材料成型自主设计专业综合实验

1、学生学号0120801080416实验课成绩学生实验报告书实验课程名称材料成型自主设计专业综合实验开课学院材料学院指导教师姓名陈士民、彭军波学生姓名高凡学生专业班级成型080420112012 学年 第 1 学期实验项目名称：典型焊接结构的焊接工艺设计与制造实验者：高凡 专业班级：成型0804班 组别：三组同组者：李牧野、胡建龙、胡学术、杨冰、周啸尘、郑园园，李慧、伍梦琪一、实验目的1、熟悉低碳钢焊接工艺文件内容；2、学习和掌握焊接工艺文件的制定；3、熟悉低碳钢焊接焊前准备和工艺过程，加深理解电弧焊方法的特点、焊接工艺参数对焊缝成形及焊接质量的影响；4、了解焊接质量的评定方法及过程；二、主要仪

2、器、设备及耗材1、主要焊接及切割设备：手工电弧焊机、半自动co2气体保户焊机、手工及自动切割设备、碳弧气刨设备等；2、焊接材料：药芯焊丝、实芯焊丝、焊条、co2气体、氧气、co2气体、乙块、碳棒等等；3、q235a 钢板。4、各类工具三、实验要求:1、完成规定结构的制造，翼板至少两块钢板对接，焊接方法自选，焊接工 艺自定并实施焊接；2、用c ad图表述结构尺寸并进行相关焊缝标注；3、不同尺寸及不同形式的焊缝制定相应的工艺卡（工艺卡一表格的形式， 应有相应额焊接接头图）；4、工艺卡应独立设计表格，其内容可以相同，表格应有区别。四. 实验内容1、完成规定的典型焊接结构的焊接工艺设计，母材q235a

3、；2、元成典型焊接结构的制造；3、焊接缺陷的分析处理；4、焊接变形的控制和矫正；5、结构参数及分组见表1。五、实验步骤1、根据实验分组和相关结构参数以及要求，我们需要设计的焊接结构为 工字梁：翼板厚度为8mm,腹板厚度为12mm,均为中厚板的焊接，采用c02气体保护 焊进行焊接。2、确定焊接坡口形式：对于梁两翼板的对接厚度为8毫米，采用y形坡口，实施双面焊接。对于梁腹板与翼板形成的t形接头，选用开k形坡口，坡口角度取60°3、焊接规范参数的选用：对于翼板的对接：开y形坡口，电流:120-150a电压：22. iv对于t形接头的角接：开k形坡口，装配间隙为0,钝边4伽，坡口角度一 般取

4、 60° ,电流:160-180a电压：24.7v根据焊接梁结构确定所用钢板尺寸通过查阅焊接手册等相关资料，要确定钢板尺寸，必须首先考虑焊接后的收 缩。根据实验要求，对接焊缝与角焊缝所引起的收缩量计算如下：1) 、单道单层焊缝的纵向收缩量可由下式粗略计算出来:l二0. 86x10%丄q、一一焊接线能量l焊缝纵向收缩量(cm)l焊缝总长度(cm)nviqv=v对于c02气体保护焊， =0.7°为焊接速度已知焊角尺寸k时，二20000/ （j/cm）已知熔敷金屈截面积sh时，qv=37000sh（j/cm） 对于多道焊：l二匕 x0. 86x 106qvlki=l+85

5、3;snn焊道数cps/e对于t形接头，焊缝的纵向收缩量：l'二（1.31.4）al2）、对于翼板的对接，我们采用开y形坡口，装配间隙为1mm,进行co2双 面焊接成形的工艺，由于翼板长500mm,对接焊缝也只有一条，所以该焊缝所引起的纵向收缩量忽略不计，对于该焊缝的横向收缩量的计算如下:ab-1.01e0 0464x-l. 464mm3）、对于腹板与翼板间的t形接头，一共有四道角焊缝，我们采用腹板开k形坡口无装配间隙进行焊接的工艺，由于无装配间隙，其引起的横向收缩量可以忽略不计，而长度500mm,其引起的纵向收缩量则为：l二 kl*0 86x10_6qvl= kl*0. 86x 10

6、6* (0. 7*160*24. 7/(0. 5/154. 55)其中 kl= 1+85*235/210/1000*4二 1. 38koal=0. 539minal'=(1.3-1. 4) al取=1. 4al=0. 755mm对工字梁，其角焊缝所引起的纵向收缩量为:al=1. 15al =0. 868mm4）、综合横向收缩和纵向收缩量可以得到工字梁的收缩量为:al 总二0. 868+1. 464=2. 332mm0.104x0.504-二 0.13mm5）、通过查阅书籍，当工字梁高300mm时，高度方向上的收缩量为:据此设计的钢板尺寸如下：腹板：长 502mm,宽 105mm,厚 1

7、2mm；翼板：长 200mm+303mm,宽 80mm,厚 8mni；5 焊接工艺卡的制定对接接头焊接工艺卡t形接头焊接工艺卡产品代号焊接工艺卡片武汉理工±学材科学院q产品名称三卩四co：t=运尹塩£v),150-180.1冯作宣喳cmm： j圧工合咨审旦举接工艺详左号*k51塩q金姿eis.i2注圭唱去塩w背石金奄量3塩&夕茂总捡合冬三冀代建疗壬卫 栓查、1、圭仪禾養不迨夸抵 汶、"眈、飞裁拐、2、：£尬与云仪空璟疳fc 曇h0sxn£i2a芹接至淀ca）， 雄按五£mm门 室瘴艮农住. 佯电"宜已芹3hw缶护対，

8、 sgjgg cl mini «««» cmmj工乏冬总准备匕1 疋也飯衣:炭直二子整.乏乐不 二二弋三w：二一二l 2.嗟丝.友二疾班其两庚，血老壬 査十走更丘垂用疋黑戾£第* 疾壬另诂礼诂至，兰衣龙主夂苗 法解.3经总卫丝吉世住迄总产坯污. 否刘应至尹清垂x *匹注、仗愈em更总（工霰523 5a.5z8-12 ,3 jhi6、依据所定钢板尺寸下料及坡口加工：根据所需尺寸，考虑切除气割过程产生的毛边及打平边缘耗去的余量，我们 设定钢板下料尺寸为：腹板下料：长503nmi,宽105mm,厚12nim； 翼板卜料：长 200mni+303inm

9、,宽 8omni,厚 8mm；对于翼板对接1形坡口，只需用砂轮打平对接接头及去除接头附近20mm区 域的铁锈和油污；而对于腹板t形接头的k形坡口，加工起来会困难很多，首先 得确定钝边的位置和长度，然后控制好k形坡口的60。角，用砂轮打磨，保证 两边坡口的对称一致，再去除接头附近20血区域的铁锈和油污，以利于焊缝成 形。7、整形：对于焊接前可能出现的钢板由于切割或后续开坡口产牛的变形，要采用相应 的措施进行校正。8、装配：对于翼板的对接，装配间隙为1mm,同时为了保证不在翼板上引弧和收弧， 我们还在两边加了两块引弧板，这样能很好地避免引弧或收弧所引发的烧穿、未 焊透、夹砂以及气孔等焊接缺陷。而对

10、于t形接头的焊接，我们首先按照自己事先画好的标记线对正，依据四 道角焊缝的焊接顺序，依次进行点固，初步固定好工字梁的形状，便于后续角焊 缝的焊接。在焊接过程中，每条角焊缝分别处在船形位置，以利于施焊者进行焊 接，同时可以使焊缝金属很好的与角接头母材金属熔合，提高焊接质量。9、根据制定的工艺卡进行焊接：依据工艺卡上的规范参数和焊接要求，首先对翼板上的对接接头实施焊接， 且两条对接焊缝然后对角接头进行有顺序的焊接，这种顺序能使焊接过程中钢板 一定程度上自由收缩，降低残余内应力，减少焊接变形，进而减少焊后变形矫正 的工作量。10、焊后变形矫正：焊接后或多或少都会产生一定的焊接变形，需要采取相应的措施

11、来矫正。至 于具体的矫正措施，我们需要在焊接完成后看主要的变形以及讨论变形大小是否 在可以接受的范围内，然后制定相关的矫正措施。六. 实验数据记录及处理如下:焊接速度分别为：3. 05mm/s,四道角焊缝的焊接时间分别为：2分45秒，2分35秒，2分28秒，2分30秒;3. 25mm/s, 3. 40mm/s, 3. 35mm/s角焊缝焊脚厚度:第一道：6. 9mm, 6.8mm, 6.8mm 第二道：6. 7nun, 6. 7nun, 6. 9nun第三道：6. 8mm, 6. 6mm, 6. 8mm取平均值：四道焊缝的焊角尺寸为:1、kf (6. 9+6. 8+6. 8) /3=6. 83

12、mm2、k2= (6. 7+6. 7+6. 9) /3=6. 67mm3、k3= (6.8+6.6+6.8) /3=6. 73mm翼板上对接焊缝的余高: 宽度: 焊后工字梁的高度: 长度:4、v (6.8+6.9+6.5) /3=6. 73mm3.03mm10.67mm122mm500.67mm3.0mm, 3.1mm, 3.0mm 平均值为: 11mm, 11mm, 10mm 平均值为: 122mm, 123mm, 121mm 平均值为: 501mm, 499mm, 502mm 平均值为：其它：咬边深度（翼板）：2.70mm角焊缝高度：6.2mm七. 各部位的焊接外观翼板上的对接焊缝外观t形

13、接头角焊缝外观工字梁焊接完成后整体外观焊接完成后出现的部分焊接缺陷(咬边与未熔合及飞溅):八. 实验结果分析1、翼板上对接焊缝的余高偏大，主要是因为焊接电流偏大，或者由于焊接 速度掌握不到位，偏慢导致；而焊缝宽度不均匀，则很大程度上受到焊接人员对 焊接熟练程度的影响，由于弧长不能很熟练的稳定下来，影响焊接电压的变化， 而熔宽变化主要受到电压的影响，电压越大，则熔宽也越大，电压的不均匀变化 自然导致熔宽不均匀；2、实验结果得到的工字梁长度方向的收缩量为2.23mm,而理论的计算值 为 2.332mm,其误差!_二(2.332-2.23) /2.332x 100%=4.37%；焊角尺寸理论值 为8

14、mm,四条角焊缝焊角尺寸的实际值分别为6.83mm, 6.67mm, 6.73mm, 6.73mm,误差!分别为：14.6%, 16.6%, 15.9%, 15.9%,在误差允许的范围内, 理论值与实际值相符。因此验证了理论计算公式的正确性与合理性；而高度方向 的收缩量为1mm,而理论值为0.13mm；3、由于焊接规范参数的影响以及对焊接操作过程不太熟练，其引起的焊接 缺陷也在所难免，在整个工字梁的焊接过程中，未熔合、夹渣、气孔、飞溅和咬 边等焊接缺陷。其中烧穿主要出现在引弧和收弧阶段，我们翼板的对接加了引弧 板，所以没有出现这种缺陷，而角接时无法添加引弧板，且刚开始引弧时电流过 大，所以出现

15、了烧穿的现象。对于咬边的现象，在焊接过程中只岀现了，分析原因可能是焊接过程中焊 接速度过大或者焊接电弧拉得过长，也可能在焊接角焊缝时焊枪角度不正确导 致；不过，我们出现的飞溅现象特别严重，究其原因，我觉得可能是电流过人引 起的，在电流较大时，缩颈的位置对飞溅影响极大。所谓缩颈的位置是指缩颈出 现在焊丝与熔滴之间，还是岀现在熔池与熔滴之间。如果是前者，小桥的爆炸力 推动熔滴向熔池过渡，而后者正相反，小桥爆炸力排斥熔滴过渡，并形成大量飞 溅，最高可达25%以上。冷态引弧时或在焊接参数不合适的情况下（如送丝速度 过快而电弧电压过低，焊丝伸出长度过大或焊接冋路电感过大等）常常发生固体 短路。这时固体焊

16、丝可以直接被抛出，同时熔池金属也被抛出。在大电流射滴过 渡时，偶尔发生短路，由于短路电流很大，所以将引起十分强烈的飞溅。4、整个焊接过程中，工字梁的变形非常小，可能跟我们的焊接方法及焊接 规范参数选得较小，焊接速度选择适当，然后对于各道焊缝的焊接顺序选择合理 有关，因此我们省去了焊后矫形这一步骤，大大提高了生产效率。九、思考题1、你是如何控制焊接变形的？你所制造的焊接结构焊后变形如何？如变形太 大，如何矫正？答：对接接头横向收缩变形有两个原因：（-）有间隙时 热膨胀t间隙i横向收缩t ；无间隙时： 热膨胀t 一挤压使厚度t 一横向收缩t（二）焊缝的纵向收缩亦能影响横向变形，纵向变形->

17、间隙t ->横向收缩i ,我们采取的是控制焊接线能量的大小 来控制焊接变形的，一般地说：线能量f 横向收缩f,所以我们选 择的是比较适宜的焊接电流和电压；同样我们对于t型接头的焊接也是控制 焊接线能量的输入來控制焊接变形的，线能量：q t正反面塑性变 形量的差值f 角变形qn t t 正反面塑性变形量的差值！ 角变形！;我们的焊接结构变形较小，可能跟我们的焊接方法及焊接规范参数选 得较小，焊接速度选择适当，然后对于各道焊缝的焊接顺序选择合理有关， 因此我们省去了焊后矫形这一步骤，大大提高了生产效率。如果焊接变形太大的话，我们可以通过两种方法进行矫正，（一）机械 矫正法，机械矫正法是利用外

18、力使构件产生与焊接变形相反的变形，使两者 抵消，通过外力使那些缩短的部分拉长，以此来矫正焊接变形，外力通常是 采用压力机；此外还可以用锤击法来延展焊缝及附近区域的金屈，以减小变 形。述可用碾压法，碾压焊缝及两侧使之仲长。（二）火焰矫正法，具体做法是用气焊焊炬在工件较长的部位加热, 如：为了提高矫形效率，可以在加热的同时在加热点周围喷水冷却来限制火 焰加热的范围，提高对加热点的挤呀压作用2有无焊接缺陷出现？原因是什么？答：在整个工字梁的焊接过程中，我们的结构出现了烧穿、未熔合、气 孔和咬边、飞溅等焊接缺陷。其中烧穿主要出现在引弧和收弧阶段，我们翼板的对接加了引弧板，所 以没有出现这种缺陷，但是由

19、于焊偏，焊缝没有布置在对接接头位置，我们 及时采取了调节规范参数，选用小的焊接电流和电压重新补焊一次，很好的 修补了这一缺陷，可是在这一过程中，由于对前一道焊缝的清渣不完全，导 致补焊后又出现了比较明显的夹渣现彖；而角接时无法添加引弧板，且刚开 始引弧时电流过大，所以出现了烧穿的现象。对于咬边的现象，在焊接过程屮只出现了，分析原因可能是焊接过程屮 焊接速度过大或者焊接电弧拉得过长，也可能在焊接角焊缝时焊枪角度不止 确导致；未熔合的现象，分析原因可能是对接头部位的铁锈和油污清除不彻底， 导致焊接完成后熔敷金属没有与母材很好的熔合；咬边的现象，分析原因可能是焊接过程中焊接速度过大或者焊接电弧拉 得过长，也可能在焊接角焊缝时焊枪角度不正确导致；对于气孔的出现，可能是我们焊前准备充分，将焊接接头部位的铁锈和 油污清理比较彻底，坡口根部也处理到位，所以气孔的现象也比较少。我们出现的飞溅现象特别严重，究其原因，我觉得可能是电流过大引起 的，在电流较大时，缩颈的位置对飞溅影响极大。所谓缩颈的位置是指缩颈 出现在焊丝与熔滴之间，还是出现在熔池与熔滴之间。如果是前者，小桥的 爆炸力推动熔滴向熔池过渡，而后者正相反，小桥爆炸力排斥熔滴过渡，并 形成大量飞溅，最高可达25%以上。冷态引弧时或在焊接参数不合适的情况 下（如送丝速