焊接技术及自动化实验指导书

PAGE12PAGE焊接技术及自动化专业实验指导书材料成型及控制教研室主编《CBE模式下焊接技术及自动化专业学生实践能力培养体系的改革研究》课题组参编目录一、《金属学及热处理》实验指导书1．实验一金相显微镜的使用及金相试样的制备……………12．实验二铁碳合金平衡组织的显微分析……73．实验三碳钢的热处理………9二、《焊接冶金与金属焊接性》实验指导书1．实验一焊缝金属中扩散氢的测定………132．实验二斜Y型坡口焊缝裂纹实验………173．实验三插销实验…………19三、《焊接结构》实验指导书1．实验一不同焊接参数下平板变形量测量与分析………232．实验二不同焊接方法下平板变形量测量与分析………253．实验三不同焊接位置下平板变形量的分析……………264．实验四焊接变形的矫正…………………27四、《焊接方法与设备》实验指导书1．实验一不同的酸碱度焊条的焊接工艺性………………292．实验二埋弧自动焊焊接…………………323．实验三CO2保护焊焊接参数对焊缝成形的影响…………364．实验四钨极氩弧焊焊接方法……………415．实验五焊条电弧焊实训项目……………43五、《弧焊电源》实验指导书1．实验一弧焊电源外特性和调节性能的测定……………452．实验二弧焊电源的结构认识与观察……483．实验三弧焊整流器的结构认识与观察…50六、《Pro/E造型及模具设计》实验指导书1．实验一基于Pro/EWirdfire设计软件初步练习………522．实验二Pro/E截面草绘功能练习…………533．实验三Pro/E基本成型特征功能练习……574．实验四Pro/E基准特征建模功能练习……615．实验五Pro/E零件建模工程特征功能练习………………636．实验六Pro/E实体特征编辑功能练习……657．实验七Pro/E曲面造型功能练习…………688．实验八Pro/E装配图功能练习……………719．实验九Pro/E工程图功能练习……………7310．实验十基于Pro/E塑料模具设计综合练习……………76七、《快速成型技术及应用》实验指导书1．实验一激光快速成形原理及成型系统观摩……………802．实验二三维实体的STL格式转化及切片………………81八、《金属结构腐蚀与防护》实验指导书1．实验一金属耐腐蚀性能的评定…………83九、《压力焊》实验指导书1．实验一点焊工艺及设备…………………85十、《先进连接技术》实验指导书1．实验一先进连接技术原理及设备观摩…89十一、《焊接检验》实验指导书1．实验一超声波仪器性能的测定…………922．实验二磁粉探伤…………953．实验三着色法无损探伤…………………97十二、《焊接工装及变位机械》实验指导书1．实验一常用焊接工装操作………………99《金属学及热处理》实验指导书实验一金相显微镜的使用及金相试样的制备一、实验目的1.了解普通金相显微镜的构造与使用方法。2.了解金相试样的制备方法。3.学习使用金相显微镜观察金相组织。二、实验仪器、设备和材料1.设备：XJP-3C金相显微镜、M3030砂轮机、PG-2抛光机、吹风机、玻璃板、培养皿、镊子。2.材料：金相试样、砂纸一套、抛光液（Al2O3）、腐蚀剂（4%硝酸酒精溶液）、药棉。三、实验原理在现代金相显微分析中，使用的主要仪器有光学显微镜和电子显微镜两大类。光学显微镜的放大倍数在100～2000这个范围，如果要求更高的放大倍数，只能借助于电子显微镜了。这里仅对常用的光学显微镜作一般介绍。1.显微镜的成像原理。大家都知道，放大镜就是种用一块会聚透镜（凸透镜）把物体放大的一种简单的光学仪器，其成像原理如图1。图1放大镜光学原理图1放大镜光学原理当物体AB置于透镜焦距f以外时，得到倒立的放大实像A‘B’（图I（a）），它的位置在2倍焦距之外。如果物体AB在透镜焦距之内，就可得到一个放大了的正虚像A‘B’（图I（b）），A′B′/AB就是放大镜的放大倍数。由于放大镜到物体之间的距离a近似等于透镜的焦距（a=f），而放大镜到像间的距离b近似相当于人眼的明视距离（250mm），故放大镜的放大倍数为：N=b/a=250/f（1）由（1）式可知，透镜的焦f越短，则放大镜放大倍数越大。一般采用的放大镜焦距在10——100毫米之间，即放大倍数在2.5～25倍之间。如进一步提高放大倍数，将会由于透镜的焦距缩短和表面曲率过分增大而使映象模糊不清。为了得到更高的放大倍数，就要采用显微镜，它的放大倍数可达到1500～2000倍。显微镜是由两组透镜所组成。靠近被观察物体的透镜叫物镜。而靠近人眼的透镜叫目镜。借助物镜和目镜的两次放大，就能将的体放大到很高的倍数（~2000倍），图II所示是在显微镜中得到放大物像的光学原理图。被观察的物体AB放在物镜之前距其焦距略远处，由物体反射的光线穿过物镜。经折射后得到一个放大了的倒立实像A'B'，再经目镜将实像AB放大成倒立虚像A'''B''。这就是人们在显微镜下研究实物时所观察到的经过二次放大后的物像。在显微镜设计时，让目镜的焦点位置与物镜放大所成的实像位置接近，并使最终的倒立虚像在距眼睛250毫米（约是人眼的正常明视距离）处成像，这样就可以看得最为清晰。显微镜质量的好坏，主要取决于：①放大倍数；②透镜的质量；③显微镜的鉴别能力。2.显微镜的放大倍数：图II物镜的放大倍数：N物=L/F1目镜的放大倍数：N目=D/F2显微镜的总放大倍数应为物镜放大倍数与目镜放大倍数的乘积，即：其中：L显微镜的光学筒长度（物镜后焦点与目镜前焦点的距离）。D明视距离（250mm）F1物镜焦距。F2目镜焦距。3.透镜成象的质量单个透镜在成象过程中，由于几何光学条件的限制，映象会变得模糊不清或发生畸变，这种缺陷称为象差。象差主要包括球面明差和色象差。球面差的产生是由于透镜的表面呈球曲形。通过透镜中心及边缘的光线折射以后不能交于一点，而形成几个映象前后分布。有校正球面象差的采用多片透镜组成透镜组，即将凸透镜和凹透镜组合在一起（称为复合透镜），由于两种透镜有性质相反的球面象差，因此可以相互抵消。色象差的产生是由于组成白光的各种不同波长的光线在穿过透镜时折射率不同。这些光在平面上成的象不能集中于一点，而呈现带有彩边的光环。通常采用单色光源（或加滤光片）。也可使用复合透镜来消除色象差。4.显微镜的鉴别能力显微镜的鉴别能力是显微镜也是物镜最重要的特性，它是指显微镜对于试样上最细微部分，能获得最清晰映象的能力。通常用可以辨别的物体上两点间的最小距离d来表示。被分辨的距离越短，表示显微镜的鉴别能力越高。显微镜的鉴别能力可由下式求得：式中：λ——入射光源的波长N﹡A——物镜的数值孔径，表示物镜的聚光能力数值孔径可由下式求出：式中：ŋ——物镜与物体间介质的折射率。Ф——通过物镜边缘的光线与物镜轴线所成的角度。一般情况物镜与物体之间的介质是空气，光线在空气中的折射率ŋ=1，若一物镜的角孔径为60oC，则其数值孔径为：若在物镜与试样之间滴入一种松柏油(ŋ=1.52)，则其数值孔径为：N﹡A=1.52*Sin30°=0.76，可用这种方法提高显微镜的鉴别能力。图2所示为不同介质对物镜聚光能力的比较。图2不同介质对物镜聚光能力的比较物镜的数值孔径与放大倍数一起刻在镜头的外壳上，例如镜头上刻有25/0。50或在65×的下面刻有0.75等数字，这个0.50或0.75即表示物镜的数值孔径。高倍物镜通常都为油浸系，油镜头用“油”（或OIL，OL，HL）或外壳涂一黑圈来表示。图2不同介质对物镜聚光能力的比较四、实验步骤1.XJP-3C金相显微镜的使用XJP-3C金相显微镜是精密、贵重的光学仪器，必须细心谨慎使用，注意做到下列各点：（1）显微镜应放置于平稳的桌面上。（2）在使用显微镜以前必须将手上污物洗净擦干。（3）旋转显微镜支柱上的粗调螺丝或细调螺丝可调节焦距。先放置粗调螺丝，当呈现出模糊的映象时，再转动细调螺丝，直到所观察的象清晰为止。在旋转粗调或细调螺丝时，必须缓慢，不可骤然上升或下降。（4）移动样品的位置，可推移载物盘。（5）物镜或目镜不得用手指或其它粗糙物品接触，其玻璃部分如附有污物应以擦镜低或细绒布抹擦之，但不得使用酒精，以防透镜被溶解。（6）在调节焦距时，应先旋转粗调螺丝降低载物台。使样品很接近物镜，但切勿与之相碰，防止物镜损坏，然后再先后放置粗调和细调螺丝，使载物台缓慢上移，并在目镜中观察图象。（7）显微镜上所装各种部件不得取下。（8）金相样品的观察面不得用手指抚摸。当样品不在显微镜上观察时，应将观察面朝上。2.金相样品制备规程制备显微试样包括取样、磨光、抛光及浸蚀四个步骤。本实验只进行金相样品的磨光、抛光和浸蚀。⑴取样取样时应根据被分析材料或零件的特点。选择有代表性的部分。例如研究零件破裂原因时，应在破裂部位及正常部位取样，进行比较分析。试样最适合的尺寸是直径为12mm，高为10mm的圆柱体或面积为12×12×10mm的长方体。根据材料性质不同，可用手锯、用车床切削、用锤子击碎以及用砂轮切割等方法截取试样。在取样过程中应注意防止试样受热组织发生变化。取得试样后，应将试样表面制成平面，同时边缘要倒成圆角（如分析化学热处理表面组织时则不能倒角）。⑵磨光试样抹平后，须用清水冲洗干净并擦干，然后进行磨光，磨光可用手工或机械两种方法。①手工磨光手工磨光是在不同号数的金相砂纸上进行。砂纸号数由01，02，03，04四种。01砂纸最粗，04号砂纸最细。磨光时所用砂纸从粗到细顺序进行，磨光过程中，磨削压力不宜过大，用力要均匀。在一张砂纸上磨好后，应将试样冲洗干净，然后将试样转90O换细一号的砂纸再磨。这样，又粗到细依次磨削，磨好后将试样洗净，然后在抛光机上抛光。②机械磨光一般是在YM-2A预磨机上进行，即把砂纸用水玻璃粘在预磨盘上使用，试样易从粗砂纸到细砂纸依次分别进行磨光。⑶抛光抛光的目的是除去试样表面的细磨痕，最后得到一个光亮的镜面。抛光分为机械抛光、电机抛光和化学抛光三种方法，其中以机械抛光应用最广。机械抛光是在抛光机上进行。抛光机是由电机和水平抛光盘（直径200~250mm）组成。抛光盘上铺有固紧的抛光织物，抛光钢试样时一般使用细呢绒，抛光铸铁时则使用如帆布、白色的确良等绒毛较短的抛光织物，以防止灰口铸铁中的石墨脱落，抛光铝、镁、铜等有色金属可用细丝绒。在抛光过程中，应不断将抛光也洒在抛光盘上，抛光液是由抛光粉与水配成细的悬浮液。抛光钢和铸铁使用的抛光粉为氧化铝和氧化铬，有色金属等软材料可用细粒度的氧化镁。抛光时压力不宜过大，抛光时间取决于试样表面磨光的质量，一般约为5~15分钟。金相试样经抛光后，其磨面应光亮无痕，且石墨或夹杂物等不应抛掉或有拽尾现象。这时试样先用清水冲洗，在用无水酒精清洗磨面，然后用吹风机吹干。⑷显微试样的浸蚀金相试样经抛光后，在显微镜下观察只能看到光亮的表面和夹杂物、石墨、孔洞、裂纹等。要观察金属的组织，必须经过适当的腐蚀，使显微组织能正确的显示出来。浸蚀方法有化学浸蚀方法和电解法两种。化学浸蚀是将抛光好的试样磨面在化学浸蚀剂(常用酸、碱、盐的酒精或水溶液）中浸润或拭擦一定时间。由于金属材料中各相的化学成分和结构不同，故具有不同的电极电位，在浸蚀剂中就构成了许多微电池，电极电位的相位为阳极而被溶解，电极电位高的相位阴极而保持不变。故浸蚀后就形成凹凸不平的表面，在显微镜下，由于光线在各处的反射清款不同，就能观察到金属的组织特征。纯金属及单相合金浸蚀时由于晶界原子排列较乱，缺陷及杂质较多，具有较多的能量，故晶界易被浸蚀而呈沟壑。在显微镜下观察时，使光线在晶界处被浸射而不能进入物镜，因次显示出一条条黑色的晶界。应当指出，纯金属与单相合金中各个晶粒的成分虽然相同，但由于其原子排列位相不同，也会使磨面上个晶粒的浸蚀程度不一致，在垂直光线照射下，个个经历就呈现出明暗不一的颜色。化学浸蚀剂的种类很多，浸蚀剂的选用是根据试剂材料的性质及浸蚀的目的来决定。对于碳钢及铸钢，最常用的浸蚀剂为4%硝酸酒精溶液或4%苦味酒精溶液。浸湿时，应将试样浸入一盛有浸蚀剂的容器内，并不断的轻微移动。待浸蚀适度后取出试样，迅速用水冲洗，再用无水酒精冲洗，然后用吹风机吹干，其表面须严格保持清洁。浸蚀时间取决于金属的性质、浸蚀剂的浓度以及显微镜下观察时的放大倍数。总之，浸蚀时间以在显微镜下能清晰地揭示出组织的细节为准。若浸蚀不足，可再继续进行浸蚀，但一旦浸蚀过度。试样则需要重新抛光再进行浸蚀。五、实验报告要求：1.说明本次实验的目的；2.简述本次实验的实验原理；3.实验材料与实验内容；4.写出试样制备的实验步骤；5.画出金相试样浸蚀后的显微组织示意图（画显微组织时应选择其典型区域，并抓住其组织特征）。实验二铁碳合金平衡组织的显微分析一、实验目的1.观察和分析铁碳合金（碳钢和白口铸铁）在平衡状态下的显微组织，2.结合课堂内容了解含碳量对铁碳合金中的相及组织组成物的本质、状态和相对量的影响。3.熟悉金相显微镜的基本原理、构造及使用。二、实验仪器、设备和材料1.XJP-3C金相显微镜2.纯铁、亚共析钢、共析钢、过共析钢、亚共晶铸铁、共晶铸铁、过共晶铸铁等铁碳合金平衡组织金相图谱3.几种铁碳合金（纯铁、亚共析钢、共析钢、过共析钢、亚共晶铸铁、共晶铸铁、过共晶铸铁）平衡组织的显微样品三、实验原理铁碳合金的显微组织是研究和分析钢铁材料性能的基础。所谓平衡状态的显微组织是指合金在极为缓慢的冷却条件下（如实际生产中的退火状态，即接近平衡状态）所得到的组织。根据课堂讲授的Fe-Fe3C相图中可以看出，所有碳钢和白口铸铁的室温组织均由铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）的这两个基本相组成。但由于含碳量不同，铁素体和渗碳体的相对量、析出条件以及分布情况均有所不同，因而呈现各种不同的组织形态。各种不同成分的铁碳合金在室温下（接近平衡状态得到的试样的显微组织见表2-1）。用浸蚀显露的碳钢和白口铸铁，在金相显微镜下具有下面几种基本组成物。铁素体（F）——用3～4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现明亮的等轴晶粒；亚共析钢中铁素体呈块状分布，当含碳量接近于共析成分时，铁素体则呈断续的网状分布于珠光体周围。渗碳体（Fe3C）——是Fe与C的化合物，含量为6.69%，质硬而脆，耐腐蚀。经3--4%硝酸酒精溶液浸蚀后，Fe3C呈亮白色；若用苦味酸钠浸蚀，则Fe3C被染成暗黑色或综红色。按成分和形成条件的不同，Fe3C可呈现不同的形态。一次Fe3C（或Fe3Cr）是直接从液体中析出的，故在白口铸铁中呈粗大的条件片状；二次Fe3C（或Fe3CⅡ）是从奥氏体中析出的，往往呈网络状沿奥氏体晶界分布；三次Fe3C是由铁素体中析出，通常呈不边疆薄片状存在于铁素体晶界处，数量极微，可忽略不计。珠光体（P）——是F与Fe3C的机械混合物，在一般退火处理情况下（近于平衡状态）是由铁素体与渗碳体相互混合交替排列形成的层片状组织。经硝酸酒精溶液浸蚀后，在不同放大倍数的显微镜下可以看到具有不同特征的珠光体组织（如图2--1所示）。在高倍放大时能清楚地看到珠光体中平行相间的宽条铁素体和细条渗碳体；当放大倍数较低时，由于显微镜的鉴别能力小于渗碳体片厚度，这时珠光体中的渗碳体就吸能看到是一条黑线，当组织较细或放大倍数再低时，珠光体的片层就不能分辩，而呈黑色。莱氏体（Ld）——是在室温时珠光体及二次渗碳体和渗碳体组成的机械混合物。如含碳量为4.3%的共晶白口铸铁在1147℃时形成由奥氏体和渗碳体组成的共晶体，其中奥氏体冷却时析出Fe3CⅡ,并在727℃以下分解为珠光体。莱氏体的显微组织特征是在亮白色的渗碳体基低上相间地分布着暗黑色斑点及细条状的珠光体。二次渗碳体和共晶渗碳体连在一起，从形态上难以区分。四、实验步骤1.在本实验中，学生应根据Fe-Fe3C相图分析各类成分合金的组织形成过程，并通过对铁碳合金平衡组织的观察和分析，熟悉钢和铸铁的金相组织和形态特征，以进一步建立成分与组织之间相互关系的概念。2.实验前学生应复习讲课中的有关部分并阅读实验指导书，为实验做好的理论方面的准备。3.在XJP-3C金相显微镜下对各种试样进行观察和分析，并确定其所属类型。画出所观察到的显微组织图，抓住组织形态的特征，并在图中表示出来。4.根据显微组织近似地确定亚共析钢（20钢或45钢）中的平均含碳量。五、实验报告要求1.说明本次实验的目的。2.画出所观察过的组织，并注明材料名称、含碳量、（浸蚀剂）和放大倍样。显微组织图画在直径为30mm的园内，并装组织组成物名称以箭头引出标明。3.根据所观察的显微组织近似地确定和估算一种亚共析钢（20钢或45钢）的含碳量。实验三碳钢的热处理一、实验目的1.了解碳钢的基本热处理（正火、淬火及回火）工艺方法；2.掌握冷却条件与钢性能的关系；3.分析正火、淬火及回火温度对钢性能的影响。二、实验仪器、设备和材料1.实验材料：20钢，45钢，T12钢；2.实验设备：箱式实验电阻炉（型号：SX2-8-12、SX2-4-10、SX2-8-16等）、控温仪表、hrss-150洛氏硬度机、水银温度计；3.淬火介质：水，油（使用温度约20℃）。三、实验原理1.钢的退火和正火钢的退火通常是把钢加热到临界温度Ac1或Ac3以上，保温一段时间，然后缓慢地随炉冷却。此时奥氏体在低于Ar1温度以下的高温区发生分解而得到比较接近平衡状态的组织。一般中碳钢（如40、45钢）经退火后组织稳定，硬度较低（HB180～22）有利于下一步进行切削加工。正火是将钢加热到Ac3或Acm以上30～50℃保温后进行空冷。由于冷却速度稍快，与退火组织相比，组织中的珠光体相对量较多，且片层较细密；对低碳钢来说，正火后提高硬度可改善切削加工性；对高碳钢则正火可消除网状渗碳体，为下一步球化退火及淬火做准备。2.钢的淬火淬火是将钢加热到临界温度以上30～50℃，保温后淬入各种不同的冷却介质中快速冷却以获得淬火马氏体或下贝氏体组织。碳钢经淬火后得到淬火马氏体、下贝氏体和少量的残余奥氏体组织。为了正确地进行钢的淬火，必须考虑下列三个重要因素：淬火加热温度、保温时间和冷却速度。3.钢的回火回火是将淬火后的钢加热到临界点(Ac1)以下的某一温度，保温一定时间后以适当的冷却速度冷却到室温的热处理工艺。钢经淬火后得到的淬火马氏体组织是亚稳相，有转变为其它组织的趋势，同时淬火使工件内部产生很大的内应力，导致工件变形甚至开裂。特别是一些精密的零件在使用过程中将会引起尺寸变化而失去精度，因此淬火钢必须进行回火处理。不同的回火工艺可以使钢获得所需的各种不同性能。对碳钢来说，回火工艺的选择主要是考虑回火温度和保温时间这两个因素。在实际生产中通常以图纸上所要求的硬度要求作为选择回火温度的依据，各种钢材的回火温度与硬度之间的关系曲线可从有关手册中查阅。四、实验内容本次实验为综合性实验，包括正火实验、淬火实验及回火实验。1.同一加热温度不同材料（含碳量）的正火实验；2.同一材料（含碳量），同一冷却条件（水冷）不同加热温度的淬火实验；3.同一材料（含碳量），同一加热温度不同冷却介质冷却的淬火实验；4.同一加热温度，同一冷却介质冷却（水冷或油冷），不同材料（含碳量）的淬火实验；5.同一材料（45钢）相同淬火条件不同温度的回火实验。五、实验步骤1.淬火和正火实验步骤：根据淬火条件不同，淬火和正火实验分五个小组进行，见表1。(1)将试样分类，编号，以免热处理过程中混淆；(2)加热前先将全部试样测定硬度。为便于比较，一律用洛氏硬度测定；(3)将电炉升温至表1规定的温度，根据试样钢号，按照表1规定的淬火和正火加热温度加热，保温时间按表2确定；(4)各组将淬火及正火后的试样表面用砂纸(或砂轮)去掉氧化皮并磨平，测出硬度值(HRC)分别填入表1中。表1淬火与正火实验组别加热温度(℃)冷却方式20钢45钢T12钢处理前硬度(HRC)处理后硬度(HRC)处理前硬度(HRC)处理后硬度(HRC)处理前硬度(HRC)处理后硬度(HRC)11000水冷2750水冷3860空冷4860油冷5860水冷注1~4组每种钢号各一块；5组除20、T12钢各一块外，45钢取6块，其中5块供回火用。表2碳钢在箱式电阻炉中加热时间的确定加热温度(℃)工件形状圆柱形方形板形分钟/毫米直径分钟/毫米厚度分钟/毫米厚度7001.52.228001.01.529000.81.21.610000.40.60.82.回火实验步骤：(1)将已经正常淬火并测过硬度的45钢试样分五个小组(见表3)，做好记录；(2)各小组试样分别放入表3规定温度的炉内加热，保温30分钟，然后取出空冷；(3)用砂纸磨光试样表面，分别在洛氏硬度机上测定硬度值，将测定的硬度值分别填入表3中。表3回火实验组别12345回火温度(℃)200300400500600回火前硬度(HRC)回火后硬度(HRC)六、注意事项1.本实验加热所用加热炉为电炉，由于炉内电阻丝距离炉膛较近，容易漏电，所以电炉一定要接地，在放、取试样时必须先切断电源；2.往炉中放、取试样必须使用夹钳，夹钳必须擦干，不得沾有油和水。开关炉门要迅速，炉门打开时间不宜过长；3.试样由炉中取出淬火时，动作要迅速，以免温度下降，影响淬火质量；4.试样在淬火液中应不断搅动，否则试样表面会由于冷却不均而出现软点；5.淬火时水温应保持20~30℃左右，水温过高要及时换水；6.淬火或回火后的试样均要用砂纸打磨表面，去氧化皮后再测定硬度值。七、实验报告要求1.明确本次实验目的；2.简述本次实验的实验原理；3.实验材料与实验内容；4.实验步骤；5.分析化学成分(C%)、加热温度与冷却速度对钢性能的影响并加以讨论；6.绘制出45钢回火温度与硬度的关系曲线图并加以讨论；7.分析实验中存在的问题；8.实验结论。PAGE127PAGE《焊接冶金与金属焊接性》实验指导书实验一焊缝金属中扩散氢的测定焊缝金属中的氢是造成气孔和冷裂纹等焊接缺陷的主要原因之一，因此，控制焊缝金属的含氢量是个较为重要的问题。一、实验目的1.掌握焊缝金属中扩散氢的测定方法；2.了解焊条干湿度对焊缝金属中扩散氢含量的影响。3.了解HD-4扩散氢测定仪使用方法。二、实验设备、仪器和材料1、实验设备、仪器ZX7-400逆变直流手工焊机（1台）；HD-4扩散氢测定仪（1台）；烘箱（1台）；架盘天平、吹风机、秒表、干湿温度计等（各1）。2、实验材料焊条E4303和E5015若干；Q235钢试样（40mm×25mm×12mm，30块）；氢气（1瓶）；氩气（1瓶）。三、实验原理本实验采用HD-4扩散氢测定仪以气相色谱热导方法测量焊缝金属扩散氢容量。HD-4扩散氢测定仪包含取样器和分析器。分析器为一专用气相色谱仪，以纯氩气作载气。待测试样储于取样器的试样筒中，经过一定时间后试样中的扩散氢扩散出并保留在试样筒中。用氩载气将试样筒中的气体载入气相色谱系统进行分离，分离出的氢气由热导池进行检测，检测信号用微机进行处理、计算并打印出焊缝金属中扩散的氢气量（ml)。根据测得的扩散氢的含量，按下式计算出焊缝金属试样（熔敷金属）中扩散氢的含量：HDM＝Vs/(W2-W1)×100式中HDM熔敷金属中扩散氢含量（ml100g）；VS测得的扩散氢在标准状态下的体积量（ml）；W1试块重量（g）；W2试块和熔敷金属总重（g）。在校正和分析时计算机进行如下计算：⑴将校正氢气的体积从现场气压和室温计算到标准状况。V0＝P1V1/T1×T0/P0式中V0－－校正氢气（剂量腔在校正时注入的氢气）在标准状况下的体积（ml）；P1－－现场气压（hPa）；V1－－校正氢气在室温和现场气压下的体积，即校正阀剂量腔的容积（ml）；T1－－室温（K）；T0－－273K；P0－－1013hPa。对于仪器来说，只要输入P1，T1两参数即可算出V0，因其他参数及算法程序已被固化。⑵校正积分值的均值的计算。F0＝∑Fi/i式中F0－－校正积分值均值；∑Fi－－所作每次校正积分值的总和；i－－有效校正次数（i＝1～20）。⑶计算被分析氢的体积VH＝FH/F0×V0式中VH－－被测取样器相应试样筒中扩散氢在标准状况下的体积；FH－－被测取样器相应试样筒中扩散氢经微机检测计算出的积分值。本实验采用E4303焊条施焊，测定熔敷金属中扩散氢的含量。四、实验方法及步骤1、试样准备⑴加工试件试样尺寸为40×25×12㎜，预先在250±10℃加热6～8h进行去氢处理，而后清理表面的氧化物，再用乙醇去水，乙醚去油吹干冷却后称重，设为（精确到0.1g）；⑵焊条烘干E4303焊条烘干温度为150℃，保温时间为1h。烘干后的焊条在100～120℃保温，随用随取。⑶将3个脱了氢的试块（中间试块40×25×12mm）对在一起，用焊条（焊丝）在其上焊一条缝（焊接时间一定〕，然后迅速浸入冰水（或流动的冷水）中冷却，然后擦干水珠，将3个试块打断。⑷取中间一个试块在酒精中清洗后吹干，迅速装入取样器的1＃试样筒中（这时转换阀柄指示1＃位置），用氩气置换筒中空气，将转换阀转到2＃位置。从焊接开始到试样筒中的时间间隔越短越好，一般应不超过60秒。⑸重复1和2项操作，在2＃，3＃和4＃试样筒中装入试样。将转换阀从4＃位置转到0＃位置，在0＃试样筒中装入一块分析过的试块。逆时针旋转取样器把柄一周，使指示箭头指向0＃筒（以使取样器的各个试样筒的气压接近常压）。⑹取样器放入45恒温箱中保温48~72小时。（注意取样器一定要正向平放）2、主机操作⑴主机面板介绍（参见图1和图2）⑵仪器分析操作压力表流量计信号显示过程显示压力表流量计信号显示过程显示提示灯键盘电源开关剂量阀取样器连接头氢气截止阀微型打印机电桥开关图1HD-4扩散氢测定仪前面板稳压阀稳压阀氩气截止阀氢气进出口氩气进出口干燥剂分子筛柱箱及连接头电源图2HD-4扩散氢测定仪后面板1）钢瓶氩气经过干燥筒接到氩气入口上。2）钢瓶氢气接到氢气入口上。3）取下分子筛柱箱在色谱柱管中装入刚活化过的30~40目5A分子筛。4）在干燥管中装入刚烘干的高氯酸镁。5）将取样器接在取样器接头上。6）电源线接在交流220V电源上。7）打开氩气钢瓶并调节其上的减压阀，将输出气压调节到0.15～0.20MP。8）调节稳压阀并打开截止阀使流量计指示氩气流量在250～300ml/min,压力表指示在0.06～0.10MP。9）打开氢气截止阀，调节氢气瓶减压阀。以手触摸氢气出口，有轻微呲呲声和稳定不断的流量即可。关闭氢气截止阀。10）打开电源开关。此时微机开始运作，呈等待状态，控制表头显示‘P－－－’字样（若出现异码，点按键盘‘系统复位’键），信号表头显示未接通电桥时的电路瞬时输出值。11）合上电桥电源，等待30～60分钟，以使仪器电路上电及热导输出稳定，便可以对仪器进行分析操作，其间需注意查看各个气路是否保持稳定。（这时信号表头显示接通热导池时的电路输出瞬时值）12）按‘设定’键，对日期、气压、温度、测试初始序列号进行设定。‘d’、‘p’、‘c’、‘n’依次代表这四个参数，以‘’移位键选中，配合‘’及‘’键即可对参数进行修改调整，按‘确认’键表示微机确认参数。参数输入格式采用四位，例如9月8日请键入0，9，0，8四数字键，不足四位的参数高位补上‘0’，气压单位采用百帕（hp），温度单位采用摄氏度（℃）。如果仪器未设定参数，微机将按默认值运算。13）按‘校正’键，以对仪器进行校正。程序将先检查电路信号是否归零，如果不为零，控制显示表头会显示‘b－－－’字符，此时按下‘桥零’键并监测信号表头至显示为零为止。这时控制表头会显示‘L－XX’字符（XX代表校正次数序列号），打开氢气截止阀，拉出计量器圆形把柄（此时氢气瓶中的氢气就会冲洗并注满计量腔）。经过程序延时约18秒钟，控制表头出现‘P－XX’字样，这时关闭截止阀，推进计量腔把柄，程序自动检测氢气的到来并在控制表头显示积分值，氢蜂过后约4秒钟仪器自动打印出校正序列号和积分值，而后仪器进入‘p－－－’等待状态。可校正和其他操作。（在第一次校正时仪器先打印设定的参数值）14）按‘测量’键可对取样器的各个取样筒中扩散出的氢气进行测量：旋转取样器上方的转动柄至有待测试样的取样筒，待仪器信号显示稳定按‘测量’键，微机系统会对色谱峰进行自动检测并打印出结果。分析结束后仪器进入‘p－－－’等待状态。前部分是测量氢气，后部分监测氮气。测量结束后仪器进入等待状态。（旋转方向01、12、23、34）。而后旋转转动柄和按‘测量’键可对其他取样筒进行测量。15）测量完毕后，将取样器转至0位置。关闭电桥电源和主机电源，等待约10分钟，关闭截止阀，氢气瓶和氩气瓶总阀及减压阀，从主机上取下取样器。16）打开取样器的试样筒，取出试块，称重并按公式计算出熔敷金属中扩散氢的含量。17）实验结束后，将仪器、仪表恢复到原始状态，并清理现场。五、实验报告要求⑴分析实验数据，并计算焊缝中扩散氢的含量；⑵分析实验中存在的问题；⑶实验结论。实验二斜Y型坡口焊缝裂纹实验一、实验目的1、掌握斜Y型坡口实验方法；2、掌握实验中出现的各种问题的正确分析；3、掌握焊缝在应力集中、拘束状态下以及粗晶区脆化造成焊缝的开裂的原因。4、掌握用预热缓冷的方法防止冷裂纹的具体措施。二、实验仪器、设备和材料1、实验设备：ZX7-400逆变直流手工焊机；焊条烘干箱；氧气瓶、减压阀、乙炔瓶、减压阀、焊炬一套、1000℃温度计等。2、焊接试板：45钢或40Cr钢（也可根据实际情况确定）；尺寸200×75×20（mm），经过机械加工保证零件尺寸，按照图示开坡口。板厚可根据实际情况确定。3、焊接材料及工艺参数焊条型号：E4303、E5015（根据试板钢号确定）；焊条直径：4mm、焊接电流/I：170±10/A、电弧电压/U：24±2/V、焊接速度/υ：150±10mm/min。三、实验设计及实施的指导（一）焊前准备1、焊接前清理试件表面油污和铁锈。2、酸性焊条烘干150±10℃保温1小时，碱性焊条烘干300±10℃保温2小时箱断电保温随用随取。（二）确定焊接参数及工艺1、焊接参数焊接速度170/mm/min；电弧电压24V；焊接电流：170A。2、焊接工艺如果在焊接拘束焊缝时可采用小一点的电流保证拘束焊缝不出现裂纹，当裂纹不可避免时，可换强度低一级的焊条。焊完拘束焊缝后要保证试板平整，不得有大于2°的角变形，确保实验焊缝根部间隙2mm。（三）焊接焊接拘束焊缝将试板放置在工作台上装配，通过点固焊、矫正使试板呈5°～7°左右的反变形量，焊接拘束焊缝应正反面进行焊接可从实验焊缝上部引弧进入实验焊缝进行焊接，也可从实验焊缝中直接进行焊接。实验焊缝只焊一道，运条要均匀、电弧要保证平稳、焊条不做横向摆动，焊条与工件夹角75°，收弧处不得有弧坑裂纹。焊好后的试板放置24h后进行解剖。（四）试样制备1、检查表面裂纹率切割试样前首先清理试板表面的焊渣，检查表面裂纹率。2、切割试样试样尺寸16mm×12mm×12mm。为保证焊接熔合区组织的可靠性，切割试样可采用无齿锯、线切割和氧乙炔熔割方法。每块试板切割不少于五块试样。3、试样修整对切割下的试样首先清理毛刺，并检查根部裂纹率和断面裂纹率。将检查的结果记录，填入公式进行计算。（五）场地清理实验结束后，将仪器、仪表恢复到原始状态，并清理现场。四、实验成绩评定按照焊接试样准确、制备试样熟练、检测的熟练、实验结果准确、实验报告描述清楚，以及出勤、实验态度、团结协作、按时完成实验报告评定成绩。实验三插销实验一、实验目的⑴初步掌握冷裂纹插销实验法；⑵学会使用有关实验仪器、设备；⑶加深对于影响冷裂倾向的三大因素的认识；⑷了解具体钢种插销实验数据的处理方法。二、实验设备、仪器和材料⑴ZLT-5B型插销实验机（1台）；⑵TF-WI-MT型x-y函数记录仪（1台）；⑶BZ2205C型程控静态电阻应变仪（1台）；⑷DR-500型储能点焊机（1台）；⑸WSM-400逆变直流脉冲氩弧焊机（1台）；⑹焊条烘箱（1台）；⑺标准插销试件（若干）；⑻钢板：Q235钢，200×300×20㎜（1块）；⑼E4303焊条、钻头、平头锉刀、深度尺、钻床等三、实验原理焊接冷裂倾向的测定方法很多，常用的方法有：最高硬度法、斜坡口对接裂纹实验(通常称为“小铁研裂纹实验”)、刚性拘束裂纹实验(RRC实验)、拉伸拘束实验(TRC实验)、插销实验等。本实验用插销实验测定合金结构钢的冷裂倾向，它是一种定量评定的方法。插销实验的原理为：将被实验钢材加工成一定形状的插销试棒，实验时把插销插入底板中，使插销顶端与底板上表面齐平，然后在底板上通过插销端部施焊一条实验焊缝，如果采用环形缺口的插销，熔深应该是使缺口位于靠近熔合线的粗晶区内。当实验焊缝冷却到150℃时，对插销施加选定的拉伸载荷，并保持这—载荷直至插销断裂。拉伸应力越小，插销承裁的时间越长。当拉伸应力等于或小于某一数值时，插销就不再断裂，此时的应力称为“临界应力”，以σcr表示。它可以作为评价被实验材料的焊接冷裂纹敏感性的指标。图2-1延迟断裂时间与应力关系1—起裂曲线；2—断裂曲线图2-1为含氢的钢材断裂时间与拉伸应力的关系曲线。横坐标表示拉伸应力作用的时间，纵坐标表示试件所受的拉伸应力。曲线1为材料的起裂曲线，曲线2为材料的断裂曲线。由图可见，含氢钢加载断裂时存在一个上临界应力σuc,超过此应力值试件很快断裂，没有延迟破坏的现象。此外，还存在一个下临界应力σcr，低于该应力值时，不管加载时间多长试件都不断裂。当应力值在图2-1延迟断裂时间与应力关系1—起裂曲线；2—断裂曲线四、实验步骤⑴按图2-2连接实验仪器设备，检查插销实验机运行是否正常，检查所有仪表的工作状态是否正常。图2-2插销试验装置示意图⑵检测插销试棒和底板的形状尺寸（见图2-3和图2-4）是否符合要求。图2-3插销试件的形状和尺寸图2-4底板形状和尺寸⑶清理试验底板，并用储能焊机在插销孔两侧的不通孔内点焊热电偶。⑷将合格的插销试件装在实验机上，试件带缺口或螺纹的一端端面与底板上表面齐平。⑸根据插销材料的屈服极限值及实验要求估算施加的试验拉伸应力σi，并按下列公式换算成预加应变值εi，在静态电阻应变仪上预先调好。应变换算公式：，式中A为插销试棒缺口处截面积（㎜2）；K为传感器的标定系数（1/N）。⑹焊条按要求进行烘干，烘干后测定扩散氢含量。⑺按试验要求对接头进行预热。不预热时，试件的初始温度为室温。⑻按预先选定的规范采用手工电弧焊，在底板上垂直于底板纵向，并通过插销顶部的中心堆焊一条长100mm～500mm的焊缝。同组试验中焊道长度应相等。记录焊接规范的数值，在x-y记录仪上自动记录焊接热循环曲线。⑼按预定的应力值从传感器标定图上查出对应的应变值，调节应变仪悬钮使指针指向此值。⑽焊件冷却到150℃时开始施加预定拉伸应力σi，并应在1分钟内且在冷却至100℃以前加载完毕。加载后使静态应变仪的指针为零。⑾调好电动时钟微动开关，记录从加载完毕到插销试棒断裂的时间ti。在无预热时保持载荷16h，在有预热时保持载荷24h，仍不断裂时即可卸裁。⑿重复上述步骤，只改变预加拉伸应力。⒀重复1～12步，只改变焊条的烘干规范。⒁重复1～12步，只改变底板预热温度。⒂实验结束后，将仪器、仪表恢复到原始状态，并清理现场。五、实验报告要求⑴明确本次实验目的；⑵简述本次实验的实验原理；⑶实验材料与实验内容；⑷实验步骤；⑸分析实验数据；⑹分析实验中存在的问题；《焊接结构》实验指导书实验一不同焊接参数下平板变形量测量与分析一、实验目的1、掌握不同焊接参数下平板变形量测量的基本方法。2、掌握不同焊接参数下平板变形的规律。二、实验仪器、设备和材料㈠焊接方法及设备焊接方法：手工电弧焊焊接设备：交流弧焊机及其辅助设施㈡实验条件⒈试件尺寸：2mm×150mm×300mm（Q235钢）⒉试件材料：Q235A、⒊焊接规范：见下表板厚焊接电流2mm钢60A90A120A⒋测点分布如下图1所示图12mm板测点分布㈢测量工具与仪器测量仪器包括：1、游标卡尺；2、钢板尺。三、实验原理使用游标卡尺分别测出焊前、焊后的高度h,分别记为h1、h2填入附表内，其差值即为焊接所引起的挠曲变形。对2mm板需测量图1中J、K、L、M、N、P、Q、R八条竖线上的挠曲变形。图2变形测量示意图四、实验步骤1、了解测量挠曲变形的工具和方法。2、对试件初始状态所有数据进行测量。3、对2mm按表1中的三种规范各焊一块。4、测量试件焊后的所有数据。5、对测量结果进行分析。五、实验结果及思考1、按附表内容把测量数据或计算结果填入表内。2、分析不同焊接参数下2mm焊板变形的特点。实验二不同焊接方法下平板变形量测量与分析一、实验目的1、掌握不同焊接方法下平板变形量测量的基本方法。2、掌握不同焊接方法下平板变形的规律。二、实验仪器、设备和材料㈠焊接方法及设备焊接方法：手工电弧焊，二氧化碳气体保护焊焊接设备：交流弧焊机及其辅助设施㈡实验条件⒈试件尺寸：2mm×150mm×300mm（Q235钢）⒉试件材料：Q235A、⒊焊接规范：见下表板厚焊接电流2mm钢90A⒋测点分布如实验一图1所示。㈢测量工具与仪器测量仪器包括：1、游标卡尺；2、钢板尺。三、实验原理使用游标卡尺分别测出手工电弧焊和二氧化碳气体保护焊下焊前、焊后的高度h,分别记为h1、h2填入附表内，其差值即为焊接所引起的挠曲变形。对2mm板需测量实验一图1中J、K、L、M、N、P、Q、R八条竖线上的挠曲变形。四、实验步骤1、对试件初始状态所有数据进行测量。2、在手工电弧焊和二氧化碳气体保护焊下对2mm按表1中的规范各焊一块。3、测量试件焊后的所有数据。4、对测量结果进行分析。五、实验结果及思考1、按附表内容把测量数据或计算结果填入表内。2、分析不同焊接方法下2mm焊板变形的特点。实验三不同焊接位置下平板变形量的分析一、实验目的1、掌握不同焊接位置下平板变形量测量的基本方法。2、掌握不同焊接位置下平板变形的规律。二、实验仪器、设备和材料㈠焊接方法及设备焊接方法：二氧化碳气体保护焊焊接设备：交流弧焊机及其辅助设施㈡实验条件⒈试件尺寸：2mm×300mm×300mm（Q235钢）⒉试件材料：Q235A、⒊焊接规范：见下表板厚焊接电流2mm钢90A三、实验步骤及内容1、在二氧化碳气体保护焊下，分别采用立焊、平焊、仰焊对2mm按表上中的规范各焊一块。2、在二氧化碳气体保护焊下，分别采用板横向位置放置和纵向位置放置时，按表上中的规范各焊一块3、分析不同焊接位置下平板的变形规律。四、实验结果及思考1、分析不同焊接位置下2mm焊板变形的特点。实验四焊接变形的矫正一、实验目的1、了解和掌握焊接变形矫正方法的原理、特点和应用范围。2、熟悉和掌握手工锤击的具体操作技术和矫形工艺。二、实验仪器、设备和材料1、钢板尺、游标卡尺。2、手锤。3、两块2mm钢板。三、实验原理手工锤击是采用手锤，锤击焊缝及其附近金属，使其产生一定的延展，以抵消焊接所产生的压缩塑性变形，从而达到矫形的目的。这种方法无需大型设备，工具简单、操作灵活，广泛应用于薄板结构焊接变形的矫正。但这种方法有劳动强度大、工作效率低、环境噪音大、工件表面质量差等缺点。四、实验步骤1、对试件初始状态所有数据进行测量。2、对2mm按实验二表1中的规范焊一块。3、用手工锤击的方法将2mm厚钢板的挠曲变形矫正到小于1.5mm。五、实验结果及思考1、简述手工锤击矫正焊接变形的工作原理，优缺点及适用范围。附表线能量与挠曲变形关系数据记录表测点位置试件板厚2mmI=U=V=挠曲变形(mm)h1h212345678平均h1—焊前挠曲变形h2—焊后挠曲变形《焊接方法及设备》实验指导书实验一不同酸碱度焊条的焊接工艺性一、实验目的1.通过实验，掌握手弧焊焊接方法的操作。2.通过实验，验证焊接参数对焊缝成形的影响。二、实验仪器、设备和材料1．手工电弧焊机1台2.烘箱1台3.试板A3钢δ＝16mm若干4．电焊条E4303（J422）Φ4mm15根5．电焊条E5015（J507）Φ4mm15根6．游标卡尺1把三、实验原理1.焊缝的成形焊缝的形状对焊缝质量和焊件的使用性能有很大影响，因此保证合适的焊缝形状是焊接工艺试验首先要解决的问题。焊缝的形状通常用熔深H、熔宽B和余高a三个参数表示，其中最重要的是熔深。合理的焊缝形状要求上述三个参数之间合理的匹配。在生产上常采用成形系数Φ来表示熔深和熔宽的关系：Φ＝B/H（式1－1）Φ值大表示焊缝宽而浅；反之，表示窄而深。Φ值过大时，焊缝可能焊不透；过少时，熔深中的杂质难以浮出，容易出现焊接缺陷。手弧焊时，Φ的适宜范围为1～2。成形系数的大小直接影响热源的使用效率和热影响区的大小，而且影响焊缝金属的结晶的方向，对杂质成分的偏析、成分的不均匀性和裂纹气孔敏感性有着直接影响。另外改变焊缝的形状可以调整熔合比γ。在焊接合金钢时，调整熔合比γ常常是防止焊缝冶金缺陷，特别是降低裂纹的敏感性，提高焊缝机械性能的一条重要途径。2．焊接电流、电弧电压和焊接速度焊接电流、电弧电压和焊接速度是对焊缝成形影响最大的三个参数，在正常使用的规范范围内，变化规律如下：焊接电流增大，焊缝的熔深和余高增大，熔宽没有多大变化（或略增大），电弧电压增大，熔宽增大，熔深、余高减小。焊接速度增大，线能量q/v减小，单位长度焊缝上填充金属量减小，熔宽、熔深、余高均减小。为了获得良好的焊缝成形，焊接电流、电弧电压和焊接速度要配合得当。如在增大焊接电流时也要适当提高电弧电压，做到大电流配大电压，小电流配小电压，这样电弧才可能最稳定。在提高焊接速度时，也要相应的提高焊接电流和电弧电压，这样既可提高生产效率，又能保证焊缝成形。四、实验步骤1.将焊条放入烘箱中加热200℃×20min。2．根据表1－1推荐的参数，进行平板敷焊。记录焊接电流、电弧电压和焊接速度，并观察参数稳定性，焊后观察焊缝成形。表1－1推荐规范参数参数焊条直径（mm）焊接电流I（A）焊接电流U（I）焊接速度V（m/h）4160～17021～23803.在上述规范参数的基础上，保持焊接电流、焊接电压不变，在焊接过程中改变焊接速度的大小，取5个数值，每个数值保持焊接100mm，记录焊接速度，观察参数稳定性和焊缝成形。4．对每条焊缝的每个数值段进行标号，用卡尺测量每段焊缝的B、a测量三个值，取其平均值。5．用砂轮切割机对焊缝取样，磨试样并腐蚀出焊缝熔合线。用卡尺测每条焊缝的H。6.打扫实验室，整理实验设备和材料，为下一次实验提供一个良好的实验状态，最后关闭门窗及水电。五、实验结果及思考（一）实验数据整理将实验中所测数据整理，填入表1－2中。（二）实验结果分析1．分析各参数对焊缝形成的影响2．对实验中观察到的现象进行描述分析。（三）思考题1．你测得的数据是否完全符合规律，不符合规律的原因是什么？2．你焊的焊缝中是否有缺陷，产生的原因是什么？表1－2实验数据焊缝焊接电流电弧电压焊接速度熔宽余高熔深1－11－21－31－41－52－12－22－32－42－53－13－23－33－43－5实验二埋弧自动焊焊接一、实验目的1.了解型埋弧焊机的结构、特点和操作方法。2.了解型埋弧焊机的自动控制原理。3．了解埋弧焊规范参数对焊缝成形的影响。二、实验仪器、设备和材料1．埋弧自动焊机一台2．砂轮切割机一台3．游标卡尺一把4．钢板A3钢δ＝16mm若干5．焊丝（H08AΦ4mm、焊剂431、砂纸、腐蚀剂等三、实验原理（一）埋弧焊的自动调节系统和规范参数的调节方法电弧焊的焊接过程包括引弧、焊接、收弧三个阶段，埋弧自动焊使上述三个阶段实现自动化，焊接时为了保证获得优良的焊缝成形和内在质量，就应合理的选定焊接规范参数，并在焊接过程中使所选定的规范参数数值保持稳定，埋弧焊自动调节系统的作用就是当选定的规范参数受外界因素干扰而发生变化时，能够自动调节，迅速恢复到预定值。同时，为了达到自动完成埋弧焊的三个阶段，必须有一套程序控制系统。埋弧焊的弧长调节系统分为两种，即等速送丝调节系统和电弧电压反馈调节系统。等速送丝调节系统它是利用电弧自身调节作用稳定弧长，主要适用于细焊丝的焊接。它的电弧静特性是缓升的，电源外特性是缓降、平或微升的，等熔化曲线近似垂直于电流坐标线。所以调节电压是通过调节电源外特性实现，调节电流是通过调节送丝速度实现。电弧电压反馈调节系统主要适用于粗焊丝的焊接。原理是：当弧长波动而引起焊接规范偏离原来的稳定值时，利用电弧电压作为反馈量，并通过一个自动调节装置使送丝速度发生变化，达到稳定弧长的目的。在弧压反馈调节系统中，电弧静特性为接近于平行水平轴的直线，而电源外特性是采用陡降外特性。因此在这种自动电弧焊接过程中，调节焊接电流是通过调节电源外特性实现，调节电弧电压是通过调节送丝速度实现。埋弧焊接过程的程序自动控制埋弧自动焊可实现空载调整、引弧、稳弧和熄弧过程的程序控制。引弧一般采用回抽引弧，即先在空载条件下使焊丝与工件接触，启动后，焊丝回抽，引燃电弧。当弧压达到预定值时，在自身调节作用或弧压反馈作用下，焊丝送进，并继续保持弧压稳定。熄弧可采用旨在填满弧坑的延时熄弧或小车回走延时熄弧法。（二）埋弧焊规范参数及其对焊缝成形的影响1.焊缝的成形焊缝的形状对焊缝质量和焊件的使用性能有很大影响，因此保证合适的焊缝形状是焊接工艺试验首先要解决的问题。焊缝的形状通常用熔深H、熔宽B和余高a三个参数表示，其中最重要的是熔深。合理的焊缝形状要求上述三个参数之间合理的匹配。在生产上常采用成形系数Φ来表示熔深和熔宽的关系：Φ＝B/H（式2－1）成形系数的大小直接影响热源的使用效率和热影响区的大小，而且影响焊缝金属的结晶的方向，对杂质成分的偏析、成分的不均匀性和裂纹气孔敏感性有着直接影响。埋弧焊时，Φ＞1.3。另外改变焊缝的形状可以调整熔合比γ。在焊接合金钢时，调整熔合比γ常常是防止焊缝冶金缺陷，特别是降低裂纹的敏感性，提高焊缝机械性能的一条重要途径。2．焊接电流、电弧电压和焊接速度焊接电流、电弧电压和焊接速度是对焊缝成形影响最大的三个参数，在正常使用的规范范围内，变化规律如下：焊接电流增大，焊缝的熔深和余高增大，熔宽没有多大变化（或略增大），熔深与焊接电流近似于成正比：H＝Km·I（式2－2）Km与焊丝直径，电流种类等有关。电弧电压增大，熔宽增大，熔深、余高减小。焊接速度增大，线能量q/v减小，单位长度焊缝上填充金属量减小，熔宽、熔深、余高均减小。为了获得良好的焊缝成形，焊接电流、电弧电压和焊接速度要配合得当。如在增大焊接电流时也要适当提高电弧电压，做到大电流配大电压，小电流配小电压，这样电弧才可能最稳定。在提高焊接速度时，也要相应的提高焊接电流和电弧电压，这样既可提高生产效率，又能保证焊缝成形。四、实验步骤（一）了解焊接结构，掌握操作使用方法了解电源结构、送丝系统、小车和自动控制原理，掌握规范参数的调节方法，焊机的空载调整、启动和停止的操作方法。（二）实验步骤1．根据表2－1推荐的参数，进行平板敷焊。记录焊接电流、电弧电压和焊接速度，并观察参数稳定性，焊后观察焊缝成形。表2－1推荐规范参数参数焊丝直径（mm）焊接电流I（A）焊接电流U（I）焊接速度V（m/h）444035273.在上述规范参数的基础上，保持焊接电流、焊接电压不变，在焊接过程中改变焊接速度的大小，取5个数值，每个数值保持焊接100mm，记录焊接速度，观察参数稳定性和焊缝成形。4．对每条焊缝的每个数值段进行标号，用卡尺测量每段焊缝的B、a测量三个值，取其平均值。5．用砂轮切割机对焊缝取样，磨试样并腐蚀出焊缝熔合线。用卡尺测每条焊缝的H。6.打扫实验室，整理实验设备和材料，为下一次实验提供一个良好的实验状态，最后关闭门窗及水电。五、实验结果及思考（一）实验数据整理将实验中所测数据整理，填入表2－2中。（二）实验结果分析1．分析各参数对焊缝形成的影响2．对实验中观察到的现象进行描述分析。表2－2实验数据焊缝焊接电流电弧电压焊接速度熔宽余高熔深1－11－21－31－41－52－12－22－32－42－53－13－23－33－43－5实验三CO2保护焊焊接参数对焊缝成形的影响一、实验目的1．了解CO2焊短路过渡的特点；2．了解焊接规范参数对CO2焊短路过渡电弧稳定性的影响；3．了解CO2焊规范参数对焊缝成形的影响；4．掌握CO2焊机的使用操作方法。二、实验仪器、设备及材料1．CO2气体保护焊焊机及送丝机构一套2．CO2气瓶、减压阀及流量计一套3．卡尺一把4．低碳钢钢板δ＝6～8mm5．焊丝H08AΦ=1.2mm三、实验原理（一）短路过渡特点短路过渡是在小电流低电压时，熔滴未长成大滴就与熔池短路，在表面张力及电磁收缩力的作用下，熔滴向母材过渡，在这种过渡过程中，电弧燃烧是不连续的，电弧交替的出现燃弧与熄弧，引起焊接电流与电压周期性变化。（二）CO2焊短路过渡电弧－电源系统与规范的调节方法1．电弧－电源系统焊接电弧要稳定工作，必须使电弧静特性与电源外特性相交于稳定工作点。在CO2焊中，由于所用焊丝一般较细，电流密度较大，加上保护气流对电弧的冷却作用，其电弧工作在U曲线的上升阶段，电源一般采用平特性或缓降从而提高电弧的自调节作用的灵敏度，保证焊接规范的稳定。2．规范参数调节方法一个短路过渡周期电压平均值等于电源电压。因此调节平均弧压主要是靠调节电源外特性来实现，调节电流的大小主要是调节送丝速度。因此，短路过渡电弧的稳定工作点是电源外特性曲线与送丝速度的交点，但其交点所决定的电弧静特性曲线是短路过渡的平均弧长。（三）短路过渡电弧的稳定性1．短路过渡电弧稳定性评定的指标在短路过渡焊接时，焊接过渡稳定性可用短路频率来表示，短路频率越高，焊接过程越稳定。因为频率高，意味着每次从焊丝向母材过渡的金属量少，熔滴细小、飞溅少。因此电弧的稳定性可以用短路过渡频率来衡量。2．影响电弧稳定性的因素有两方面：焊接电源特性和焊接规范参数（1）电源的静、动特性的选择电源外特性的特性由于CO2焊电弧的静特性是上升的，所以缓降，平硬外特性电源都可以满足电弧——电源系统稳定工作。目前细丝CO2焊一般采用平特性电源。因为平特性电源配合等速送丝焊机使用，具有弧长变化时，电弧自调作用强；短路电流大，引弧容易；以及电流、电压可以分别调节，规范参数调节方便等优点。对电源动特性要求短路过渡时，电弧处于燃弧——短路——再引燃的周期变化中，电源的电参数也需要进行燃弧——短路——空载的快速交替变化，故要求电源有良好的动特性。电源动特性的主要参数有电流增长速度di/dt，短路电流峰值Im及空载电压恢复速度du/dt。整流器型的平特性电源具有较大的di/dt及Im值，而du/dt也足够大，能满足焊接要求，但采用不同的工艺条件时对di/dt往往有不同的要求，常采用改变回路电感的办法来调节di/dt。（2）规范参数的合理选择与匹配焊接规范主要包括焊接电流、电压、电流的种类与极性、焊接速度、焊丝伸出长度，气流量等。电弧电压电弧电压标志着弧长的大小，又决定着焊缝的宽度。CO2焊中，电弧电压的调节是通过调节焊接电源的输出电压来实现的，弧压增加则弧长增加。若弧压过低，则电弧覆盖面窄且电弧集中，此时熔深窄而深，所得焊道表面过凸；若弧压过高时，则焊缝变宽，余高扁平且熔深变浅。焊接电流焊接电流不但是加热和熔化焊材的主要因素，而且还决定着焊接的熔深。它与电弧电压匹配得当时，可获得稳定的焊接过程，且飞溅小，焊缝成形好。若焊接电流过小，则电弧不稳，且不能熔化焊丝，而此时送丝断续，且使固体焊丝和母材发生抵触，从而堵丝；若焊接电流过大，则会使熔深加大，但却引起严重的飞溅。焊接速度焊接速度与焊接电压一样，都是决定熔深、焊道形状和熔敷金属量的重要因素。焊速过慢会发生熔敷金属大量堆积、流动现象，对于薄件易烧穿，焊速过快，将产生未熔合、未焊透现象，焊缝成形高低不平，间断不连续，同时产生咬边和大颗粒飞溅。焊速的选择受送丝速度的影响，究竟多大，要通过试焊后观察焊道的成形情况来确定。焊丝伸出长度由于短路过渡焊时所用焊丝直径都比较小，因此焊丝伸出长度产生的电阻热便不可忽略。若伸出长度过短，则喷嘴至工件距离太近，飞溅金属易堵塞喷嘴，甚至发生焊道与喷嘴粘连；若伸出长度过大，则焊丝易过热而成段熔断，飞溅严重，且使熔深变浅，发生未熔合现象，同时使气体保护效果变差。根据经验，不同直径的焊丝，其伸出长度由下式决定：Ls＝10Ds（式3－1）其中：Ls——伸出长度；Ds——焊丝直径气体流量短路焊接气体流量一般在此5～15L/min，在大电流、高速焊、焊丝伸出较长及室外作业等情况下，气体流量应适当增大，以使气体有足够的挺度，提高其抗干扰能力。但是气体流量过大会使保护气紊乱度增大，反而使外界气体卷入，保护效果变差，气孔增多。电源极性CO2焊一般采用直流反极性。因为反极性时飞溅小，电弧稳定，成形好，且焊缝金属含氢量低，熔深大。（四）短路过渡焊缝成形的特点短路过渡时由于电弧是在燃弧－熄弧周期性变化之中，电弧的热与力也发生周期性变化。燃弧阶段电弧热剧烈加热母材，形成熔池，电弧在复燃瞬间，短路峰值电流大，与电流平方成正比的电磁力也很大，对熔池产生冲击力，使熔池下凹。熄弧阶段电弧热消失，只靠电阻热加热母材，对母材的加热作用减弱，熔池温度降低，产生冷却和凝固、轮廓缩小。因而使母材在短路过渡焊时处于加热——冷却的交替过程中。因为CO2焊焊丝熔化速度大，熔化金属多，CO2电弧的弧根收缩对熔池的加热面积小，使得熔池的体积小，温度降低，周期性短路，液体金属流动性差，表面张力大，对固体未熔化金属的润湿性差。因此短路过渡焊缝成形特点一是熔池小，焊缝熔深浅，适合于焊接薄板及全位置焊；二是焊缝余高大。当规范匹配不当时，还会出现山峰状突起，使母材与焊缝连接处过渡不圆滑，影响了焊缝质量。控制和减小余高的主要是规范调节和控制，即提高燃弧时间比η。提高η的方法有：提高电弧电压或改变电感值，η有一合适值。此外，为减小余高，还可以采用缩短焊丝伸长以减小焊丝熔化量以及焊枪前倾等方法。四、实验步骤（一）了解焊机的使用方法。（二）焊接1．根据推荐的参数，进行焊接。表3－1典型规范参数板厚（mm）焊丝直径（mm）电流（A）电压（U）焊速（m/min）干伸长（mm）气流量（L/min）61.21402215152．焊接时观察电弧及熔滴过渡现象，包括电弧燃烧现象及稳定程度、焊丝端部形状、电弧长度、飞溅形式、颗粒的大小。3．焊接结束后，观察焊缝成形情况。（三）工艺试验在上述规范的基础上，单因素调变一个参数如电压、电流等，固定其他参数，观察其对电弧稳定性的影响，观察其对焊缝成形的影响。（四）焊缝成形的测定将所焊焊缝进行编号，用卡尺量出每条焊缝的B、a，每条焊缝。（五）打扫实验室，整理实验设备和材料，为下一次实验提供一个良好的实验状态，最后关闭门窗及水电。五、实验结果及思考1．分析各主要参数对短路电弧稳定性的影响。2．分析各主要参数对焊缝成形的影响。表3－2实验数据记录序号I(A)Uf（V）飞溅稳定性气流量L/minVm/minBa实验四钨极氩弧焊焊接方法一、实验目的1．熟悉钨极氩弧焊机的稳弧电路，了解其工作原理；2．练习钨极氩弧焊的手工操作。二、实验仪器、设备和材料1．交直流钨极氩弧焊焊机2．氩气瓶，减压器，流量计3．不锈钢板、不锈钢焊丝、钢丝刷、酒精、面纱等。三、实验原理钨极氩弧焊是在惰性气体的保护下，利用钨极与焊件间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝（也可以不加填充焊丝），形成焊缝的焊接方法。焊接时保护气体从焊枪的喷嘴中连续喷出，在电弧周围形成保护层隔绝空气，保护电极和焊接熔池以及临近热影响区，以形成优质的焊接接头。钨极氩弧焊分为手工和电动两种。焊接时，用难熔金属钨或钨合金制成的电极基本上不熔化，故容易维持电弧长度的恒定。填充焊丝在电弧前方添加，当焊接薄焊件时，一般不需开坡口和填充焊丝；还可采用脉冲电流以防止烧穿焊件。焊接厚大焊件时，也可以将焊丝预热后，再添加到熔池中去，以提高熔敷速度。四、实验步骤（一）准备工作1．熟悉电路，将电路的主要元器件与实物对照。2．通气，调节氩气流量。3．接通焊机。4．将钢丝刷、酒精清理干净。（二）练习操作将衰减置于“一次”档上，然后将焊枪稍倾斜，使陶瓷喷嘴靠在不锈钢板上，使钨极与不锈钢板保持1～2mm的间隙。按动手把上的启动按钮，高频引燃电弧；电弧引燃后，松开电钮，电弧继续燃烧，再次按动按钮，则电弧熄灭。焊接电压为220V，焊接电流为30A。（三）观察钨极氩弧焊特点：观察不锈钢板上的阴极雾化作用。(四)打扫实验室，整理实验设备和材料，为下一次实验提供一个良好的实验状态，最后关闭门窗及水电。五、实验结果及思考1．将实验中观察到的现象记录下来。2．何谓阴极清理？为何会产生阴极清理现象？你观察到了吗？实验五焊条电弧焊实训项目一、实验目的1.掌握划擦引弧法、直击引弧法的动作要领。2.掌握引弧时处理焊条粘住钢板的方法。二、实验仪器、设备和材料1、焊机BX3—300型、BX3—500型2、焊条E4303型，直径为3.2、4.0mm。3、焊件采用低碳钢板，长×宽为150mm×150mm，厚度4～6mm。三、实验原理1.引弧操作中的知识要点主要包括：焊接电弧、电弧产生的条件、气体电离、阴极电子发射、电弧构造。2.焊接电弧：由焊接电源供给的具有一定电压的两电极间或电极与焊件间的气体介质中，产生强烈而持久的放电现象。3.电弧产生的条件：气体电离和阴极电子发射。4.气体电离：中性气体的分子或原子释放电子形成正离子的过程。5.阴极电子发射：阴极金属表面连续向外发射电子的现象。6.焊接电弧的构造与特点：阴极区（在连接电源负极方向）、阳极区（在连接电源正极方向）、弧柱区（在阴极区和阳极区之间）四、实验步骤1、平焊操作姿势：平焊时，一般采用蹲式操作。蹲姿要自然，两脚夹角为70°～85°，两脚距离约为240～260mm。持焊钳的胳膊半伸开，要悬空无依托操作。2、引弧方法A、划擦引弧法先将焊条末端对准焊件，然后像划火柴似的使焊条在焊件表面划擦一下，提起2～3mm的高度引燃电弧。引燃电弧后，应保持电弧长度不超过所用焊条的直径。B、直击引弧法先将焊条垂直对准焊件，然后使焊条碰击焊件，出现弧光后迅速将焊件提起2～3mm，产生电弧后使电弧稳定燃烧。3、技能训练A、引弧堆焊首先在焊件的引弧位置用粉笔画直径13mm的一个圆，然后用直击引弧法在圆圈内撞击引弧。引弧后，保持适当电弧长度，在圆圈内作划圈动作2～3次后灭弧。待熔化的金属凝固冷却后，再在其上面引弧堆焊，这样反复操作直到堆起高度约为50mm为止。B、定点引弧先在焊件上按图纸要求划线，然后在直线的交点处用划擦引弧法引弧。引弧后，焊成直径13mm的焊点后灭弧。这样不断重复操作完成若干个焊点的引弧训练。4.整理实验设备和材料，打扫实验室卫生，为下一次实验提供一个良好的实验状态，最后关闭门窗及水电。五、实验结果及思考1．在引弧过程中，如果焊条与焊件粘在一起，通过晃动不能取下焊条时，应该如何处理？2.如果焊条端部有药皮套筒，如何进行有效的引弧？3.弧时，交流焊机引弧和直流焊机有什么区别？《弧焊电源》实验指导书实验一弧焊电源外特性和调节性能的测定一、实验目的1、熟悉典型弧焊电源的调节电流方法。2、掌握弧焊电源外特性的测试方法，分析弧焊电源的调节特性。二、实验仪器、设备及材料1、交流弧焊电源，直流弧焊电源；2、变阻器；3、电流互感器；4、交、直流电压表（100伏）；5、直流电流表（500安）三、实验原理1.弧焊电源外特性的概念及物理意义：在电源内部参数一定时，电源输出的电压与电流之间的关系，称为弧焊电源的外特性。在电弧焊接过程中，电源起供电作用，电弧是供电对象，两者构成一个整体，而电弧的稳定燃烧需要对电源具有一定的要求，这主要是两个方面，即：（1）系统在无外界因素干扰下，能在给定电弧电压和电流下，维持长时间的连续电弧放电，保持静态平衡。（2）当系统一旦受到瞬时的外界干扰，破坏了原来的静态平衡，造成了焊接规范的变化。但干扰消失之后，系统能够自动地达到新的平衡，使得焊接规范重新恢复。为满足上述两个条件：要求电弧静特性曲线在工作的上的斜率必须大于电源外特性曲线在工作点上的斜率。由上面的条件知，“电源-电弧”系统的稳定性对电源外特性有很重要的影响，此外，焊接规范的稳定性也对电源外特性提出了很高的要求，由于各种焊接方法工作在电弧静特性曲线的不同区段，要满足kw>0时则需要电源要有合适的外特性。总之，在电弧静特性曲线的不同区段需要选择适当形状的电源外特性与之相配合，才能满足系统的稳定性又能保证焊接规范稳定，此外，电源外特性还关系到电焊机的引弧性能、焊接熔滴过渡过程和安全使用性等。2.外特性测试原理图AAV变阻器交流弧焊电源开关图1交流弧焊电源外特性测试原理图AAV变阻器直流弧焊电源开关+-图2直流弧焊电源外特性测试原理图三、试验步骤1、观察电流调节机构与电流大、小档粗调的方法；2、首先按照被测对象，按照图1、图2原理图接线，一定要连接牢固；3、空载状态时，启动弧焊电源，待稳定后，由电压表读取电压，此数值为空载电压，此时的电流表应等于零；4、变动负载电阻，使电焊机输出端至短路变化，不应少于8点，每变化一次，读取电压及电流值，并作好记录；5、把开关转换至短路位置，读出短路电流稳定值，此时必须注意设备安全运行能力，当设备处于过载试验时，应控制试验周期不超过10S；6、纵坐标为电压，横坐标为电流，选取适当比例，把测得各点圆滑连接，其连线即为被测弧焊电源在该调节状态下的外特性曲线；7、改变弧焊电源调节状态，重复（1-6），即可得不同调节状态各个外特性；8、根据规定负载特性和所测的外特性，确定某一弧焊电源的电流调节范围。9、整理实验设备及材料，打扫卫生，关闭电源，关灯，锁门。五、实验结果及思考1、绘制弧焊变压器的外特性曲线；2、绘制弧焊变压器的调节特性。实验二弧焊电源的结构认识与观察一、实验目的1、认识典型弧焊电源的构造和调节电流方法。2、认识ZXE1系列弧焊变压器的结构特点以及各部分结构。3、熟悉ZXE1-400型弧焊变压器的电气线路及工作原理。二、实验仪器、设备和材料 ZXE1系列交流弧焊机、直流弧焊机以及交直流两用弧焊机。三、实验原理 ZXE1-400型焊机的工作原理及结构特点。 电气原理图如下：FSFS交流直流1、工作原理 空载电压：; 负载：; 短