【正文】 施，避免弧光輻射的河南工業(yè)大學(xué) 4 交叉影響。電焊作業(yè)完畢應(yīng)拉閘，并及時(shí)清理現(xiàn)場，徹底消除火種。如有不能撤離的易燃物品，諸如木材、未拆除的隔熱保溫的可燃材料等，應(yīng)采取可靠的安全措施，如用水噴濕，覆蓋濕麻袋、石棉布等。沒有特殊措施時(shí)，不得在內(nèi)有壓力的壓力容器和管道上焊接。 防止有毒氣體和煙塵中毒 焊條電弧焊時(shí)會產(chǎn)生可溶性氟、氟化氫、錳、氮氧化物等有毒氣體和粉塵，會導(dǎo)致氟中毒、錳中毒、電焊塵肺等，尤其是堿性焊條在容器、管道內(nèi)部焊接更甚。 河南工業(yè)大學(xué) 5 焊接工藝參數(shù)對 Q235 焊接性能的影響 Q235屬于對焊接方法的選 擇無特殊要求，焊條電弧焊、埋弧焊、氣體保護(hù)焊、電渣焊、氬焊等焊接方法均可采用。焊接時(shí)，為保證焊接質(zhì)量，必須選擇合理的工藝參數(shù)，所選定的焊接工藝參數(shù)總稱為焊接工藝規(guī)范。 焊條直徑 焊條直徑根據(jù)焊件的厚度和焊接位置來選擇。立焊、橫焊和仰焊的焊條 應(yīng)比平焊細(xì)。 1）對根部要求均勻焊透的 Ⅰ 形坡口角接、 T 形接、搭接焊縫和背面根部底焊的對接焊縫，焊條直徑可根據(jù)焊件厚度進(jìn)行選用。如在橫焊、立焊焊接時(shí)，很少使用直徑 的焊條。如 T 形接頭、搭接接頭，由于散熱條件比對接接頭好，所以可選用較粗直徑的焊條。 河南工業(yè)大學(xué) 6 5）平焊低碳鋼時(shí) , 焊條的直徑與焊件的厚度有一個(gè)大體的對應(yīng)關(guān)系。其中平焊操作方便，易于保證焊接質(zhì)量，生產(chǎn)率高，應(yīng)盡可能地應(yīng)用。若確需采用這些位置時(shí)，應(yīng)采取一定的焊接措施。 焊接電流和焊接速度 焊接電流是影響焊接接頭質(zhì)量和生產(chǎn)率的主要因素。確定焊接電流時(shí)，應(yīng)考慮到焊條直徑、焊件厚度、接頭型式、焊接位置等因素，其中主要的是焊條直徑。飛濺大； 焊接電流小時(shí)電弧力小， 熔渣與鐵水不易分清?？春笚l熔化狀況：焊接電流大，焊條熔化快而發(fā)紅，焊接電流小容易粘弧。焊接低碳鋼時(shí)，焊接電流和焊條 直徑的關(guān)系可由下列經(jīng)驗(yàn)公式確定： I=（ 30～ 40） d 式中： I 為焊接電流（ A）， d 為焊條直徑（ mm）。 河南工業(yè)大學(xué) 7 焊接速度是指焊條沿焊縫長度方向單位時(shí)間移動(dòng)的距離，它對焊接質(zhì)量影響很大。確定焊接電流和焊接速度的一般原則是：在保證焊接質(zhì)量的前提下，盡量采用較大的焊接電流值，在保證焊透且焊縫成形良好的前提下盡可能快速施焊，以提高生產(chǎn)率。手弧焊時(shí)，當(dāng)被焊工件較?。ò搴瘛?6mm）時(shí)，可采用 I 型坡口，當(dāng)焊件厚度大于 6mm 時(shí)，為了保證焊縫區(qū)焊透，按板厚的不同，需要在接頭處開出一定形狀的坡口。 焊接接頭形式 根據(jù)施焊金屬件的空間位置，常見的焊接接頭型式有：對接接頭、搭接接頭、角接接頭和丁字接頭等。搭接接頭受力時(shí)將產(chǎn)生附加彎矩，而且消耗金屬量大，但不需開坡口，裝配尺寸要求不高。但電弧電壓是由電弧長度來決定的，電弧長則電弧電壓高，反之則低電弧長度是焊條芯的融化端到焊接熔池表面的距離。在焊 接過程中，電弧長短直接影響焊縫的質(zhì)量和成形。電弧短，則經(jīng)常出現(xiàn)短路。電弧長度往往是個(gè)抽象的概念，判斷時(shí)可根據(jù)具體的情況靈活掌握。 河南工業(yè)大學(xué) 9 2 實(shí)驗(yàn)過程 圖 2— 1 實(shí)驗(yàn)流程圖 試驗(yàn)原理 電弧焊作為一種熔化焊，是通過加熱使被焊金屬的聯(lián)接處達(dá)到熔化狀態(tài)，焊縫金屬凝固后實(shí)現(xiàn)金屬的焊接。由圖可知，焊 縫金屬與聯(lián)接處母材具有共晶現(xiàn)象，即熔池金屬的結(jié)晶是從熔合區(qū)母材的半熔化晶粒上開始向焊縫中心成長的。當(dāng)晶體最易長大方向與散熱最快方向一致時(shí)，晶體便優(yōu)先得到成長，有的晶體由于取向不利于成長，晶粒的成長會被遏止。 在圖 22 中顯示，隨著晶粒的成長，熔池中晶粒界面前的濃度過冷和溫度梯度也隨著發(fā)生變化。在焊接熔池的熔化邊界上，溫度梯度 G 較大，結(jié) 晶速度 R 很小，因此此處的濃度過冷最小，隨著焊接熔池的結(jié)晶。 熱影響區(qū)是焊接或切割過程中，材料因受熱的影響（但未熔化）而發(fā)生金相組織和力學(xué)性能變化的區(qū)域。此區(qū)的溫度范圍為固相線至 1100℃，因加熱溫度過高，奧氏體晶粒急劇長大，使其塑性明顯下降，尤其是沖擊韌度下降 20％ 30％，對于 易淬火鋼，此區(qū)脆性更大，是熱影響區(qū)中性能最差的部位。 （ b）細(xì)晶區(qū) 細(xì)晶區(qū)是焊接時(shí)母材被加熱到 1100℃ ～ Ac3 的部位，將發(fā)生重結(jié)晶，將發(fā)生重結(jié)晶，即鐵素體和珠光體全部變?yōu)閵W氏體，然后在空氣中冷卻得到細(xì)小均勻的鐵素體和珠光體，相當(dāng)于熱處理的正火組織。 （ c）熔合區(qū) 熔合區(qū)為焊縫與母材相鄰的部位，又稱半熔化區(qū)，溫度處于液相線與固相線之間。此區(qū)域的范圍很窄，但由于在化學(xué)成分上和組織性能上都有較大的不均勻性，所以對焊接接頭的強(qiáng)度、韌性有很大影響。 （ d)不完全重結(jié)晶區(qū) 加熱溫度 Ac1 Ac3，約 750900℃，鋼被加熱奧氏體 + 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，晶粒大小不河南工業(yè)大學(xué) 12 均勻。 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 鎢極交、直流方波氬弧焊焊機(jī) （焊機(jī)型號 WANBOWSE350）、BM4XDV 倒置金相顯微鏡、維氏顯微硬度計(jì) HV— 1000A、型材切割機(jī)（ J1GDI355）、 250 毫米落地砂輪機(jī)、金相砂紙、金相拋光機(jī)， J422 系列焊條等。由于金屬試樣對一般光線的不透明性，所以要經(jīng)過特殊的制備，使金屬試樣表面既要平整如鏡，又要界限分明，以便在顯微鏡視場中不同程度地反射光源，從而顯示出清晰的圖象。生產(chǎn)中常規(guī)檢驗(yàn)所用試樣的取 樣部位、形狀、尺寸都有明確的規(guī)定。研究夾雜物的類型、材 料的變形程度，晶粒被拉長的程度、帶狀組織等應(yīng)在平行于軋制方向取縱向試樣。 軟材料：可以用鋸、車、刨等加工方法；硬材料：可以用砂輪切片機(jī)切割或用電；火花切割等方法，切割過程中要不斷地 進(jìn)行水冷卻；硬而脆的材料：可以用錘擊方法。 2） 鑲樣 一般情況下，如果試樣大小合適，則不需要鑲樣。一般常采用塑料鑲嵌，鑲嵌材料有膠木粉、聚氯乙烯等，也可以采用機(jī)械鑲嵌法，即用夾具夾持試樣。細(xì)磨即將試樣在金相砂紙上磨，我們 使用的金相砂紙是： 0號（ 320 ＃）； 01 號（ 400 ＃）； 02 號（ 500 ＃）； 03 號（ 600 ＃）；－ 04 號（ 800 ＃），號數(shù)越大 , 砂紙?jiān)郊?xì) ,細(xì)磨時(shí)從最粗的開始磨 ,磨的步驟如下 : 為 了保證磨面平整不產(chǎn)生塌邊和弧度，應(yīng)單方向進(jìn)行。當(dāng)新的磨痕蓋過舊的磨痕 ,更換下一號砂布。以此類推，一直磨到 05河南工業(yè)大學(xué) 15 號。金相拋光一般可分為機(jī)械拋光，電解拋光和化學(xué)拋光。下面介紹機(jī)械拋光機(jī)的工作原理：機(jī)械拋光在金相制樣拋光機(jī)上進(jìn)行，拋光機(jī)主要是由一個(gè)電動(dòng)機(jī)和 被帶動(dòng)的一個(gè)或兩個(gè)拋光盤組成，轉(zhuǎn)速 200～ 600 轉(zhuǎn) /分，拋光盤上鋪以不同材料的拋光布，粗拋時(shí)常用帆布粗拋，細(xì)拋時(shí)常用絨布、細(xì)呢或絲綢。在水中的懸浮液，有時(shí)也在拋光盤上涂以極細(xì)鉆石粉制成 的膏狀拋光劑。拋光時(shí)應(yīng)將試樣磨面均勻地、平 正地壓在旋轉(zhuǎn)著地拋光盤近中心處，壓力不宜過大，并沿盤的邊緣到中心不斷地來回移動(dòng)。 5) 腐蝕 試樣拋光后（化學(xué)拋光除外），在顯微鏡下只能看到光亮的磨面及夾雜物等，要對試樣的組織進(jìn)行顯微分析，試樣還須經(jīng)過腐蝕，常用的腐蝕方法為化學(xué)腐蝕法。實(shí)驗(yàn)中常用的腐蝕劑為 4％的硝酸酒精溶液。硬度測定是機(jī)械性能試驗(yàn)中最簡單、最常用的一種方式，常用的方法為壓 入法。若將硬度測量對象縮小到顯微尺寸以內(nèi)，就稱為顯微硬度試驗(yàn)。轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡，使目鏡對著試樣，緩慢搖動(dòng)右下方手柄直至目鏡內(nèi)出現(xiàn)試樣組織，然后小心搖動(dòng)手柄，以防試樣和物鏡相碰。按下操作界面上的加載按鈕，壓頭自動(dòng)加載、保荷、卸荷，卸荷后目鏡自動(dòng)轉(zhuǎn)回中心位置，這時(shí)目鏡里會出現(xiàn)如圖 28 所示的小菱形，通過目鏡兩邊手柄河南工業(yè)大學(xué) 17 測量菱形的兩條對角線并記錄下來。在具體操作時(shí)，只需按選定的試驗(yàn)力，將測得的對角線長度輸入系統(tǒng)，即可獲得顯微硬度值。但是焊接電流太大時(shí)，飛濺和煙霧大，焊條尾部易發(fā)紅，部分涂層要失效或崩落，而且容易產(chǎn)生咬邊、焊瘤、燒穿等缺陷，增大焊件變形，還會使接頭熱影響區(qū)晶粒粗大，焊接接頭的韌性降低；焊接電流太小，則引弧困難，焊條容易粘連在工件上，電弧不穩(wěn)定，易產(chǎn)生未焊透、未熔合、氣孔和夾渣等缺陷，且生產(chǎn)率低。 焊接電流對硬度的影響 表 32 焊接電流對硬度的影響 直徑 組別 電流 Q235低碳鋼焊接接頭硬度值表（ HV） 焊縫區(qū) 均值 熱影響區(qū) 均值 1 80 2 100 3 120 4 140 144 河南工業(yè)大學(xué) 20 母材 平均硬度為 圖 31 120A 各區(qū)硬度曲線 河南工業(yè)大學(xué) 21 圖 32 不同電流熱影響區(qū)硬度曲線 圖 33 不同電流焊縫區(qū)硬度曲線 上圖中顯示，焊接電流逐漸增大，熔合區(qū)、熱影響區(qū)和焊縫區(qū)硬度 [4]均體現(xiàn)出逐漸增大的趨勢。 Q235焊接接頭組織的影響 母材組織圖 河南工業(yè)大學(xué) 22 圖 34 母材 40倍 圖 36 母材 100倍 圖 36 母材 400倍 上圖為不同放大倍數(shù)下的 Q235 鋼母材的組織圖，塊狀多面體組織為鐵素體 , 黑色多面體組織為珠光體 ,鐵素體和珠光體較為均勻地混合分布著。其生長有明顯的方向性， 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。 由于含碳較低， 由先共析體素體沿 奧氏體晶界析出，把原奧氏體的柱狀晶輪廓勾畫出來，也稱為柱狀鐵素體。若為多層焊接，焊縫二次結(jié)晶 組織變 為細(xì)小鐵素體加少量珠光體。合金鋼二次結(jié)晶的組織，則受到合金元素和 焊接條件的影響而會出現(xiàn)不同的組織一般焊縫中合金元素較多， 淬透性較好或冷卻速度加快時(shí)出現(xiàn)貝氏體 馬氏體組織。 焊縫及熱影響區(qū)各部分由于離焊池距離不同而被加熱到不同的溫度，焊后冷卻時(shí)又以不同的冷速冷卻下來 ,因此使該區(qū)的組織變得復(fù)雜。冷卻速度受材料的導(dǎo)河南工業(yè)大學(xué) 26 熱性、板厚和接頭形狀及鋼板在焊前初始溫度（包括環(huán)境溫度或預(yù)熱溫度） 等因素的影響。 通過一組同學(xué)的對比觀察到的組織隨焊接電流的變大，焊縫區(qū)、熔合區(qū)和熱影響區(qū)組織晶粒度逐漸粗化，由鐵素體逐漸變?yōu)橹楣怏w和魏氏組織。 （ 2）隨著焊接電流增大，焊接接頭同一特征區(qū)的組織由鐵素體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w或者魏氏組織，晶粒度逐漸變粗化。 （ 4）焊條直徑為 120A。這次的課程設(shè)計(jì)并不是很簡單，想要做好，需要查很多文獻(xiàn)，對工藝設(shè)計(jì)有較好的了解。這次的課程設(shè)計(jì)試驗(yàn)和理論相結(jié)合，既提高了自己的動(dòng)手操作 能力，也學(xué)會了很多理論知識， 在焊接基礎(chǔ)和焊接工藝這方面受益匪淺，工藝設(shè)計(jì)和應(yīng)用能力得到很大的提高，我學(xué)到許多課本上沒有的知識，了解到實(shí)踐的重要性， 很感謝老師們的耐心指導(dǎo)。 河南工業(yè)大學(xué) 29 參考文獻(xiàn) [1] 周振豐 ,張文鉞 .焊接冶金與金屬焊接性 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1988． [2] 張文鉞 .焊接冶金學(xué)（基本原理） [M].機(jī)械工業(yè)出版社， 2020,2. 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