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1、试验一 金属焊接性实验一、实验学时 本实验 2 学时。 二、实验目的 1掌握材料可焊性的概念； 2能正确使用实验手段分析材料可焊性的好坏； 3学会使用主要焊接设备和仪器。 三、实验材料 实验材料可选择 Q235，16Mn，1Cr18Ni9Ti，手工电弧焊焊条可选择E4303(J422)，二氧化碳可选择 H08Mn2Si 焊丝。 四、实验设备及仪器 手工电弧焊焊机一台、CO2焊焊机一台；砂轮切割机一台；手动砂轮打磨机一台，计算机控制应力分析仪一台；CNC焊接工作台两台，直缝和环缝自动焊装置一台，视频体式显微镜及金相显微镜两台。 五、实验内容 热裂纹敏感性评定：焊接热裂纹是在高温下形成的，特征是沿
2、原奥氏体晶界开裂。被焊金属材料不同，产生热裂纹的形态，温度区间和影响因素等也不同。因此，热裂纹又分为结晶裂纹、液化裂纹、高温脆化裂纹和多边形化裂纹。 (1) 压板对接（FISCO）焊接裂纹实验方法 分别选择 Q235和 1Cr18Ni9Ti，板材进行直缝焊，板材尺寸和接头如图 1-1。图1-1 FISCO 焊接裂纹实验装置焊接前用螺栓将试板紧固在槽钢架上，依次焊接 4 条长度为 40mm 的实验焊缝，焊缝间距 5-10mm。焊接电流选为 100-120A,焊接速度保持在 100mm/min 左右。焊后检查焊缝及热影响区有无裂纹等缺陷。并用公式（1-1）计算表面裂纹率： 式中：为表面裂纹率（%）
3、，Li为每段焊缝的裂纹长度（mm），L0为 4 条焊缝的长度之和。 (2) 可调拘束裂纹实验法 实验的原理是利用焊缝凝固后期，施加不同的应变，研究产生裂纹的规律。当外加的应变值在某一温度区间超过焊缝金属或热影响区内塑性变形能力时， 就会产生裂纹。 实验装置如图1-2所示。图1-2 可调拘束裂纹实验装置分别选择 Q235、16Mn和1Cr18Ni9Ti，试板尺寸为（3-5）140350，焊接局部约束的直缝焊， 通过手动液压千斤顶调节应力和应变的大小， 当焊接一定的长度时(大约 80mm)，及时将应力和应变施加在试件的上面，应变量可用公式 1-2 计算： S=R0 a/180 （1-2） 式中：S
4、加载压头下降的弧形位移（mm） R0加载压头的旋转半径（mm） a试板的弯曲角。 当快速变形时，应变量可用公式 1-3 计算：分别在不同的作用下，用体式显微镜观察裂纹的数量和长度，获得下列数据： 1）不产生裂纹的最大应变量 2） 某一应变下最大裂纹的长度 Lmax 3） 某一应变下裂纹的总长度Lt 4） 某一应变下裂纹的总条数Nt 通过以上数据分析不同材料裂纹敏感性大小。 六、实验结果分析 将以上实验结果列表如下： 表 1-1 材料焊接性的分析与比较焊件材料焊接方法焊条或焊丝焊接工艺参数表面裂纹率 QQ235-Q235二氧化碳气体保护焊H08Mn2Si100A,100mm/min016Mn-1
5、6Mn二氧化碳气体保护焊H08Mn2Si100A,100mm/min00.71Cr18Ni9-1Cr18Ni9二氧化碳气体保护焊H08Mn2Si100A,100mm/min021Cr18Ni9-16Mn二氧化碳气体保护焊H08Mn2Si100A,100mm/min03（此结果不要）表1-2 焊接热裂纹的分析与比较焊件材料 焊接方法 焊接工艺参数 焊丝 maxLmaxLtNt16Mn 二氧化碳气体保护焊100A,60mm/min H08Mn2Si 1Cr18Ni9 二氧化碳气体保护焊100A,60mm/min H08Mn2Si Q235 二氧化碳气体保护焊100A,60mm/min H08Mn2
6、Si 对实验结果分析对比后回答下列问题： (1) 那些材料好焊？那些材料不好焊？为什么？怎样改善材料的焊接性？ 此题不要(2) 材料焊接时的裂纹敏感性实验方法有什么优缺点？实验二 焊缝设计与工艺实验 一、实验学时 本实验 2 学时。 二、实验目的 1掌握焊缝设计和布置的一般原理； 2能够合理安排焊接顺序； 3能够合理选择焊接规范参数。 4学会使用 CNC 设计焊接工艺和进行焊接工作。 三、实验材料 实验材料可选择 Q235，16Mn，二氧化碳气保护焊可选择 H08Mn2Si 焊丝。 四、实验设备及仪器 二氧化碳气体护焊机一台；计算机控制应力与应变分析仪一台；HJKCK4综合焊接设备一台，视频体
7、式显微镜及金相显微镜两台。 五、实验内容 1平面交叉焊缝的设计和焊接 选用 2 毫米厚度的16Mn钢板，尺寸如图 2-1 所示。用二氧化碳气体保护焊先焊和板（焊缝 2）再将其与板焊接（焊缝 1） ；然后采用先将、和板焊接在一起（焊缝 1） ，再将和板焊接（焊缝 2）的两种方法，焊后用钢丝刷子除去表面赃物。然后在视频体式显微镜下观看焊后裂纹发生的部位。焊接规范参数统一用焊接电流 100 A，焊接速度 0.2M/min, CO2气流量 10L/min,送丝速度 0.1M/min。 图2-1 平面交叉焊缝的设计分析不同的焊缝设计和焊接次序，对焊接应力和裂纹的影响。 2焊接线能量及规范参数的搭配 选用
8、 2 毫米厚度的 16Mn低合金钢板，尺寸如图 2-2 所示。用二氧化碳气体保护焊接，焊接规范参数如表 2-1 所示。用 E=IV电压/V的公式，计算焊接线能量的大小。将焊后的接头，先用钢丝刷子除去表面赃物。然后在视频体式显微镜下观看焊后裂纹发生的部位。表2-1 焊接规范参数的选择焊件号焊接方法焊丝焊接工艺参数焊缝及热影响区质量1二氧化碳气体保护焊H08Mn2SiI=50A,V=150mm/min,Q=10L/min,V丝=1mm/s裂纹在焊趾部位 2二氧化碳气体保护焊H08Mn2SiI=100A,V=150mm/min,Q=10L/min, V丝=1mm/s裂纹在焊趾部位，较少3二氧化碳气体
9、保护焊H08Mn2SiI=150A,V=150mm/min,Q=10L/min, V丝=1mm/s裂纹起源于焊趾，向热影响区扩散4二氧化碳气体保护焊H08Mn2SiI=200A,V=150mm/min,Q=10L/min, V丝=1mm/s裂纹起源于焊趾，向热影响区扩散图2-2 焊接试样根据实验结果分析焊接线能量对焊接质量的影响规律。 六、实验报告 实验报告要求有实验名称，目的，实验步骤和结果分析。实验四 手工电弧焊实验一、实验学时 本实验 2 学时。二、实验目的1. 了解手工电弧焊工作原理及其特点。2. 熟悉并掌握收割电弧焊的设备、典型焊接电路组成和基本操作过程。三、实验原理及其特点手工电弧
10、焊是电弧焊中应用最广泛、最古老的一种焊接方法。焊接时利用焊条端部和被焊接工件间气体放电时所产生的电弧热（电弧温度可高达3600以上）来熔化母材金属和焊条形成熔池，熔池冷凝后便得到牢固的焊接接头。焊条由钢芯（或称焊芯）和药皮两部分组成。钢芯在焊接回路中作为引燃电弧的一个电极，即可传导电流，又可在电弧焊的作用下使钢芯和药皮同时熔化，并以熔滴形式进入熔池，成为焊缝的填充金属；钢芯外围的药皮通常由造渣剂（主要有硅酸盐、钛铁矿和金红石等）、造气剂（主要有碳酸盐、木粉和淀粉等）、脱氧剂（如硅铁、锰铁等）、合金添加剂（如各种合金元素及其铁合金）和稳弧剂（主要有碳酸钾、钾水玻璃和长石等）所组成，在焊接过程中药
11、皮主要起保护作用、冶金作用和改善焊接工艺性能作用。手工电弧焊最突出的优点是设备简单，使用灵活方便，适与任何空间位置和任何形状焊缝的连接，因而至今手工电弧焊仍是生产中的主要方法；但其缺点是焊接生产率低，劳动强度大，焊接质量与焊工技术水平密切相关。熟悉和掌握焊条直径与焊件厚度、焊接电流的关系，可以参考表4-1，表4-2。表4-1焊条直径与焊件厚度的关系焊件厚度（mm）345688焊条直径（mm）2.53.23.24455表4-2焊接电源与焊条直径（低碳钢）的关系焊条直径（mm）2.53.24.05.0焊接电源（A）6080100130160210200270四、实验设备及材料1. 设备：交、直流弧
12、焊电源，焊枪，焊条，清渣锤等。2. 材料：Q235钢板。五、实验内容1. 了解焊机机械结构、电源及控制系统，熟悉和掌握接线方式、方法，输入电源。2. 起弧、焊接、收弧。六、实验结果分析1. 结合实验过程，讨论焊条药皮在焊接过程中起哪些作用？2. 讨论焊接表面缺陷成因、危害及其避免措施。3. 在焊接过程中需要用锤子击打焊缝，这样做的目的是什么？七、实验报告 实验报告要求有：实验名称，目的，内容、步骤和结果与分析。 实验五 CO2气体保护焊工艺实验一、实验学时 本实验 2 学时。二、实验目的 通过本实验进一步了解 CO2气体保护焊的工作过程和焊接中的一些特殊现象，巩固课堂所学的相关概念和原理。 此
13、外CO2气体保护焊的设备和工艺参数的调整方法也进行初步的了解，并掌握一定的实际操作技术。 三、实验设备及材料 1NBC270A型 CO2气体保护焊焊机； 2CO2气体保护焊专用焊枪（一把） 3焊接附具（焊帽、保护服、工具） 4CO2气体（一瓶） 5H08Mn2Si 焊丝（一盘） 四、实验内容 1焊接设备的连接方法，操作要领，安全保护常识，焊接工艺参数的调整方法。 2学生按要求进行实际操作，并完成以下内容： 1）观察送气流量的变化对电弧形态有何影响，并记下笔录。 2）观察短路过渡频率对飞溅量的影响，并记下笔录。 3）学习掌握焊接参数的调整方法，掌握 CO2气体保护焊的基本操作技术。 五、实验结果及分析1、焊接电流、焊接电压、焊接速度对焊缝成形有哪些影响？ 2、焊件开坡口的目的是什么？选择坡口形状时应考虑那些因素？3、CO2 气体保护焊飞溅给焊接过程带来的影响，产生原因及防止办法？六、实验报告内容及要求 实验报告要求有：实验名称，目的，内容、步骤和结果与分析。- 10 -