材料成形综合实验指导书2008版.doc

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1、材料成型及控制工程专业综合实验指导书实验一焊条电弧焊工艺1、实验目的与任务（1）比较不同类型焊条的焊接工艺性及对焊缝成形的影响。（2）观察分析低碳钢熔化焊接头金相组织变化情况。（3）分析焊接接头组织变化对机械性能的影响。2、实验原理焊条电弧焊采用的焊条药皮类型有酸性、碱性、纤维素型和金红石型等。不同药皮的焊条在焊接时表现出不同的工艺性。比如，酸性药皮中含有较多的稳弧物质和脱渣物质，易于引弧，电弧稳定，飞溅小，脱渣能力强，焊缝成形美观。但焊缝中氢的含量不易控制，焊缝金属的冲击韧性一般。碱性药皮焊条稳弧物质较少，

2、不易引弧，电弧不稳，易于断弧，飞溅较大，脱渣能力差，焊缝成形也稍差。但焊缝金属中氢含量低，属低氢型焊缝，冲击韧性高。低碳钢电弧焊焊接接头包括焊缝金属、熔合区（熔合线）和热影响区三个主要区域。其中，焊缝金属为液态熔池结晶而成，位于接头断面的中心，其显微组织是典型的柱状晶。熔合区为半熔化的母材结晶和冷却而成，位于焊缝金属两侧，与之紧密相连，焊缝金属的柱状晶“镶嵌”于此。热影响区是母材受到焊接热输入影响产生了组织形态变化的固态区，紧邻熔合区，向着远离焊缝中心的方向分别是过热区、正火区、部分相变区和再结晶区。过热区是

3、母材在焊接时温度处于奥氏体区的高温区，奥氏体严重长大，冷却后得到的组织为粗大的铁素体+珠光体等轴晶，其间夹杂着针状的魏氏组织；正火区是母材在焊接时温度处于奥氏体均匀化的温度区间，在空冷条件下发生相变，相当于进行了一次正火热处理，为均匀细小的铁素体+珠光体等轴晶；部分相变区是母材在焊接时温度处于奥氏体-铁素体两相区的温度区间，一部分铁素体发生了奥氏体相变，冷却后得到组织不均匀的铁素体+珠光体组织；再结晶区是母材在焊接时温度处于再结晶温度区，轧制的带状组织发生了回复和再结晶，成为均匀细小的等轴晶。由于接头各部分组

4、织形态的不同，其力学性能也存在差异，从焊缝中心向两侧测量其硬度，硬度曲线将出现一个峰值，峰值位置位于正火区，说明该区域的力学性能指标较高。3、实验仪器、设备及材料仪器、设备及工具：火焰切割机、刨床、交、直流电弧焊机、电火花线切割机、光学金相显微镜、金相试样抛光机、吹风机、显微硬度计。材料：8～10mm厚Q235钢板、直径4.0mm的J422和J507焊条、4%硝酸酒精溶液、无水酒精、Cr2O3粉末、水、0～5号金相砂纸、呢子布。4、实验步骤（1）取厚8～10mm，宽50mm的Q235钢带，用火焰切割机切割成2

5、00×50mm的板条，简单清理熔渣和氧化皮；（2）用刨床在板条中心加工出纵向V型槽，代替V型坡口，开口角60°，深度6～8mm；（3）分别选用直径4.0mm的J422焊条和J507焊条，采取如表1所示的焊接工艺在V型槽处进行连续焊接，观察并记录电弧稳定性和飞溅情况，清理药皮；表1焊接工艺参数焊条牌号电流极性电流/A电压/V焊接速度/mm/minJ422交流/直流反接17024150J507直流反接15022150（4）观察焊缝成形波纹，测量焊缝成形参数（熔宽和余高），分析产生区别的原因；（5）用电火花线切割机

6、横向切取金相试样，将引弧端和收弧端各25mm舍弃，余下部分切成50×10mm长条；（6）磨制金相试样：依次采用0～5号金相砂纸打磨，用Cr2O3粉与水的混合物作为抛光剂抛光，用4%硝酸酒精溶液浸蚀，用无水酒精冲洗，用吹风机吹干；（7）在光学金相显微镜下观察接头各区域的显微组织形貌，绘制其示意图，标注于温度-组织坐标系中；（8）用显微硬度计从焊缝中心开始，每个1.5mm测量一个硬度值，记录在距离-硬度坐标系中；分析硬度变化的规律及其原因。5、预期结果得出不同类型焊条工艺性、焊缝成形的区别及其原因；手工绘制焊接接

7、头各区域的距离-温度-组织图；绘制距离-硬度曲线，分析硬度变化的原因。实验二焊缝金属中扩散氢的测定1、实验目的与任务（1）了解手工电弧焊时影响焊缝中扩散氢含量的因素。（2）掌握甘油法测定扩散氢含量的方法。2、实验原理氢对焊接接头的影响极大。氢不仅能在焊缝中生成气孔，而且是裂纹产生的主要原因之一。所致裂纹常有延迟性，往往使焊件在工作一段时间后开裂，因此其危险性更大。氢也引起金属的微裂等，虽然这些微观缺陷不致于导致焊件的破坏，但却能明显地降低金属的强度、屈服极限、冲击韧性、延伸率等，尤其对疲劳强度有较大的影响。因

8、此控制焊缝中的氢含量对于提高焊缝质量有着重要的意义。虽然焊缝的氢对焊缝的质量影响较大，但扩散氢的含量却很少（每100克金属中最多含几十毫升），通常采用气体液法把扩散氢收集到一个密闭的集气管内测量，由金属表面扩散逸出的微小氢气必须通过收集介质浮升到集气管顶部，为使氢气泡通过介质时不至于对测量的氢有影响，必须要求收集的介质具有一定的物理和化学性能，要求是：对氢气的溶解度较小，具有低的蒸汽压力，化学稳定性