王曉強(qiáng)——灰鑄鐵焊接課程設(shè)計(jì)

1、 河南工業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 焊接工藝課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目：灰鑄鐵焊接工藝設(shè)計(jì)5mm×210A （直流）學(xué)生姓名： 王曉強(qiáng) 專業(yè)班級(jí)： 材控F1103班 學(xué) 號(hào)： 201115910228 指導(dǎo)教師： 鄧鵬輝 2014年9月10日目錄摘要11引言21.1焊接技術(shù)的發(fā)展史21.2灰鑄鐵的焊接史31.3實(shí)驗(yàn)?zāi)康?2實(shí)驗(yàn)原理52.1灰鑄鐵的焊接性分析52.2焊接接頭顯微組織52.3焊接工藝72.4焊接工藝參數(shù)的選擇83實(shí)驗(yàn)方法93.1實(shí)驗(yàn)材料93.2實(shí)驗(yàn)方案93.3實(shí)驗(yàn)設(shè)備93.4實(shí)驗(yàn)過程103.4.1確定焊接參數(shù)、施焊103.4.2切樣、磨樣、拋光113.4.3腐蝕 、金相觀察123.

2、4.4觀察焊接接頭顯微組織123.4.5硬度測(cè)試123.5實(shí)驗(yàn)流程134實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析144.1焊接電流對(duì)灰鑄鐵焊接工藝性的影響14 不同電流值對(duì)焊接工藝性影響14不同電流類型對(duì)焊接的工藝性影響154.2焊接電流對(duì)灰鑄鐵焊接接頭硬度的影響154.2.1不同電流值對(duì)硬度的影響154.2.2不同電流類型對(duì)硬度的影響164.3焊接電流對(duì)接頭顯微組織的影響174.3.1焊接電流為直流210A的接頭顯微組織174.3.2不同電流值焊縫區(qū)的顯微組織對(duì)比174.3.3 不同電流值白口區(qū)組織對(duì)比184.3.4不同電流類型顯微組織圖對(duì)比19結(jié)論21結(jié)束語22參考文獻(xiàn)23摘要灰鑄鐵有良好的鑄造性能、良好的減振性、良

3、好的耐磨性能、良好的切削加工性能、低的缺口敏感性。在工業(yè)使用是很廣泛的，研究灰鑄鐵的焊接可以產(chǎn)生巨大的效益。本次灰鑄鐵焊接的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)用的焊條直徑為5mm，焊接電流依次為：170A、210A、230A、280A，觀察施焊過程中焊接電流對(duì)工藝性的影響。同時(shí)分析不同的焊接電流大小對(duì)焊縫硬度的影響，對(duì)焊接接頭組織的影響，也分析比較相同電流值不同電流類型對(duì)焊接工藝性和焊接接頭硬度的影響。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，焊接工藝參數(shù)對(duì)焊接工藝性有很大的影響，在使用5mm直徑焊條對(duì)灰鑄鐵進(jìn)行施焊時(shí)，當(dāng)選取電流值為210A時(shí)候，灰鑄鐵焊接工藝性較好；當(dāng)使用直徑5mm焊條對(duì)灰鑄鐵進(jìn)行施焊時(shí)，隨著電流值的增大，所得到焊接接頭焊

4、縫區(qū)和白口的組織晶粒變粗大，其硬度值也逐漸增大。通過和其他同學(xué)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比得到焊接電流為直流210A的焊接性最好。 關(guān)鍵詞：焊接、灰鑄鐵、直流焊、J422焊條、焊接參數(shù)、焊接性、焊接工藝 1引言1.1焊接技術(shù)的發(fā)展史 焊接，也稱作熔接，是一種以加熱、高溫或者高壓的方式接合金屬或其他熱塑性材料如塑料的制造工藝及技術(shù)。 焊接透過下列三種途徑達(dá)成接合的目的，加熱欲接合之工件使之局部熔化形成熔池，熔池冷卻凝固后便接合，必要時(shí)可加入熔填物輔助單獨(dú)加熱熔點(diǎn)較低的焊料，無需熔化工件本身，借焊料的毛細(xì)作用連接工件（如軟釬焊、硬焊）在相當(dāng)于或低于工件熔點(diǎn)的溫度下輔以高壓、疊合擠塑或振動(dòng)等使兩工件間相互滲透接合

5、（如鍛焊、固態(tài)焊接）依具體的焊接工藝，焊接可細(xì)分為氣焊、電阻焊、電弧焊、感應(yīng)焊接及激光焊接等其他特殊焊接1。幾乎所有的產(chǎn)品，從幾十萬噸巨輪到不足1克的微電子元件，在生產(chǎn)制造中都不同程度地應(yīng)用到焊接技術(shù)。焊接已經(jīng)滲透到制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性和壽命以及生產(chǎn)的成本、效率和市場(chǎng)反應(yīng)速度。 近年來，焊接已由一個(gè)單一的加工工藝發(fā)展成為有科學(xué)基礎(chǔ)有廣泛應(yīng)用范圍和前景的焊接工程和焊接產(chǎn)業(yè)，在這些產(chǎn)業(yè)中，焊接在其中占有重要地位，是決定其產(chǎn)品使用安全的關(guān)鍵。有些直接出焊接產(chǎn)品或在現(xiàn)場(chǎng)裝焊接后投入使用，有些是作成主體結(jié)構(gòu)然后在其上安裝動(dòng)力和機(jī)電設(shè)備后應(yīng)用，有焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和安全保證

6、在整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理的情況下，主要決定與焊接聯(lián)結(jié)部位的結(jié)構(gòu)、材料匹配、工藝設(shè)計(jì)、先進(jìn)的焊接制造工藝及設(shè)備和準(zhǔn)確的無損檢測(cè)技術(shù)，這些都決定了焊接聯(lián)結(jié)部位的的內(nèi)在和外觀質(zhì)量，形成了分布在各工業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)部門各具特色的焊接結(jié)構(gòu)行業(yè)，同時(shí)也形成了結(jié)構(gòu)焊接需要的焊接設(shè)備行業(yè)和焊接材料行業(yè)2。這些行業(yè)是互相關(guān)聯(lián)促進(jìn)的行業(yè)。焊接結(jié)構(gòu)已有日新月異的發(fā)展:在裝備制造業(yè)結(jié)構(gòu)中用焊接結(jié)構(gòu)局部或全部代替鑄件或鍛件結(jié)構(gòu)和由局部鑄件或鍛件焊接成組合結(jié)構(gòu)是大重型結(jié)構(gòu)發(fā)展的方向，可大大節(jié)約大型鑄鍛車間及其設(shè)備的基本建設(shè)投資和生產(chǎn)過程的能源消費(fèi)，同時(shí)還可縮短生產(chǎn)周期;在各種建筑行業(yè)廣泛采用鋼質(zhì)焊接結(jié)構(gòu)代替鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，可達(dá)

7、到大跨度、輕自重、工廠制造、設(shè)計(jì)優(yōu)、工程在建周期短、環(huán)境污染少，基礎(chǔ)費(fèi)用省，折除后材料可循環(huán)使用，因而符合目前綠色制造和資源循環(huán)利用建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的大潮流。目前我國(guó)微電子及IT行業(yè)中的發(fā)展，高強(qiáng)有色金屬、光釬、超導(dǎo)和復(fù)合材料及高分子材料的應(yīng)用，都對(duì)焊接工藝、設(shè)備和材料提出了很多新的要求，因而得到了相應(yīng)發(fā)展3。工業(yè)中應(yīng)用最早的鑄鐵就是以片狀石墨存在于金屬基體中的灰鑄鐵。由于其成本低廉，并具有鑄造性、可加工性、耐磨性及減振性均優(yōu)良的特點(diǎn)。迄今是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種鑄鐵。20世紀(jì)80年代初，鑄鐵材料發(fā)展進(jìn)入了頂峰期，隨后，世界的鑄鐵產(chǎn)量便出現(xiàn)急劇遞減，然而鑄鐵仍是當(dāng)今金屬材料中應(yīng)用最為廣泛的基礎(chǔ)材

8、料。 1.2灰鑄鐵的焊接史最早的鑄鐵就是以片狀石墨存在于金屬基體中的灰鑄鐵。由于其成本低廉，并具有鑄造性、可加工性、耐磨性及減振性均優(yōu)良的特點(diǎn)。迄今是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種鑄鐵。20世紀(jì)80年代初，鑄鐵材料發(fā)展進(jìn)入了頂峰期，隨后，世界的鑄鐵產(chǎn)量便出現(xiàn)急劇遞減，然而鑄鐵仍是當(dāng)今金屬材料中應(yīng)用最為廣泛的基礎(chǔ)材料?；诣T鐵在結(jié)晶過程中，約有W(C)為80%的碳以石墨的形式析出，這就給灰鑄鐵帶來兩方面的特點(diǎn)：一方面，由于石墨強(qiáng)度較低（Rm20N/mm2），且以片狀的形態(tài)存在，割裂了基體的連續(xù)性，因此灰鑄鐵的強(qiáng)度不高，脆性較大。另一方面，由于石墨的存在，灰鑄鐵具有良好的減震性、耐磨性、切削加工性

9、和缺口敏感性。由于共晶結(jié)晶過程中石墨化膨脹，還有減少縮松、縮孔的傾向。同時(shí)，灰鑄鐵還有較高的抗壓強(qiáng)度?；诣T鐵傳統(tǒng)的化學(xué)成分中Si/C比較低（0.400.55）。適當(dāng)提高Si/C比（0.650.85），是提高鑄鐵內(nèi)在質(zhì)量的重要途徑之一。提高Si/C比的作用是：可使連續(xù)的初析奧氏體枝晶增加，這就像混凝土中的鋼筋一樣，對(duì)灰鑄鐵起到加固的作用，可擴(kuò)大穩(wěn)定系和介穩(wěn)定系的溫度差，增加過冷度T，從而細(xì)化石墨，有效地?cái)U(kuò)大集體組織的利用率；還可降低灰鑄鐵的白口傾向，減小斷面敏感性，提高彈性模量和形變抗力。采用焊接方法修復(fù)這些有缺陷的鑄鐵件，由于焊接成本低，不僅可獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益，而且有利于及時(shí)完成生產(chǎn)任務(wù)。常

10、用的焊既接方法有氣焊、釬焊、電弧焊等,其中手工電弧焊應(yīng)用最多。但是鑄鐵件的焊補(bǔ)極易產(chǎn)生白口和裂縫，其中產(chǎn)生白口的主要原因是冷卻速度過快和石墨元素不足;而產(chǎn)生裂縫的原因主要是焊接應(yīng)力4。1.3實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋敬握n程設(shè)計(jì)，是以實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行的，學(xué)生通過對(duì)灰鑄鐵自行焊接、切樣、打磨、腐蝕、鏡像觀察、打硬度等步驟。分析得出了使用不同電流類型、不同電流值時(shí)，焊接接頭工藝性之間的差異、硬度值之間的差異，最后綜合比較確定最佳的焊接電流類型和電流值。學(xué)生通過自行完成實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)了自己的動(dòng)手能力，掌握了更多的實(shí)踐知識(shí)，增加了學(xué)習(xí)專業(yè)課的興趣，對(duì)以后的專業(yè)學(xué)習(xí)有很大的幫助。2實(shí)驗(yàn)原理2.1灰鑄鐵的性能分析灰鑄鐵在化學(xué)成分

11、上的特點(diǎn)是C高及S、P雜質(zhì)高，這就增大了焊接接頭對(duì)冷卻速度變化的敏感性及冷熱裂紋的敏感性。在力學(xué)性能的特點(diǎn)是強(qiáng)度低，基本無塑性、焊接過程具有冷速快及焊件受熱不均勻而形成焊接應(yīng)力較大的特殊性。這些因素導(dǎo)致焊接性不良。主要問題兩方面：一方面是焊接接頭易出現(xiàn)白口及淬硬組織，另一方面焊接接頭易出現(xiàn)裂紋。由灰鑄鐵的焊接性可知,灰鑄鐵在焊接中主要是容易產(chǎn)生白口組織和出現(xiàn)裂紋,故應(yīng)從防止上述缺陷入手,從多方面考慮來選擇焊接方法和制定合理的焊接工藝。電弧熱焊時(shí)，一般將鑄件整體或補(bǔ)焊區(qū)局部預(yù)熱到600700度，然后再進(jìn)行焊接，焊后保溫緩冷。熱焊預(yù)熱溫度一般在700度以下，不超過鑄鐵的共析轉(zhuǎn)變溫度。因?yàn)?，超過共析

12、轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，焊后會(huì)引起鑄鐵的基體組織變化，珠光體基體中的滲碳體會(huì)在共析轉(zhuǎn)變時(shí)分解并形成石墨，使鑄件的硬度和耐磨性降；而且在石墨析出時(shí)，還伴隨著體積長(zhǎng)大，使鑄件的變形增加。再者，鑄鐵宰600700度預(yù)熱溫度下焊接，不僅有效地減小的接頭的溫差，而且鑄鐵由常溫時(shí)完全無塑性變?yōu)橛幸欢ǖ乃苄? 加之焊后緩慢冷卻, 使接頭的應(yīng)力狀態(tài)大為改善, 從而有效地防止了冷裂紋的產(chǎn)生5。2.2焊接接頭顯微組織 電弧焊作為一種熔化焊，是通過加熱使被焊金屬的聯(lián)接處達(dá)到熔化狀態(tài)，焊縫金屬凝固后實(shí)現(xiàn)金屬的焊接。焊接接頭處的焊縫金屬和母材具有交互結(jié)晶的特征，圖1為母材和焊縫金屬交互結(jié)晶的示意圖。由圖可知，焊縫金屬與聯(lián)接處母材具

13、有共晶現(xiàn)象，即熔池金屬的結(jié)晶是從熔合區(qū)母材的半熔化晶粒上開始向焊縫中心成長(zhǎng)的。這種結(jié)晶形式稱為交互結(jié)晶或聯(lián)生結(jié)晶。當(dāng)晶體最易長(zhǎng)大方向與散熱最快方向一致時(shí)， 晶體便優(yōu)先得到成長(zhǎng)，有的晶體由于取向不利于成長(zhǎng)，晶粒的成長(zhǎng)會(huì)被遏止。這就是所謂選擇長(zhǎng)大，并形成焊縫中的柱狀晶。在圖1中顯示，隨著晶粒的成長(zhǎng)，熔池中晶粒界面前的濃度過冷和溫度梯度也隨著發(fā)生變化。因而，熔池全部凝固以后，各處將會(huì)出現(xiàn)不同的結(jié)晶形態(tài)。在焊接熔池的熔化邊界上，溫度梯度G較大，結(jié)晶速度R很小，因此此處的濃度過冷最小，隨著焊接熔池的結(jié)晶。溫度梯度G由熔化邊界處直到焊縫中心逐漸變小，熔池的結(jié)晶速度R卻逐漸增大，到焊縫中心處，溫度梯度最小，

14、結(jié)晶速度最大。熱影響區(qū)是焊接或切割過程中，材料因受熱的影響（但未熔化）而發(fā)生金相組織和力學(xué)性能變化的區(qū)域。按其組織特征又可分為以下四個(gè)區(qū)域：(a)過熱區(qū) （粗晶區(qū)） 焊接熱影響區(qū)中，具有過熱組織或晶粒顯著粗大的區(qū)域。此區(qū)的溫度范為相線至1100，因加熱溫度過高，奧氏體晶粒急劇長(zhǎng)大，使其塑性明顯下降，尤其是沖擊韌度下降20-30，對(duì)于易淬火鋼，此區(qū)脆性更大，是熱影響區(qū)中性能最差的部位。焊接剛度大的結(jié)構(gòu)件時(shí)，常在過熱粗晶區(qū)產(chǎn)生脆化或裂紋。(b) 細(xì)晶區(qū) 細(xì)晶區(qū)是焊接時(shí)母材被加熱到1100Ac3的部位，將發(fā)生重結(jié)晶，將發(fā)生重結(jié)晶，即鐵素體和珠光體全部變?yōu)閵W氏體，然后在空氣中冷卻得到細(xì)小均勻的鐵素 體

15、和珠光體，相當(dāng)于熱處理的正火組織。此區(qū)域的塑性和韌性都較好，是焊接熱影響區(qū)中性能最好的區(qū)域。（c）熔合區(qū) 熔合區(qū)為焊縫與母材相鄰的部位，又稱半熔化區(qū)，溫度處于液相線與固相線之間。這個(gè)區(qū)域的微觀行為十分復(fù)雜，焊縫與母材的不規(guī)則結(jié)合，形成了參差不齊的分界面。此區(qū)域的范圍很窄，但由于在化學(xué)成分上和組織性能上都有較大的不均勻性，所以對(duì)焊接接頭的強(qiáng)度、韌性有很大影響。在許多情況下熔合區(qū)是產(chǎn)生裂紋、脆性破壞的發(fā)源地。（d）不完全重結(jié)晶區(qū) 加熱溫度Ac1- Ac3，約750-900，鋼被加熱奧氏體+ 部分鐵素體區(qū)域，冷卻后的組織為細(xì)小鐵素體+珠光體+部分大塊未變化的鐵素體，晶粒大小不均勻。此區(qū)特點(diǎn)是晶粒大小

16、不一，組織不均勻，因此力學(xué)性能也不均勻5。2.3焊接工藝焊接工藝主要根據(jù)被焊工件的材質(zhì)、牌號(hào)、化學(xué)成分，焊件結(jié)構(gòu)類型，焊接性能要求來確定。首先要確定焊接方法，如手弧焊、埋弧焊、鎢極氬弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊等等，焊接方法的種類非常多，只能根據(jù)具體情況選擇。確定焊接方法后，再制定焊接工藝參數(shù)，焊接工藝參數(shù)的種類各不相同，如手弧焊主要包括：焊條型號(hào)（或牌號(hào)）、直徑、電流、電壓、焊接電源種類、極性接法、焊接層數(shù)、道數(shù)、檢驗(yàn)方法等等6。另外，焊接是一個(gè)局部的迅速加熱和冷卻過程，焊接區(qū)由于受到四周工件本體的拘束而不能自由膨脹和收縮，冷卻后在焊件中便產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形。重要產(chǎn)品焊后都需要消除焊接應(yīng)力，矯正焊

17、接變形。搭接接頭的焊前準(zhǔn)備工作簡(jiǎn)單，裝配方便，焊接變形和殘余應(yīng)力較小，因而在工地安裝接頭和不重要的結(jié)構(gòu)上時(shí)常采用。一般來說，搭接接頭不適于在交變載荷、腐蝕介質(zhì)、高溫或低溫等條件下工作。采用丁字接頭和角接頭通常是由于結(jié)構(gòu)上的需要。丁字接頭上未焊透的角焊縫工作特點(diǎn)與搭接接頭的角焊縫相似。當(dāng)焊縫與外力方向垂直時(shí)便成為正面角焊縫，這時(shí)焊縫表面形狀會(huì)引起不同程度的應(yīng)力集中；焊透的角焊縫受力情況與對(duì)接接頭相似。角接頭承載能力低，一般不單獨(dú)使用，只有在焊透時(shí)，或在內(nèi)外均有角焊縫時(shí)才有所改善，多用于封閉形結(jié)構(gòu)的拐角處。焊接產(chǎn)品比鉚接件、鑄件和鍛件重量輕，對(duì)于交通運(yùn)輸工具來說可以減輕自重，節(jié)約能量。焊接的密封性

18、好，適于制造各類容器。發(fā)展聯(lián)合加工工藝，使焊接與鍛造、鑄造相結(jié)合，可以制成大型、經(jīng)濟(jì)合理的鑄焊結(jié)構(gòu)和鍛焊結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)效益很高。采用焊接工藝能有效利用材料，焊接結(jié)構(gòu)可以在不同部位采用不同性能的材料，充分發(fā)揮各種材料的特長(zhǎng)，達(dá)到經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)。焊接已成為現(xiàn)代工業(yè)中一種不可缺少，而且日益重要的加工工藝方法7。2.4焊接工藝參數(shù)的選擇灰鑄鐵屬于對(duì)焊接方法的選擇無特殊要求，焊條電弧焊、埋弧焊、氣體保護(hù)焊、電渣焊、氬焊等焊接方法均可采用。本實(shí)驗(yàn)采用的是最常用的焊條電弧焊。焊接時(shí)，為保證焊接質(zhì)量，必須選擇合理的工藝參數(shù)，所選定的焊接工藝參數(shù)總稱為焊接工藝規(guī)范。實(shí)驗(yàn)中手工電弧焊的焊接工藝規(guī)范包括：焊接電流、焊條直徑

19、。焊條直徑為5mm，焊接電流由資料查的可選擇170A、210A、230A、280A，本實(shí)驗(yàn)選擇的焊接電流為210A。3實(shí)驗(yàn)方法3.1實(shí)驗(yàn)材料J422焊條、200mm×100mm×20mm的鑄鐵塊。3.2實(shí)驗(yàn)方案焊接電流是影響焊接接頭質(zhì)量和生產(chǎn)率的主要因素。電流過大，金屬熔化快，熔深大、金屬飛濺大，同時(shí)易產(chǎn)生燒穿、咬邊等缺陷；電流過小，易產(chǎn)生未焊透、夾渣等缺陷，而且生產(chǎn)率低10。確定焊接電流時(shí)，應(yīng)考慮到焊條直徑、焊件厚度、接頭型式、焊接位置等因素，其中主要的是焊條直徑?？筛鶕?jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)選擇焊接電流：看飛濺，焊接電流大致使電弧力增大。飛濺大、焊接電流小時(shí)電弧力小，熔渣與鐵水不易分

20、清。 看焊縫成型：焊接電流大容易咬邊，余高小；焊接電流小，焊縫窄而高。看焊條熔化狀況：焊接電流大，焊條熔化快而發(fā)紅，焊接電流小容易粘弧10。 一般情況下，細(xì)焊條選小電流，粗焊條選大電流。焊接灰鑄鐵時(shí)，焊接電流和焊條直徑的關(guān)系可由下列經(jīng)驗(yàn)公式確定：I=（3060）d 式中：I為焊接電流（A），d為焊條直徑（mm）。由于老師已指定焊條直徑為5mm，且為平板焊接，合適電流應(yīng)在170A280A之間，為了比較不同電流對(duì)焊縫的影響，我們組在實(shí)驗(yàn)中選用了四個(gè)直流焊接電流，分別是170A、210A、230A、280A。我在本次實(shí)驗(yàn)中用的焊接電流為直流210A。3.3實(shí)驗(yàn)設(shè)備鎢極交、直流方波氬弧焊焊機(jī)（焊機(jī)型號(hào)

21、WANBO-WSE-350）、金相顯微鏡、洛氏顯微硬度計(jì)、型材切割機(jī)、250毫米落地砂輪機(jī)、金相砂紙、金相拋光機(jī)等。 次實(shí)驗(yàn)用火花切割機(jī)切取，試樣為相當(dāng)尺寸的立方體11。 圖2 WANBO-TIG焊機(jī) 圖3 洛氏硬度計(jì) 圖4 粗拋設(shè)備 圖5 精拋設(shè)備 3.4實(shí)驗(yàn)過程3.4.1確定焊接參數(shù)、施焊(1) 根據(jù)焊接材料和焊條類型查閱文獻(xiàn)，確定最佳焊接電流類型和焊接電流值。實(shí)驗(yàn)所用的焊接材料為20mm厚的灰鑄鐵，焊條類型是J422焊條，所以可以使用的焊接電流類型為直流，電流值分別為170A、210A、230A、280A。本實(shí)驗(yàn)用的是電流值為170A的焊接電流。(2) 焊前先確保焊機(jī)處于未開啟狀態(tài)，把焊

22、件平放于焊坪上，保證焊件能和焊機(jī)構(gòu)成電流閉合回路，確保焊接環(huán)境通風(fēng)、干燥，設(shè)置好焊接電流和焊接電壓。要戴好工作防護(hù)帽保護(hù)臉部和眼睛，焊接過程中要戴手套，提醒旁邊的人注意保護(hù)自己。焊接過程中不急不躁，確保安全。焊后要關(guān)閉焊機(jī)并打掃自己焊完的殘料。3.4.2切樣、磨樣、拋光(1) 挑選焊縫成型好的部位進(jìn)行切割，切割過程中要注意安全，不可站在與砂輪旋轉(zhuǎn)同一平面的地方。切割過程中慢慢壓下握柄，切完后記得關(guān)閉切割機(jī)。(2) 磨樣分為粗磨和細(xì)磨,粗磨就是將試樣在砂輪機(jī)上磨出一個(gè)平面,并倒45 的傾斜角。細(xì)磨即將試樣在金相砂紙上磨，我們 使用的金相砂紙是：0號(hào)（320 ）；01 號(hào)（400 ）；02號(hào)（50

23、0 ）；03號(hào)（600 ）；04號(hào)（800 ），號(hào)數(shù)越大, 砂紙?jiān)郊?xì),細(xì)磨時(shí)從最粗的開始磨,磨的步驟如下: 為了保證磨面平整不產(chǎn)生塌邊和弧度，應(yīng)單方向進(jìn)行。磨削時(shí)應(yīng)順號(hào)進(jìn)行，不宜跳號(hào)。當(dāng)新的磨痕蓋過舊的磨痕,更換下一號(hào)砂布。換砂布時(shí)，試樣轉(zhuǎn)90 ，使新的磨痕垂直舊磨痕，易于觀察粗痕的逐漸消除。以此類推，一直磨到05號(hào)12。(3) 經(jīng)細(xì)磨后的試樣需要清洗，除去鐵屑、砂，以便于進(jìn)一步拋光，拋光的目的是除去細(xì)磨時(shí)遺留下來的細(xì)微磨痕而獲得光亮無疵的鏡面。金相拋光一般可分為機(jī)械拋光，電解拋光和化學(xué)拋光。實(shí)驗(yàn)中我們采用機(jī)械拋光。下面介紹機(jī)械拋光機(jī)的工作原理：機(jī)械拋光在金相制樣拋光機(jī)上進(jìn)行，拋光機(jī)主要是由一

24、個(gè)電動(dòng)機(jī)和被帶動(dòng)的一個(gè)或兩個(gè)拋光盤組成，轉(zhuǎn)速200600 轉(zhuǎn)/分，拋光盤上鋪以不同材料的拋光布，粗拋時(shí)常用帆布粗拋，細(xì)拋時(shí)常用絨布、細(xì)呢或絲綢。拋光時(shí)在拋光盤上不斷滴注拋光液，拋光液一般為Al O 、Mg O和Cr O 等 。在水中的懸浮液，有時(shí)也在拋光盤上涂以極細(xì)鉆石粉制成 的膏狀拋光劑。 機(jī)械拋光是靠極細(xì)的拋光粉末與磨面間產(chǎn)生的相對(duì)磨削和滾壓作用來消除磨痕的。拋光時(shí)應(yīng)將試樣磨面均勻地、平 正地壓在旋轉(zhuǎn)著地拋光盤近中心處，壓力不宜過大，并沿盤的邊緣到中心不斷地來回移動(dòng)。在拋光的最后階段，可將試樣轉(zhuǎn)180作反向拋光，防止夾雜物的“拖尾”現(xiàn)象13 。3.4.3腐蝕 、金相觀察 試樣拋光后（化學(xué)拋

25、光除外），在顯微鏡下只能看到光亮的磨面及夾雜物等，要對(duì)試樣的組織進(jìn)行顯微分析，試樣還須經(jīng)過腐蝕，常用的腐蝕方法為化學(xué)腐蝕法。化學(xué)腐蝕是將拋光好的樣品磨面在化學(xué)腐蝕劑中腐蝕一定時(shí)間，從而顯示出試樣的組織。實(shí)驗(yàn)中常用的腐蝕劑為4的硝酸酒精溶液和96酒精14。在光學(xué)顯微鏡下觀察焊縫、融合區(qū)、母材的組織組成，為后面的實(shí)驗(yàn)分析做準(zhǔn)備。3.4.4觀察焊接接頭顯微組織把試樣放在光學(xué)顯微鏡上，打開電源進(jìn)行組織觀察。先粗調(diào)，等到目鏡中能看到大概的組織輪廓時(shí)再用微調(diào)就行聚焦。觀察并拍攝焊縫區(qū)，熔合區(qū)、母材的顯微組織圖。等觀察完畢后關(guān)閉光學(xué)顯微鏡的電源。3.4.5硬度測(cè)試本次試驗(yàn)測(cè)試的力學(xué)性能指標(biāo)為硬度，采用的硬度

26、測(cè)試設(shè)備為洛氏硬度計(jì)。硬度測(cè)定是機(jī)械性能試驗(yàn)中最簡(jiǎn)單、最常用的一種方式，常用的方法為壓入法。其標(biāo)志為反映固體材料在受到其他物體壓入時(shí)所表現(xiàn)出的抵抗彈性變形、塑性變形和破裂的綜合能力。若將硬度測(cè)量對(duì)象縮小到顯微尺寸以內(nèi)，就稱為顯微硬度試驗(yàn)。顯微硬度測(cè)試試驗(yàn)采用靜力壓入法，壓頭是一個(gè)極小的金剛石角錐體。 在測(cè)試硬度時(shí)，要根據(jù)組織的分布來確定每個(gè)區(qū)的硬度分布。轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡，使目鏡對(duì)著試樣，緩慢搖動(dòng)右下方手柄直至目鏡內(nèi)出現(xiàn)試樣組織，然后小心搖動(dòng)手柄，以防試樣和物鏡相碰。當(dāng)目鏡里組織最清晰時(shí)停止搖動(dòng)手柄。按下操作界面上的加載按鈕，壓頭自動(dòng)加載、保荷、卸荷，卸荷后目鏡自動(dòng)轉(zhuǎn)回中心位置，再開始讀數(shù)。 3.5實(shí)驗(yàn)

27、流程 查閱文獻(xiàn) 確定焊 接電流 施焊 分析得 出結(jié)論 化學(xué)腐蝕 鏡像觀察切試樣磨試樣 圖6實(shí)驗(yàn)流程4實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析4.1焊接電流對(duì)灰鑄鐵焊接工藝性的影響 不同電流值對(duì)焊接工藝性影響 表41 不同電流值對(duì)焊接工藝性影響焊條直徑組別焊接電流引弧性穩(wěn)弧性飛濺電弧吹力渣的覆蓋情況脫渣性焊縫成形焊接缺陷5mm1170差一般小一般差一般一般脫節(jié)2210一般好一般一般較好一般一般無3230好好較大較大很好很好很好無4280較好較好較大較大較好較好較好無本次實(shí)驗(yàn)我所用焊接電流為直流210A, 由表41可以得出，隨著焊接電流的增大，在焊接過程中出現(xiàn)噼噼啪啪的聲音越明顯，焊縫的的熔深越大，焊縫成形越容易。然而焊接電

28、流過大導(dǎo)致出現(xiàn)焊條的紅尾現(xiàn)象。焊接時(shí)的引弧性、穩(wěn)弧性、飛濺程度、電弧吹力、脫渣性、渣的覆蓋情況、焊縫成形性、焊接缺陷數(shù)量上隨著焊接電流的增大向著好的方向變化。因此可以得出當(dāng)焊接電流為210A時(shí)，焊接工藝性一般，焊接電流為230A時(shí)焊接性最好。不同電流類型對(duì)焊接的工藝性影響 表42 不同電流類型對(duì)焊接的工藝性影響焊條直徑電流類型焊接電流引弧性穩(wěn)弧性飛濺電弧吹力渣的覆蓋情況脫渣性焊縫成形焊接缺陷5mm交流210差一般大較小差較差中等氣孔直流210較好好較少一般較好一般一般無由表42可以得出，不同焊接電流類型的情況下，灰鑄鐵焊接時(shí)的引弧性、穩(wěn)弧性、飛濺程度、電弧吹力、脫渣性、渣的覆蓋情況、焊縫成形性

29、、焊接缺陷數(shù)從在很大的差異，綜合比較當(dāng)焊接電流為直流時(shí)，焊接工藝性表現(xiàn)良好。4.2焊接電流對(duì)灰鑄鐵焊接接頭硬度的影響4.2.1不同電流值對(duì)硬度的影響表43不同焊接電流大小對(duì)硬度的影響直徑組別電流灰鑄鐵焊接接頭硬度值表（HV）焊縫區(qū)均值熔合區(qū)均值 5 117029342328.736373837221038434140.76257585932304845494751545653.7428045494446101102101101.5母材平均硬度為111.7由表43可以得出，隨著焊接電流的遞增，焊縫區(qū)的平均硬度值先增后減，而熔合區(qū)的硬度值先增后減再增。電流越大，焊接接頭的平均硬度越大。當(dāng)焊接電流值

30、為210A時(shí)的焊接性能越好。圖7焊接電流對(duì)硬度的影響由圖7中可以看出焊接電流逐漸增大，熔合區(qū)、熱影響區(qū)和焊縫區(qū)硬度均體現(xiàn)出逐漸增大的趨勢(shì)。各直徑下的電流中，低電流硬度較為低，電流過高則硬度過高，從而使低碳鋼的韌性和塑性降低，只有中間電流的力學(xué)性能最為合適。4.2.2不同電流類型對(duì)硬度的影響 表44不同焊接電流大小對(duì)硬度的影響直徑電流類型電流大小灰鑄鐵焊接接頭硬度值表（HV）焊縫區(qū)均值熔合區(qū)均值 5 直流210403939.541.8104105.5102103.3交流21038434140.762575859從表4-4顯示，在相同焊條直徑、相同電流值下，采用不同焊接電流類型焊接時(shí)，采用直流焊得

31、到的熔合區(qū)硬度值要比交流焊得到的熔合區(qū)硬度值大，而在焊縫區(qū)交流硬度值要比直流硬度值相對(duì)大一些。4.3焊接電流對(duì)接頭顯微組織的影響4.3.1焊接電流為直流210A的接頭顯微組織 焊縫區(qū) 400X 白口組織400X 熔合區(qū)400X 母材區(qū)400X 圖8電流值為210A時(shí)焊接接頭顯微組織4.3.2不同電流值焊縫區(qū)的顯微組織對(duì)比 電流值170A焊縫區(qū)顯微組織400X 電流值210A焊縫區(qū)顯微組織 400X 電流值230A焊縫區(qū)顯微組織400X 電流值280A焊縫區(qū)顯微組織400X 圖9不同電流值焊縫區(qū)顯微組織由圖9分析可以得出，焊縫區(qū)隨著焊接電流的增大，接頭的組織轉(zhuǎn)變?yōu)橹鶢罹ВЯＶ饾u增大，而電流過大

32、時(shí)焊接接頭的韌性降低。因此焊接電流為210A時(shí)最為合適。4.3.3 不同電流值白口區(qū)組織對(duì)比 電流值170A白口組織400X 電流值210A白口組織400X 電流值230A白口組織400X 電流值280A白口組織400X 圖10 不同電流值白口區(qū)顯微組織由圖10分析可以得出，白口區(qū)隨著焊接電流的增大，白口區(qū)寬度逐漸變大，晶粒逐漸變大，焊接接頭的韌性逐漸降低。因此焊接電流為210A時(shí)最為合適。4.3.4不同電流類型顯微組織圖對(duì)比 直流焊縫 交流焊縫 直流白口組織 交流白口組織 圖11不同電流類型，同一電流值的顯微組織圖圖11中的接頭組織圖中，焊接電流值都為210A，直流焊要比交流焊焊縫區(qū)晶粒較大，白口區(qū)范圍寬，晶粒越大硬度將越高，而白口區(qū)越寬焊縫脆性將變大，容易發(fā)生斷裂現(xiàn)象。交流焊焊接結(jié)果更好，在一定的條件下應(yīng)當(dāng)選擇交流焊進(jìn)行焊接。綜上所述：在相同直徑，不同電源類型下選擇交流焊接方式更為好些。 結(jié)論 （1）在其他條件一定的情況下，隨著電弧焊焊接電流增大，焊接的引弧性、穩(wěn)弧性、脫渣性及焊縫成形性都逐漸變好，但是焊接飛濺