西安工大设计型综合实验焊接实验 Q235钢板不同焊接结构下的焊接性能研究

1、万护N /撐XIAN TECHNOLOGICAL UNIVERSITY实验报告实验课程名称设计型综合实验专业：金属材料工程专业 班级：邓紫棋 姓名：邓紫棋 学号：邓紫棋 实验学时: 指导教师：邓紫棋 成绩:2016年12月27日西安工业大学实验报告专业金属材料工程班级邓紫棋姓名邓紫棋学号邓紫棋实验课程设计型综合实验指导教师邓紫棋实验日期同实验者邓紫棋实验项目Q235钢板不同焊接结构下的焊接性能研究实验设备 及器材逆变手工直流弧焊机，空气等离子弧切割机，拉伸试验机，金相显微镜摘要：在生产实践中，某些焊接结构有透气或者渗透液体的需求，本实验以使用较为广泛的Q235钢为例研究其在不同的焊接结构下的焊

2、接性能。针对Q235钢板的焊接性能进行焊接试验、力学性能检测和金相分析的等一系列的试验及研究。试验结果表明Q235钢板焊接结构不 同对于焊接性能有一定的影响。关键词：Q235钢板，焊接性能，焊接结构-3 -目录、F刖言1. 低碳钢焊接性能概述.2. 手工电弧焊试验2.1焊接基材2.2实验焊接方法2.2.1焊材2.2.2相关参数2.2.3不同焊接结构介绍2.2.4常见缺陷及其解决方法2.2.5焊接注意事项.3. 检验及分析3.1不同焊接结构理论分析3.2焊后观察3.3金相检验3.3.1金相检验过程3.3.2注意事项3.3.3实验观察到的焊缝组织形态3.4拉伸试验3.4.1拉前准备10103.4.

3、2焊接接头的强度和塑性参考文献0前言在生产实践中，大多数情况下需要进行满焊操作，也就是把准备焊在一起的两个工件所 有接触的地方都进行熔焊，要把一条焊缝全部焊满就是满焊，用于求焊接强度较高的条件下。 但是在对连接强度要求不是太高的情况下，可以间断地进行焊接，即焊一段、间隔一段，俗 称“花焊”。Q235钢作为优质的低合金钢，其具有良好的综合力学性能、低温冲击韧性冷冲 压性及切削性，价格低廉，生产量大，在我国应用面极广，可以作为大型船舶、铁路车辆、 桥梁、管道、锅炉、压力容器、石油储存罐、起重机械、厂房钢架等承受负荷的焊接结构。 本文对Q235钢板在连接强度要求不是太高的情况下的力学性能做相应的研究

4、和实验验证。1 低碳钢焊接性能概述 低碳钢的焊接性能良好，其退火组织为铁素体和少量珠光体，且随着含碳量的降低，其组织 有其强度硬度较低，塑性和韧性较好。含碳量少 ，一般组织由铁素体和珠光体组成，淬火后多 为板条马氏体；低碳钢韧性大，硬度低,耐磨性差.随含碳量增加，珠光体含量增加，而铁素体则 相应减少.故高碳钢的强度较高，而塑性、韧性相应较低.且淬火后多为片状马氏体；高碳钢脆 性大，硬度高,耐磨性好.一般碳的含量越高硬度越大，韧性降低！由于低碳钢含碳量低，锰，硅 含量也少，通常情况下不会因焊接而产生严重硬化组织或者淬火组织。低碳钢焊接以后的接 头塑性和冲击韧性良好，焊接时，一般不需要预热，空盒子

5、层间温度和后热，焊接也不必采 用热处理改善组织们整个焊接过程不必采取特殊的工艺措施，焊接性能优异。2 手工电弧焊试验2.1焊接基材Q235钢作为优质的低合金钢，Q代表的是这种钢材的屈服极限，“ 235”，就是指这种材 质的屈服值在235MPe左右。并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小，由于含碳适中， 综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛。本试验根据实际情况， 拟选用厚度为5mm勺Q235钢板，选用试样尺寸为400mmX 150mm x5mn进行实验，其化学 成分见表1，力学性能见表2。表1Q235钢的化学成分（）元 素CMnSiSPVNbTiCrNiCu0.201.

6、700.500.0350.0350.150.070.200.300.500.30表2 Q235钢的力学性能力学性能Qb【MpaQ【MpaS【】A 0实测值45028532合格2.2实验焊接方法现场拼接及焊接安装时多采用设备轻便的焊条电弧焊，虽然其焊接质量较难控制，且受 工艺参数等的影响较大。但是按照拼接安装现场条件、焊接成本等综合考虑，最终决定采用 手工电弧焊进行焊接。使用逆变手工直流弧焊机。2.2.1焊材根据焊材和焊接方法综合考虑，采用 J422【E4303】酸性焊条。2.2.2相关参数表3 手工电弧焊焊接缝成形系数焊道方法焊缝宽度焊缝计算厚度焊缝成形系数手工电弧焊12-142-35.2表4

7、手工电弧焊伏安条件与焊接速度关系焊接电流A焊接电压V焊接速度cm/min80-9018-209100-11020-2212110-12020-2214表5低碳钢焊件厚度与焊条直径关系表焊件厚度 1.5234-56-12焊条直径1.62.53.23.2-44-5对于低碳钢匸【33-55】D对于5mn厚的钢板，1=50 X 4=200AU=0.05X 200+14+2v=24v,综上所述，焊接电流选择200A,焊接电压选择24V。2.2.3不同焊接结构介绍图1-5 -13 -JA方案：如图1所示，将约6cm的焊缝分为2+2+2方式进行焊接。 经过手工电弧焊得出如图2的试样，试样焊缝如图3所示。图2

8、尹-.号坛季?IW?A r屉耳逹*嘗2”:.严亍X.“ 丄33七-r,心一八:图3I克汐, 靂攣图4B方案：如图4所示，将约6cm的焊缝分为3+3,方式进行焊接。 B方案由同组实验者邓紫棋同学完成，此处不再赘述。224常见缺陷及其解决方法对于可能产生的各种缺陷，我们根据每种缺陷的特点，结合实际使用环境进行有针对性的制 定控制工艺。1热裂纹的控制：采取小的焊接热输入，并采用双面对接焊，控制焊接时的热量来避免热裂 纹的产生。2, 冷裂纹控制：采取焊前预热、焊后后热来降低焊缝区域的冷却速度；焊缝采用高韧性填充 材料，尽量使焊缝组织接近纯奥氏体，这样可以溶解更多的氢，避免了焊缝中的氢向熔合区 扩散；控

9、制氢的来，降低接头处氢的含量。采取多层多道焊、小的焊接热输入，降低焊接接 头处的应力集中。3, 热影响区的脆化及软化控制：热影响区的脆化通过焊后热处理来去除。软化主要是通过缩 短热影响区在高温区的停留时间来控制，所以我们应该选用热量集中、能量密度大的焊接方 法，并采用小的热输入焊接，并且预热温度取低值；另外采取多层多道焊。4, 夹渣：在焊缝熔池中的一些杂质应当被翻出在熔池的表面形成药皮被清掉，但当杂质在熔 池凝固前未被翻出，被凝固在焊道内便形成夹渣，手工电弧焊因形成的熔池较小，停留时间 短，所以泛渣能力差，若操作过程中形成的单道焊肉太厚容易造成夹渣缺陷。焊道内的杂物， 如黑色氧化铁，渗碳层等也

10、会因熔化后不能及时翻出，形成夹渣。5, 气孔：焊丝受潮，焊缝内潮气过大，油漆、油污等原因，都会引起焊缝内产生气孔，焊道 形成太厚，熔池内的气体不能及时溢出扩散，便在焊道内形成气孔。6, 未熔合：焊道与母材或者相邻的焊道之间不能很好地熔合在一起，在焊道内就形成了未熔 合。未熔合可以因坡口母材表面存在黑色氧化铁或气刨留下的渗碳层影响焊缝的熔合性而产 生，另外焊接形成的单道焊道太厚，使形成的焊肉流坠到旁边的焊道和母材表面形成未熔合。 如果因为干丝伸长长度过长也会产生未熔合。针对夹渣，气孔，未熔合的缺陷应采取的保护措施：1焊前做好预热，清除焊缝内的水汽，可以避免气孔产生。2,保护好焊丝和焊条不要受潮，

11、焊丝受潮后容易产生气孔，焊条要放在干燥的地方，杜绝用 凉焊条和受潮焊丝焊接。3,清理焊缝内的杂物和铁锈、黑色氧化铁、气刨产生的渗碳层等，打磨必须露出金属光泽, 可以改善熔合性和避免气孔和夹渣的产生。对于气刨产生的渗碳层表面硬度增加，不利于熔 合。225焊接注意事项1, 焊接时靠近母材的几道焊缝采用较大焊缝成型系数、不摆动，降低融合比，以降低母材对 焊缝金属的稀释。采用双面对接焊。减小每道焊缝余高，焊道与焊道之间缓慢过度。2, 通过参考板，使每道焊缝处于水平位置，便于操作，提高焊接质量。3, 适当提高焊接速度，减小焊接的热输入。3.检验及分析3.1不同焊接结构理论分析高中在化学实验课上做萃取实验

12、，萃取剂的取用采取少量多次的原则，这样做能让原溶质被分 离得更干净.而在人文科学中，“少量多次”原则本质上来源于经济学上的“边际收益递减” 定律，因为资源投入的边际收益一般是递减的，所以我们在进行资源投入时就应当将资源划 分为较多的“小块”资源分期分批地投入，而不是整体性地一次投入。据此，我断定A方案焊接性能更好。3.2焊后观察焊接试件焊缝余高为12mm有一个试样出现表面裂纹，因此这个试样作废，如图5所示。图5另外选择了焊缝及热影响区表面无裂纹、未熔合、夹渣、弧坑及气孔等缺陷，且符合焊接手 册上相关标准的试样进行下一步的实验。3.3金相检验331金相检验过程简单地说分为：取样-镶嵌-磨光与抛光

13、-侵蚀（4%硝酸酒精溶液）-观察照相等五个步骤。1作。2i谷液。3.3.3实验观察到的焊缝组织形态图6图73.3.2注意事项，试片打磨，抛光时应拿紧，并力求与磨面接触平稳。两人不得同时在一个旋转盘上操 ，金相腐蚀的操作室应注意通风，检查是否停水，检查紧急情况下备用的中和酸碱伤害3 ，金相试验用过的废液应经必要的处理后方可排放，不得将未经处理的废料倒入下水道。4 ，现场进行金相试验时应有防止试剂、溶液泼洒滴落的措施；作业完毕后应将杂物、废液清理干净。经微观组织的金相分析，母材区，组织为铁素体和珠光体，分布较均匀，为焊缝区，可见 大量魏氏组织,其特征是先共析铁素体沿奥氏体晶界呈网状析出，或从奥氏体

14、晶粒内部沿一 定方向析出，具有长短不一的粗针状或条片状，直接插入珠光体之中，晶粒较热影响区和母 材显著增大。由资料可知还有部分相变区，组织为粗大的铁素体和细小的珠光体；细晶区，珠光体和 铁素体均匀分布，晶粒细小；过热区，由部分聚集的铁素体和珠光体组成，晶粒较粗大；熔 合区，该区域组织为大量聚集的铁素体。3.4拉伸试验341拉前准备遵循焊接接头拉伸试验方法的相关标准进行取样，并在材料拉伸试验机上进行拉伸 试验，试样从焊接接头垂直于焊缝轴线方向截取，加工完后，焊缝的轴线位于试样平行长度 部分的中间，试样的厚度与焊接接头处母材的厚度相等。3.4.2焊接接头的强度和塑性B3KiIL-任證也将做好试样做

15、拉伸实验，焊条电弧焊焊接接头拉伸断裂位置在母材区，同时焊缝区出现了一 定的裂纹拉，断后形貌如图7,从拉伸应力和时间的关系图可以看出，最大应力为49556.000N, 抗拉强度为495.560N/mm。说明焊缝区抗拉强度满足条件焊接质量良好。四，结论:由于焊接实验经验不足，在手工电弧焊，金相检测中虽然出现一些失误，但是在后来均有所 改进和弥补，这在金相图片中可以反映。在拉伸实验过程中，由于两种不同的花焊结构的实 验结果相差不明显，因此可以得出在花焊过程中方案 B比方案A要好，因为操作起来比较简 便，且与操作复杂的方案 A焊接强度无明显差别。参考文献：1，赵异萍.Q235钢CO2气体保护焊与手工电

16、弧焊的工艺对比太原重型机械学院学报.1997.062, 王可.254SMO_Q235异种钢焊接接头显微组织焊接学报第34卷第2期.2 0 1 3.023, 李渝黔.厂.1991.044, 喻巧红5, 赵本纲.对E4303焊条焊接09CuPTiXt耐候钢与 A3钢的探讨铁道部贵阳车辆工Q235焊接接头的缝隙腐蚀行为金属学报.50卷11期.2014.11典型结构件焊接工艺编制及焊接项目化课程的设计与实施昆明冶金高等专科学校学报.第31卷5期2015.106, 王洪光.实用焊接工艺手册.化学工业出版社.2010.03.硫流礙反馈控制系统的设计与研究C机器的研究制系统的研制EEPROM的工艺和制程方法

17、及对良率的影响研究 系研究/IP校协议栈的实现调节器系系统的采集与处理技术的研究家系的研系究研究与开发监其开器的实持控制面板的研制 器式浊度仪的研制设开发线切割机床短循环走丝方式研究:应应用研究研制t研制和脸用蘿研九究治疗号检 象研究 :究与实现单片传感Sb性iSIB控机 一 -1- - - * * * 亠：】W .nz = *Tl .nz-1 J气基I系统研究装研研究统污染测量仪的研制的控改造 在线监测技术议转换器 制器的设计 应实系九及实现 用教学控验系统应用研究 用学实验系统设计与研究计血压计的设计-互统的究究与实现 与实现研究与实现 用系统的设计与实现 用的研究与应用实现与应用 用统及开发网络水表的设试仪的研制 控制与研究5系统设计勺应用研究动控项目研究报告，项目设计，项目建议书，项目可研报告，本广，项目研究报告，项目设计，项