焊接综合性设计试验

1、XIAN TECHNOLOGICAL UNIVERSITY综合设计实验报告(Q345B钢焊接工艺设计及性能研究)专 业： 金属材料工程班 级： 学 号： 姓 名： 托 儿 所实验学时：指导教师： 成 绩： 目录1、 低合金高强度钢焊接性概述12、 焊接工艺设计实验12.1、焊接基材12.2、焊接实验设计及分析22.2.1焊接方法及焊接参数的确定22.2.2、常见问题及其解决方法32.2.3常见缺陷：气孔、夹杂、未熔合等及相应的措施32.2.4、焊接注意细则42.2.5、焊缝检测（选做）43、 焊接材料及焊缝的力学性能53.1、焊后的切割设计及切割53.2、焊接区硬度的测定63.3、金相实验63

2、.3.1、金相试验前的准备工作及注意事项63.3.2分析焊缝和母材组织形态63.4、拉伸实验83.4.1、拉前准备83.4.2、焊接接头强度和塑性84、结论95、【参考书籍文献】9摘要为了研究火车皮用的一种材料Q345E（16Mn）钢的焊接性能。针对Q345B钢板通过焊条电弧焊接性能进行焊接工艺设计、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Q345E钢板不仅有好的力学性能,还具有良好的焊接性能。关键词：Q345E钢板 焊条电弧焊 显微组织 力学性能 实验研究1、 低合金高强度钢焊接性概述低合金调质其焊接性良好,接近于低碳钢。随着钢中合金元素的增加,强度级别提高,淬硬性大,钢的

3、焊接性也逐渐变差,出现的问题主要包括两个方面,其一是裂纹敏感性,其二高强钢含碳量较低,一般都在以下,其高强度及良好的综合机械性能是通过在低碳基础上加入多种提高淬透性的合金元素和调质热处理获得强度高、韧性好的低碳板条马氏体和部分下贝氏体组织而得到的。强度级别较低的低合金高强钢,如一级,由于钢中合金元素含量较少,是焊接热影响区的力学性能。世纪中后期,低合金高强钢取得了突显的进展,微合金钢技术、精炼技术、形变热处理、控轧控冷技术等一些先进技术的广泛应用,使得现代钢的焊接性显著提高,特别是冷列裂纹敏感性明显降低,大幅度提高了粗晶区韧性,高效率、大线能量焊接工艺被广泛应用。但新的问题也伴随着出现,如多层

4、焊接头中的局部脆性区问题、由于母材的低碳当量高强度化迫使冷裂纹从转移到焊缝金属当中等。2、 焊接工艺设计实验2.1、焊接基材低合金高强度结构钢Q345在工业领域用的比较多，具有良好的综合力学性能，在我国应用比较广泛。南方气温高，多使用Q345B、Q345C，而北方气温低，冬天易出现极寒天气，多选用低温性能好的Q345D、Q345E。本试验根据实际情况，参考表3拟选用厚度为5mm的Q345E钢板，选用试样尺寸为400mm×150mm×5mm进行实验，其化学成分见下表，力学性能见下表。Q345E钢的化学成分%（质量）CCSSiMMnPSNbVTiCrNiCuNNMoBAl0.1

5、80.51.700.0250.0200.070.150.200.300.500.300.0120.10-0.015Q345E钢的力学性能牌号厚度/mm抗拉强度（Mpa）屈服强度（Mpa）伸长率%冲击实验温度冲击吸收能量Q345E不小于不小于不小于6-40470-63032520-403440-63470-63031520-40342.2、焊接实验设计及分析2.2.1焊接方法及焊接参数的确定a、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或CO2气体保护焊，由于Q345E钢可适合常规的熔焊方法和焊接质量较难控制，受工艺参数等的影响较大。按照拼接安装现场条件、焊接成本等综合考虑，拟设计

6、采用手工电弧焊进行焊接。使用直流焊机。b、焊条选择：根据焊材和焊接方法综合考虑，选用E5001（牌号j503）c、焊接接头形式：根据工作条件和材料情况综合考虑选用对接接头，从焊接手册中得知当焊接板材厚度小于6mm以下不用开坡口和焊前预热，本试验为了焊接牢固方便焊接进行开双面V型坡口，单边坡度30°，坡口深度为1mm，根部间隙为2mm,焊接层数为上下两层。焊前将坡口两侧各30 mm 范围内的锈、油污等杂质用酒精和角向磨光机清除干净。焊接接头如下：d、焊接电流、线能量及接法等相关参数的确定：焊接电流由焊条直径确定关系为I=10D2=10*4*4=160A；焊接线能量主要取决于过热区脆化和

7、冷裂对于含碳偏低的Q345对线能量基本没有严格限制，过热敏感性不大，淬硬倾向和冷裂敏感性不大；直流正接时阳极产热高熔深大适用于厚板的接法，由于本试验的板厚比较薄故采用直流反接。根据焊接速度的情况决定焊接层数，本试验每面各两层。相关参数如下：板厚/mm焊条直径/mm焊接电流/A焊接层数/层54.0160-21022.2.2、常见问题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。a、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。b、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

8、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。c、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。2.2.3常见缺陷：气孔、夹杂、未熔合等及相应的措施a、 夹杂：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

9、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，渗碳层等也会因熔化后不能及时翻出，形成夹渣。b、 气孔：焊条受潮，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。c、 未熔合：焊道与母材和相邻的焊道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。d、

10、采取措施：焊前做好预热，清除焊缝内的水汽，可以避免气孔产生；保护好焊丝和焊条不要受潮，焊丝受潮后容易产生气孔，焊条要放在干燥的地方，杜绝使用凉焊条和受潮焊丝焊接；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。对于这3种缺陷因为操作手法不合适，也给焊缝带来很大影响，对于焊缝的每层、每道拉得太厚，将给焊缝带来很多缺陷，所以对于每次每道焊缝要拉薄，薄薄的焊肉将利于熔池内的杂物翻出，以及池内的气体外溢，能有效避免夹渣和气孔产生，另外薄薄的焊肉之间不会因为熔化金属的流动产生未熔合。2.2.

11、4、焊接注意细则v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。v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。v适当提高焊接速度，减小焊接的热输入。2.2.5、焊缝检测（选做）渗透检测步骤：3、 焊接材料及焊缝的力学性能3.1、焊后的切割设计及切割查阅资料得出拉伸板材标准和切割，过程如下： 3.2、焊接区硬度的测定按GB/T2654 进行，对焊接试板的母材、热影响区和焊缝分别进行洛氏硬度试验，试验结果见下表Q345E钢板对接焊接接头洛氏硬度试验结果硬度（HBC）母材热影响区

12、焊缝热影响区母材标准值实测值151220141340.8通过硬度值可以看出，各个区域的硬度值满足焊接接头硬度基本规律并在该材料标准硬度的范围内，所以它能满足自身的工作条件。3.3、金相实验3.3.1、金相试验前的准备工作及注意事项a、 过程简单地说分为:取样镶嵌磨光与抛光侵蚀（4%硝酸酒精溶液）观察照相等五个步骤b、注意事项v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作。v金相腐蚀的操作室应通风良好，并设有自来水和急救酸、碱伤害时中和用的溶液。v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。v现场进行金相试验时应有防止试剂、溶液泼洒

13、滴落的措施;3.3.2分析焊缝和母材组织形态a、焊缝金属的显微组织（如下图）,柱状晶分布,晶界处为铁素体,晶内为索氏体和针、块状分布的铁素体。冷却时,由于向外散热,故使焊缝的熔融金属沿热扩散方向结晶而获得柱状晶,此时,先共析的铁素体沿柱状晶界析出,由于温度较高,且冷速又稍快,因此组织呈过热特征,但随后的冷却过程中,奥氏体因过冷度较大,而转变为索氏体组织。焊缝组织下方为融合区,此处融合情况良好。Q345焊缝金属的显微组织50×b、母材的显微结构组织:铁素体和珠光体呈带状（如下图）。从金相组织可看出,过热区形成了魏氏组织,容易产生脆化,构成了接头的薄弱环节,这时宜以小线能量焊接,在过热区

14、获取板条马氏体,韧性会大大改善。Q345母材的显微结构组织10×3.4、拉伸实验3.4.1、拉前准备按照 焊接接头拉伸试验方法相关标准取样，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，焊缝余高磨平最终试样尺寸如下图拉伸参数如下：拉伸曲线如下：3.4.2、焊接接头强度和塑性将做好试样做拉伸实验，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，断后形貌如下图，从拉伸曲线图（下图）可以看出，最大应力为42555.6N，抗拉强度为550N/mm2。抗拉强度

15、低于母材的抗拉强度500Mpa,说明焊缝没有焊好出现了裂纹。4、结论v Q345钢板具有较好的焊接性。v Q345钢板由于第一层焊接时焊接速度过快焊缝出现宏观裂纹。v Q345钢板焊缝的化学成分靠近母材，经金相分析组织为珠光体铁素体和渗碳体组织，拉伸实验结果其强度为550Mpa,具有较高的强度，能满足材料的使用环境。v 从硬度测量结果看，热影响区硬度值（HRC12）较大且硬度不均匀焊缝硬度低于母材从而说明焊缝任性比母材号。v 从硬度实验和拉伸实验看，Q345具有良好的综合力学性能。5、【参考书籍文献】1现代焊接技术手册 曾乐 上海科学技术出版社2电焊条选用指南吴树雄 第四版 化学工业出版社3焊

16、接缺陷分析与对策李亚江 王娟 第二版 化学工业出版社4焊接组织性能与质量控制李亚江 化学工业出版社5低合金钢焊接及工程应用李亚江 王娟 刘鹏 化学工业出版社6“Q345钢的焊接工艺设计及焊接工艺评定实践” 陈斌珍.福建市福建科学研究所，2011.7“Q345钢板焊接性能研究” 刘志刚、苏白兰、韦弦 河南冶金,2003.02.XIAN TECHNOLOGICAL UNIVERSITY复合材料综述专业：金属材料工程班级： 14030106姓名： 谢 志 平复合材料(Composite materials)，是以一种材料为基体(Matrix)，另一种材料为增强体(reinforcement)组合而成

17、的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。复合材料使用的历史可以追溯到古代。从古至今沿用的稻草增强粘土和已使用上百年的钢筋混凝土均由两种材料复合而成。20世纪40年代，因航空工业的需要，发展了玻璃纤维增强塑料（俗称玻璃钢），从此出现了复合材料这一名称。50年代以后，陆续发展了碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高

18、强度和高模量纤维。70年代出现了芳纶纤维和碳化硅纤维。这些高强度、高模量纤维能与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体或铝、镁、钛等金属基体复合，构成各具特色的复合材料。复合材料按其组成分为金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料、非金属与非金属复合材料。按其结构特点又分为：纤维复合材料。将各种纤维增强体置于基体材料内复合而成。如纤维增强塑料、纤维增强金属等。夹层复合材料。由性质不同的表面材料和芯材组合而成。通常面材强度高、薄；芯材质轻、强度低，但具有一定刚度和厚度。分为实心夹层和蜂窝夹层两种。细粒复合材料。将硬质细粒均匀分布于基体中，如弥散强化合金、金属陶瓷等。混杂复合材料。由两种或两种

19、以上增强相材料混杂于一种基体相材料中构成。与普通单增强相复合材料比，其冲击强度、疲劳强度和断裂韧性显著提高，并具有特殊的热膨胀性能。分为层内混杂、层间混杂、夹芯混杂、层内层间混杂和超混杂复合材料。60年代，为满足航空航天等尖端技术所用材料的需要，先后研制和生产了以高性能纤维（如碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维等）为增强材料的复合材料，其比强度大于4×106厘米（cm），比模量大于4×108cm。为了与第一代玻璃纤维增强树脂复合材料相区别，将这种复合材料称为先进复合材料。按基体材料不同，先进复合材料分为树脂基、金属基和陶瓷基复合材料。其使用温度分别达250350、3501200和1200以上。先进复合材料除作为结构材料外，还可用作功能材料，如梯度复合材料(材料的化学和结晶学组成、结构、空隙等在空间连续梯变的功能复合材料)、机敏复合材料（具有感觉、处理和执行功能，能适应环境变化的功能复合材料）、仿生复合材料、隐身复合材料等复合材料中以纤维增强材料应用最广、用量最大。其特点是比重小、比强度和比模量大。例如碳纤维与环氧树脂复合的材料，其比强度和比模量均比钢和铝合金大数倍，还具有优良的化学稳定性、减摩耐磨、自润滑、耐热、耐疲劳、耐蠕变、消声、电绝缘等性能。石墨纤维与树脂复合可得到膨胀系数几乎等于零的材料。纤维增强