金属焊接性综合试验虚拟仿真-论文.doc

沈阳理工大学学士论文摘 要 金属焊接性综合试验虚拟仿真，可以将原本需要繁杂的试验器材才能实现的实验，通过数据库系统的方式实现。从而，提高学习效率，更快更方便的学习到所需要的实验方法及过程。 本文采用Visual FoxPro 6.0数据库软件设计焊接性试验数据库系统。利用VF的数据库编程系统，通过数据库所制作的软件，来实现焊接性综合试验的方法、步骤和结论。方便教学，并减少在教学和试验过程中对实验器材的损耗，加强对实验的理解。随着社会的发展，生活形式变得丰富多彩，因此，学习方法也随之改变。根据实际的实验，以Visual FoxPro 6.0编写金属焊接性试验，即丰富了焊接性试验的教学方法，也可以丰富学习焊接性试验方法的多样性。关键词：金属焊接性综合试验；虚拟仿真；数据库；Visual FoxPro 6.0IAbstractThe virtual simulation of Metal weld ability test, can be that need to multifarious test equipment to achieve test, through the way of database system implementation. And improve learning efficiency, Faster and more convenient to learn the required test method and process.In this paper, using Visual FoxPro 6.0 database design software design weld ability test database system. The use of VF database programming system and through database produced by the software to realize the comprehensive weld ability test methods, steps, and conclusion. Convenience of teaching, and to reduce in the process of teaching and experiment of the wastage of the experimental equipment, strengthen the understanding of the experiment. With the development of the society, life form becomes rich and colorful, therefore, the study method also changed. According to the actual experiment, with Visual FoxPro 6.0 write metal weld ability test, namely, enrich the teaching method of weld ability test, also can enrich the diversity of learning weld ability test method.Keywords：combined test of the metal weld ability; virtual simulation; database; Visual FoxPro 6.0II目 录1 绪论11.1 课题背景及意义11.2 国内外研究现状11.3 虚拟仿真简介31.4 数据库简介41.4.1 Visual FoxPro 6.0的介绍51.4.2 Visual FoxPro 6.0的特点51.5 课题内容62 金属焊接性72.1 金属焊接性的概念72.2 金属焊接性的影响因素72.2.1 材料因素82.2.2 设计因素82.2.3 工艺因素82.2.4 服役环境82.3 金属焊接性综合试验的目的92.4 金属焊接性综合试验的内容92.4.1 工艺焊接性试验92.4.2 使用焊接性试验102.5 金属焊接性综合试验的试验方法102.6 金属焊接性综合试验方法的选用原则112.7 金属焊接性综合试验的内容112.8 斜Y形坡口焊接裂纹试验法122.8.1 试件制备122.8.2 试验条件132.8.3 实验步骤132.8.4 计算方法142.9 插销试验162.9.1 试件制备162.9.2 实验原理182.9.3 实验步骤182.9.4 插销试验特点192.10 可拘束裂纹实验法202.10.1 试件制备202.10.2 试验步骤212.10.3 计算方法212.10.4 试验结果评定方法223 系统设计233.1 应用背景233.2 表单设计233.2.1 登录表单233.2.2 密码修改表单263.2.3 斜Y形裂纹实验表单283.2.4 插销试验表单303.2.5 可拘束裂纹试验333.2.6 添加操作员表单383.3 菜单设计413.3.1 菜单内容413.3.2 创建菜单413.3.3 菜单中的代码433.3.4 菜单中的表单调用433.4 主程序设计443.4.1 主程序一般所具有的功能：443.4.2 建立主程序443.4.3 设置主文件463.4.4 系统连编46结 论47结 束 语48参考文献49附 录50A英文文献50B 中文翻译58V1 绪论1.1 课题背景及意义当今时代是飞速发展的的信息时代。在各行各业中离不开信息处理，这正是计算机被广泛应用于信息管理系统的原因。计算机的最大好处在于利用它能够进行信息管理。使用计算机进行信息控制，不仅提高了工作效率，而且大大的提高了其安全性。尤其对于复杂的信息管理，计算机能够充分发挥它的优越性。计算机进行信息管理与信息管理系统的开发密切相关，系统的开发是系统管理的前提。随着计算机技术的发展，新型的焊接材料也得到飞速的发展，各国开发了各种类型与用途的焊接数据库，其组成有3部分：焊接数据库，数据库管理系统，应用程序。随着焊接技术的不断发展，焊接领域中所应用的焊接材料种类也越来越多，焊接技术人员需要对焊接材料进行焊接性分析。如采用数据库系统来完成这项工作，必然会给人们的工作带来极大的方便。基于此，本文根据各种焊接性文献及大量的网上资料，焊接性试验数据库管理系统。1.2 国内外研究现状国外现状：自从1969年美国的IBM公司开发出第一个DBMS系统IMS以来，数据库的研究和开发已经走过了三十多年的历程，经历了三代的演变（从层次型数据库系统到网络型数据库系统，再到现在成为数据库主流的关系型数据库系统），取得了辉煌的成就，形成了数百亿美元的产业，数据库技术和系统已经成为世界各国信息基础设施的核心技术和重要基础。据欧共体委员会1991年底调查统计，当时西欧公司提供的联网数据库为1616个，而美国公司提供的联网数据库为3057个，加上其他形式的电子信息服务，欧洲计算机网络服务业的年收入为39亿美元，远远低于美国的97亿美元。在欧洲，该行业业务的96%是金融和商业信息。据估计，欧共体国家在数据库、网络以及其他计算机联网服务方面，比美国落后3至5年。欧共体的联网业务规模大约是美国的一半。美国是世界上数据库业起步最早的国家。目前，在世界范围内，无论是数据库的数量、质量、品种、类型，还是数据库生产者、数据库提供商的数量，抑或是联机数据库的使用频率和产值方面，别的国家还都无法与之抗衡。据Gale公司统计，至1995年止，全世界拥有数据库8525种，其中美国产品占69%，为世界其它国家数据库拥有总量的将近2倍。80年代初，英、法、德等国意识到数据库产业的重要性，开始自主建立数据库产业和联机产业，以期打破美国的垄断，到90年代中期，欧洲约有 2000个数据库提供利用，占世界全部的27%，其涉及语言丰富，联机服务产值在19911996年的年均增长率为15.9%，远高于美国同期的增长率。国内现状：二十世纪九十年代以来，我国电子信息产业发展迅速，年增长率达到27左右。我国的数据库(主要是中文数据库)建设起步于70年代中后期,当时主要引进学习国外理论和成果。随后，全国许多单位纷纷开始建设数据库。“七五”期间，我国在数据库建设方面的投入达10亿元人民币。截止到1995年10月31日我国自建且有一定规模的数据库已达1038个。这些成就，为经济建设和社会文明进步起到了积极的推动作用。目前，我国的数据库已由1992年806个增加到1000个以上,数据库的容量有很大发展,能发挥效用的数据库大大增加,1992年上报的806个数据库可用的不到十分之一,而现在的1000多个数据库中,大部分已在一定范围内提供不同程度的服务。据统计，1998年我国软件市场的销售额约140亿元，而数据库及其开发类工具软件就约占了 40%，且几乎全部被国外数据库软件占有。据1997年的统计，中国每年要花50亿购买国外数据库，而且以25%的速度发展。而且，全球大型数据库组织中约有25%已将他们的主要数据库接入网络，或许另外40%也期望在明年实现上网，因而大多数新的应用也将在网上运行。虽然目前国产数据库占有的比例很小，但由于使用国外的数据库存在着安全、超前消费、售后服务、价格等一系列问题，使得国产数据库有着自己的生存空间。国产数据库产业化的目标是占领数据库市场的50%，继而进入国际市场，取得5亿美元的年市场份额。多年来，国家一直特别重视开发具有自主版权的国产数据库软件产品，并一度列入国家863计划的项目，但总的来说目前我国数据库软件的发展水平仍令人忧虑，尤其在市场上叫得响的产品更是凤毛麟角。面对数据库“网络化”的发展趋势，现在国内拥有数以万计的各类大小数据库，而80%以上都没有上网，大量资源被束之高阁，可以说都是些“死的数据库”，这对国家、企业来说无疑是极大的浪费。电子信息产业已成为全世界发展经济竞争实力的最重要手段之一，党和政府于1992年就明确把电子信息产业作为发展国民经济的支柱产业，并于1997年4月18日至21日由国务院信息化工作领导小组主持召开全国首次信息化工作会议，全面明确地提出了中国信息化建设的指导方针和原则。虽然取得了很大的成绩，但现在仍是我国数据库产业的形成阶段，国家机关、图书馆、信息中心等部门在信息化的过程中都迫切地需要数据库软件，而且在网络时代数据库也有着更大的发展。近几年来我国数据库新产品的推出，大大增强了国产数据库产品的市场竞争力。但纵观我国数据库产品的类型、数量及市场规模等还无法与发达国家的产品相比，因此为了满足信息资源建设的需要，缩小与国际同类产品的差距，必须加速发展我国的数据库产业。1.3 虚拟仿真简介虚拟仿真是将虚拟现实和系统仿真结合起来成为一个有机整体，利用虚拟现实技术来对系统进行仿真，又称虚拟现实仿真。虚拟仿真作为先进的人机交流技术，已被广泛应用于决策论证、设备研制、教育培训等领域。当今世界工业已经发生了巨大的变化，大规模人海战术早已不再适应工业的发展，先进科学技术的应用显现出巨大的威力，特别是虚拟现实技术的应用正对工业进行着一场前所未有的革命。虚拟现实已经被世界上一些大型企业广泛地应用到工业的各个环节，对企业提高开发效率，加强数据采集、分析、处理能力，减少决策失误，降低企业风险起到了重要的作用。虚拟现实技术的引入,将使工业设计的手段和思想发生质的飞跃,更加符合社会发展的需要,可以说在工业设计中应用虚拟现实技术是可行且必要的。而课程实验仿真系统与真实实验台类似。用来供学生自己动手配置、连接、调节和使用实验仪器没备进行实验。6实验仿真平台允许根据平台上提供的器材自由搭建任意合理的典型实验，或实验系统案例，这一点是实验仿真平台有别于一般实验教学课件的重要特征。典型实验通常是由精通相关课程的教师设计的。要求学生在此基础上进行实验。可满足教师对各层次实验教学的需求。实验仿真平台也为学生自由搭建实验模犁提供了可能。学生既可通过实验仿真平台动手操作。又可自主设计实验，有利于培养设计能力和创新意识。与器材库(或仪器、设备、材料库)类似，虚拟实验平台通常拥有一个器材栏。用于各类虚拟实验器材的管理。学生可以把器材从器材栏中移到实验台上，或者从实验台上把器材收回到器材栏。实验仿真系统模拟真实实验中所使用的实验器材和设备，提供与真实实验相似的实验环境并实现了网上开放式实验管理功能。用仿真软件组建的虚拟实验室，在实践教学中有益于拓宽实验渠道，有助于增加学生动手实践机会，是现有实验教学的有益补充。1.4 数据库简介本数据库系统并不是十分复杂，数据维护简单，采用小型数据库平台就能满足数据的的设计要求。常用的小型数据库开发平台有Access数据库，mysql数据库，以及FoxPro数据库。1、Access数据库美国Microsoft公司于1994年推出的微机数据库管理系统。它具有界面友好、易学易用、开发简单、接口灵活等特点，是典型的新一代桌面数据库管理系统。其主要特点如下： (1)完善地管理各种数据库对象，具有强大的数据组织、用户管理、安全检查等功能。 (2)强大的数据处理功能，在一个工作组级别的网络环境中，使用Access开发的多用户数据库管理系统具有传统的XBASE(DBASE、FoxBASE的统称)数据库系统所无法实现的客户服务器(Cient/Server)结构和相应的数据库安全机制，Access具备了许多先进的大型数据库管理系统所具备的特征，如事务处理/出错回滚能力等。 (3)可以方便地生成各种数据对象，利用存储的数据建立窗体和报表，可视性好。 (4)作为Office套件的一部分，可以与Office集成，实现无缝连接。 (5)能够利用Web检索和发布数据，实现与Internet的连接。 Access主要适用于中小型应用系统，或作为客户机/服务器系统中的客户端数据库。2.、MySQLMySQL是一个小型关系型数据库管理系统，开发者为瑞典MySQL AB公司。在2008年1月16号被Sun公司收购。而2009年，SUN又被Oracle收购。对于Mysql的前途，没有任何人抱乐观的态度。目前MySQL被广泛地应用在Internet上的中小型网站中。由于其体积小、速度快、总体拥有成本低，尤其是开放源码这一特点，许多中小型网站为了降低网站总体拥有成本而选择了MySQL作为网站数据库。3、FoxPro数据库最初由美国Fox公司1988年推出，1992年Fox公司被Microsoft公司收购后，相继推出了FoxPro2.5、2.6和Visual FoxPro等版本，其功能和性能有了较大的提高。FoxPro2.5、2.6分为DOS和Windows两种版本，分别运行于DOS和Windows环境下。FoxPro比FoxBASE在功能和性能上又有了很大的改进，主要是引入了窗口、按纽、列表框和文本框等控件，进一步提高了系统的开发能力。Visual FoxPro简称VFP，是Microsoft公司推出的数据库开发软件，用它来开发数据库，既简单又方便。Visual FoxPro源于美国Fox Software公司推出的数据库产品FoxBase，在DOS上运行，与xBase系列相容。FoxPro原来是FoxBase的加强版，最高版本曾出过2.6。之后，Fox Software被微软收购，加以发展, 使其可以在 Windows 上运行, 并且更名为 Visual FoxPro。目前最新版为 Visual FoxPro 9.0，而在学校教学和教育部门考证中还依然延用经典版的 Visual FoxPro 6.0。在桌面型数据库应用中，处理速度极快，是日常工作中的得力助手。1.4.1 Visual FoxPro 6.0的介绍Visual FoxPro 6.0是在XBASE（dBASE,Clipper,FoxBASE,FoxPro）的基础上发展而来的32位数据库管理系统。 它是由微软公司于1998年在推出 Windows 98 操作系统的同时推出的。 1998年9月份美国微软公司推出了Visual Fox Pro 6.0系列，其中包括VFP6。VFP6的推出为网络数据系统使用者及设计开发者带来了极大的方便。VFP6不仅提供了更多更好的设计器、向导、生成器及新类，并且使得客户/服务器结构数据库应用程序的设计更加方便简捷，增加了处理2000年数据的工具。VFP6以其强健的工具和面向对象的以数据为中心的语言，将客户/服务器和网络功能集成于现代化的、多链接的应用程序中。VFP6充分发挥了面向对象编程技术与事件驱动方式的优势。VFP6是目前世界流行的小型数据库管理系统中版本最高、性能最好、功能最强的优秀软件之一。1.4.2 Visual FoxPro 6.0的特点Visual FoxPro 6.0 能够得到广泛的使用，这是与其具有的强大的功能分不开的，Visual FoxPro 6.0 与其前期的版本相比，有更高的性能指标和鲜明的特点。 提供多种可视化编程工具，最突出的是面向对象编程。 在表的设计方面，增添了表的字段和控件直接结合的设置。 除此之外，Visual FoxPro 6.0 具有一系列的新特色，如： 成功解决了计算机2000年的问题。 增强了 Internet 技术和 WWW 数据库的设计。 ActiveX 和向导、生成器及控件等集成化工具。 新引入了网络图象文件格式：gif 和 jpeg。 1.对项目及数据库控制的增强在 Visual FoxPro 6.0 中可以借助“项目管理器”创建和集中管理应用程序中的任何元素；可以访问所有向导、生成器、工具栏和其他易于使用的工具。 2.提高应用程序开发的效率 Visual FoxPro 6.0 增加了面向对象的语言和方式。借助 Visual FoxPro 6.0 的对象模型，可以充分使用面向对象程序设计的所有功能。 3. 互操作性和支持 Internet Visual FoxPro 6.0 支持具有对象的链接与嵌入（OLE）拖放，可以在 Visual FoxPro 6.0 和其他应用程序之间，或在 Visual FoxPro 6.0 应用程序内部移动数据。 4. 充分利用已有数据 Visual FoxPro 6.0 为升级数据库提供了一个方便实用的转换器工具，可以将早期版本中的数据移植过来使用；对于电子表格或文本文件中的数据，Visual FoxPro 6.0 也可以方便的实现数据共享。1.5 课题内容本次毕业设计是采用Visual FoxPro 6.0设计数据库系统，该数据库内储存着金属焊接性综合试验的相关内容，通过该数据库能够全面的了解金属焊接性的试验，也能对数据库的数据进行修改、查询、浏览等一系列功能。在该数据库系统中，分别对斜Y形坡口焊接裂纹试验，插销试验，可拘束裂纹实验进行了全面描述。2 金属焊接性2.1 金属焊接性的概念金属的焊接性是指在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接缝的难易程度。其内容包括两个方面：一是金属在经受焊接加工时对缺陷的敏感性，即工艺焊接性；二是焊成的接缝在使用条件下可靠运行的能力，即使用焊接性1。工艺焊接性是一个相对的概念，如果一种金属可以在很简单的工艺条件下焊接而获得完好的接缝，能够满足使用要求，就可以说是焊接性良好。反之，如果必须保证很复杂的工艺条件，如高温预热、焊后复杂热处理等，或所焊的接缝在性能上不能很好地满足要求，就可以认为焊接性差。工艺焊接性就是指金属在一定的工艺条件下，能得到优质焊接接缝的能力。它不是金属本身固有的性能，而是随焊接条件的变化而变化。使用焊接性是指整个焊接接缝或整体结构满足技术条件规定的使用性能的程度。包括力学性能、缺口敏感性、耐腐蚀性等。评价焊接性的方法是多种多样的，每一种试验方法都是从某一特定的角度来考核或说明焊接性的某一方面。因此，往往需要进行一系列的试验才可能较全面地说明焊接性，从而有助于确定焊接方法、焊接材料、工艺规范及必要的工艺措施等。焊接性试验的内容主要有：热裂纹试验、冷裂纹试验、脆性试验、使用性能试验等。其实施的方法分模拟、实焊、理论计算三大类。最常用的是斜Y坡口裂纹试验、插销试验、刚性固定对接裂纹试验、可变拘束裂纹试验、碳当量法等2。近年来随着计算机的发展，根据所建立的数据库和数学模型等开发了各种类型的专家系统、仿真系统等。利用这些现代化的手段来评定钢的焊接性和优化焊接工艺是近年来评价材料焊接性方法的新发展。2.2 金属焊接性的影响因素影响焊接性的四大因素是材料、设计、工艺、及服役环境。材料因素包括钢的化学成分、冶炼轧制状态、热处理、组织状态和力学性能等。设计因素是指焊接结构设计的安全性，它不但受到材料的影响，而且很大程度上还受到结构形式的影响。工艺因素包括施工时所采用的焊接方法、焊接工艺规程（如焊接热输入、焊接材料、预热、焊接顺序等）和焊后热处理等。服役环境因素是指焊接结构的工作温度、负荷条件（动载、静载、冲击等）和工作环境（化工区、沿海及腐蚀介质等）3。2.2.1 材料因素材料因素包括母材本身和使用的焊接材料，如焊条电弧焊时的焊条、埋弧焊时的焊丝和焊剂、气体保护焊时的焊丝和保护气体等。母材和焊材在焊接过程中直接参与熔池或熔合区的冶金反应，对焊接性和焊接质量有重要影响。母材或焊接材料选用不当时，会造成焊缝成分不合格、力学性能和其他使用性能降低，甚至导致裂纹、气孔、夹渣等焊接缺陷，也就是使工艺焊接性变差。因此，正确选用母材和焊接材料是保证焊接性良好的重要因素。2.2.2 设计因素焊接接头的结构设计会影响应力状态，从而对焊接性产生影响。设计结构时应使接头处的应力处于较小的状态，能够自由收缩，这样有利于减小应力集中和防止焊接裂纹。接头处的缺口、截面突变、堆高过大、交叉焊缝等都容易引起应力集中，要尽量避免。不必要的增大母材厚度或焊缝体积，会产生多向应力，也应避免。2.2.3 工艺因素对于同一种母材，采用不同的焊接方法和工艺措施，所表现出来的焊接性有很大的差异。例如，铝及其合金用气焊较难进行焊接，但用氩弧焊就能取得良好的效果；钛合金对氧、氮、氢极为敏感，用气焊和焊条电弧焊不可能焊好，而用氩弧焊或电子束焊就比较容易焊接。所以，发展新的焊接方法和新的工艺措施是改善工艺焊接性的重要途径。焊接方法对焊接性的影响首先表现在焊接热源能量密度、温度以及热量输入上，其次表现在保护熔池及接头附近区域的方式上，如渣保护、气体保护、渣-气联合保护以及在真空中焊接等。对于有过热敏感性的高强度钢，从防止过热出发，可选用窄间隙气体保护焊、脉冲电弧焊、等离子弧焊等，有利于改善其焊接性。工艺措施对防止焊接缺陷，提高接头使用性能有重要的作用。2.2.4 服役环境焊接结构的服役环境多种多样，如工作温度高低、工作介质种类、载荷性质等都属于使用条件。工作温度高时，可能产生蠕变；工作温度低或载荷为冲击载荷时，容易发生脆性破坏；工作介质有腐蚀性时，接头要求具有耐腐蚀性。使用条件越不利，焊接性就越不易保证。2.3 金属焊接性综合试验的目的拟定焊接工艺，以便经过焊接工艺评定合格后应用于焊接产品制造。焊接结构和产品生产中，对于一些大量使用并且工艺上成熟的材料（如Q235钢），可以不进行金属焊接性综合试验，而是根据资料和经验直接拟定焊接工艺，只要能通过焊接工艺评定综合试验就可以采用。但是对于尚未掌握其焊接性能的新材料，则必须通过金属焊接性综合试验拟定焊接工艺。评定某种金属材料的焊接性，揭示其在焊接过程中容易产生的问题，为改进或选用该材料提供依据。冶金部门在研制一种新型金属材料时，通常都要进行金属焊接性综合试验，这是因为材料焊接性的好坏在很大程度上能影响材料的推广使用，冶金部门在新型金属材料正式投产前，往往还需要通过金属焊接性综合试验，提供出一整套反映这种金属材料焊接性能的试验数据，其目的是为了便于用户选用该材料。研制和开发新型的焊接材料。焊接材料在焊接时参与焊接区的化学冶金反应，对焊缝最终的化学成分产生举足轻重的作用，进而影响焊接接头的结合性能和使用性能。因此，在研制和开发新型的焊接材料时也需要进行金属焊接性综合试验，以便发现问题，改进焊接材料4。2.4 金属焊接性综合试验的内容2.4.1 工艺焊接性试验工艺焊接性试验的目的是考察材料的结合性能，即在一定的焊接工艺条件下焊接接头产生欠缺的倾向。由于在各种欠缺（如裂纹、气孔、夹杂等）中裂纹的危害最大，因此考察的重点是材料产生焊接裂纹的敏感性。此外，为了分析影响材料产生裂纹倾向的因素，还需要进行各种理化试验。归纳起来，工艺焊接性试验主要包括以下两个方面内容：焊接裂纹敏感性试验 包括焊接冷裂纹敏感性试验、焊接热裂纹敏感性试验、在热裂纹敏感性试验、层状撕裂敏感性试验等；析因理化试验 包括熔敷金属扩散氢测定试验、焊接金相分析试验、焊接接头硬度试验、焊缝和母材化学成分分析试验等1。2.4.2 使用焊接性试验使用焊接性试验的目的是考察焊接接头的使用性能，即在给定的焊接工艺条件下得到的焊接接头是否能满足使用条件的要求，包括强度、塑性、韧性、疲劳强度、耐蚀性等。此外，也需要进行各种理化试验，以分析性能变化的原因。归纳起来，主要包括以下内容：焊接接头力学性能试验；其他性能试验，例如焊接接头抗脆断性能试验、耐蚀性试验、高温强度试验等；析因理化试验，包括焊接金相分析实验、焊接接头断口分析实验等。2.5 金属焊接性综合试验的试验方法金属焊接性综合试验所涉及的基础试验方法数量很多，从不同的角度可以进行不同的分类。通常可以将其分为直接法和间接法两大类，具体的分类如图2.1所示5。间接实验法直接试验法工艺焊接性试验使用焊接性试验碳当量法冷裂纹敏感指数法焊接热、反应模拟试验法工艺焊接性试验焊接冷裂纹试验焊接热裂纹试验再热裂试验焊接接头力学性能试验使用焊接性试验焊接接头高温性能试验焊接性试验图2.1 金属焊接性综合试验方法分类2.6 金属焊接性综合试验方法的选用原则尽可能地接近产品的结构条件和使用条件应该说，最能反映产品结构条件和使用条件的试验方法，是利用实际产品或与产品实际形状和尺寸相近的试件进行试验。但是这种方法很不经济，而且在许多情况下（例如产品结构很大或者单件生产）是无法做到的，因此大量使用的还是小型试件的试验。但是，在选用小型试件的试验方法时，应尽量接近产品接头的实际情况。具有较好的再现性和试验精度好的再现性是保证实验结果准确、可靠地前提条件，它的一方面与试验条件稳定、无意外因素干扰有关，另一方面也与试验方法对所反映的问题的敏感程度有关，因此应选择敏感性比较强的试验方法。定量的试验方法与定性的或半定量的试验方法相比，前者的试验精度高，故在可能的情况下应尽量选择定量的试验方法。经济简便在保证获得可靠结果的前提下，应尽量选择设备仪器相对简单、试件加工比较方便、操作比较容易、试验周期比较短的试验方法，因为这样的试验方法经济简便。2.7 金属焊接性综合试验的内容焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力热裂纹是一种经常发生又危害严重的焊接缺陷，其产生与母材和焊接材料有关。焊缝熔池金属在结晶时，由于存在S、P等有害元素（如形成低熔点的共晶物）并受到较大热应力作用，可能在结晶末期产生热裂纹，这是焊接中必须避免的一种缺陷。焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力常常被作为衡量金属焊接性的一项重要内容。通常通过热裂纹敏感指数和热裂纹实验来评定焊缝的热裂纹敏感性。焊缝及热影响区抵抗产生冷裂纹的能力冷裂纹在合金结构钢焊接中是最为常见的缺陷，这种缺陷的发生往往具有延迟性并且危害很大。在焊接热循环作用下，焊缝及热影响区由于组织、性能发生变化，加之受焊接应力作用以及扩散氢的影响，可能产生冷裂纹（或延迟裂纹），这也是焊接中必须避免的严重缺陷，常被作为衡量金属焊接性的重要内容。一般通过间接计算和焊接性试验来评定材料对冷裂纹的敏感性。焊接接头抗脆性断裂的能力由于受焊接冶金反应、热循环、结晶过程的影响，可能使焊接接头的某一部分或整体发生脆化（韧性急剧下降），尤其对在低温条件下使用的焊接结构影响更大。对于在低温下工作的焊接结构和承受冲击载荷的焊接结构，经冶金反应、结晶、固态相变等过程，焊接接头由于受脆性组织、硬脆的非金属夹杂物、热应变时效脆化、冷作硬化等作用的结果，发生所谓的焊接接头脆性转变。所以焊接接头抗脆性断裂（或抗脆性转变）的能力也是焊接性试验的一项内容。焊接接头的使用性能根据焊接结构使用条件对焊接性提出的性能要求来确定试验内容，包括力学性能和产品要求的其他使用性能，如不锈钢的耐腐蚀性、低温钢的低温冲击韧度、耐热钢的高温蠕变强度或持久强度等。此外，厚板钢结构要求抗层状撕裂性能，就必须做Z向拉伸或Z向窗口试验，以测定钢材抗层状撕裂的能力；某些低合金钢需要做消除应力裂纹实验、应力腐蚀试验等。合金结构钢焊接性分析时应考虑的问题见表2.1。表2.1 合金结构钢焊接性分析时应考虑的问题金属材料焊接性重点分析的内容合金结构钢热轧及正火钢冷裂纹、热裂纹、消除应力裂纹、层状撕裂、热影响区脆化低碳调质钢冷裂纹、根部裂纹、热裂纹、热影响区脆化和软化中碳调制刚热裂纹、冷裂纹、热影响区脆化、热影响区回火软化珠光体耐热钢冷裂纹、热影响区硬化、消除应力裂纹、蠕变与持久强度低温钢低温缺口韧性、冷裂纹2.8 斜Y形坡口焊接裂纹试验法 这是一种在工程中应用很广泛的试验方法，通常称为“小铁研裂纹实验”。它适合于研究碳素钢和低合金钢焊接影响区的冷裂敏感性，以及焊条和母材组合的冷裂倾向，也可作为拟定焊接工艺的方法5。2.8.1 试件制备1、试件的形状和尺寸按照下图2.2所示准备焊件尺寸。2、试件的坡口用机械切削加工图2.2 斜Y形坡口试件的形状及尺寸2.8.2 试验条件1、试验所用的焊条应选用与母材匹配的焊条，焊前应严格按要求烘干。2、拘束焊缝采用双面焊接，注意不要产生角变形和未焊透。3、试验焊缝只焊一道，不要求填满坡口。4、试件达到试验温度后，原则上以标准的规范进行试验焊缝的焊接。5、推荐采用下列焊接参数：焊条直径4mm，焊接电流（17010）A，焊接电压（242）V焊接速度（15010）mm/min。6、由于该试验接头的拘束度很大，远超过了实际对接接头的拘束度，且试件坡口为斜Y型，应力集中程度大，其试验条件苛刻，一般认为试验中裂纹率20，实际构件不发生冷裂纹。2.8.3 实验步骤1、按图2.2组装试件。2、焊接拘束焊缝。3、焊接试验焊缝。 当采用手工焊时，试验焊缝按图2.3所示方法焊接。 当采用焊丝自动送进装置焊接时，试验焊缝按图2.4所示焊接。4、焊接完成后，试件静置和自然冷却48小时后，截取试样和进行裂纹检测。图2.3 焊条电弧焊试的验焊缝图2.4 焊丝自动送进的试验焊缝2.8.4 计算方法1、用肉眼或手持510倍放大镜来检测焊缝和热影响区的表面和断面是否有裂纹，并分别计算试样的表面裂纹率、根部裂纹率和断面裂纹率。2、裂纹长度或高度按图2.5所示检测，裂纹重迭时不必分别计算。a b c图2.5 试样裂纹长度计算a 表面裂纹 b 根部裂纹 c 断面裂纹3、采用下列公式计算表面裂纹率。式中： 表面裂纹率，% 表面裂纹长度之和，mm 试验焊缝长度，mm4、将试样先经着色检验，然后将其拉断，根据图2.5b所示计算根部裂纹长度，并按下述公式计算出根部裂纹率。式中：根部裂纹率，%根部裂纹长度之和，mm试验焊缝长度，mm5、用机械加工方法在试验焊缝上等分截取出46块试样，按图2.5c的要求检裂纹，用下式计算出断面裂纹率。式中：断面裂纹率，%5个断面裂纹深度的总和，mm5个断面焊缝最小厚度的总和，mm2.9 插销试验 插销试验主要用于考核焊接热影响区的氢致延迟裂纹敏感性，是测定低合金钢焊接热影响区冷裂纹敏感性的一种定量试验方法，也适用于对比焊接材料的抗冷裂性。这种方法因消耗材料少、试验结果稳定，所以应用较广泛。2.9.1 试件制备1、试件的形状和尺寸 试件尺寸和形状如图2.6所示。其中，图2.6a是环形缺口插销，图2.6b是螺形缺口插销。插销的各部位尺寸见表2.3。试样从被试钢材或产品（轧制件、锻件、铸件、焊缝焊接构件）中制取，并注明插销的取向或相对厚度方向的位置。缺口与插销端面的距离a值与焊接热输入E有关，应根据焊接热输入E的变化做调整（表2.2）。以保证焊接时缺口位于HAZ的粗晶区中。 a b图2.6 插销试棒的形状a 环形缺口插销 b 螺形缺口插销表2.2 缺口位置与焊接热输入的关系910131516201.351.451.852.02.12.4表2.3 插销试棒的尺寸缺口类别环形80.50.054020.10.02一般底板的厚度约为30150螺形1环形60.50.054020.10.02螺形1图2.7 底板的形状和尺寸 a b图2.8 插销试棒、底板及熔敷焊道a 环形缺口插销 b 螺形缺口插销2.9.2 实验原理 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融合线的粗晶区内。当实验焊缝冷却到150时时，对插销施加选定的拉伸载荷，并保持这一载荷直至插销断裂。拉伸应力越小，插销承载试件越长。当拉伸应力等于或小于某一数值时，插销就不在断裂，此时的应力称为“临界应力”，以表示。他可以作为评价被实验材料的焊接冷裂纹敏感性的指标。2.9.3 实验步骤1、按图2.7连接实验仪器装备，检查插销试验机运行是否正常，检查所有仪表的工作状态是否正常。图2.9 插销试验装置示意图2、检测插销试棒和底板的形状尺寸（见图2.6和图2.7）是否符合要求。3、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。4、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。5、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，并按下列公式换算成预加应变值，在静态电阻应变仪上预先调好。应变换算公式：，式中为插销试棒缺口处截面积（）；为传感器的标定系数（）。6、焊条按要求进行烘干，烘干后测定扩散氢含量。7、按实验要求对接头进行预热。不预热时，试件的初始温度为室温。8、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100mm500mm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。9、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。10、焊件冷却到150时开始施加预定拉伸应力，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。11、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。在无预热时保持载荷16h，在有预热时保持载荷24h，仍不断裂时即可卸载。12、重复上述步骤，只改变预加拉伸应力。13、重复112步，只改变焊条的烘干规范。14、重复112步，只改变底板预热温度。15、实验结束后，将仪器、仪表恢复到原始状态，并清理现场。2.9.4 插销试验特点1、试件尺寸小，底板与插销材料可以不同，且底板可重复使用，因此试验消耗材料少；2、调整焊接热输入和底板厚度可得到不同的接头冷却速度；3、插销可从被试验材料任意方向截取，方便从全熔敷金属中取样来测定焊缝金属对冷裂纹的敏感性；4、试验要求环形缺口必须位于焊缝的粗晶区，要求较严格；5、环形缺口整个圆周温度不十分均匀，且影响试验结果的准确性，造成数据分散，再现性不是很好。2.10 可拘束裂纹实验法可调拘束试验主要用于评定低合金钢各种热裂纹（结晶裂纹、液化裂纹等）敏感性。其基本原理是在焊缝凝固后期，施加不同的应变值，研究产生裂纹的规律。当外加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，将产生裂纹，并以此来评定产生热裂纹的敏感性。根据试验目的的不同，可分为纵向和横向试验方法，如图2.10所示，两者可在同一台试验机上进行。试验过程基本相同，仅焊缝所承受的应变方向不同。试验时只需将焊接方向扭转90。用工具显微镜检测裂纹的总长度和裂纹数量。（推荐使用焊接参数：焊条直径4mm，焊接电流170mm，电弧电压2426V，焊接速度150mm/min）。2.10.1 试件制备按图2.10所示的尺寸制取试件a b图2.10 试件的形状和尺寸a 纵向试验法 b 横向试验法2.10.2 试验步骤1、按图2.10制备试件，并将试件安装在实验机的弧形模板上，右端用压板和螺栓固定；2、根据提供的焊接参数，焊接试件；3、按图2.10所示，焊接由A点开始到C点停止，当电弧达到B点时，由行程开关控制，使加载压头在试件压至与弧形模板紧贴，在试件上产生如式所计算的应变值，这是电弧电弧继续前进达C点停止；4、变换不同曲率的弧形模板，从而得到一系列相应的定量数据；5、用工具显微镜检测裂纹的总长度和裂纹的数量；6、根据所得到的数据，对试件进行评判。2.10.3 计算方法可调拘束裂纹试验机具有快速和慢速的变形功能，采用气-液压联合作用的加载机构，加载能力约为50100kN。慢速变形时，采用支点弯曲的方式，应变量由加载压头下降距离S任意调节，应变速度约为每秒0.3%0.5%。式中：加载压头下降的弧形位移（mm）加载压头的旋转半径（mm）试板的弯曲角（rad）试板厚度（mm）弧形模块曲率半径（mm）快速变形时，应变量由弧形模块的曲率半径来控制，可用下式简化计算式中：应变量（%）试板厚度（mm）弧形模块曲率半径（mm）2.10.4 试验结果评定方法a b图2.11 可调拘束试验的裂纹分布a 横向裂纹分布 b 纵向裂纹分布1、横向可调拘束裂纹试验主要用于测试焊缝中得结晶裂纹和多边化裂纹，如图2.11a所示。直接可测得下列数据，这些数据可作为结晶裂纹的评定指标。材料不产生结晶裂纹所能承受的最大应变量（临界应变量）。某应变下的最大裂纹长度。某应变下的裂纹总长度。某应变下的裂纹总条数。2、纵向可调拘束裂纹试验主要用于测试焊缝中的结晶裂纹和液化裂纹，如图2.11b所示。直接可测得下列数据，这些数据可作为结晶（或液化）裂纹的评定指标。不产生结晶（或液化）裂纹的最大应变量。某应变下结晶（或液化）裂纹的最大裂纹长度。某应变下结晶（或液化）裂纹的裂纹总长度。某应变下结晶（或液化）裂纹的裂纹总条数。3 系统设计3.1 应用背景随着计算机技术的日新月异，计算机已经被广泛地应用于信息管理、文字处理、辅助设计、辅助教育以及人们的日常生活。计算机应用已成为现代社会生产力发展的重要标志。 为了适应社会发展的需要，高等学校的计算机教育，尤其是非计算机专业的计算机教育，以前所未有的速度向前发展。9计算机课程不同于其它课程，它的实践性非常强。为了提高教学管理水平，进一步保证教学质量，节约教学时间，减少试验器材的损耗，我们利用Visual FoxPro 6.0开发了“金属焊接性综合试验系统”6。3.2 表单设计Visual FoxPro 6.0提供了强大的用户界面设计功能，各种对话框和窗口都是表单的表现形式，利用表单控件、属性、布局、调色板等功能，可以轻而易举的创建一个界面，完成有关的任务，为所需的信息数据的管理提供了方