焊接成形过程中热循环测定试验最终

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1、材料成形工程试验课实验四焊接成形过程中的热循环测定实验一、实验目的1．掌握热电偶法测量焊接接头热循环的方法。2．认识焊接接头热循环的特征，弄清其与接头组织的对应关系3．深入理解热电偶法测量焊接接头热影响区的热循环，能够验证有限元模型的正确性，从而获得焊缝区的热循环。4．深刻领会熔化焊焊接过程特点。二、实验原理熔化焊是焊接技术中的主要焊接方法，广发应用于工业生产中。在熔化焊焊接过程中，在热源的热作用下焊接接头的金属均经历常温状态升温到一定温度后，然后再逐渐冷却到常温的过程。焊接接头经历的热过程决定接头的组织特征，控制接头的

2、力学性能。弄清接头的热循环特征有助于理解接头的形成过程和形成机理。焊接接头包括焊缝、热影响区以及母材区。图1表示了焊件横截面上各区域温度的变化情况。在焊接时各部分和焊缝距离不同而受热不均匀，导致不同位置的点所经历的焊接热循环是不同的（即被加热的最高温度不同），而且焊接后的冷却速度也不同。因此，各部分组织与性能变化也不同。图1焊接接头各区热循环特征本实验采用预埋热电偶方法测量焊接过程中的热循环。实验材料为低碳钢，热电偶为K型热电偶。热点偶测温原理为两种不同成分的材质导体组成回路，当两端存在温度梯度时，回路中产生电流，两端产

3、生电动势。实验中将K型正负极打成节点，节点的其余部分不允许发生接触，否则导致测量失败。K型热电偶的正极为NiCr合金为绿色，负极为NiSi合金为灰色。NiSi合金有磁性。热电偶只能放在接头的未熔化的区域即热影响区。热电偶不能放在焊缝区，否则热电偶被热源熔化而无法测温。测量焊缝温度可用红外线测温。红外线测温仅能测量熔池表面的温度。而熔池有一定的高度，如图2所示。因而，采用红外线的方法无法准确测温。目前，均采用有限元法建立热源模型，划分网格、带入边界条件，即可获得接头的热循环。利用有限元软件提取热影响区的热循环。同时采用热电

4、偶测量接头热影响区的热循环。将热影响区热电偶测量结果和热影响区模拟结果对比。如果误差在5%范围内，表明模型正确，模拟结果可靠。因而，焊缝区的模拟结果也是准确的。试验中将热电偶一端连接在测温仪表上，另一端埋入被焊工件的热影响区。根据不同的焊接方法，热电偶的间距不同。本实验中采用激光焊接，热电偶的间距为1mm。测温仪表的刻度上第一排表示焊接过程节点的电位差，单位为毫伏；第二排为温度，一大格表示100℃(仪表上标有100×)。试验中用的激光焊机为YAG固体激光焊机。固体激光焊机工作状态为脉冲工作方式，否则激光棒连续工作因热应力

5、过大而发生破坏。激光焊机的参数有电流比例、脉宽、频率，激光焊接的速度。三、实验设备及器材1．施焊设备及器材(固体激光焊机、面罩)。2．测温的温度传感器K型热电偶、3．绝缘胶带。3．测温的仪表。4．砂轮切割机一台。5．钳工工具一套。6．秒表。7．角磨机(打磨工件)。8．棉花若干，乙醇或丙酮一瓶。四、实验方法与步骤1.切割被焊工件，工件的尺寸为200×100×10mm。材质A3钢板(Q235)。采用角磨机将被焊工件上的氧化物打磨干净。2．采用保护胶带将K型热电偶的两极打成节点，另一端连接在测温仪表上。采用绝缘胶带将两极接线柱

6、和节点之间的部分包裹起来，防止两极接触形成新节点。3．将热电偶的节点埋入被焊接工件的焊接热影响区中，固定，节点位置应紧邻焊缝。4.采用有机溶剂乙醇或丙酮，擦拭被焊工件的待焊接处。5.在激光焊机的激光发生器上调整焊接参数。试验中采用的参数为电流40%，脉宽0.5，频率20。6.在激光焊机的工作台的操作面板上编辑文件。确定焊缝的起始位置。调整手控盒子上的工作平台移动手柄，进行横向、纵向移动(X放向、Y方向)。试验中焊缝为直线。7.聚焦激光光斑。采用激光在被焊工件上打点。调节激光焊机输出端在Z相运动，观察焊点的形貌。当屏幕上的

7、焊点清晰时，停止调整。此位置即为激光焦点。8.在激光焊机的工作台操作面板上调整焊机移动速度。焊接中激光不同，工作台进行X方向的移动。9.准备好面罩，准备焊接。焊接过程中禁止裸眼观察焊接过程。10.焊接过程中一个同学控制时间，每隔一秒记录一次。2个同学同时记录仪表上的温度值。两个测温点分别安排两组学生协作记录数据。11.在激光焊机工作台操作面板上点击开始按钮，进行焊接。图2热循环预埋的位置五、实验报告要求1．明确实验目的。2．画出焊接接头热循环曲线，标出热循环的特征参数(升温速度、最高温度、高温冷却时间、降温速度)。3．解

8、释热电偶测温的原理。4.阐明获得焊缝区热循环的方法及原理。六、注意事项1．激光焊调整参数时其他同学注意发射激光的控制器(黑色的，一般放在地上)的位置，如果在地上提醒操作者捡起来放在不容易触及的位置。防止不注意踩到激光控制器，发射激光，使人体受伤。2．焊接过程中佩戴防护面罩，禁止裸眼观察焊缝。防止激光伤害眼睛。