材料連接原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、材料連接原理實(shí) 驗(yàn) 指 導(dǎo) 書鄒家生 編寫適用專業(yè)： 焊接技術(shù)與工程 江蘇科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院2005年 4 月前 言目 錄實(shí)驗(yàn)1： 焊條配制綜合實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)2： 焊接接頭金相分析11實(shí)驗(yàn)3： 釬料潤(rùn)濕性實(shí)驗(yàn)15附錄1：17附錄2：19附錄3：22實(shí)驗(yàn)1： 焊條配制綜合實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：6實(shí)驗(yàn)類型：（驗(yàn)證、綜合、設(shè)計(jì)）實(shí)驗(yàn)要求：（必修、選修）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募皟?nèi)容焊條藥皮配方是焊條各種性能的決定因素，在生產(chǎn)及科研中，經(jīng)常會(huì)遇到焊條正確、合理地選用和配制問(wèn)題，通過(guò)本實(shí)驗(yàn)要求初步掌握焊條藥皮配方設(shè)計(jì)及制造的工藝過(guò)程，了解焊條藥皮成分對(duì)焊條工藝性能和冶金性能以及對(duì)焊接接頭質(zhì)量的影響。本實(shí)驗(yàn)主要有下面兩

2、個(gè)方面的內(nèi)容：1焊條配制及工藝性能實(shí)驗(yàn)：表1中例舉了結(jié)424（E4302）典型藥皮配方(1)，結(jié)422（E4303）典型藥皮配方（2）、（3）；結(jié)507（E5015）典型藥皮配方（4）、（5）,由常用藥皮的特性，修改配方成分，然后制成焊條，用配制的焊條及成品焊條進(jìn)行工藝性能實(shí)驗(yàn)。焊條工藝性能是衡量焊條質(zhì)量好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。焊條工藝性能包括：焊接電弧的穩(wěn)定性、焊縫成型、脫渣性、飛濺大小、在各種位置上焊接的適應(yīng)性、生產(chǎn)效率、焊條藥皮發(fā)紅程度、發(fā)塵量等，通過(guò)本實(shí)驗(yàn)要初步掌握焊條的配制及工藝性能的試驗(yàn)方法，了解不同種類焊條的工藝性能。2焊條熔敷金屬中擴(kuò)散氫含量實(shí)驗(yàn)：焊接接頭的含氫量是引起高強(qiáng)鋼焊接延

3、遲裂紋的三大因素之一。焊縫金屬中的氫，大部分是以原子或質(zhì)子狀態(tài)存在的，能夠在焊縫金屬的晶格中自由擴(kuò)散，這部分氫稱之為擴(kuò)散氫，影響擴(kuò)散氫含量因素較多，對(duì)其進(jìn)行深入的研究是焊接專業(yè)工作者的重要課題之一。通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，要求初步掌握45甘油測(cè)氫試驗(yàn)方法，了解焊條種類及烘干溫度對(duì)熔敷金屬擴(kuò)散氫含量的影響。二、電焊條制作過(guò)程及涂料機(jī)使用簡(jiǎn)介圖1 TL25型電焊條涂料機(jī)示意圖1焊芯由送絲滾輪帶動(dòng)，以等速向前推進(jìn)經(jīng)導(dǎo)絲管進(jìn)入涂料缸；涂料缸內(nèi)的藥皮涂料在活塞桿的壓力下，通過(guò)涂料頭時(shí)和焊芯粘合并一同被擠出，涂料均勻地涂敷于焊芯上，經(jīng)烘干即成焊條。2焊芯除銹、校直，彎曲的焊芯不得混入，以免發(fā)生故障，3按表1參考配方

4、或自己設(shè)計(jì)的配方，粉料需逐一稱重。要防止重配，漏配。4干粉混拌。把稱重后的粉料倒入盆內(nèi)，攪拌均勻，可用一定規(guī)格的篩網(wǎng)過(guò)篩，至無(wú)明顯粉團(tuán)為止。5濕拌。干粉拌勻后，留下少許，以防太濕，加入水玻璃量為藥粉總重量的20%25%（水玻璃模數(shù)在2.62.8之間，比重為1.41.5）要求干濕拌勻。6上涂料機(jī)壓涂焊條。把拌好的粉料加入料缸并夯實(shí)。旋合料缸與油缸后，開動(dòng)焊絲送進(jìn)機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)，使焊絲露出料缸涂料頭約3050mm時(shí)，停止送絲。7開動(dòng)油泵電動(dòng)機(jī)，操作換向閥手柄使推料桿快速前進(jìn)。當(dāng)推料桿開始擠壓涂料，根據(jù)涂料稠度和成分確定油壓大小，調(diào)節(jié)溢流閥，由小到大；當(dāng)壓力表指針開始抖動(dòng)上升時(shí)，立即啟動(dòng)送絲按鈕，送進(jìn)焊

5、絲。在壓涂過(guò)程中要始終保持送絲暢通無(wú)阻。調(diào)節(jié)溢流閥時(shí)，應(yīng)注意與送絲涂敷速度相配合。如涂料前擁，說(shuō)明送料過(guò)快，溢流閥手輪應(yīng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)減小油量，即減慢推料桿前進(jìn)速度，如焊芯上涂料時(shí)有時(shí)無(wú)，說(shuō)明送料又慢，應(yīng)逆時(shí)針調(diào)節(jié)溢流閥手輪加大油量，使推料桿推料速度加快，直到推料與送絲同步，壓涂出合格的焊條。8涂料壓涂完畢，停止焊絲送進(jìn)，并使推料桿退回。如繼續(xù)壓涂，可重新裝料。如停止涂敷，要旋下料缸前端壓緊螺母，使推料桿前進(jìn)推出涂料頭。及時(shí)清洗涂料頭和料缸，準(zhǔn)備下次繼續(xù)使。9壓涂好的焊條經(jīng)晾干后，放入烘箱內(nèi)烘干。酸性焊條烘干溫度為150，保溫2小時(shí)，堿性焊烘干溫度為350450，保溫2小時(shí)。焊條質(zhì)量檢驗(yàn)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

6、GB5117-85和GB5118-85規(guī)定進(jìn)行。焊條的偏心度對(duì)使用性能關(guān)系較大，是主要檢驗(yàn)項(xiàng)目之一，其規(guī)定如下：偏心度計(jì)算公式：式中：T1焊條橫斷面上藥皮層最大厚度加焊芯直徑； T2同一橫斷面上藥皮層最小厚度加焊芯直徑。規(guī)定：直徑不大于2.5mm的焊條，偏心度不大于7%，直徑3.24.0mm的焊條，偏心度不大于5，直徑等于與大于直徑5mm的焊條，偏心度不大于4。焊條偏心測(cè)量?jī)x介紹焊條偏心測(cè)量?jī)x工作原理：焊條偏心儀由整流器組成環(huán)型電路，電表作為檢流器，下圖為簡(jiǎn)單原理圖：兩線圈L在通過(guò)交變電流后在它周圍產(chǎn)生電磁場(chǎng)，當(dāng)鋼焊條放在這兩個(gè)線圈之間，由于焊條芯為磁性的，而涂料是非磁性的，所以旋轉(zhuǎn)焊條時(shí)，如

7、有偏心，焊芯處于不同的位置，即，這時(shí)，就改變了原來(lái)的電磁場(chǎng)，使開始時(shí)，達(dá)到平衡的電橋失去平衡，電表的指針即向一邊偏轉(zhuǎn)。使用方法：（1）接220V交流電源，根據(jù)被測(cè)焊條焊芯的直徑選擇開關(guān)；（2）調(diào)整表頭的零位（每調(diào)換一種規(guī)格焊條需重新調(diào)整指針的零位）；（3）將測(cè)試焊條放在兩個(gè)測(cè)頭之間緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，使指針一端達(dá)到最大偏轉(zhuǎn)為止，然后繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)焊條，使指針到另一端最大偏轉(zhuǎn)為止，這兩個(gè)最大偏轉(zhuǎn)間的數(shù)值為焊條的偏心值，（電表指示的每一小格刻度為0.01mm）。三、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求本實(shí)驗(yàn)采用開放形式。四、實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)裝備² 焊條配制及工藝性能實(shí)驗(yàn)1. TL-25型25噸電焊條涂料機(jī)，焊條晾干架，烘箱，

8、焊條偏心測(cè)量?jī)x。2. 天平、感量（110g），標(biāo)準(zhǔn)篩網(wǎng)40200目，研缽、量具、量杯、比重計(jì)等。3. 各種藥皮材料，直徑4mmH08光焊芯。4. 試板200×500×10（mm）、250×50×20（mm）低碳鋼板若干塊。5. 市售結(jié)422（E4303）、直徑4mm，結(jié)507（E5015）、直徑4mm以及自制焊條，酸性焊條150、2小時(shí)烘干，自制焊條300400、2小時(shí)烘干。6. 硅整流焊機(jī)、測(cè)量熄弧長(zhǎng)度裝置、電壓表、電流表、秒表、內(nèi)卡、游標(biāo)卡、鋼皮尺、尖嘴鉗、敲渣錘子等。² 擴(kuò)散氫實(shí)驗(yàn)1 試樣尺寸為130×25×12（mm

9、），精度為1mm，四件，試樣預(yù)先作去氫處理：25010加熱68小時(shí)，隨爐冷卻。2 試驗(yàn)焊條為結(jié)422（E4303）、直徑4mm，結(jié)507（E5015）、直徑4mm，結(jié)607（E6015-D）直徑4mm及自制焊條，采取不同烘干溫度烘干。3 擴(kuò)散氫測(cè)定儀、硅整流焊機(jī)、水冷紫銅夾具、焊條自動(dòng)焊小車、電焊條烘干箱、電流表、電壓表、秒表、電吹風(fēng)等。4 酒精、丙酮、天平（感量0.1g）、氣壓表、溫濕度計(jì)等。² 焊條配方表1 焊條藥皮成分配方表 焊條編號(hào)藥粉(g)12345錳鐵7839953赤鐵礦102花崗石108淀粉121金紅石60鈦白粉514鈦鐵礦還原鈦鐵礦53大理石42105431菱苦土21

10、長(zhǎng)石2410云母2711白泥368螢石1549石英94鈦鐵127硅鐵512堿面1纖維素2常用的藥皮材料性能、作用簡(jiǎn)介如下：（1）金紅石（TiO2），呈暗紅或褐紅色，比重為4.264.3，熔點(diǎn)為1825。人造金紅石利用高鈦渣冶煉而成。成分TiO2SPFeOC進(jìn)口天然金紅石960.030.030.5人造金紅石優(yōu)級(jí)品900.030.030.05一級(jí)品870.040.040.06二級(jí)品850.050.050.07金紅石具有穩(wěn)弧和造渣作用，可調(diào)整熔渣的熔點(diǎn)，粘度，表面張力和流動(dòng)性，改善焊縫成型；減少飛濺和咬邊，有利于全位置施焊。因此，藥皮中加入大量金紅石的焊條具有良好的焊接工藝性能,但是價(jià)格較貴。（2)

11、鈦白粉,化工產(chǎn)品，TiO297，主要起造渣和增加涂料的塑性作用，具有穩(wěn)弧和改善熔渣的流動(dòng)性，加入量較多時(shí)，易使焊條施焊時(shí)發(fā)紅，增大飛濺，價(jià)格較貴。（3）大理石（CaCO3），比重為2.62.9，焊條用大理右含CaCO295，主要起造氣與造渣作用。大理石分解產(chǎn)生的CaO是堿性氧化物，能提高熔渣的堿度，增強(qiáng)脫硫、脫磷的能力，提高焊縫金屬抗熱裂性能。大理石分解產(chǎn)生的CO2氣體，增強(qiáng)了電弧氣氛的氧化性，降低電弧氣氛中的氫分壓，有利于焊縫金屬中含氫量的減少。同時(shí)，可排除電弧區(qū)內(nèi)的空氣，防止氮?dú)獾那秩?。CaO增加熔渣的表面張力和熔渣與熔化金屬的界面張力，粗化熔滴影響熔滴的過(guò)渡形態(tài)。（4）菱苦土（MgCO3

12、），比重為2.93.1。焊條用菱苦土含MgCO385。680開始分解。主要起造渣與造氣作用，其次是穩(wěn)弧氧化作用。（5）長(zhǎng)石，KAlSi303或Na，KAlSi3O8屬鋁硅酸鹽，比重為2.52.6。焊條用長(zhǎng)石一般含SiO2：6373，A1203：1724，K2ONa2012，K2O8。主要起造渣作用。它能調(diào)節(jié)熔渣的物理性能和提高熔渣的酸度，有穩(wěn)弧，提高電弧電壓，細(xì)化熔滴，提高熔化系數(shù)的作用。（6）白泥、陶土、粘土、高嶺土，均為含結(jié)晶水的鋁硅酸鹽，含Al2O：41.2%、SiO2：48.0%、H2O：10.8%，比重為2.602.63。主要作用是提高藥皮的涂敷性能和造渣。由于含結(jié)晶水，使焊縫金屬增

13、氫。（7）云母，為層狀結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽，含有K2O+Al2O3+SiO2+H20。主要作用是改善藥皮的涂敷性能和造渣，其次有助于提高電弧穩(wěn)定性。（8）螢石（CaF2），比重為3.18，熔點(diǎn)12701350。按（YB325-81）規(guī)定一級(jí)螢石CaF295%，二級(jí)螢石CaF290%，主要作用是造渣和改善熔渣的物理性能?？山档蛪A性熔渣的熔點(diǎn)、粘度和表面張力，增加熔渣的流動(dòng)性?？蓽p少焊縫金屬中的含氫量，螢石有反電離作用，使電弧燃燒不穩(wěn)定，并產(chǎn)生有毒氣體（可溶性氟）等。（9）赤鐵礦（Fe20392%），主要作用是造渣，也是一種強(qiáng)氧化劑，可使金屬及合金元素激烈燒損。此外，可降低熔渣的熔點(diǎn)和表面張力，增加流動(dòng)

14、性。（10）花崗石，鋁硅酸鹽，主要含有SiO2+Al203+K20+CaO，主要作用是造渣，改善涂敷性能，其次有穩(wěn)弧作用。（11）鈦鐵礦（FeTiO3），呈鐵黑起或鋼灰色，焊條用鈦鐵礦成分：TiO245%，F(xiàn)eO+Fe203。=50%，S0.05%、P0.05%、SiO25%，主要作用是造渣，井增加熔渣的氧化性。同時(shí)，有穩(wěn)弧和調(diào)整熔渣物理性能的作用。（12）還原鈦鐵礦，含TiO2：5358%，F(xiàn)e：3438%，F(xiàn)eO:58，其它氧化物14%，S0.04，P0.04%。由天然鈦鐵礦用碳或一氧化碳作還原劑，在1150左右焙燒而成?？梢源娼鸺t石使用，不但可降低成本，還有利于提高質(zhì)量。（13）纖維素

15、(C6H1005)n，天然有機(jī)高分子化合物，主要作用是造氣，還可改善涂敷性能，提高藥皮強(qiáng)度，使之不易開裂，是電弧氣氛中氫的主要來(lái)源，可降低電弧氣氛的氧化性。（14）淀粉、糊精、木粉為炭氫化合物，主要作用是造氣和改善涂敷性能。（15）水玻璃，俗稱泡花堿，學(xué)名堿金屬硅酸鹽，化學(xué)組成式為：R2OnSi2（R2O代表堿金屬氧化物Na2O和K20）SiO2與R20之間的比值用模數(shù)表示： aSiO2與R20分子量的比值，鈉水玻璃Na2OSiO2·nH2O，a=1.032，鉀水玻璃K2OSiO2·nH20，a=1.562。水玻璃模數(shù)增大時(shí)，其粘結(jié)性增強(qiáng)。焊條用水玻璃模數(shù)一般為2.42.9

16、，比重一般在1.41.5之間。水玻璃加到藥皮中起粘結(jié)作用，當(dāng)鉀、鈉水玻璃混合使用時(shí)，有穩(wěn)弧作用。五、實(shí)驗(yàn)要求² 工藝性能實(shí)驗(yàn)1焊接電弧的穩(wěn)定性。用同一焊機(jī)、同一規(guī)范和同一操作方法，通過(guò)斷弧長(zhǎng)度，斷弧電壓及施焊過(guò)程中的滅弧次數(shù)的測(cè)定加以評(píng)定。（1）斷弧長(zhǎng)度及斷弧電壓的測(cè)定：將焊條垂直裝夾在支架上，焊條下放一塊鋼板，焊條頭與鋼板間隙約為2mm，用碳棒引弧，待焊條熔化到一定弧長(zhǎng)后，即自行斷弧。同時(shí)測(cè)得斷弧瞬間的電壓值。輕輕地去掉渣，測(cè)量焊肉頂部與焊條端的間距，即斷弧長(zhǎng)度。同一種焊條需重復(fù)三次，取其平均值。斷弧長(zhǎng)度越長(zhǎng)（即斷弧電壓越大），說(shuō)明該焊條的電弧穩(wěn)定性能好。（2）滅弧次數(shù)的測(cè)定（包括

17、喘息次數(shù)）：焊條與鋼板成70°傾角，直線運(yùn)條，焊完整根焊條，記錄滅弧次數(shù)。滅弧次數(shù)越多，說(shuō)明該焊條的電弧穩(wěn)定性越差。每?jī)纱未⒄酆弦淮螠缁?。?）再引弧性能測(cè)定：在鋼板上燒焊至焊條1/2處，然后斷弧，間隔一定時(shí)間（分別為1、2、37秒），在另一塊冷鋼板上，使焊條端頭與鋼板輕輕接觸，觀察再引弧情況。以上數(shù)據(jù)填入電弧穩(wěn)定性測(cè)定記錄表內(nèi)（表2、表3）表2 焊條電弧穩(wěn)定性測(cè)定記錄表焊條型號(hào)焊接規(guī)范斷弧長(zhǎng)度及斷弧電壓測(cè)定滅弧、喘息次數(shù)測(cè)定空載電壓（V）焊接電流（A）引弧間隙(mm)斷弧長(zhǎng)度(mm)平均斷弧長(zhǎng)度(mm)斷弧電壓（V）平均斷弧電壓（V）滅弧次數(shù)喘息次數(shù)平均滅弧次數(shù)表3 再引弧試驗(yàn)記

18、錄表焊條型號(hào)空載電壓（V）焊接電流（A）電弧電壓（V）再引弧間隔時(shí)間(s)123456789102評(píng)定脫渣性用規(guī)定的幾種焊條分別在冷鋼板上堆焊一道，施焊5秒后，用敲渣鋃頭在焊縫邊適力地敲一次，根據(jù)脫渣難易，確定脫渣容易、較容易、較難，是否有粘渣。填入焊條工藝性能評(píng)定記錄表（表4）。表4 焊條焊接操作工藝性能評(píng)定記錄表焊條型號(hào)空載電壓（V）焊接電流（A）評(píng) 定 項(xiàng) 目操作應(yīng)手焊縫成型脫渣性飛濺電弧吹力引弧偏吹接頭氣孔熔渣流動(dòng)性3評(píng)定熔渣流動(dòng)性、焊縫成型：通過(guò)上坡焊、下坡焊及寬焊波試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)定。上、下坡焊在有10°傾斜位置的鋼板上，由上往下及由下往上進(jìn)行堆焊、焊條與鋼板傾斜約80

19、6;，直線運(yùn)條。在施焊過(guò)程中，觀察熔渣流動(dòng)性，焊完打渣后，用肉眼或放大鏡觀察焊縫成型。寬焊波是在鋼板上堆焊兩層。第一層焊縫寬度為2025mm，第二層焊縫寬與第一層相當(dāng)。焊完第一層后，試板冷到室溫后再焊第二層。在施焊過(guò)程中觀察熔渣流動(dòng)性，焊完打渣后用肉眼或放大鏡觀察焊縫成型。焊縫成型可分波紋細(xì)致美觀、波紋較細(xì)、較粗和粗四種。4評(píng)定飛濺率將鋼板250×50×20（mm）放在厚5mm的紫銅板上，并用1mm厚的紫銅皮圍成高300mm的橢園屏壁，以便收集飛濺物，焊接規(guī)范要保持一致。在鋼板的側(cè)面進(jìn)行平堆焊，焊完一根焊條。焊前稱出焊條重量，焊后收集飛濺物（熔渣和鐵珠總重量），并稱重，按下

20、式計(jì)算飛濺率。焊三根焊條，取其平均值。5焊條效率，金屬回收率和熔敷系數(shù)的測(cè)定（按GB3731-83進(jìn)行）6平、立、仰焊操作工藝性能評(píng)定。（1） 電弧穩(wěn)定性和電弧吹力大小。（2） 熔渣和鐵水的流動(dòng)性是否配合適宜，運(yùn)條是否自如。（3） 焊縫是否平整美觀。7評(píng)定發(fā)塵量（按GB1225-76試驗(yàn)方法規(guī)定進(jìn)行）根據(jù)實(shí)驗(yàn)時(shí)間的長(zhǎng)短，可選做工藝性能中部分內(nèi)容，但不得少于兩種。評(píng)定項(xiàng)目：（1） 操作應(yīng)手：鐵水與熔渣流動(dòng)性配合適宜，運(yùn)棒自如，電弧穩(wěn)定性好。分好、較好、一般、差四個(gè)等級(jí)。（2） 焊縫成型：分波紋細(xì)致美觀、波紋較細(xì)、較粗、粗四個(gè)等級(jí)。（3） 脫渣性：分容易、較容易、較難（是否有粘渣）。（4） 飛濺：

21、分較小、較大。（5） 電弧吹力：注意觀察焊條藥皮套筒長(zhǎng)短，適應(yīng)平、立、仰焊程度。（6） 偏吹：是否有偏吹，偏吹大小，注意焊條藥皮偏心程度。（7） 引弧：分容易、較容易、較難。（8） 接頭：是否平滑過(guò)渡。（9） 氣孔：有沒(méi)有氣孔，是何種氣孔。熔渣流動(dòng)性：分大、小、適中。（由熔渣表面張力大小、粘度大小和熔點(diǎn)高低決定的）。² 擴(kuò)散氫實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)請(qǐng)參考附錄2的內(nèi)容。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1簡(jiǎn)述配方設(shè)計(jì)的基本要求以及配方調(diào)整的一般規(guī)律。2給出所有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)于工藝性能實(shí)驗(yàn)要進(jìn)行結(jié)果分析，主要是對(duì)于焊條成分引起的結(jié)果變化分析。3在試驗(yàn)報(bào)告上除給出擴(kuò)散氫含量測(cè)定值外，還必須注明如下試驗(yàn)條件：焊條型號(hào)、規(guī)格、

22、烘干條件、焊接電流、極性、焊接環(huán)境溫度及濕度。4實(shí)驗(yàn)的總結(jié)：收獲、體會(huì)和出現(xiàn)的問(wèn)題和解決辦法。七、說(shuō)明1本實(shí)驗(yàn)是一個(gè)綜合性開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，請(qǐng)同學(xué)們?cè)谡J(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)任務(wù)書全部?jī)?nèi)容和復(fù)習(xí)書上的有關(guān)知識(shí)后寫下詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)方案及步驟，在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師批閱通過(guò)后方可進(jìn)行本次實(shí)驗(yàn)。2實(shí)驗(yàn)方案在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行前一周交給實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師批閱。3有關(guān)實(shí)驗(yàn)中的設(shè)備等使用，請(qǐng)參考附件及設(shè)備使用說(shuō)明書。實(shí)驗(yàn)2： 焊接接頭金相分析 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2實(shí)驗(yàn)類型：（驗(yàn)證、綜合、設(shè)計(jì)）實(shí)驗(yàn)要求：（必修、選修）一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?能夠正確分辯低碳鋼、低合金鋼焊縫和熱影區(qū)組織2熟悉維氏硬度計(jì)的使用方法、掌握焊接接頭硬度試驗(yàn)方法。 二實(shí)驗(yàn)原理焊接過(guò)程中，焊接接頭

23、各部分經(jīng)受了不同熱循環(huán)的作用，因而組織也發(fā)生了不同的變化。對(duì)碳鋼的焊接接頭進(jìn)行組織分析時(shí)，可把焊接熱影響區(qū)各部分所經(jīng)受的焊接熱循環(huán)對(duì)照FeC狀態(tài)圖來(lái)評(píng)價(jià)組織轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物，如圖1所示。圖1 焊接熱影響區(qū)不同同溫度范圍與FeC狀態(tài)圖的關(guān)系a）焊接熱影響區(qū)各部分的組織分布 b）FeC狀態(tài)圖（低碳鋼部分） c）焊接熱循環(huán)曲線焊接金屬?gòu)娜廴诘囊合酄顟B(tài)下（1500）凝固結(jié)晶直至冷卻到室溫，有兩類相變過(guò)程，第一類為凝固結(jié)晶轉(zhuǎn)變，發(fā)生于液相線與固相線之間的的溫度區(qū)，稱為一次結(jié)晶轉(zhuǎn)變。第二類轉(zhuǎn)變?yōu)槔鋮s中的轉(zhuǎn)變，稱二次結(jié)晶轉(zhuǎn)變，即重結(jié)晶轉(zhuǎn)變。這種轉(zhuǎn)變一般產(chǎn)生于奧氏體的過(guò)冷，發(fā)生在低于Ar的溫度，隨冷卻速度不同，可以

24、有珠光體轉(zhuǎn)變、貝氏體轉(zhuǎn)變與馬氏體轉(zhuǎn)變。在焊接條件下，這兩類轉(zhuǎn)變發(fā)生在連續(xù)冷卻過(guò)程中，焊接工藝因素對(duì)相變過(guò)程有制約作用；另一方面兩類轉(zhuǎn)變之間存在某種承襲關(guān)系，由于一次結(jié)晶轉(zhuǎn)變的結(jié)晶偏析將對(duì)二次結(jié)晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1C試樣的六個(gè)區(qū)（試樣編號(hào)見(jiàn)表1）a.焊縫區(qū)：焊縫凝固后的組織主要特征之一是形成柱狀晶，其生長(zhǎng)有明顯的方向性，與散熱最快的方向一致，即垂直于熔合線向焊縫中心發(fā)展。對(duì)于常用的焊接結(jié)構(gòu)鋼（如低碳鋼）從液態(tài)到固態(tài)的一次結(jié)晶形成柱狀晶奧氏體，然后進(jìn)一步冷至室溫還要經(jīng)歷二次結(jié)晶過(guò)程，呈柱狀晶的奧氏體在冷卻過(guò)程中分解為鐵素體和珠光體。由于含碳量較低，有先共析鐵素體沿奧氏體晶界析出，把

25、原奧氏體的柱狀晶輪廓勾劃出來(lái)，也稱為柱狀鐵素體。柱狀鐵素體十分粗大，其間隙中為少量珠光體，往呈魏氏組織形態(tài)。b熔合區(qū)：即熔合線附近焊縫金屬到基體金屬的過(guò)渡部分，溫度處在固相線與液相線之間，金屬處于局部熔化狀態(tài)，晶粒十分粗大，化學(xué)成分和組織極不均勻，冷卻后的組織為過(guò)熱組織，呈典型的魏氏組織。上半部是焊縫組織為柱狀結(jié)晶的鐵素體和珠光體。下半部為熱影響區(qū)半溶化段，溫度最高，呈魏氏組織。該區(qū)對(duì)于焊接接頭的強(qiáng)度、塑性都有很大影響，往熔合線附近是裂紋和脆斷的發(fā)源地。c過(guò)熱區(qū)（粗晶粒區(qū)）：加熱溫度范圍TksTm（ Tks為晶粒開始急劇長(zhǎng)大的溫度，Tm為熔點(diǎn)），當(dāng)加熱至1100以上至熔點(diǎn)，尤其在1300以上，

26、奧氏體晶粒急劇粗化、焊后空冷條件下呈粗大的魏氏組織。塑性韌性降低，使接頭處易出現(xiàn)裂縫。d正火區(qū)（細(xì)晶區(qū)）：即相變重結(jié)晶區(qū)。加熱溫度范圍Ac3Tks之間，約為9001100，全部為奧氏體，空冷后得到均勻細(xì)小的鐵素體+珠光體組織，相當(dāng)于熱處理中的正火組織，故又稱正火區(qū)。e部分相變區(qū)（不完全重結(jié)晶區(qū)）：加熱溫度Ac1Ac3，約750900，鋼被加熱到奧氏體加部分鐵素體區(qū)域，冷卻后的組織為細(xì)小鐵素體+珠光體+部分大塊未變化的鐵素體，晶粒大小不均勻。f母材：溫度在Ac1以下的區(qū)域，組織仍保持母材的原始組織：鐵素體+珠光體。2不同焊接方法過(guò)熱區(qū)金相組織比較（G試樣與H試樣比較）。3焊接方法相同、鋼板厚度相

27、同而焊接規(guī)范不同時(shí)過(guò)熱區(qū)金相組織比較（E試樣與G試樣比較）。4焊接規(guī)范相同，鋼板厚度相同，而材料不同（A3與16Mn）時(shí)過(guò)熱區(qū)金相組織比較。5焊接接頭硬度試驗(yàn)。表1試樣編號(hào)板厚mm材料焊接規(guī)范焊接方法焊接電流A電弧電壓V焊速（cm/s）A256203393埋弧自動(dòng)焊B1616Mn49042105埋弧自動(dòng)焊C16A349042105埋弧自動(dòng)焊D16A3150160222428手弧焊E6A3150160222450手弧焊F1616Mn150160222427手弧焊G6A3150160222424手弧焊H6A3氣焊四實(shí)驗(yàn)方法指導(dǎo)1實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備1）金相試樣若干（如表1所示）2）金相顯微鏡3）維氏硬度

28、計(jì)2實(shí)驗(yàn)步驟1）用金相顯微鏡觀察試樣：先用低倍（80100倍）觀察整個(gè)焊接接頭組織變化的特點(diǎn)；再用較高放大倍數(shù)（500倍）觀察焊縫及熱影響區(qū)各部位顯微組織特征，并畫出下列各區(qū)組織簡(jiǎn)圖。a）畫出C試樣的焊縫區(qū)、熔合區(qū)、過(guò)熱區(qū)、正火區(qū)、不完全重結(jié)晶區(qū)、基本金屬金相組織簡(jiǎn)圖。b）畫出試樣G（手弧焊）與試樣H（氣焊）過(guò)熱區(qū)金相組織簡(jiǎn)圖。c）畫出試樣E與試樣G過(guò)熱區(qū)金相組織簡(jiǎn)圖。d）畫出試樣B（16Mn）與試樣C（A3）的過(guò)熱區(qū)金相組織簡(jiǎn)圖。2）焊接接頭硬度試驗(yàn)采用國(guó)際焊接學(xué)會(huì)（IIW）確定的Hmax的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法。在試樣的中央部分用直徑為4mm的低氫焊條手工堆焊100125mm長(zhǎng)的焊道，電流170+1

29、0A，焊速150+10mm/min，焊前試板的溫度約1525，堆焊后放置之不理2小時(shí)，用機(jī)械方法在焊道中部與焊道垂直方向制取試樣，如圖2所示。圖2 最高硬度試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)試件硬度的位置如b）所示，測(cè)點(diǎn)相距0.5mm，至少要測(cè)10點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)采用HV硬度（載荷5kg），畫出硬度分布曲線。五實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1畫出金相組織簡(jiǎn)圖，并對(duì)金相組織特征加以說(shuō)明2畫出焊接接頭的硬度分布曲線3對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合分析4收獲、體會(huì)和問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)3： 釬料潤(rùn)濕性實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2實(shí)驗(yàn)類型：（驗(yàn)證、綜合、設(shè)計(jì)）實(shí)驗(yàn)要求：（必修、選修）一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握釬料的潤(rùn)濕性試驗(yàn)方法；2能根據(jù)釬料的填縫性試驗(yàn)結(jié)果，分析釬料對(duì)釬焊金屬的潤(rùn)濕能力。二

30、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料1箱式電爐2純鋁板 2×100×30 若干3釬料 AlSi 117 絲狀 直徑24釬劑 QF201 粉狀5鐵絲、鐵鉗、試樣墊板、砂紙等三實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介1適用范圍釬料的潤(rùn)濕性試驗(yàn)是為檢驗(yàn)釬料在釬焊金屬上的鋪展性及毛細(xì)填縫性而制定的試驗(yàn)方法，它適用于各類軟、硬釬料的鋪展性及毛細(xì)填縫性的評(píng)定。2試樣將試板（純鋁板）用砂紙打磨干凈，要求表面光潔、平整。用細(xì)鐵絲綁扎試板，固定為“T”型接頭（角焊縫）。a)釬料、釬劑釬料用砂紙打磨，并用軟布擦拭干凈，剪切成約10小段，取4小段壘置于“T”型接頭試樣的一端；釬劑的用量必須覆蓋住釬料，其熔化后足夠填滿釬縫間隙。b)加熱裝置加熱裝置為

31、箱式電爐，爐堂中有一定的均溫區(qū)，試件應(yīng)用墊塊墊高，置于爐堂中心。四實(shí)驗(yàn)步驟a)設(shè)定爐溫根據(jù)釬料的液相線溫度，加50，設(shè)定爐溫（58050630）。加熱爐堂。b)爐中釬焊達(dá)到設(shè)定溫度后，試件置于試樣墊板上，整體放進(jìn)爐堂墊塊上。再次達(dá)到設(shè)定溫度后記時(shí)，約90秒后應(yīng)常觀察試樣上釬料情況，一旦熔化鋪展，就立即取出。c)試樣處理試樣連墊板一起出爐，出爐時(shí)應(yīng)避免抖動(dòng)，平穩(wěn)放置于鐵臺(tái)上。待釬料完全凝固后，用水沖掉表面釬劑殘?jiān)?。冷卻后測(cè)量釬料的填縫長(zhǎng)度。五實(shí)驗(yàn)報(bào)告1)實(shí)驗(yàn)名稱2)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?)實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料4)實(shí)驗(yàn)用母材、釬料、釬劑母 材釬 料釬 劑牌 號(hào)材 質(zhì)厚 度牌 號(hào)形 狀 規(guī) 格5)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果試樣編

32、號(hào)釬料用量（克）設(shè)定爐溫（）保溫時(shí)間（秒）入爐時(shí)間（秒）出爐時(shí)間（秒）填縫長(zhǎng)度（）6)結(jié)果分析和討論附錄1：GB5117-85碳鋼焊條中碳鋼焊條的簡(jiǎn)要說(shuō)明（參 考 件）本附錄作為碳鋼焊條標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)藥皮類型的解釋，并為用戶選擇焊條提供參考。A1 E4301、E5001型焊條 這兩類焊條為鈦鐵礦型。藥皮中含鈦鐵礦大于或等于30，浴渣流動(dòng)性良好，電弧稍強(qiáng)，熔深較深，渣覆蓋良好，脫渣容易，飛濺一般，焊波整齊。這種藥皮類之可變幅度較大，可配制出具有不同工藝性能特點(diǎn)的焊條。這類焊條適用于全位置焊接，焊接電流為交流或直流正、反接，主要焊接較重要的低碳鋼結(jié)構(gòu)。A2 E4303、E5003型焊條這兩類焊條為鈦鈣

33、型。藥皮中含30以上的氧化鈦和20以下的鈣或鎂的碳酸鹽礦。熔渣流動(dòng)性良好，脫渣容易，電弧穩(wěn)定，熔深適中，飛濺少，焊波整齊。這類焊條適用于全位置焊接，焊接電流為交流或直流正、反接，主要焊接較為重要的低碳鋼結(jié)構(gòu)，A3 E4323型焊條該焊條為鐵粉鈦鈣型。熔敷效率高，適用于平焊，平角焊，藥皮類型及工藝性能與E4303基本相似，焊接電流與E4303一樣。這類焊條主要焊接較重要的低碳鋼結(jié)構(gòu)。A4 E4310型焊條該焊條為高纖維素鈉型。藥皮中約含30左右的纖維素及其它材料，如氧化鈦、錳鐵及鈉水玻璃等。焊接時(shí)有機(jī)物在電弧區(qū)分解產(chǎn)主大量的氣體，保護(hù)熔敷金屬。電弧吹力大，熔深較深，熔化速度快，熔渣少，脫渣容易，

34、飛濺一般，通常限制采用大電流焊接。這類焊條適用于全位置焊接，焊接電流為直流反接，主要焊接一般的低碳鋼結(jié)構(gòu)，如管道的焊接等，也可用于打底焊接。A5 E4311、E5011型焊條這兩類焊條為高纖維素鉀型。藥皮在與E4310型焊條藥皮相似的基礎(chǔ)上添加了少量的鈣與鉀的化合物，電弧穩(wěn)定。焊接電流為交流或直流反接。當(dāng)采用直流反接焊接時(shí)，熔深淺，其它工藝性能與E4310相似，適用于全位置焊接。這類焊條主要焊接一般的低碳鋼結(jié)構(gòu)。A6 E4312型焊條這焊條為高鈦鈉型，藥皮中含氧化鈦約30左右，還含有少量的纖維素、錳鐵、硅酸鹽及鈉水玻璃等，電弧穩(wěn)定，再引弧容易，熔深較淺，碴覆蓋良好，脫渣容易，焊波整齊，適用于全

35、位置焊接，焊接電流為交流或直流正接，但熔敷金屬塑性及抗裂性能較差，這類焊條主要焊接一般的低碳鋼結(jié)構(gòu)，薄板結(jié)構(gòu)，也可用于蓋面焊。A7 E4313型焊條該焊條為高鈦鉀型，藥皮在與E4312型焊條藥皮相似的基礎(chǔ)上采用鉀水玻璃作粘結(jié)劑，電弧比E4312穩(wěn)定，工藝性能、焊縫成型比E4312好。這類焊條適用于全位置焊接，焊接電流為交流或直流正、反接，主要焊接一般的低碳鋼結(jié)構(gòu)，薄板結(jié)構(gòu)，也可用于蓋面焊。A8 E5014型焊條該焊條為鐵粉鈦型。藥皮在與E4313型焊條藥皮相似的基礎(chǔ)上添加了鐵粉，熔敷效率較高，適用于全位置焊接，焊縫表面光滑。焊波整齊，脫渣性很好，角焊縫略凸，焊接電流為交流或直流正、反接。這類焊

36、條主要焊接一般的低碳鋼結(jié)構(gòu)。A9 E4324、E5024型焊條這兩類焊條為鐵粉鈦型。藥皮與E5014相似，鐵粉量比E5014多，藥皮比E5014厚，熔敷效率高，適宜平焊和平角焊，飛濺少，熔深淺，焊縫表面光滑，焊接電流為交流或直流正、反接。這類焊條主要焊接一般的低碳鋼結(jié)構(gòu)。A10 E4320型焊接該焊條為氧化鐵型。藥皮中含有多量的氧化鐵及較多的錳鐵脫氧劑，電弧吹力大，熔深較深，電弧穩(wěn)定，再引弧容易，熔化速度快，渣覆蓋好）脫渣性好，焊縫致密，略帶凹度，飛濺稍大。這類焊條不宜焊薄板，而適用于焊接平焊及平角焊，焊接電流為交流或直流正接，主要焊接重要的低碳鋼結(jié)構(gòu)。A11 E4322型焊條該焊條為氧化鐵型

37、。藥皮及工藝性能基本與E4320相似，但焊縫較凸，不均勻，這類焊條適用于高速焊，單道焊，焊接電流為交流與直流正、反接，主要焊接低碳鋼的薄板結(jié)構(gòu)。A12 E4327、E5027型焊條這兩類焊條為鐵粉氧化鐵型。藥皮在與E4320型焊條藥皮基本相似的基礎(chǔ)上添加了大量的鐵粉，熔敷效率浪高，電弧吹力大，焊縫表面光滑，飛濺少，脫渣好，焊縫稍凸。這類焊條適用于平焊、平角焊，焊接電流為交流或直流正接，可采用大電流焊接，主要焊接較重要的低碳鋼結(jié)構(gòu)。A13 E4315、E5015型焊條這兩類焊條為低氫鈉型。藥皮主要組成物是碳酸鹽礦和螢石，堿度較高。熔渣流動(dòng)性好，焊接工藝性能一般，焊波較粗，角焊縫略凸，熔深適中，脫

38、渣性較好，焊接時(shí)要求焊條干燥，并采用短弧焊。這類焊條可全位置焊接，焊接電流為直流反接。這類焊條的熔敷金屬具有良好的抗裂性和機(jī)械性能，主要焊接重要的低碳鋼結(jié)構(gòu)，也可焊接與焊條強(qiáng)度相當(dāng)?shù)牡秃辖痄摻Y(jié)構(gòu)。A14 E4316、E5016型焊條這兩類焊條為低氫鉀型。藥皮在與E4315和E5015型焊條藥皮基本相似的基礎(chǔ)上添加了穩(wěn)弧劑，如鉀水玻璃等，電弧穩(wěn)定，工藝性能、焊接位置與E4315和E5015型焊條相似，焊接電流為交流或直流反接。這類焊條的熔敷金屬具有良好的抗裂性能和機(jī)械性能，主要焊接重要的低碳鋼結(jié)構(gòu)，也可焊接與焊條強(qiáng)度相當(dāng)?shù)牡秃辖痄摻Y(jié)構(gòu)。A15 E5018型焊條該焊條為鐵粉低氫型。藥皮在與E501

39、5和E5016型焊條藥皮基本相似的基礎(chǔ)上添加了約2540的鐵粉，藥皮較厚，焊接電流為交流或直流反接，焊接時(shí)應(yīng)采用短弧，這類焊條適用于全位置焊接，但角焊縫較凸，焊縫表面平滑，飛濺較少，熔深適中，熔敷效率較高，主要焊接重要的低碳鋼結(jié)構(gòu)，也可焊接與焊條強(qiáng)度相當(dāng)?shù)牡秃辖痄摻Y(jié)構(gòu)。A16 E5048型焊條該焊條為鐵粉低氫型。具有良好的向下立焊性能。其它方面與E5018型焊條一樣。A17 E4328、E5028型焊條這兩類焊條為鐵粉低氫型。藥皮與E5016型焊條相似，而且添加了大量的鐵粉，藥皮很厚，熔敷效率很高，只適用于平焊、平角焊，焊接電流為交流或直流反接。這類焊條主要焊接重要的低碳鋼結(jié)構(gòu)，也可焊接與焊條

40、強(qiáng)度相當(dāng)?shù)牡秃辖痄摻Y(jié)構(gòu)。附錄2：GB3965-83 電焊條熔敷余屬中擴(kuò)散氫含量的測(cè)定方法本標(biāo)準(zhǔn)適用于手工電弧焊藥皮焊條（以下簡(jiǎn)稱焊條）熔敷金屬中擴(kuò)散氫含量的測(cè)定。1 試驗(yàn)原理被試驗(yàn)的焊條在試樣上熔敷一條單道焊縫后，迅速冷卻，置于45甘油介質(zhì)中48h，從收集器上讀出擴(kuò)散氫體積，最后換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下每100g熔敷金屬中擴(kuò)散氫含量（ml）。2試驗(yàn)裝置2.1焊接夾具用紫銅制成。焊接時(shí)夾具應(yīng)通水冷卻并保證夾具與試樣能緊密接觸。2.2測(cè)定裝置測(cè)定裝置如圖所示，在使用前應(yīng)在甘油浴的不同部位進(jìn)行溫度測(cè)量。測(cè)量誤差為45±1。也可以使用其它形式的測(cè)定裝置，但須保證如下要求：a收集液為甘油；b在收集過(guò)程中，甘油必須恒溫在45±1。2.3收集器收集器的刻度為0.02ml