結(jié)果準(zhǔn)確、實驗報告描述清楚，以及出勤、實驗態(tài)度、團結(jié)協(xié)作、按時完成實驗報告評定成績。實驗五 灰口鑄鐵焊接工藝一、實驗內(nèi)容1、實驗理論方面不同的焊接線能量產(chǎn)生的焊接HAZ的組織不同，不同的組織力學(xué)性能也不相同。EZNiFe焊條，

32、不同焊接線能量電弧冷焊對HT250灰口鑄鐵試板和消除白口化退火試板熔合區(qū)粗晶區(qū)組織的影響。2、實驗教學(xué)方面焊接試樣，制取金相試樣，用電子顯微鏡觀察熔合區(qū)組織，打顯微硬度，找出EZNiFe焊條電弧冷焊焊接HT250灰口鑄鐵和消除白口化退火合適的線能量。二、實驗?zāi)康募耙?、用BX-315交流弧機和EZNiFe焊條，采用不同焊接線能量、電弧冷焊HT250灰口鑄鐵和消除白口化退火試板，了解灰口鑄鐵的焊接性能；2、掌握EZNiFe焊條焊接HT250的電弧冷焊工藝和消除白口化退火焊接工藝；3、要求同學(xué)在實驗前了解EZNiFe焊條的成分，焊縫的力學(xué)性能。了解HT250的成分和性能；4、實驗前了解HT250

33、消除白口化退火前后室溫組織的變化；5、要求同學(xué)在實驗前了解不同線能量對HAZ組織影響的變化規(guī)律，如何調(diào)整焊接工藝參數(shù)。三、實驗條件及要求（一）實驗設(shè)備1、焊接設(shè)備焊接電源BX315；2、焊條烘干設(shè)備型號 ZYH10；3、顯微鏡型號4×A金相顯微鏡；4、顯微硬度儀71型顯微硬度儀；5、其他拋光機、各種型號的砂紙、手工鋸等。（二）焊接試板牌號、尺寸1、焊接試板牌號HT250灰口鑄鐵；2、尺寸100×60×12（mm），鑄造后經(jīng)過機械加工保證零件尺寸。（三）焊接材料數(shù)據(jù)焊條型號：EZNiFe；焊條直徑：3.2 mm；（四）要求鑄鐵試板成分應(yīng)保持在規(guī)定的范圍，室溫組織應(yīng)為

34、珠光體或珠光體+鐵素體；焊條表面不得有脫落并經(jīng)烘干使用；試板需經(jīng)機械加工，表面平整，焊接中不得在試板上亂起??；焊接要帶防護面罩、穿絕緣鞋和隔熱衣服；焊接試板的學(xué)生必須經(jīng)過培訓(xùn)。四、實驗相關(guān)知識點本實驗為綜合性實驗，其實驗結(jié)果與鑄鐵成分和冷卻速度不同得到的室溫組織不同有關(guān)，與鑄鐵熱處理制度得到的室溫組織有關(guān)，與焊接線能量大小有關(guān)，與試樣制備有關(guān)。因此，本實驗牽涉鑄造成型、焊接成型、熱處理制度理論和試樣制備技術(shù)的相關(guān)知識。五、實驗實施步驟（一）焊前準(zhǔn)備1、焊接前清理試件表面油污和鐵銹。2、焊條烘干150±10保溫1小時，烘干箱斷電保溫隨用隨取。3、退火試板經(jīng)830±10保溫5小

35、時退火。（二）確定焊接參數(shù)及工藝1、焊接參數(shù)焊接速度180mm/min（不變）；電弧電壓36V（不變）；焊接電流：80 A、100 A、110 A、160A四種。2、焊接工藝采用不同的焊接電流斷續(xù)焊和連續(xù)焊。斷續(xù)焊每段焊縫長度20mm，總長60mm。連續(xù)焊焊縫長度60mm。（三）焊接將試板放置在帶有7O左右的工作臺上，使金屬液體有自行流動的趨勢。起弧要在離試板20mm處的部位，運條要均勻、電弧要保證平穩(wěn)、焊條不做橫向擺動，焊條與工件夾角75，收弧處不得有弧坑裂紋。（四）試樣制備1、切割試樣放置12h后進行試樣制備。試樣尺寸16mm×12mm×12mm。為保證焊接熔合區(qū)組織的

36、可靠性，切割試樣采用機械切割，不的采用無齒鋸和氧乙炔熔割方法。2、試樣修整為防止因試樣傷手和傷害拋光機，用砂輪機將試樣各棱角倒3 mm×3 mm的角，四角磨圓并將拋光面磨平。3、磨制拋光先在粗紗紙上由粗到細(xì)進行磨制到表面基本看不到劃痕，在進行絨布拋光，拋光到表面能反映熔合區(qū)的真實組織為止。（五）觀察金相組織用3%的硝酸酒精水溶液對試樣表面進行腐蝕，中和水洗烘干。在顯微鏡下觀察組織，并將觀察到的熔合區(qū)組織進行紀(jì)錄。（六）打顯微硬度 從焊縫中心到母材熱影響區(qū)每隔0.5mm打一點硬度，將每一點的數(shù)據(jù)整理、繪制曲線圖。六、思考問題1、當(dāng)焊接線能量一定（較?。?，不同的室溫組織對熔合區(qū)粗晶區(qū)組織

37、有什么不同？2、當(dāng)焊接線能量一定（較?。?，不同的熱處理制度對熔合區(qū)粗晶區(qū)組織有什么不同？3、當(dāng)焊接線能量一定（較?。瑪嗬m(xù)焊和連續(xù)焊熔合區(qū)粗晶區(qū)組織有什么不同？4、EZNiFe焊條焊接HT250應(yīng)采用什么焊接工藝和工藝參數(shù)？5、消除白口化退火的優(yōu)點？七、實驗成績評定辦法 按照焊接試樣準(zhǔn)確、制備試樣熟練、磨制金相試樣并觀察組織真實、打顯微硬度熟練準(zhǔn)確、實驗結(jié)果準(zhǔn)確、實驗報告描述清楚，以及出勤、實驗態(tài)度、團結(jié)協(xié)作、按時完成實驗報告評定成績。實驗六 焊接電弧靜特性一、 實驗內(nèi)容由于不同的焊接方法，它們的電弧靜特性曲線是不同的，通過本實驗，掌握手弧焊靜特性曲線形狀及電弧長度變化與電壓的關(guān)系。二、 實驗

38、目的及要求1. 了解焊接電弧結(jié)構(gòu)與電位分布情況。2. 了解一定長度的電弧在穩(wěn)定狀態(tài)下，電弧電壓與電流之間的關(guān)系。3. 學(xué)會調(diào)節(jié)電弧電壓和電流。三、 實驗條件及要求1. BX-500型弧焊變壓器四臺。2. 交流電壓表、交流電流表、電流互感器各四只。3. 萬用表、焊條、焊件等。四、 實驗實施的指導(dǎo)1. 按下圖接好線。U0弧焊變壓器VAIfUfXL2. 使U0保持在5570V之間，引燃電?。ɑ￠LLh=5mm，焊條=2.4mm）。3. 手搖電抗器傳動機構(gòu)調(diào)節(jié)電流，使電弧電流If為下表所列值，記下對應(yīng)的電弧電壓值Uf值，填入表內(nèi)。If (A)306090120150180210240Uf (V)五、 思

39、考問題：1.靜特性曲線分為哪三段？手弧焊多半工作在靜特性的哪段？電弧電壓隨什么變化？2.根據(jù)表內(nèi)數(shù)據(jù)，畫出電弧的靜態(tài)特性曲線。六、 實驗成績評定辦法主要評分點：掌握手弧焊電弧電壓和電流的調(diào)節(jié)，作出靜態(tài)曲線圖，試焊工件較好為合格。實驗七 焊接電源外特性一、 實驗內(nèi)容焊接電源的外特性是弧焊工藝對弧焊電源的基本要求之一，外特性必須具備可調(diào)性以滿足不同工藝的需要。本實驗通過對電源外特性的測試，掌握各種外特性形狀的調(diào)節(jié)方法。二、 實驗?zāi)康募耙?. 了解在電源內(nèi)部參數(shù)一定而負(fù)載變化時，電源輸出的電壓穩(wěn)定值與電流穩(wěn)定值之間的關(guān)系。2. 了解“電源電弧”系統(tǒng)穩(wěn)定燃燒的條件。3. 掌握焊接工藝變化時，采用何種

40、形狀的外特性，以滿足工藝要求。三、 實驗條件及要求1. BX-500型弧焊變壓器四臺。2. 交流電壓表、電流表、電流互感器各四只。3. 萬用表、焊條、焊件等。四、 實驗實施的指導(dǎo)1. 按下圖接線。U0弧焊變壓器VAIfUfXL2. 使U0保持在5570V之間，引燃電弧，調(diào)節(jié)XL值，使焊接電流發(fā)生變化，記下幾個電流、電壓值，填入下表：If (A)U0、Uf (V)五、 思考問題：1. 小電流焊接時，要求U0高些，大電流焊接時，要求U0低些，為什么？2. 根據(jù)Uf與If之間的關(guān)系畫出外特性曲線圖六、 實驗成績評定辦法主要評分點：掌握Uf與If的調(diào)節(jié)方法，作出外特性曲線，試焊工件質(zhì)量較好為合格。實驗

41、八 弧焊變壓器、弧焊整流器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及使用操作一、實驗內(nèi)容本實驗通過對弧焊變壓器、硅弧焊整流其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的觀察，了解、掌握其工作原理，以及常用上述兩種弧焊電源的種類、特點。學(xué)會如何根據(jù)焊接工藝要求調(diào)節(jié)弧焊電源各參數(shù)，以獲得不同形狀的外特性。二、實驗?zāi)康募耙?. 了解弧焊變壓器的種類、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、下降外特性的獲得。2. 了解弧焊整流器的種類、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、不同形狀外特性的獲得。三、實驗條件及要求1. BX-500型弧焊變壓器四臺。2. ZXG-300型弧焊整流器四臺。3. 焊條、焊件等。四、實驗相關(guān)知識點本實驗需要熟悉變壓器的原理與結(jié)構(gòu)，整流電路原理、電磁學(xué)方面的知識，以及弧焊電源外特性，還要具備焊接工

42、藝方面的知識。五、實驗實施步驟1. 觀察弧焊變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)外特性，記下Uf和If值。2. 觀察弧焊整流器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)外特性，記下Uf和If值。3. 弧焊變壓器、弧焊整流器試焊工件。六、思考問題：1. 弧焊變壓器、弧焊整流器各有何特點？如何選用？2. 作出弧焊變壓器、弧焊整流器外特性曲線。七、實驗成績評定辦法主要評分點：掌握弧焊變壓器、弧焊整流器結(jié)構(gòu)原理，會調(diào)節(jié)弧焊電壓、電流，以及外特性形狀，試焊工件效果好即為合格。實驗九 晶閘管弧焊整流器、弧焊逆變器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及使用操作一、實驗內(nèi)容晶閘管弧焊整流器、逆變器具有良好的可控性，對外特性形狀、焊接參數(shù)的調(diào)節(jié)都可以通過改變晶閘管導(dǎo)通角來實現(xiàn)。通過

43、本實驗了解這兩類弧焊電源的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、參數(shù)調(diào)節(jié)和操作。二、實驗?zāi)康募耙?. 了解晶閘管弧焊整流器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及使用操作。2. 了解弧焊逆變器的特點；主電路、控制電路的認(rèn)知和使用操作三、實驗條件及要求1. ZDK-500型晶閘管弧焊整流器四臺。2. NIMAK GF400晶閘管式弧焊逆變器四臺。3. 焊條、焊件等。四、實驗實施的指導(dǎo)1. 觀察ZDK-500型晶閘管式弧焊整流器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，焊接參數(shù)調(diào)節(jié)等。2. 觀察NIMAK GF400晶閘管式弧焊逆變器內(nèi)部結(jié)構(gòu)和焊接參數(shù)調(diào)節(jié)等。五、思考問題：1. 晶閘管式弧焊整流器有何特點？2. 晶閘管式弧焊逆變器有何特點？六、實驗成績評定辦法 主要評分點：掌握晶閘管

44、式弧焊整流器和逆變式弧焊電源的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)方法、操作使用即為合格。實驗十 CO 2氣體保護焊短路過渡電弧的穩(wěn)定性 一、實驗?zāi)康?（一）了解細(xì)絲CO2氣體保護焊時熔滴短路過渡的特點。 （二）了解影響熔滴短路過渡時電弧穩(wěn)定性的因素，并掌握規(guī)范參數(shù)影響電弧穩(wěn)定性的規(guī)律。（三）了解CO2氣體保護焊機的結(jié)構(gòu)，步步掌握CO2焊機的使用方法。（四）選擇CO2氣體保護焊焊接材料及工藝參數(shù)，了解工藝參數(shù)對焊縫成形及尺寸的影響。二、實驗裝置及實驗材料 （一）CO2氣體保護焊機（NBC250型） 1臺 （二）CO2氣體 1瓶 （三）預(yù)熱干燥器 1個 （四）減壓表 1個（五）光線記錄示波器（SC-16型） 1臺（六

45、）短路頻率計 1臺(七)低碳鋼板250×60mm，厚度 23 mm 12塊(八)焊絲 H08Mn2SiA，0.81.2mm(九)砂紙三、實驗原理細(xì)絲 CO2氣體保護焊時，熔滴呈短路過渡。焊接過程中，焊絲末端的熔滴長大到一定的大小，和熔池表面接觸，造成焊接回路短路，電弧熄滅。隨后由于電磁擠壓力和表面張力的作用，焊絲末端和熔池中間的“液橋”形成細(xì)頸，進而熔滴完全落入熔池，焊絲末端出現(xiàn)間隙，電弧又被重新引燃（圖1）。圖1 熔滴過渡的過程圖2 熔滴過渡過程中，焊接電流與電弧電壓的變化在細(xì)絲CO2氣體保護焊時，焊接回路里串聯(lián)可調(diào)電感。如果把焊接回路看成是純電感電路，則熔滴短路過渡所引起的焊接電

46、流值和電弧電壓值的變化見圖2。圖上的不同曲線表示不同的熔滴過渡階段的焊接電流值與電弧電壓值的變化：ah線代表“液橋”形成細(xì)頸的階段；be線代表“液橋”斷裂的瞬時；cde曲線代表電弧燃燒和熔滴長大的階段；e和f點代表熔滴接觸熔池、造成焊接回路短路的瞬時。細(xì)絲CO2氣體保護焊時，焊絲勻速給送，電弧的靜特性曲線是上升曲線。為了使電弧穩(wěn)定燃燒，焊接電源應(yīng)具有平直的外特性曲線。但是，如果焊接電源僅僅具有平直的外特性曲線是不夠的，要保持熔滴正常過渡，減少金屬飛濺，使焊接電源的動特性能夠適應(yīng)熔滴短路過渡的特點，焊接電源必需給焊接回路提供一定大小的電感。圖3表示電源電壓為U0時焊接回路的等效電路圖。電弧-焊接

47、電源系統(tǒng)的工作狀態(tài)如圖4所示。U0R為電源電壓為U0時的外特性曲線。在“液橋”形成細(xì)頸的過程中，電弧電壓與焊接電流分別由Ua、ia增大到Ub及ib?！耙簶颉睌嗔训乃矔r，ib還來不及發(fā)生變化，但電弧電壓由 Ub急劇增高到Uc。電弧在弧長為L0時的靜特性曲線為L0線，電弧工作點c是ib垂直線和L0線的交點。“液橋”斷裂后，由于表面張力的作用，液態(tài)金屬分別向焊絲和熔池收縮，弧長由L0急劇增長為L2，工作點c相應(yīng)地移到c點，焊接電流則由ic減小到ic。但在此期間，由于焊絲的繼續(xù)送進，弧長由L2縮短成L1，進而縮短成L0，然后在e處發(fā)生焊接回路的短路。圖3 焊接回路的等效電路圖圖4 電弧-焊接電源系統(tǒng)的

48、工作狀態(tài)圖從以上分析可知，工作點 c、c、d及 e處的電弧電壓UH均高于電源電壓U0，并且焊接電流在繼續(xù)減小。電源電壓U0和電弧電壓UH的差值等于焊接回路的自感電勢，即UH - U0 = - L di/dt若考慮熔滴過渡的一個周期，自感電勢之和為零，所以電弧電壓的平均值或平均弧壓UHP，等于電源電壓，即 UHPU0相當(dāng)于UHP的電弧長度為L。于是，靜特性曲線L和電源外特性曲線交于P點。綜上所述，可知細(xì)絲CO2氣體保護焊時，調(diào)節(jié)平均弧壓UHP主要靠調(diào)節(jié)電源電壓U0來實現(xiàn)，而調(diào)節(jié)焊接電流主要靠調(diào)節(jié)送絲速度來實現(xiàn)。細(xì)絲CO2氣體保護焊時，焊接過程的穩(wěn)定性受到許多因素的影響。熔滴短路過渡焊接時，應(yīng)當(dāng)特

49、別重視對于焊接電源動特性的要求。衡量電源動特性的主要參數(shù)有焊接回路短路瞬間的電流增長速度di/dt，短路電源的峰值Imax和“液橋”斷裂后焊接電壓的恢復(fù)速度dU/dt。di/dt的值過小使“液橋”不能迅速斷裂，連續(xù)送進的焊絲會插入熔池，焊絲外伸部分長時間內(nèi)保持很大的電流密度，焊絲便會紅熱軟化而成段爆斷，di/dt的值過小使短路電流增長太猛，熔滴和熔池金屬會便發(fā)生強烈的飛濺。短路電流的峰值Imax應(yīng)足夠大，這樣才有利于“液橋”迅速斷裂及隨后的電弧再燃。焊接電壓的恢復(fù)速度dU/dt應(yīng)能保證在“液橋”斷裂后，焊接電壓恢復(fù)到 25V的時間不超過 0.05s。實踐證明，在熔滴短路過渡焊接時，平特性的焊接電源能獲得較大的電流增長速度di/dt及短路電流峰值Imax。選用恰當(dāng)?shù)暮附右?guī)范參數(shù)和參數(shù)匹配，也是保證焊接過程穩(wěn)定的重要因素。圖5 實驗裝置的接線圖焊接過程中熔滴的過渡情況，除掉憑借感性經(jīng)驗作粗略的判