焊接方法與工藝綜合實驗

1、焊接方法與工藝綜合實驗焊接是一種永久性連接金屬材料的工藝方法。焊接過程的實質(zhì)是利用加熱或加壓等手段，借助金屬原子的結(jié)合與擴散作用，使分離的金屬材料牢固地連接起來。焊接成型也是一種非常重要的機械加工和成型工藝方法。有許多產(chǎn)品和零部件都有焊接工藝環(huán)節(jié)，對這類產(chǎn)品來講，焊接質(zhì)量就決定了產(chǎn)品的性能和壽命。所以在焊接工序之后進行組織檢驗是非常重要的一個環(huán)節(jié)。鋼材焊接后，焊口區(qū)域的組織有焊縫金屬、熱影響區(qū)和母材區(qū)組成，焊縫金屬是經(jīng)過熔化的金屬部分組成，熱影響區(qū)是母材區(qū)和焊縫金屬之間發(fā)生急熱急冷而有組織變化的部分。本實驗是為了使本科生了解幾種焊接方法和基本的焊接工藝，并能初步了解焊接的流程，進而增加對焊接過

2、程的理解，最終培養(yǎng)他們的焊接動手能力。實驗一 手工電弧焊工藝實驗一、實驗目的1.了解手工電弧焊的操作方法；2.了解有藥皮焊條對被焊接金屬焊縫表面狀態(tài)的影響；3.了解手工電弧焊的基本原理、操作過程、焊接參數(shù)及其應用范圍。二、實驗原理手工電弧焊是用手工操縱焊條進行焊接的電弧焊方法。它利用焊條與焊件之間建立起來的穩(wěn)定燃燒的電弧，使焊條和焊件熔化，從而獲得牢固的焊接接頭。如圖1所示，手工電弧焊是一種氣體放電現(xiàn)象。接觸時焊接回路短路，很快拉起焊條后，焊條與焊件之間的空氣在引弧電壓作用下電離，發(fā)光發(fā)熱，產(chǎn)生強烈持久的氣體放電現(xiàn)象，形成電弧焊的電弧。圖1 手工電弧焊原理 1-藥皮；2-焊芯；3-氣體保護；4

3、-電??；5-熔池；6-母材；7-焊縫；8-焊渣； 9-熔渣；10-熔滴手工電弧焊的焊接過程：如圖2所示焊接前，把電焊鉗和焊件分別接到手工弧焊輸出端的兩極，焊件為一個電極，焊條為另一個電極。電弧在焊條和焊件之間形成，通過外加電壓燃燒。在電弧熱作用下，焊件和焊條的焊芯熔化共同形成熔池。在電弧熱的作用下，涂敷于焊芯外面的焊條藥皮會分解產(chǎn)生CO2、CO、H2等保護氣體，阻止空氣與熔池的接觸。藥皮在電弧焊熱的作用下，生成熔渣，浮于熔池表面，對其起保護作用，凝固后在焊縫表面結(jié)成渣殼。也就是說，手工電弧焊時，焊接熔池的保護是氣體和熔渣的聯(lián)合保護。液態(tài)金屬和液態(tài)熔渣之間還進行脫氧、去硫、去磷、去氫和滲合金金屬

4、等復雜的冶金反應，從而使焊縫金屬具有合適的化學成分。焊接過程中，藥皮不斷地分解、熔化而生成氣體及熔渣，保護焊條端部、電弧、熔池及其附近區(qū)域，防止大氣對熔化金屬的有害污染；焊芯在電弧熱作用下不斷熔化，進入熔池，成為焊縫的填充金屬。圖2 手工電弧焊焊接過程 1-焊件；2-焊條；3-焊鉗；4-電焊機；5-焊接電?。?-熔池；7-焊縫三、實驗儀器、設備及材料1.設備及工具：手工電弧焊機一臺，焊接工作臺一臺；2.材料：普通碳鋼板若干，普通薄鋼板若干，碳鋼焊條若干。四、實驗內(nèi)容及步驟1.實驗教師先使用有藥皮焊條焊接一條直縫，觀察焊縫的焊后狀態(tài)；2.實驗教師再將一支焊條的藥皮完全去除，在與 “1”同樣條件的

5、金屬焊件上進行一條直縫焊接，觀察焊縫的焊后狀態(tài)； 3.在實驗老師指導下，學生實際操作上述 “1”、 “2”。 五、實驗數(shù)據(jù)及實驗結(jié)果1.完整記錄焊接實驗過程； 2.對比分析有藥皮與無藥皮焊條對被焊接金屬焊縫表面狀態(tài)的影響；3.電弧焊的特點及應用范圍？ 六、思考與討論 1.討論焊條藥皮的作用？ 2.影響電弧焊焊接質(zhì)量的主要因素有哪些？ 七、實驗安全紀律1.在沒有得到指導老師同意之前，不得隨意觸動相關(guān)設備的電源部分、以防觸電或損壞設備。2.進入實驗區(qū)域后，應注意腳下有否電線，并確認是否帶電，如果帶電應及時告知實驗老師，防止實驗事故發(fā)生； 3.手工電弧焊焊接實驗過程中，學生必須在實驗老師的示范下，持

6、拿防護罩，以免發(fā)生焊接電弧灼傷眼睛，焊渣飛濺燙傷面部、手部及其他身體部位； 4.焊接件焊接完畢后，不得立即用手觸碰，防止燙傷； 實驗二 碳鋼和鑄鐵的手工電弧焊工藝實驗手工電弧焊屬于焊接方法中熔化焊的一種，是將兩個分離的金屬，在接頭處局部加熱或加壓，或者加熱時同時又加壓、熔化、冷卻后凝固成一個牢固的整體。它是利用電弧熱局部熔化焊件和焊條以形成焊縫的一種手工操作焊接方法。一、實驗目的1、掌握焊接工藝及方法2、了解碳鋼、鑄鐵的焊接性能二、實驗原理焊接是一種連接金屬或熱塑性塑料的制造或雕塑過程。焊接過程中，工件和焊料HYPERLINK 金屬的焊接，按其工藝過程的特點分有熔焊、壓焊和釬焊三大類。熔焊是在

7、焊接過程中將工件接口加熱至熔化狀態(tài)，不加壓力完成焊接的方法。熔焊時，熱源將待焊兩工件接口處迅速加熱熔化，形成熔池。熔池隨熱源向前移動，冷卻后形成連續(xù)焊縫而將兩工件連接成為一體。壓焊是在加壓條件下，使兩工件在固態(tài)下實現(xiàn)原子間結(jié)合，又稱固態(tài)焊接。常用的壓焊工藝是電阻對焊，當電流通過兩工件的連接端時，該處因電阻很大而溫度上升，當加熱至塑性狀態(tài)時，在軸向壓力作用下連接成為一體。釬焊是使用比工件熔點低的金屬材料作釬料，將工件和釬料加熱到高于釬料熔點、低于工件熔點的溫度，利用液態(tài)釬料潤濕工件，填充接口間隙并與工件實現(xiàn)原子間的相互擴散，從而實現(xiàn)焊接的方法。三、實驗儀器、設備及材料1、電焊機2、碳鋼，鑄鐵3、

8、焊條，切割機四、實驗內(nèi)容分組采用電焊機進行碳鋼與碳鋼、碳鋼與鑄鐵、鑄鐵與鑄鐵三種焊接接口方式的焊接實驗。五、實驗步驟及方法了解焊機機械結(jié)構(gòu)、電源及控制系統(tǒng)，熟悉和掌握接線方式、方法，輸入電源。起弧、焊接、手弧。引弧。引弧時，首先將焊條與工件接觸造成短路，然后提起24毫米，使焊條與工件之間形成電弧。運條。電弧引燃后，焊條末端要有三個基本動作，即沿焊條中心線均勻地向下送進，以維持電弧長度；沿焊接方向移動，以形成焊縫；作橫向擺動，以獲得較寬的焊縫。六、實驗報告1. 記錄實驗參數(shù)，簡述焊接工藝過程。2. 觀察焊縫組織，是否存在缺陷，并對其描述。七、思考題1. 結(jié)合實驗過程，討論焊條藥皮在焊接過程中起哪

9、些作用2. 手工電弧焊設備是否允許若干焊接部位同時工作？3. 手工電弧焊常見缺陷的種類及其原因？實驗三 鎢極氬弧焊工藝實驗一、實驗目的1、了解交氬弧焊機的結(jié)構(gòu)組成2、熟悉氬弧焊機的工作原理及使用方法3、練習正確使用鎢極氬弧焊機（不接總電源）二、氬弧焊基本原理氬弧焊是以氬氣作為保護氣體的一種直接電弧熔焊方法，它是利用從噴嘴流出的氬氣在電弧及焊接熔池的周圍形成連續(xù)封閉的氣流，保護鎢極 (或焊絲)和焊接熔池不被氧化，避免了空氣對熔化金屬的有害作用。同時，由于氬氣是惰性氣體，它與熔化金屬不起化學反應也不溶解于金屬，因此，氬弧悍的焊接質(zhì)量較高。氬弧焊按照電極的不同分為熔化電極 (金屬極)和不熔化電極 (

10、鎢極)兩種，見圖1所示，本實驗采用鎢極氬弧焊。 （1）熔化級氬弧焊 （2）鎢級氬弧焊圖1氬弧焊示意圖1-送絲滾輪；2-噴嘴；3-氣體；4-焊絲；5-熔池；6-焊縫；7-鎢級；8-填充焊絲三、實驗儀器、設備及材料1、鎢級氬弧焊機2、碳鋼，不銹鋼，鋁板3、焊絲，切割機四、實驗內(nèi)容掌握手工鎢極氬弧焊的焊接方法五、實驗步驟及方法1. 引弧手工鎢極氬弧焊通常采用引弧器進行引弧。這種引弧的優(yōu)點是鎢極與焊件保持一定距離而不接觸，就能在施焊點上直接引燃電弧，可使鎢極端頭保護完整，鎢極損耗小，以及引弧處不會產(chǎn)生夾鎢缺陷。沒有引弧器時，可用紫銅板或石墨板作引弧板。將引弧板放在焊件接口旁邊或接口上面，在其上引弧，使

11、鎢極端頭加熱到一定溫度后(約1s)，立即移到待焊處引弧。 這種引弧適宜普通功能的氬弧焊機。但是，在鎢極上與紫銅板(或石墨板)接觸引弧時，會產(chǎn)生很大的短路電流，很容易燒損鎢極端頭。2. 收弧收弧方法不正確，容易產(chǎn)生弧坑裂紋、氣孔和燒穿等缺陷。因此，應采取衰減電流的方法，即電流自動由大到小地逐漸下降，以填滿弧坑。一般氬弧焊機都配有電流自動衰減裝置，收弧時，通過焊槍手把上的按鈕斷續(xù)送電來填滿弧坑。若無電流衰減裝置時，可采用手工操作收弧，其要領(lǐng)是逐漸減少焊件熱量，如改變焊槍角度、稍拉長電弧、斷續(xù)送電等。收弧時，填滿弧坑后慢慢提起電弧直至滅弧，不要突然拉斷電弧。當熄弧后，氬氣會自動延時幾秒鐘停氣(因焊機

12、具有提前送氣和滯后停氣的控制裝置)，以防止金屬在高溫下產(chǎn)生氧化。3. 在鋁板上平敷焊1)焊件與焊絲清理 鋁合金材料的表面氧化鋁薄膜必須清除干凈，尤其是焊件接口處。清理方法有兩種：化學清理法：首先用汽油或丙酮去除油污，然后將焊件和焊絲放在堿性溶液中浸蝕，取出后用熱水沖洗，再接焊件和焊絲放在30%50%的硝酸溶液中進行中和，最后用熱水沖洗干凈并烘干。機械清洗法：在去除油污后，用鋼絲刷或砂布將焊接處和焊絲表面清理至露出金屬光澤。也可用刮刀清除焊件表面的氧化膜。2)選擇焊接工藝參數(shù) 選用鎢極直徑2mm，焊絲直徑2mm,焊接電流70100A，氬氣流量67L/min。3)操作方法 電弧引燃后，要保持噴嘴到

13、焊接處一定距離并稍作停留，使母材上形成熔池后，再給送焊絲，焊接方向采用左焊法。焊槍與焊件表面成80左右的夾角，填充焊絲與焊件表面1015為宜，如圖3所示。圖3焊槍、焊件與焊絲的相對位置焊接過程中，焊絲的送進方法有兩種，一種是左手捏住焊絲的遠端，靠左臂移動送進，但送絲時易抖動，不推薦使用。另一種方法是以左手的拇指、食指捏住，并用中指和虎口配合托住焊絲下部(便于操作的部位)。需要送絲時，將彎曲捏住焊絲的拇指和食指伸直，即可將焊絲穩(wěn)穩(wěn)地送入焊接區(qū)，然后借助中指和虎口托住焊絲，迅速彎曲拇指、食指，向上倒換捏住焊絲，如此重復，直到焊完。填充焊絲時，焊絲的端頭切勿與鎢極接觸，否則焊絲會被鎢極沾染，熔入熔池

14、后形成夾鎢。焊絲送入熔池的落點應在熔池的前緣上，被熔化后，將焊絲移出熔池，然后再將焊絲重復地送入熔池。但是填充焊絲不能離開氬氣保護區(qū)，以免灼熱的焊絲端頭被氧化，降低焊縫質(zhì)量。若中途停頓或焊絲用完再繼續(xù)焊接時，要用電弧把起焊處的熔池金屬重新熔化，形成新的熔池后再加焊絲，并與原焊道重疊5mm左右。在重疊處要少添加焊絲，以避免接頭過高。在鋁合金板的長度方向焊接平敷焊道，焊道與焊道間距為2030mm。每塊焊件焊后要檢查焊接質(zhì)量。焊縫表面要呈清晰和均勻的魚鱗波紋。六、實驗報告1. 陳述氬弧焊焊接時，焊接工藝制定的要點；2. 分析氬弧焊焊接時，規(guī)范參數(shù)對焊縫成型的影響；3. 寫出實驗后的心得體會與建議。七

15、、討論題1. 與一般焊接方法，氬弧焊的優(yōu)點是什么？2氬弧焊焊接過程中，容易出現(xiàn)什么樣的焊縫缺陷？實驗四碳鋼的自動埋弧焊工藝實驗自動埋弧焊機是指采用熔劑層下自動焊接的設備，它配用交流焊機作為電弧電源，它適用于水平位置或與水平位置傾斜不大于10度的各種有、無坡口的對接焊縫、搭接焊縫和角焊縫。與普通手工弧焊相比，具有生產(chǎn)效率高、焊縫質(zhì)量好，節(jié)省焊接材料和電能，焊接變形小及改善勞動條件等突出優(yōu)點。一、實驗目的要求學生了解埋弧焊的基本原理及操作過程，焊接參數(shù)的設定。觀察電弧電壓及電弧電流對焊縫熔深及熔寬的影響。二、實驗原理1 埋弧焊定義：埋弧焊是以金屬焊絲與焊件（母材）間所形成的電弧為熱源，并以覆蓋在電

16、弧周圍的顆粒狀焊劑及其熔渣作為保護的一種電弧焊方法。埋弧焊是機械化焊接方法，與焊條電弧焊相比，雖然靈活性差一些，但焊接質(zhì)量好、效率高、成本低，是工業(yè)生產(chǎn)中常見的焊接方法之一。2 埋弧焊的焊接過程：顆粒狀焊劑由給送焊劑導管流出后，均勻地堆敷在裝配好的工件上，送絲機構(gòu)驅(qū)動焊絲連續(xù)送進，使焊絲端部插入覆蓋在焊接區(qū)或焊接頭的焊劑中，在焊絲與焊件之間引燃電弧。電弧熱使焊件、焊絲和焊劑熔化，以致部分蒸發(fā)，金屬和焊劑的蒸發(fā)氣體形成了一個氣泡，電弧就在這個氣泡內(nèi)燃燒。同時熔化的焊劑浮到焊縫表面上形成一層保護熔渣。熔渣層不僅能很好地將空氣與電弧和熔池隔離，還能屏蔽有害的弧光輻射。隨著電弧的遠移，熔池結(jié)晶為焊縫，

17、熔渣凝固為渣殼，未熔化的焊劑可回收再用。3埋弧焊的特點：（1）優(yōu)點：焊縫質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高、節(jié)省焊接材料和電能、改善勞動條件。（2）缺點：施焊位置受限制、不適合焊接易氧化的金屬材料、不適于焊接薄板和短焊縫。4埋弧焊對外電源的要求：埋弧焊可使用交流電流也可使用直流電流，而且為大電流，一般在6002000A，且須用具有下降外特性的電源。5應用：埋弧焊以其焊縫質(zhì)量高、熔敷速度快、熔深大以及機械化程度高等特點，特別適用于中厚板大型構(gòu)件及管道的縱、環(huán)縫焊接，且為相對熔池水平的焊接6焊接規(guī)范：（1）電壓、電流（2）焊接速度（3）焊絲直徑及伸出程度（4）焊劑一等。三、實驗儀器、設備及材料1. 多特性弧焊整流

18、器 1臺2. 鋼板試件 若干3. 焊絲H08A 1盤4. 焊劑HJ431 一袋5. 砂紙、鐵刷 1把6. 自動埋弧焊裝置四、實驗內(nèi)容熟練安裝焊絲并正確調(diào)整埋弧焊焊接規(guī)范，操作焊接小車進行埋弧焊，觀察電弧電壓及電弧電流對焊縫成型的影響。五、實驗步驟及方法1清除工作臺上的殘留溶劑及殘渣。2貼著工作臺放置鋼板焊件。3確定電壓值及焊接速度。4確定焊絲伸出長度，一般為焊絲直徑的1015倍。5調(diào)節(jié)埋弧焊的導電嘴與工件距離，其距離在接觸與非接觸之間。6用鏟子將焊劑均勻地堆敷在焊件上。7將控制板上的按鈕調(diào)節(jié)到焊接處，焊接開始，此時，調(diào)節(jié)所需電壓與電流。8當焊接即將結(jié)束時，按關(guān)閉按鈕，并將焊接按鈕調(diào)到自動按鈕，待離開焊件以后再調(diào)至空擋。9用刷子掃去焊件表面的焊劑，用改錐使其脫離工作臺，用鉗子將其取下放在地上。10敲除焊接處的表面熔渣，然后測量焊縫尺寸，進行缺陷分析。注意事項1.選擇成形較好的焊件并將焊接數(shù)據(jù)記錄。2. 檢查是否有氣孔、夾渣、咬邊等；3. 記錄所選焊