【導(dǎo)讀】擴(kuò)大和補(bǔ)充知識(shí)，使認(rèn)識(shí)提高到一個(gè)新的水平。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)踐，培養(yǎng)調(diào)查研究的習(xí)慣和工作能力，以實(shí)驗(yàn)分析過程和畢業(yè)論文表達(dá)設(shè)計(jì)的思想和結(jié)果。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，不但要提高解決具體問題的獨(dú)立工作。能力，而且應(yīng)建立正確的設(shè)計(jì)和科研思想，加強(qiáng)思想性，牢固樹立實(shí)事求是和嚴(yán)肅認(rèn)真的工作態(tài)度。要求每個(gè)學(xué)生根據(jù)給定的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目獨(dú)立完成焊材制備，焊接材料、方法及設(shè)備的選擇，焊接操作，論文一份，畢業(yè)設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行答辯。了解焊接結(jié)構(gòu)制造的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)可行性分析和論證，最后確定總體方案，并編制技術(shù)路線圖。明確所用金屬材料的分類及應(yīng)用。各種裂紋、脆化及軟化產(chǎn)生的可能性，種類的焊接設(shè)備可采用不同型號(hào)進(jìn)行試焊，對(duì)焊縫成形的結(jié)果進(jìn)行比較以確定最佳的焊接設(shè)備。應(yīng)闡述整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容，要突出重點(diǎn)和特色，圖文并茂，文字通暢。實(shí)驗(yàn)試樣要符合相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)。

　　

【正文】 一規(guī)格 用砂輪粗磨后的試樣，要依次由 01 號(hào)磨制 05 號(hào)（或 06 號(hào)）。操作時(shí)必須注意： 1) 加在試樣上的力要均勻，使整個(gè)磨面都能磨到； 2) 在同一張砂紙磨痕方向要一致，并與前一道砂紙磨痕方向垂直。待前一道砂紙磨痕完全消失時(shí)才能換用下一道砂紙； 3) 每次更換砂紙時(shí)，必須將試樣、玻璃板清理干凈，以防將租砂粒帶到細(xì)砂紙上。 4) 磨制時(shí)不可用力過大，否則一方面因磨痕過深增加下一道磨制的困難，另一方面因表面變形嚴(yán)重影響 組織真實(shí)性。 5) 砂紙的砂粒變鈍磨削作用明顯下降時(shí)，不宜繼續(xù)使用，否則砂粒在金屬表面產(chǎn)生的滾壓會(huì)增加表面變形。 6) 磨制銅、鋁及其合金等軟材料時(shí)，用力更要輕，可同時(shí)在砂紙上滴些煤 21 油，以防脫落砂粒嵌入金屬表面。 ⑵ 機(jī)械磨 目前普遍使用的機(jī)械磨設(shè)備是預(yù)磨機(jī)。電動(dòng)機(jī)帶鋪著水砂紙的圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)，磨制時(shí)，將試樣沿盤的徑向來回移動(dòng)， 用力要均勻，邊磨邊用水沖。水流既起到冷卻試樣的作用，又可以借助離心力將脫落砂粒、磨屑等不斷地沖到轉(zhuǎn)盤邊緣。機(jī)械磨的磨削速度比 手工磨制快得多，但平整度不夠好，表面變形層也比較嚴(yán)重。因此要求較高的或材質(zhì)較軟的試樣應(yīng)該采用手工磨制。 4． 拋光 拋光的目的是去除細(xì)磨后遺留在磨面上的細(xì)微磨痕，得到光亮無痕的鏡面。拋光的方法有機(jī)械拋光、電解拋光和化學(xué)拋光三種，其中最常用的是機(jī)械拋光。機(jī)械拋光在拋光機(jī)上進(jìn)行，將拋光織物 (粗拋常用帆布，精拋常用毛呢 )用水浸濕、鋪平、繃緊并固定在拋光盤上。啟動(dòng)開關(guān)使拋光盤逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，將適量的拋光液(氧化鋁、氧化鉻或氧化鐵拋光粉加水的懸浮液 )滴灑在盤上即可進(jìn)行拋光，拋光時(shí)應(yīng)注意： 1) 試樣沿盤的往返緩慢移動(dòng)，同時(shí)逆拋 光盤轉(zhuǎn)向自轉(zhuǎn)，待拋光快結(jié)束時(shí)作短時(shí)定位輕拋； 2) 在拋光過程中，要經(jīng)常滴加適量的拋光液或清水，以保持拋光盤的濕度，如發(fā)現(xiàn)拋光盤過臟或帶有粗大顆粒時(shí)，必須將其沖刷干凈后再繼續(xù)使用； 3）拋光時(shí)間應(yīng)盡量縮短，不可過長，為滿足這一要求可分粗拋和精拋兩步進(jìn)行； 4) 拋有色金屬 (如銅、鋁及其合金等 )時(shí)，最好在拋光盤上涂少許肥皂或滴加適量的肥皂水； 機(jī)械拋光與細(xì)磨本質(zhì)上都是借助磨料尖角銳利的刃部，切去試樣表面隆起的部分。拋光時(shí)，拋光織物纖維帶動(dòng)稀疏分布的極微細(xì)的磨料顆粒產(chǎn)生磨削作用，將試樣拋光。 目前，人造金剛石 研磨膏 (最常用的有 W15 W25 五種規(guī)格的溶水性研磨膏 )代替拋光液，正得到日益廣泛的應(yīng)用。用極少的研磨膏均勻涂在拋光織物上進(jìn)行拋光，拋光速度快，質(zhì)量也好。 5． 浸蝕 22 拋光后的試樣在金相顯微鏡下觀察，只能看到光亮的磨面，如果有劃痕、水跡或材料中 的非金屬夾雜物、石墨以及裂紋等也可以看出來，但是要分析金相 , 組織還必須進(jìn)行浸蝕。浸蝕的方法有多種，最常用的是化學(xué)浸蝕法，利用浸蝕劑對(duì)試樣的化學(xué)溶解和電化學(xué)浸 蝕作用將組織顯露出來。純金屬 (或單相均勻固溶體 )的浸蝕基本上為化學(xué)溶解過程。位于晶界處 的原子和晶粒內(nèi)部原子相比，自由能較高，穩(wěn)定性較差，故易受浸蝕形成凹溝。晶粒內(nèi)部被浸蝕程度較輕，大體上仍保持原拋光平面。在明場下觀察，可以看到一個(gè)個(gè)晶粒被晶界 (黑色網(wǎng)絡(luò) )隔開。如圖 119b 所示。如浸蝕較深，還可以發(fā)現(xiàn)各個(gè)晶粒明暗程度不同的現(xiàn)象，如圖 119d 所示。這是因?yàn)槊總€(gè)晶粒原子排列的位向不同，浸蝕后，以最密排面為主的外露面與原拋光面之間傾斜程度不同的緣故。 兩相合金的浸蝕與單相合金不同，它主要是一個(gè)電化學(xué)浸沒過程，在相同的浸蝕條件下，具有較高負(fù)電位的相 (微電池陽極 )被迅速溶解凹陷下去；具有較高正電位的 相 (微電池陰極 )在正常電化學(xué)作用下不被浸蝕，保持原有的光滑平面。結(jié)果產(chǎn)生了兩相之間的高度差。多相合金的浸蝕，同樣也是一個(gè)電化學(xué)溶解過程，原理與兩相合金相同。但多相合金的組成相比較復(fù)雜，用一種浸蝕劑來顯示多種相是難以作到的，只有采用選擇浸蝕法及薄膜浸蝕法等專門方法才行。 化學(xué)浸蝕的方法雖然很簡單，但是只有認(rèn)真對(duì)待才能制備出高質(zhì)量的試樣。將拋光后的試樣用水沖洗同時(shí)用脫脂棉擦凈磨面，然后用濾紙吸去磨面上過多的水，吹干后用顯微鏡檢查磨面上是否有道痕、水跡等。同時(shí)證明未經(jīng)過浸蝕的試樣是無法分析組織的。經(jīng)檢查后合格的試 樣可以放在浸蝕劑中，拋光面朝上，不斷觀察表面顏色的變化。這是浸蝕法。也可以用沾有浸蝕劑的棉花輕輕擦拭拋光面，觀察表面顏色的變化。此為擦蝕法。待試樣表面被浸蝕得略顯灰暗時(shí)即刻取出，用流動(dòng)水沖洗后在浸蝕面上滴些酒精，再用濾紙吸去過多的水和酒精，迅速用吹風(fēng)機(jī)吹干，完成整個(gè)制備試樣的過程 [8]。 6． 金相照片的拍制 拍制金相照片時(shí)，將磨制好的試樣輕放在顯微鏡物鏡上，調(diào)整顯微鏡直到能清晰觀察到試樣顯微組織時(shí)為止，最后對(duì)其進(jìn)行拍照。 最后拍制的金相照片 下面的圖像 焊接接頭的微觀形貌。在顯微鏡下可以 清楚地看到焊縫組織呈 23 現(xiàn)鑄造組織形態(tài) ,有明顯的外延生長特性 ,焊縫中部的晶粒方向幾乎是平行的。焊縫晶粒始于母材晶粒 ,止于焊縫中心。晶粒沿原晶粒方向生長 ,在向焊縫中心生長的過程中生長方向趨于垂直焊縫的上下表面 ,焊縫靠近母材處顯微組織為等軸樹枝晶，晶粒細(xì)小，次外層為柱狀晶，中心為等軸樹枝晶。隨著焊接線能量的增加 ,熱量輸入增加 ,溫度升高 ,散熱速度慢 ,柱狀晶和枝晶變粗。焊縫金相組織為奧氏體 +沿柱狀晶和枝晶晶界分布的鐵素體。 可以看到此處焊縫組織由于熱輸入量大，焊縫柱狀樹枝晶組織粗大，使柱狀晶各向異性明顯， 同時(shí)結(jié)晶時(shí)的成分偏析使柱狀樹枝晶晶界區(qū)成分不均勻，這將導(dǎo)致焊縫中心產(chǎn)生熱裂紋的危險(xiǎn)提高，規(guī)范焊接電流時(shí)的焊縫柱狀晶相比，后者柱狀晶粒相對(duì)較細(xì)小，并且各向異性不太明顯，使最后結(jié)晶時(shí)偏析區(qū)域有所改善，降低了產(chǎn)生熱裂紋的傾向。，大線能量時(shí)由于冷卻速度下降，使焊縫 HAZ區(qū)粗晶區(qū)長大傾向明顯，于是出現(xiàn)了較大的粗晶組織，使 HAZ 區(qū)性能明顯降低，增加了此區(qū)域的危險(xiǎn)性，后者由于熱輸入量相對(duì)小， HAZ 區(qū)粗晶傾向小并且晶粒大小類似于母材，此處性能較好。同時(shí)，由于大線能量時(shí)在 450℃ 850℃敏化區(qū)停留時(shí)間延長，敏化傾向增加，更 易形成貧鉻層。當(dāng)使用小線能量時(shí)，由于冷卻速度下降較快，使 HAZ 區(qū)元素成分及組織明顯不均勻，偏析嚴(yán)重，此處力學(xué)性能下降，結(jié)合強(qiáng)度較小。同時(shí)產(chǎn)生脆性組織傾向增大容易造成脆斷，且偏析區(qū)成分不均勻更易腐蝕。 a b 24 c d e f g h 金相組織分析 在焊接接頭中，情況有所不同。奧氏體不銹鋼的焊接接頭，通常可分為以下 25 幾個(gè)區(qū)域： 焊縫金屬 主要為柱狀樹枝晶，是單相奧氏體組織還是雙相組織，將取決于母材和填充金屬的化學(xué)成分。 過熱區(qū) 加熱超過 1200 的近縫區(qū)，晶粒有明顯的長大。 敏化區(qū) 加熱 峰值溫度在 600— 1000 的區(qū)域，組織無明顯變化。對(duì)開不含穩(wěn)定化元素的 18— 8 鋼，可能出現(xiàn)晶界碳化鉻的析出。產(chǎn)生貧鉻層，有晶問腐蝕傾向。 母材金屬 對(duì)于含穩(wěn)定化元素的 18— 8 鋼，如 1Cr18Ni9Ti 鋼，峰值溫度超過1200 的過熱 區(qū)發(fā)生 TiC 分解量愈大，從而使 穩(wěn)定化作用大為減弱，甚至完全消失。在隨 后的冷卻過程中，由于碳原子的體積很小，擴(kuò)散能力比鈦原子強(qiáng)，碳原子趨于向奧氏體晶界擴(kuò)散遷移，而鈦原子則來不及擴(kuò)散仍保留在奧氏體點(diǎn)陣節(jié)點(diǎn)上。因此，碳原子析集于晶界附近成為過飽和狀態(tài)。 當(dāng)上述過熱 區(qū)再次受到 600— 800 中溫敏化加熱或長期 工作在上述溫度范圍時(shí)，碳原子優(yōu)先以很快的速度向晶界擴(kuò)散。此時(shí)，鉻原子的擴(kuò)散速度雖比碳原子慢，但比鈦原子快，且濃度也遠(yuǎn)比鈦高，因而易于在晶界附近形成鉻的碳化物(FeCr)23C6。溫度愈高， TiC 分解后合金元素碳和鉻的固溶量愈多，碳化物析出量愈大。上述碳化物的鉻、碳含量很高，但晶粒內(nèi)部鉻的擴(kuò)散速度比碳的擴(kuò)散速度慢，所以在形成鉻的碳化物時(shí)，富 集在晶界的碳，與晶粒表層的鉻結(jié)合以后，晶粒中的鉻不能及時(shí)均勻化，致使靠近晶界的晶粒表面一個(gè)薄層嚴(yán)重 缺鉻，鉻的濃度低于臨界值 12%Cr。此時(shí)，奧 氏體晶粒內(nèi)和晶界碳化物由于含 鉻量高而帶正電位，而貧鉻層由于含鉻量低于 12%而帶我，負(fù)電位。如果將這種具備電化學(xué) 腐蝕條件的焊接接頭放入腐蝕介質(zhì)中，帶負(fù)電位的貧鉻層就會(huì)成為被消耗的陽極而遭受腐蝕。 這樣，由于“高溫過熱”和“中溫敏化”這兩個(gè)依次進(jìn)行的熱作用過程，造成了含穩(wěn)定化元素的 188 鋼特殊的晶間腐蝕，這種腐蝕只發(fā)生在緊靠焊縫的過熱區(qū) 3— 5 個(gè)晶粒范圍，在工件表面上較寬，向接頭內(nèi)部逐漸變窄，呈刀形，故又稱“刀蝕”。 預(yù)防措施： ①采用超低碳不銹鋼，含碳量希望小于 %。 26 ②在工 藝上，盡量減小近縫區(qū)過熱，特別要避免在焊接過程中就產(chǎn)生“中溫敏化”的加熱效果。 由此可見，“高溫過熱”和“中溫敏化”是產(chǎn)生刀蝕的必要條件。對(duì)于焊接接頭，“高溫過熱”這一條件是由焊接熱作用過程自然形成的，因此只需要進(jìn)行一次“中溫敏化”處理，就可根據(jù) GB122375 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行晶間腐蝕試驗(yàn)。 27 結(jié)論 本文通過對(duì)奧氏體不銹鋼的焊接，這種鋼的焊接性能是很好的，這種不銹鋼無論在鋼行業(yè)還是化工設(shè)備行業(yè)都是越來越多的被大家使用。這種不銹鋼以及同類的奧氏體不銹鋼將 是以后研究開發(fā)的重點(diǎn)方向。特別在化工設(shè)備行業(yè)中的探冷業(yè)，奧氏體不銹鋼的發(fā)展將直接影響設(shè)備的質(zhì)量。 這種不銹鋼具有良好的低溫和高溫性能，焊接性比較好，但是這種鋼的晶界腐蝕比較嚴(yán)重，所以解決晶界腐蝕已經(jīng)成為現(xiàn)在研究的一個(gè)方向。 從金相組織上來看，奧氏體型不銹鋼是相對(duì)穩(wěn)定的，其中碳化物的析出與其耐蝕性能、高溫強(qiáng)度以及韌性等主要性能密切相關(guān)。在通常作為固溶熱處理溫度1000℃附近，碳的固溶量可達(dá)到最高，但當(dāng)溫度低于 800℃時(shí)固溶量急劇下降而產(chǎn)生碳化物。所以進(jìn)行固溶化處理或焊接后如果冷卻速度過慢，在晶界上會(huì)產(chǎn)生碳化物 ，成為晶間腐蝕的原因。鋼中的碳有活性隨鎳含量的增加而增加，隨鉻含量的增加而減少。也就是說鎳的增加使碳的固溶量減少，鉻的增加使碳的固溶量增加。另外在晶界還析出鉻碳化物，合金添加元素有時(shí)也生成相應(yīng)的碳化物。 28 致謝 通過這一階段的努力，我的畢業(yè)論文《奧氏體不銹鋼的焊接》終于完成了，這意味著大學(xué)生活即將結(jié)束。在大學(xué)階段，我在學(xué)習(xí)上和思想上都受益非淺，這除了自身的努力外，與各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵(lì)是分不開的。 在本論文的寫作過程中，我的指導(dǎo)老師翟愛霞傾注了大量的心血，從選題到開題報(bào)告，從寫作提 綱，到一遍又一遍地指出每稿中的具體問題，嚴(yán)格把關(guān)，循循善誘，在此我表示衷心感謝。同時(shí)我還要感謝在我學(xué)習(xí)期間給我極大關(guān)心和支持的各位老師以及關(guān)心我的同學(xué)和朋友。同時(shí)也感謝我的所有老師三年來對(duì)我學(xué)習(xí)、生活得關(guān)心和幫助。 最后，向我的父親母親致謝，感謝他們對(duì)我的養(yǎng)育之恩。 29 參考文獻(xiàn) [1]《不銹鋼的焊接》丁啟湛、丁成鋼、史春園編 .[M].北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 [2]《合金結(jié)構(gòu)鋼及不銹鋼的焊接》李亞江等編著 .[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2020 年 11月 [3]《金屬材料焊接工藝》李榮雪主編 .[M].機(jī)械 工業(yè)出版社， 2020 年 1 月 [4]《金屬材料學(xué)》伍玉嬌主編 .[M]. 北京：北京大學(xué)出版社， 2020 年 8 月 [5]《 .熔焊原理及金屬材料焊接 》 英若采 主編 .[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 年 5 月 [6]《 焊接工藝設(shè)計(jì)與實(shí)例分析 》 陳裕川 主編 .[M]北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 年 2 月 [7]《焊接方法與設(shè)備》雷世明主編 .[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 年 2 月 [8]《 金相分析技術(shù)實(shí)驗(yàn)教程 》吳興文主編 .[M].武漢： .武漢理工大學(xué)出版社， 2020 年 8 月 30 英文文獻(xiàn) Weld robot application present condition First, I explain the background robots, robot technology development. It should be said it is a mon scientific and technological development of a prehensive results, for the socioeconomic developmen