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焊接试验指导书范文 河北科技大学材料科学与工程学院材料成型及控制工程专业实验指导书（用于焊接方向）材料成型及控制工程教研室二OO六年十二月河北科技大学材料科学与工程学院实验指导书1目录实验一焊条设计、配制及其工艺性能实验2实验二平板中心堆焊焊接应力测试实验7实验三T型结构焊接变形与火焰矫正综合性实验10实验四斜Y型坡口裂纹15实验五灰口铸铁焊接工艺18实验六焊接电弧静特性21实验七焊接电源外特性22实验八弧焊变压器、弧焊整流器内部结构及使用操作23实验九晶闸管弧焊整流器、弧焊逆变器内部结构及使用操作24实验十CO2气体保护焊短路过渡电弧的稳定性25实验十一氩弧焊工艺参数及对焊缝成形的影响30实验十二角焊缝接头金相组织及硬度评定综合性实验32实验十三对接接头拉伸、弯曲、冲击性能评定35河北科技大学材料科学与工程学院实验指导书2实验一焊条设计、配制及其工艺性能实验 一、实验内容1.设计一种焊条配方，制作焊条样品。 2.观察、测试、对比焊条工艺性能。 二、实验目的及要求1.熟悉常用的焊条药皮组成物及其作用，了解焊条配方设计及配方调整的基本方法。 2.熟悉焊条生产流程，掌握焊条手工搓制或小型压涂机制作技术。 3.了解焊条工艺性能的评定指标、评定方法及影响因素。 三、实验条件及要求 (一)焊条设计及制作用设备及材料1.焊条烘干箱2.天平3.瓷钵、瓷棒4.玻璃板5.量筒6.焊条压涂机7.焊芯H08A，3.2mm8.各种焊条药皮辅料，水玻璃 (二)焊条工艺性能分析用设备及材料1.自制焊条，E 4303、E5015焊条，4mm，3.2mm2.Q235钢板若干块，14100400mm，14100150mm，14200400mm，14200250mm，2805020mm，40015014mm3.紫铜板两块，5005003mm，15004001mm4.碳棒5.秒表6.天平7.直尺8.铁球，2Kg9.交流焊机10.直流焊机 (三)实验要求独立设计、操作，制作的焊条样品外表均匀光滑，无裂纹、脱落，焊条偏心率小，工艺性能较好；实验数据记录准确，分析合理，实验报告完整、清晰。 四、实验相关知识点1.焊条设计及制作焊条是焊条电弧焊方法的焊接材料，由焊芯、药皮两部分组成，药皮与焊芯的重量比称为焊条的药皮重量系数。 焊芯起导电和填充金属的作用，碳钢焊条最常用的焊芯是H08A，焊条规格根据焊芯直径划分，常用的有2.0mm、2.5mm、3.2mm、4.0mm、5.0mm、5.8mm等几种，而焊条的外径各厂家各不相同，主要取决于焊条药皮重量系数及药皮配方，如某厂E4303焊条相应上述规格的焊条外径分别为3.33.45mm，4.24.5mm，5.25.4mm，6.36.5mm，7.88.0mm，9.19.3mm。 焊条药皮有保护作用、冶金作用、改善焊条工艺性能三个方面的作用，根据药皮组成的不同，焊条分为氧化钛型、氧化钛钙型、钛铁矿型、氧化铁型、纤维素型、低氢型、石河北科技大学材料科学与工程学院实验指导书3墨型、盐基型八种类型。 焊条药皮原材料有矿物类、金属及铁合金类、化工产品类、有机物类四类物质，其作用可分为稳弧、造渣、造气、脱氧、合金化、粘结、成形七个方面。 焊条设计就是选用合适的焊芯、药皮类型、渣系及药皮配方，其主要依据是被焊母材的化学成分与力学性能指标、被焊工件的工作条件、现场设备及施工条件、焊条生产设备及工艺条件等。 E4303焊条药皮中一般含有30%以上的TiO2，20%以下的碳酸盐，30%左右的硅酸盐，4%以下的有机物和9%15%的锰铁等，含有以TiO2为主要成分的原料有天然金红石、人造金红石、钛白粉、还原钛铁矿、钛铁矿等，根据加入的TiO2所使用的主要原料不同，可以分为四大体系人造金红石体系、还原钛铁矿体系、钛铁矿+钛白粉体系、钛铁矿+金红石体系，各体系典型配方见表1。 E5015焊条药皮主要由碳酸盐、氟化物、硅酸盐（可用TiO2代替部分硅酸盐）和铁合金4类物质组成，碳酸盐与氟化物的总量约60%70%，硅酸盐一般小于12%，铁合金约15%25%，典型配方见表2。 焊条生产制造工艺流程见教材图2-4。 主要包括焊芯制造、药皮原材料粉末制造、水玻璃制造、干粉配料搅拌、加水玻璃湿搅拌、压涂焊条、磨头磨尾、烘干、检验等工序。 焊条一般采用机械的方法制造，但在小型的科研、试制工作中，为了节省原材料和时间，可采用手工方法制造，本试验使学生基本掌握手工搓制焊条的技术。 2.焊条工艺性能焊条的工艺性能是指焊条在焊接操作用的性能，是衡量焊条质量的重要指标之一。 焊条的工艺性能主要包括焊接电弧的稳定性，焊缝成形，各种位置焊接的适应性，飞溅，脱渣性，焊条的熔化速度，药皮发红的程度，焊接发尘量等。 影响焊条工艺性能的因素很多，如焊条焊芯成分、药皮成分、焊条制造方法及质量、焊接工艺规范、焊接操作技术等，目前焊条工艺性能的评定还缺乏严格的实验手段，只能作定性的或半定量的判断，我国焊条行业常采用的评定方法和标准如下 (1)电弧稳定性测定a.灭弧、喘息次数测定在14100400mm的Q235钢板上，用E5015在直流焊机上、E4303在交流焊机上各施焊三根焊条，每根焊条焊一条焊道，焊条尾端余50mm，记录每根焊条的灭弧、喘息次数，取三根焊条的平均值。 折合灭弧次数=灭弧次数+1/2喘息次数b.断弧长度测定用E4303和E5015焊条（4mm）各三根，将焊条垂直夹持在固定于14100150mm钢板的支架上，焊条引弧端面距钢板2.5mm，接通电源，用碳棒引弧，焊条自行断弧后，轻轻敲去熔渣，用钢尺测量焊条端部至焊缝顶部的垂直距离，即为该根焊条的断弧长度。 取三根焊条平均值为该焊条断弧长度。 (2)再引弧性能测定用E4303和E5015焊条在14200400mm的Q235钢板上焊接15秒后断弧，立即河北科技大学材料科学与工程学院实验指导书4在14200250mm的Q235钢板上再引弧，记录断弧后至再引弧之间的间隔时间为 1、 2、 3、 4、 5、 6、7秒，每一时间间隔用一根焊条进行实验，每次再引弧应在钢板的冷点上进行，每一时间间隔重复三次，引弧成功两次或两次以上者判为再引弧通过。 再引弧时以焊条熔化端与钢板接触为准，不得做敲击动作，不得破坏焊条套筒。 (3)飞溅的测定用2805020mm的Q235钢板，竖直放在厚3mm的紫铜板上，用1mm厚、400mm高的紫铜板围成椭圆形直筒，加以屏蔽。 在钢板上面用4mm焊条进行单道焊，每根焊条熔化350mm，焊后将其筒内飞溅（渣和铁珠）收集（钢板和焊缝上的飞溅可忽略不计），用天平称其重量。 共焊三根焊条（三根焊条可在同一块试板上焊接，每焊完一根焊条将试板水冷、去渣，试板温度低于100可继续施焊）。 飞溅率（%）=飞溅量(g)/（焊前焊条重-焊后焊条重）100 (4)熔化系数、熔敷系数、焊条效率的测定将2805020mm钢板称重，用4mm的E4303焊条利用交流焊机焊接，焊接电流2005A，焊接过程中用电流表测其电流值，焊条熔化长度350mm，用秒表记录时间。 焊条熔化系数(g/Ah)=(焊前焊芯重g-焊后焊芯重g)/（焊接电流A焊接时间h）焊条熔敷系数(g/Ah)=(焊后板重g-焊前板重g)/（焊接电流A焊接时间h）焊条效率（%）=焊条熔敷金属重量g/熔化焊芯的重量g (5)焊缝成形及流动性Q235钢试板尺寸为40015014mm，与水平面成10度角放置，用E4303和E5015焊条进行上坡焊和下坡焊，上坡焊时焊条与母材成10度角，下坡焊时焊条与母材成80度角。 焊接过程中观察熔渣流动性是否适宜，有无赶渣情况等。 焊后脱渣，观察其焊缝成形，看焊缝两边是否整齐，波纹是否均匀美观，焊缝宽窄是否一致。 (6)脱渣性在两块40010014mm的Q235钢板间开70。 坡口，用4mm的E4303焊条在坡口中间焊一层长250mm的焊缝，焊接电流20010A，焊好后将试板的焊缝向下放于锤击台板上，并用卡具将试件固定，焊后一分钟内将2Kg的铁球由高1.3m处自由下落锤击试板中心，连续锤击5次，缓冷至室温再锤击5次，即第一层共锤击两回，每回5次。 冷却至室温时，再焊第二层，第二层是在第一层焊缝上焊长为200mm的焊缝。 每层施焊熔化焊条长度均为350mm。 第二层焊缝在焊后1分钟内连续锤击5次。 脱渣长度测量可分三种情况a.未脱渣渣完全未脱，呈焊后原始状态。 b.严重沾渣，渣表面已脱落，但仍有薄渣层，未露出金属表面。 c.轻微沾渣焊缝两侧有粘渣，中间部分已全露出焊缝金属。 河北科技大学材料科学与工程学院实验指导书5未脱渣总长=未脱渣长度+0.5严重粘渣长度+0.2轻微粘渣长度脱渣率=（焊缝总长-未脱渣总长）/焊缝总长100%第一层脱渣率=（第一层第一回脱渣率+第一层第二回脱渣率）/2 五、实验实施步骤（一）焊条设计及制作1.参考下列配方设计一种钛钙型或低氢型焊条配方表1E4303焊条参考配方金红石钛白粉还原钛铁矿钛铁矿钛铁中碳锰铁木粉大理石菱苦土白云石白泥长石云母石英合计1308-12-12.47-148.67-1002-7.542.3-10.2-5.6-13.213.21.15.61.4100.1314.45.8-22.26.99.119.65.8-9.687.7-100.14-20.8-22.6-15.1-14.2-13.27.66.6-100.1表2E5015焊条参考配方大理石萤石钛铁低度硅铁锰铁石英钛白粉云母纯碱合计1541512559-1002442412.52.5455211002.焊条样品制作 (1)用砂纸将焊芯打磨去锈，校直，用天平称出一根焊芯的重量。 (2)取药皮重量系数Kb=0.4，计算每种焊条所需药皮的重量，参考表 1、表2的配方设计E 4303、E5015，称取各种药皮辅料。 (3)干混将称出的各种辅料放入瓷钵，用瓷棒搅拌均匀，要求药粉颜色一致，不得有块状、粒状存在，不得将干粉撒出。 为防止搓制焊条时药皮粘玻璃板，可留出少量干粉，但搓制后期必须全部用到焊条上。 (4)湿混逐渐加入水玻璃，轻轻搅拌，直至可以形成“面团状”。 （实验时可一滴一滴地加入水玻璃，切不可一次加入过多。 ） (5)搓制将湿混好的湿粉沿焊芯长度方向均匀分布涂在焊芯上，再用双手使焊芯在玻璃板上轻轻滚动，使药皮逐渐均匀牢固地粘在焊芯上，注意焊芯的一端留出20mm左右的无药皮夹持端，非夹持端要漏出焊芯，不要形成包头。 (6)烘干搓好的焊条经24小时晾干，然后再放入烘箱内烘干，E4303在180220烘干2小时，E5015在350400烘干2小时。 河北科技大学材料科学与工程学院实验指导书6 (7)检验烘干后的焊条，需要磨头、检查质量，如药皮有裂缝、剥落即为不合格。 （二）焊条工艺性能分析利用自制焊条及市售E 4303、E5015进行焊接，观察并分析焊接电弧的稳定性、焊缝成形、飞溅、脱渣性、焊接发尘量等工艺性能。 具体方法参见实验理论基础部分。 六、思考问题1.E4303药皮类型属于哪种？指出其配方中主要的造渣剂、造气剂、脱氧剂各是什么？2.E5015药皮类型属于哪种？指出其配方中主要的造渣剂、造气剂、脱氧剂各是什么？3.E 4303、E5015选择脱氧剂有何不同？为什么？4.影响焊条脱渣性的因素有哪些？5.为什么E4303可用交流焊机焊接，而E5015只能用直流焊机焊接？ 七、实验成绩评定办法主要评分点原理描述、实验流程、动手能力、解决问题的能力，制作焊条的外观质量。 工艺性能数据记录、分析讨论，实验报告完整性、正确性。 河北科技大学材料科学与工程学院实验指导书7实验二平板中心堆焊焊接应力测试实验 一、实验目的1.了解三维磁测仪的工作原理及操作步骤；2.掌握焊接平板堆焊三维应力变化规律；3.熟悉焊接设备及焊接工艺参数的选择。 二、实验原理一般磁性材料的磁畴在内部，由于其分布没有规律，对外不呈现磁性。 当材料焊接后，由于焊接应力的存在。 磁畴将沿着应力分布排列，次畴的变化表现在电流的变化。 经研究焊接平面应力与电流成正比。 磁测仪根据这一原理计算出焊接平面应力的大小和主应力夹角。 三、实验设备及材料BX3-315，KZ21应力测试仪，角磨机等，实验材料E 4303、Q235。 四、实验步骤1.选择8200200mmQ235B材料，在板中心堆焊接，记录焊接参数见表1；2.用角磨机打磨50150宽的表面；3.划间距15mm的方格59格；4.用三维磁力测试仪测量各点电流变化值见表2；5.输入数值并打印结果。 表1焊接参数电流/A电压/V焊接时间/S焊缝长度mm焊接速度mm/s线能量KJ/mm五.、实验数据表2电流数值点坐标探头位置04590X0Y0X0Y1河北科技大学材料科学与工程学院实验指导书8X0Y2X1Y0X1Y1X1Y2X2Y0X2Y1X2Y2X3Y0X3Y1X3Y2X4Y0X4Y0X4Y1X4Y2X5Y0X5Y1X5Y2X6Y0X6Y1X6Y2X7Y0X7Y1X7Y2X8Y0X8Y1X8Y2X9Y1 六、实验结果分析1.绘出焊接应力分布曲线。 2.分析说明平板焊接平面应力变化趋势？3.焊接参数是如何影响平板堆焊平面应力分布的？4.说明平板堆焊焊接应力分布。 河北科技大学材料科学与工程学院实验指导书901530456075901051xx5100河北科技大学材料科学与工程学院实验指导书10实验三T型结构焊接变形与火焰矫正综合性实验 一、实验原理焊接残余变形是焊接后残存在于结构中的变形。 它包括纵向收缩变形、横向收缩变形、弯曲变形、角变形等，其中纵向、横向收缩变形是导致其他变形的主要原因。 而影响纵向收缩变形量主要是焊件截面积、焊逢长度、焊接线能量、剖口形式等。 影响横向收缩变形的主要因数有线能量、焊件厚度、焊件剖口形式等。 焊接构件产生弯曲变形主要原因是焊缝位置偏离焊接构件的中心层，焊缝纵向收缩或焊缝横向收缩所至。 火焰矫正法是利用氧乙炔混合气体燃烧放出的热量对焊接构件反方向的加热，使火焰加热产生的收缩变形抵消焊接过程中产生的收缩变形。 因此，火焰矫正变形即可以减少焊接残余变形，又可以减少焊接残余应力。 但火焰矫正控制不当又会产生新的变形。 因此，火焰矫正的关键一是选择好加热位置，二是控制好加热温度。 常用的结构钢加热温度为600800。 实际操作根据钢铁的颜色进行判断。 表1不同温度下金属颜色颜色温度/颜色温度/颜色温度/深褐色550580暗樱红色650730淡樱红色800830褐红色580650深樱红色730770亮樱红色830960 二、实验目的及要求1.掌握焊接构件纵向、横向收缩引起弯曲变形的规律；2.熟悉调节NBC- 250、BX3-315焊机的焊接工艺参数和提高电弧焊技术的动手能力；3.比较弯曲变形理论计算与实际测定焊接构件弯曲变形量的差别。 4.掌握弯曲变形火焰矫正的基本原理及其规律及火焰矫正操作步骤；5.了解低碳钢火焰矫正加热温度、速度对火焰矫正效率的影响；6.比较各种火焰矫正方法矫正效率。 7.熟悉氧乙炔火焰气割操作技能；8.了解火焰气割的安全知识。 三、实验条件及要求设备焊接操作胎具，NBC- 250、BX-315交流焊机，测量平台，钳流表，钢尺、锤等。 氧-乙炔气割成套设备。 材料焊条E4303-3.2mm、4.0mm，筋板Q235等100506mm，底板Q235等6001006mm。 四、实验设计及步骤1.焊接弯曲变形实验河北科技大学材料科学与工程学院实验指导书11 （1）选择焊接材料，异种材料或同种材料，并测量各零件尺寸规格，并按图1所示画好筋板装配位置线；100100100100100100100图1筋板与底板装配位置 （2）接好钳流表，调整定位焊电流将焊接构件按图2所示装配，并检查垂直度，装配应尽量做到弯曲变形为零，以消除测量误差； （3）选择焊接设备手工电弧焊、埋弧焊、氩弧焊、CO2焊等。 根据设备选择焊接工艺参数手工电弧焊根据焊条直径和板厚的不同选择不同的电流范围一般为100-200A；二氧化碳根据焊丝直径和送丝速度不同选择电流范围一般为150-250A。 图2筋板与底板装配示意图 （4）确定焊接工艺参数电流，选择不同的焊接顺序和焊接方向对比，焊接顺序可参考图3所示也可自行选择方案；8463125691017273849510(a)(b)图3筋板与底板焊接顺序 （5）同种材料对比不同的焊接顺序，异种材料比较相同参数的变形量，试件焊完待焊接件冷至室温，把焊件放置测量平台，测量变形尺寸以5点为焊接件中心点，每点间隔50mm,共取10个测试点。 河北科技大学材料科学与工程学院实验指导书122.火焰矫正实验 （1）选择火焰矫正方法及矫正工艺。 根据变形的大小确定火焰矫正方法，并选择矫正位置和矫正面积。 表2火焰矫正工艺参数加热位置12345加热面积mm2加热时间t单位面积热输入J/mm2加热方式 （2）背面水冷后，测量各点变形量； （3）绘出火焰矫正前后的变形曲线。 五、实验数据表3图3（a）实验焊接工艺规范记录焊接参数焊道位置电流I/A电压U/V焊缝长度L/mm焊接时间t/s焊接速度V/mms-1线能量E KJ/mm12345678910焊机效率=0.85表4图3（b）实验焊接工艺规范记录焊接参数焊道位置电流I/A电压U/V焊缝长度S/mm焊接时间t/S焊接速度v/mmmin-1线能量q/J河北科技大学材料科学与工程学院实验指导书1312345678910表5弯曲变形测量数据记录测点距离mm试件12345678910图3(a)装配后图3(a)焊接后图3(b)装配后图3(b)焊接后 六、实验结果分析1.绘出焊接弯曲变形曲线图4焊接前后T形结构弯曲曲线表6火焰矫正前、后各点变形量测点距离mm试件12345678910图3(a)矫正前河北科技大学材料科学与工程学院实验指导书14图3(a)矫正后图3(b)矫正前图3(b)矫正后2.绘出火焰矫正前后的弯曲变形曲线图5火焰矫正前后各点弯曲变形曲线 七、思考题1.结合实验结果谈谈影响弯曲变形的因素有哪些？2.焊接顺序为什么会影响构件弯曲变形量？3.不同焊接线能量对同一焊接顺序有何影响？4.结合实验结果谈谈火焰矫正焊接横向收缩引起的弯曲变形有何特点？5.火焰加热顺序与方法为什么会影响焊接构件矫正效率？ 八、实验成绩评定办法表6综合性实验成绩评分标准序号主要评分点单项总分10合计1001方案论证与设计2方案实施3调试过程4数据记录5解决问题的能力6资料搜集、7实验结果8实验效果9实验态度10实验报告河北科技大学材料科学与工程学院实验指导书15实验四斜Y型坡口裂纹 一、实验内容 1、实验理论方面通过斜Y型坡口裂纹实验，解决合金钢中不同的碳当量开裂倾向不同，合金钢中不同的含碳当量开裂倾向不同，钢结构中不同的拘束度、不同的钢板厚度裂纹倾向不同。 2、实验教学方面焊接斜Y型坡口试样，解剖实验焊缝，检查表面裂纹率、断面裂纹率、根部裂纹率，通过调整预热温度、采用不同的焊条减小裂纹率，提高对合金钢搞焊接性实验的意义。 二、实验目的及要求 1、实验目的斜Y型坡口实验是检测被焊材料冷裂纹实验的方法，通过实验掌握斜Y型坡口实验的方法和步骤，对实验中出现的各种问题要正确的解决，懂得焊缝在应力集中、拘束状态下以及粗晶区脆化造成焊缝的开裂，掌握预热缓冷可防止冷裂纹。 2、要求要求同学在实验前了解实验板材的成分和力学性能。 焊接中会出现的问题，如何通过调整焊接工艺和工艺参数，解决出现的问题。 懂得坡口质量好与坏对实验结果的影响。 三、实验条件及要求（一）实验设备 1、焊接设备和焊条烘干箱焊机牌号BX315；焊条烘干箱ZYH 102、预热设备氧气体、减压阀、乙炔体、减压阀、H0120焊炬一套、1000温度计等。 3、解剖设备无齿剧、线切割机、手工锯。 （二）焊接试板牌号、尺寸 1、焊接试板牌号45钢或40Cr钢（也可根据实际情况确定）； 2、尺寸2007520（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。 （三）焊接材料数据及工艺参数河北科技大学材料科学与工程学院实验指导书16焊条型号E6303（根据试板钢号确定）；焊条直径4mm、焊接电流/I17010/A、电弧电压/U242/v、焊接速度/15010mm/min。 （四）要求试板坡口基本准确；焊条表面不得有脱落并经烘干使用；焊接中不得在试板上乱起弧；焊接要带防护面罩、穿绝缘鞋和隔热衣服；焊接试板的学生必须经过培训。 四、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15010保温1小时，碱性焊条烘干30010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2O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5O7O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，收弧处不得有弧坑裂纹。 焊好后的试板放置24h后进行解向摆动，焊条与工件夹角75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16mm12mm12mm。 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、思考问题河北科技大学材料科学与工程学院实验指导书 171、铁研实验主要测试什么类型和部位的裂纹？ 2、铁研实验测试裂纹的原理？ 3、实验中要注意什么问题？ 4、铁研实验存在的问题？ 六、实验成绩评定办法按照焊接试样准确、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。 河北科技大学材料科学与工程学院实验指导书18实验五灰口铸铁焊接工艺 一、实验内容 1、实验理论方面不同的焊接线能量产生的焊接HAZ的组织不同，不同的组织力学性能也不相同。 EZNiFe焊条，不同焊接线能量电弧冷焊对HT250灰口铸铁试板和消除白口化退火试板熔合区粗晶区组织的影响。 2、实验教学方面焊接试样，制取金相试样，用电子显微镜观察熔合区组织，打显微硬度，找出EZNiFe焊条电弧冷焊焊接HT250灰口铸铁和消除白口化退火合适的线能量。 二、实验目的及要求 1、用BX-315交流弧机和EZNiFe焊条，采用不同焊接线能量、电弧冷焊HT250灰口铸铁和消除白口化退火试板，了解灰口铸铁的焊接性能； 2、掌握EZNiFe焊条焊接HT250的电弧冷焊工艺和消除白口化退火焊接工艺； 3、要求同学在实验前了解EZNiFe焊条的成分，焊缝的力学性能。 了解HT250的成分和性能； 4、实验前了解HT250消除白口化退火前后室温组织的变化； 5、要求同学在实验前了解不同线能量对HAZ组织影响的变化规律，如何调整焊接工艺参数。 三、实验条件及要求（一）实验设备 1、焊接设备焊接电源BX315； 2、焊条烘干设备型号ZYH10； 3、显微镜型号4A金相显微镜； 4、显微硬度仪71型显微硬度仪； 5、其他抛光机、各种型号的砂纸、手工锯等。 （二）焊接试板牌号、尺寸 1、焊接试板牌号HT250灰口铸铁；河北科技大学材料科学与工程学院实验指导书 192、尺寸1006012（mm），铸造后经过机械加工保证零件尺寸。 （三）焊接材料数据焊条型号EZNiFe；焊条直径3.2mm；（四）要求铸铁试板成分应保持在规定的范围，室温组织应为珠光体或珠光体+铁素体；焊条表面不得有脱落并经烘干使用；试板需经机械加工，表面平整，焊接中不得在试板上乱起弧；焊接要带防护面罩、穿绝缘鞋和隔热衣服；焊接试板的学生必须经过培训。 四、实验相关知识点本实验为综合性实验，其实验结果与铸铁成分和冷却速度不同得到的室温组织不同有关，与铸铁热处理制度得到的室温组织有关，与焊接线能量大小有关，与试样制备有关。 因此，本实验牵涉铸造成型、焊接成型、热处理制度理论和试样制备技术的相关知识。 五、实验实施步骤（一）焊前准备 1、焊接前清理试件表面油污和铁锈。 2、焊条烘干15010保温1小时，烘干箱断电保温随用随取。 3、退火试板经83010保温5小时退火。 （二）确定焊接参数及工艺 1、焊接参数焊接速度180mm/min（不变）；电弧电压36V（不变）；焊接电流80A、100A、110A、160A四种。 2、焊接工艺采用不同的焊接电流断续焊和连续焊。 断续焊每段焊缝长度20mm，总长60mm。 连续焊焊缝长度60mm。 （三）焊接将试板放置在带有7O左右的工作台上，使金属液体有自行流动的趋势。 起弧要在离试板20mm处的部位，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，收弧处不得有弧坑裂纹。 角75（四）试样制备 1、切割试样放置12h后进行试样制备。 试样尺寸16mm12mm12mm。 为保证焊接熔合区组织的可靠性，切割试样采用机械切割，不的采用无齿锯和氧乙炔熔割方法。 2、试样修整为防止因试样伤手和伤害抛光机，用砂轮机将试样各棱角倒3mm3mm的角，四河北科技大学材料科学与工程学院实验指导书20角磨圆并将抛光面磨平。 3、磨制抛光先在粗纱纸上由粗到细进行磨制到表面基本看不到划痕，在进行绒布抛光，抛光到表面能反映熔合区的真实组织为止。 （五）观察金相组织用3%的硝酸酒精水溶液对试样表面进行腐蚀，中和水洗烘干。 在显微镜下观察组织，并将观察到的熔合区组织进行纪录。 （六）打显微硬度从焊缝中心到母材热影响区每隔0.5mm打一点硬度，将每一点的数据、绘制曲线图。 六、思考问题 1、当焊接线能量一定（较小），不同的室温组织对熔合区粗晶区组织有什么不同？ 2、当焊接线能量一定（较小），不同的热处理制度对熔合区粗晶区组织有什么不同？ 3、当焊接线能量一定（较小），断续焊和连续焊熔合区粗晶区组织有什么不同？ 4、EZNiFe焊条焊接HT250应采用什么焊接工艺和工艺参数？ 5、消除白口化退火的优点？ 七、实验成绩评定办法按照焊接试样准确、制备试样熟练、磨制金相试样并观察组织真实、打显微硬度熟练准确、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。 河北科技大学材料科学与工程学院实验指导书21实验六焊接电弧静特性 一、实验内容由于不同的焊接方法，它们的电弧静特性曲线是不同的，通过本实验，掌握手弧焊静特性曲线形状及电弧长度变化与电压的关系。 二、实验目的及要求1.了解焊接电弧结构与电位分布情况。 2.了解一定长度的电弧在稳定状态下，电弧电压与电流之间的关系。 3.学会调节电弧电压和电流。 三、实验条件及要求1.BX-500型弧焊变压器四台。 2.交流电压表、交流电流表、电流互感器各四只。 3.万用表、焊条、焊件等。 四、实验实施的指导1.按下图接好线。 2.使U0保持在5570V之间，引燃电弧（弧长Lh=5mm，焊条=2.4mm）。 3.手摇电抗器传动机构调节电流，使电弧电流If为下表所列值，记下对应的电弧电压值Uf值，填入表内。 I f(A)3060901xx0180210240Uf(V) 五、思考问题1.静特性曲线分为哪三段？手弧焊多半工作在静特性的哪段？电弧电压随什么变化？2.根据表内数据，画出电弧的静态特性曲线。 六、实验成绩评定办法主要评分点掌握手弧焊电弧电压和电流的调节，作出静态曲线图，试焊工件较好为合格。 U0弧焊变压器V AIf UfXL河北科技大学材料科学与工程学院实验指导书22实验七焊接电源外特性 一、实验内容焊接电源的外特性是弧焊工艺对弧焊电源的基本要求之一，外特性必须具备可调性以满足不同工艺的需要。 本实验通过对电源外特性的测试，掌握各种外特性形状的调节方法。 二、实验目的及要求1.了解在电源内部参数一定而负载变化时，电源输出的电压稳定值与电流稳定值之间的关系。 2.了解“电源电弧”系统稳定燃烧的条件。 3.掌握焊接工艺变化时，采用何种形状的外特性，以满足工艺要求。 三、实验条件及要求1.BX-500型弧焊变压器四台。 2.交流电压表、电流表、电流互感器各四只。 3.万用表、焊条、焊件等。 四、实验实施的指导1.按下图接线。 2.使U0保持在5570V之间，引燃电弧，调节XL值，使焊接电流发生变化，记下几个电流、电压值，填入下表If(A)U 0、Uf(V) 五、思考问题1.小电流焊接时，要求U0高些，大电流焊接时，要求U0低些，为什么？2.根据Uf与If之间的关系画出外特性曲线图 六、实验成绩评定办法主要评分点掌握Uf与If的调节方法，作出外特性曲线，试焊工件质量较好为合格。 U0弧焊变压器V AIf UfXL河北科技大学材料科学与工程学院实验指导书23实验八弧焊变压器、弧焊整流器内部结构及使用操作 一、实验内容本实验通过对弧焊变压器、硅弧焊整流其内部结构的观察，了解、掌握其工作原理，以及常用上述两种弧焊电源的种类、特点。 学会如何根据焊接工艺要求调节弧焊电源各参数，以获得不同形状的外特性。 二、实验目的及要求1.了解弧焊变压器的种类、内部结构、下降外特性的获得。 2.了解弧焊整流器的种类、内部结构、不同形状外特性的获得。 三、实验条件及要求1.BX-500型弧焊变压器四台。 2.ZXG-300型弧焊整流器四台。 3.焊条、焊件等。 四、实验相关知识点本实验需要熟悉变压器的原理与结构，整流电路原理、电磁学方面的知识，以及弧焊电源外特性，还要具备焊接工艺方面的知识。 五、实验实施步骤1.观察弧焊变压器内部结构，调节外特性，记下Uf和If值。 2.观察弧焊整流器内部结构，调节外特性，记下Uf和If值。 3.弧焊变压器、弧焊整流器试焊工件。 六、思考问题1.弧焊变压器、弧焊整流器各有何特点？如何选用？2.作出弧焊变压器、弧焊整流器外特性曲线。 七、实验成绩评定办法主要评分点掌握弧焊变压器、弧焊整流器结构原理，会调节弧焊电压、电流，以及外特性形状，试焊工件效果好即为合格。 河北科技大学材料科学与工程学院实验指导书24实验九晶闸管弧焊整流器、弧焊逆变器内部结构及使用操作 一、实验内容晶闸管弧焊整流器、逆变器具有良好的可控性，对外特性形状、焊接参数的调节都可以通过改变晶闸管导通角来实现。 通过本实验了解这两类弧焊电源的内部结构、参数调节和操作。 二、实验目的及要求1.了解晶闸管弧焊整流器内部结构及使用操作。 2.了解弧焊逆变器的特点；主电路、控制电路的认知和使用操作 三、实验条件及要求1.ZDK-500型晶闸管弧焊整流器四台。 2.NIMAK GF400晶闸管式弧焊逆变器四台。 3.焊条、焊件等。 四、实验实施的指导1.观察ZDK-500型晶闸管式弧焊整流器内部结构，焊接参数调节等。 2.观察NIMAK GF400晶闸管式弧焊逆变器内部结构和焊接参数调节等。 五、思考问题1.晶闸管式弧焊整流器有何特点？2.晶闸管式弧焊逆变器有何特点？ 六、实验成绩评定办法主要评分点掌握晶闸管式弧焊整流器和逆变式弧焊电源的内部结构、调节方法、操作使用即为合格。 河北科技大学材料科学与工程学院实验指导书25图1熔滴过渡的过程图2熔滴过渡过程中，焊接电流与电弧电压的变化实验十CO2气体保护焊短路过渡电弧的稳定性 一、实验目的（一）了解细丝CO2气体保护焊时熔滴短路过渡的特点。 （二）了解影响熔滴短路过渡时电弧稳定性的因素，并掌握规范参数影响电弧稳定性的规律。 （三）了解CO2气体保护焊机的结构，步步掌握CO2焊机的使用方法。 （四）选择CO2气体保护焊焊接材料及工艺参数，了解工艺参数对焊缝成形及尺寸的影响。 二、实验装置及实验材料（一）CO2气体保护焊机（NBC250型）1台（二）CO2气体1瓶（三）预热干燥器1个（四）减压表1个（五）光线记录示波器（SC-16型）1台（六）短路频率计1台 (七)低碳钢板25060mm，厚度23mm12块 (八)焊丝H08Mn2SiA，0.81.2mm (九)砂纸 三、实验原理细丝CO2气体保护焊时，熔滴呈短路过渡。 焊接过程中，焊丝末端的熔滴长大到一定的大小，和熔池表面接触，造成焊接回路短路，电弧熄灭。 随后由于电磁挤压力和表面张力的作用，焊丝末端和熔池中间的“液桥”形成细颈，进而熔滴完全落入熔池，焊丝末端出现间隙，电弧又被重新引燃（图1）。 在细丝CO2气体保护焊时，焊接回路里串联可调电感。 如果把焊接回路看成是纯电感电路，则熔滴短路过渡所引起的焊接电流值和电弧电压值的变化见图2。 图上的不同曲线表示不同的熔滴过渡阶段的焊接电流值与电弧电压值的变化ah线代表“液桥”形成细颈的阶段；be线代表“液桥”断裂的瞬时；cde曲线代表电弧燃烧和熔滴长大的阶段；e河北科技大学材料科学与工程学院实验指导书26和f点代表熔滴接触熔池、造成焊接回路短路的瞬时。 细丝CO2气体保护焊时，焊丝匀速给送，电弧的静特性曲线是上升曲线。 为了使电弧稳定燃烧，焊接电源应具有平直的外特性曲线。 但是，如果焊接电源仅仅具有平直的外特性曲线是不够的，要保持熔滴正常过渡，减少金属飞溅，使焊接电源的动特性能够适应熔滴短路过渡的特点，焊接电源必需给焊接回路提供一定大小的电感。 图3表示电源电压为U0时焊接回路的等效电路图。 电弧-焊接电源系统的工作状态如图4所示。 U0R为电源电压为U0时的外特性曲线。 在“液桥”形成细颈的过程中，电弧电压与焊接电流分别由Ua、ia增大到Ub及ib。 “液桥”断裂的瞬时，ib还来不及发生变化，但电弧电压由Ub急剧增高到Uc。 电弧在弧长为L0时的静特性曲线为L0线，电弧工作点c是ib垂直线和L0线的交点。 “液桥”断裂后，由于表面张力的作用，液态金属分别向焊丝和熔池收缩，弧长由L0急剧增长为L2，工作点c相应地移到c点，焊接电流则由ic减小到ic。 但在此期间，由于焊丝的继续送进，弧长由L2缩短成L1，进而缩短成L0，然后在e处发生焊接回路的短路。 从以上分析可知，工作点c、c、d及e处的电弧电压UH均高于电源电压U0，并且焊接电流在继续减小。 电源电压U0和电弧电压UH的差值等于焊接回路的自感电势，即UH-U0=-L di/dt若考虑熔滴过渡的一个周期，自感电势之和为零，所以电弧电压的平均值或平均弧压UHP，等于电源电压，即UHPU0相当于UHP的电弧长度为L。 于是，静特性曲线L和电源外特性曲线交于P点。 综上所述，可知细丝CO2气体保护焊时，调节平均弧压UHP主要靠调节电源电压U0来实现，而调节焊接电流主要靠调节送丝速度来实现。 细丝CO2气体保护焊时，焊接过程的稳定性受到许多因素的影响。 熔滴短路过渡焊接时，应当特别重视对于焊接电源动特性的要求。 衡量电源动特性的主要参数有焊接回路短路瞬间的电流增长速度di/dt，短路电源的峰值Imax和“液桥”断裂后焊接电压的恢复速度dU/dt。 di/dt的值过小使“