焊接技術(shù)及自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

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（0A自動(dòng)化）焊接技

術(shù)及自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)

書

焊接技術(shù)及自動(dòng)化專業(yè)

實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

材料成型及控制教研室主編

?CBE模式下焊接技術(shù)及自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生實(shí)踐能

力培養(yǎng)體系的改革研究》課題組參編

目錄

一、《金屬學(xué)及熱處理》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1.實(shí)驗(yàn)一金相顯微鏡的使用及金相試樣的制備......1

2.實(shí)驗(yàn)二鐵碳合金平衡組織的顯微分析...........7

3.實(shí)驗(yàn)三碳鋼的熱處理.......................9

二、《焊接冶金與金屬焊接性》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1.實(shí)驗(yàn)一焊縫金屬中擴(kuò)散氫的測(cè)定.............13

2.實(shí)驗(yàn)二斜Y型坡口焊縫裂紋實(shí)驗(yàn).............17

3.實(shí)驗(yàn)三插銷實(shí)驗(yàn)........................19

三、《焊接結(jié)構(gòu)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1.實(shí)驗(yàn)一不同焊接參數(shù)下平板變形量測(cè)量與分析...23

2.實(shí)驗(yàn)二不同焊接方法下平板變形量測(cè)量與分析...25

3.實(shí)驗(yàn)三不同焊接位置下平板變形量的分析......26

4.實(shí)驗(yàn)四焊接變形的矯正...................27

四、《焊接方法與設(shè)備》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1.實(shí)驗(yàn)一不同的酸堿度焊條的焊接工藝性........29

2.實(shí)驗(yàn)二埋弧自動(dòng)焊焊接................32

3.實(shí)驗(yàn)三C02保護(hù)焊焊接參數(shù)對(duì)焊縫成形的影響.....36

4.實(shí)驗(yàn)四鋁極氮弧焊焊接方法...............41

5.實(shí)驗(yàn)五焊條電弧焊實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目................43

五、《弧焊電源》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1?實(shí)驗(yàn)一弧焊電源外特性和調(diào)節(jié)性能的測(cè)定......45

2.實(shí)驗(yàn)二弧焊電源的結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)與觀察...........48

3.實(shí)驗(yàn)三弧焊整流器的結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)與觀察.........50

六、《Pro/E造型及模具設(shè)計(jì)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1.實(shí)驗(yàn)一基于Pro/EWirdfire設(shè)計(jì)軟件初步練習(xí)...52

2.實(shí)驗(yàn)二Pro/E截面草繪功能練習(xí)..............53

3.實(shí)驗(yàn)三Pro/E基本成型特征功能練習(xí)............57

4.實(shí)驗(yàn)四Pro/E基準(zhǔn)特征建模功能練習(xí)...........61

5.實(shí)驗(yàn)五Pro/E零件建模工程特征功能練習(xí)........63

6.實(shí)驗(yàn)六Pro/E實(shí)體特征編輯功能練習(xí)...........65

7.實(shí)驗(yàn)七Pro/E曲面造型功能練習(xí)...............68

8.實(shí)驗(yàn)八Pro/E裝配圖功能練習(xí).................71

9.實(shí)驗(yàn)九Pro/E工程圖功能練習(xí).................73

10.實(shí)驗(yàn)十基于Pro/E塑料模具設(shè)計(jì)綜合練習(xí)......76

七、《快速成型技術(shù)及應(yīng)用》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1.實(shí)驗(yàn)一激光快速成形原理及成型系統(tǒng)觀摩......80

2.實(shí)驗(yàn)二三維實(shí)體的STL格式轉(zhuǎn)化及切片........81

八、《金屬結(jié)構(gòu)腐蝕與防護(hù)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1?實(shí)驗(yàn)一金屬耐腐蝕性能的評(píng)定..............83

九、《壓力焊》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1.實(shí)驗(yàn)一點(diǎn)焊工藝及設(shè)備...................85

十、《先進(jìn)連接技術(shù)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1,實(shí)驗(yàn)一先進(jìn)連接技術(shù)原理及設(shè)備觀摩..........89

十一、《焊接檢驗(yàn)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1.實(shí)驗(yàn)一超聲波儀器性能的測(cè)定..............92

2.實(shí)驗(yàn)二磁粉探傷........................95

3.實(shí)驗(yàn)三著色法無損探傷...................97

十二、《焊接工裝及變位機(jī)械》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1.實(shí)驗(yàn)一常用焊接工裝操作..................99

《金屬學(xué)及熱處理》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

實(shí)驗(yàn)一金相顯微鏡的使用及金相試樣的制備

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.了解普通金相顯微鏡的構(gòu)造與使用方法。

2.了解金相試樣的制備方法。

3.學(xué)習(xí)使用金相顯微鏡觀察金相組織。

二、實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備和材料

1.設(shè)備：XJP-3C金相顯微鏡、M3030砂輪機(jī)、PG-2拋光

機(jī)、吹風(fēng)機(jī)、玻璃板、培養(yǎng)皿、銀子。

2.材料：金相試樣、砂紙一套、拋光液（AI2O31腐蝕劑（4%

硝酸酒精溶液I藥棉。

三、實(shí)驗(yàn)原理

在現(xiàn)代金相顯微分析中，使用的主要儀器有光學(xué)顯微鏡和電

子顯微鏡兩大類。光學(xué)顯微鏡的放大倍數(shù)在100~2000這個(gè)范圍，

如果要求更高的放大倍數(shù)，只能借助于電子顯微鏡了。這里僅對(duì)

常用的光學(xué)顯微鏡作一般介紹。

1.顯微鏡的成像原理。

大家都知道，放大鏡就是種用一塊會(huì)聚透鏡（凸透鏡）把物

體放大的一種簡單的光學(xué)儀器，其成像原理如圖lo

圖1放大鏡光學(xué)原理

當(dāng)物體AB置于透鏡焦距f以外時(shí)彳導(dǎo)到倒立的放大實(shí)像AB

（圖I（a））,它的位置在2倍焦距之外。如果物體AB在透鏡焦

距之內(nèi)，就可得到一個(gè)放大了的正虛像A'B'（圖I（b））,

A'B'/AB就是放大鏡的放大倍數(shù)。由于放大鏡到物體之間的距

離a近似等于透鏡的焦距（a=f）,而放大鏡到像間的距離b近似

相當(dāng)于人眼的明視距離（250mm）,故放大鏡的放大倍數(shù)為：

N=b/a=250/f（1）

由（1）式可知，透鏡的焦f越短，則放大鏡放大倍數(shù)越大。

一般采用的放大鏡焦距在10—100毫米之間，即放大倍數(shù)在

2.5~25倍之間。如進(jìn)一步提高放大倍數(shù)，將會(huì)由于透鏡的焦距縮

短和表面曲率過分增大而使映象模糊不清。為了得到更高的放大

倍數(shù)，就要采用顯微鏡，它的放大倍數(shù)可達(dá)到1500~2000倍。

顯微鏡是由兩組透鏡所組成?？拷挥^察物體的透鏡叫物鏡。

而靠近人眼的透鏡叫目鏡。借助物鏡和目鏡的兩次放大，就能將

的體放大到很高的倍數(shù)（~2000倍），圖n所示是在顯微鏡中得到

放大物像的光學(xué)原理圖。

被觀察的物體AB放在物鏡之前距其焦距略遠(yuǎn)處，由物體反射

的光線穿過物鏡。經(jīng)折射后得到一個(gè)放大了的倒立實(shí)像AB,再

經(jīng)目鏡將實(shí)像AB放大成倒立虛像A"B"O這就是人們?cè)陲@微鏡下

研究實(shí)物時(shí)所觀察到的經(jīng)過二次放大后的物像。

在顯微鏡設(shè)計(jì)時(shí)，讓目鏡的焦點(diǎn)位置與物鏡放大所成的實(shí)像

位置接近，并使最終的倒立虛像在距眼睛250毫米（約是人眼的

正常明視距離）處成像，這樣就可以看得最為清晰。

顯微鏡質(zhì)量的好壞，主要取決于：①放大倍數(shù)；②透鏡的質(zhì)

量；③顯微鏡的鑒別能力。

2.顯微鏡的放大倍數(shù)：圖n

物鏡的放大倍數(shù)：N物=1_/臼

目鏡的放大倍數(shù)：N目=口仟2

顯微鏡的總放大倍數(shù)應(yīng)為物鏡放大倍數(shù)與目鏡放大倍數(shù)的乘

積，即：

其中：L---------顯微鏡的光學(xué)筒長度（物鏡后焦點(diǎn)與目鏡前焦

點(diǎn)的距離\

D---------明視距離（250mm）

FL一物鏡焦距。

F2-——目鏡焦距。

3.透鏡成象的質(zhì)量

單個(gè)透鏡在成象過程中，由于幾何光學(xué)條件的限制，映象會(huì)

變得模糊不清或發(fā)生畸變，這種缺陷稱為象差。象差主要包括球

面明差和色象差。

球面差的產(chǎn)生是由于透鏡的表面呈球曲形。通過透鏡中心及

邊緣的光線折射以后不能交于一點(diǎn)，而形成幾個(gè)映象前后分布。

有校正球面象差的采用多片透鏡組成透鏡組，即將凸透鏡和凹透

鏡組合在一起（稱為復(fù)合透鏡），由于兩種透鏡有性質(zhì)相反的球面

象差，因此可以相互抵消。

色象差的產(chǎn)生是由于組成白光的各種不同波長的光線在穿過

透鏡時(shí)折射率不同。這些光在平面上成的象不能集中于一點(diǎn)，而

呈現(xiàn)帶有彩邊的光環(huán)。通常采用單色光源（或加濾光片X也可使

用復(fù)合透鏡來消除色象差。

4.顯微鏡的鑒別能力

顯微鏡的鑒別能力是顯微鏡也是物鏡最重要的特性，它是指

顯微鏡對(duì)于試樣上最細(xì)微部分，能獲得最清晰映象的能力。

通常用可以辨別的物體上兩點(diǎn)間的最小距離d來表示。被分

辨的距離越短，表示顯微鏡的鑒別能力越高。

顯微鏡的鑒別能力可由下式求得：

式中：A一入射光源的波長

N*A一物鏡的數(shù)值孔徑，表示物鏡的聚光能力

數(shù)值孔徑可由下式求出：

式中：

0——物鏡與物體間介質(zhì)的折射率。

①——通過物鏡邊緣的光線與物鏡軸線所成的角度。

一般情況物鏡與物體之間的介質(zhì)是空氣，光線在空氣中的折

射率0=1,若一物鏡的角孔徑為60。。則其數(shù)值孔徑為：

若在物鏡與試樣之間滴入一種松柏油（0=1.52）,則其數(shù)值孔

徑為：N*A=L52*Sin30°=0.76,可用這種方法提高顯微鏡的鑒

別能力。圖2所示為不同介質(zhì)對(duì)物鏡聚光能力的比較。

物鏡的數(shù)值孔徑與放大倍數(shù)一起刻在鏡頭的外殼上，例如鏡頭

上刻有25/0。50或在65x的下面刻有0.75等數(shù)字，這個(gè)0.50

或。

頭用

四、

使用

（1）顯優(yōu)（填應(yīng)取1圖2不同介質(zhì)對(duì)物鏡聚光能力的比較

(2)在使用顯微鏡以前必須將手上污物洗凈擦干。

(3)旋轉(zhuǎn)顯微鏡支柱上的粗調(diào)螺絲或細(xì)調(diào)螺絲可調(diào)節(jié)焦距。

先放置粗調(diào)螺絲，當(dāng)呈現(xiàn)出模糊的映象時(shí)，再轉(zhuǎn)動(dòng)細(xì)調(diào)螺絲，直

到所觀察的象清晰為止。在旋轉(zhuǎn)粗調(diào)或細(xì)調(diào)螺絲時(shí)，必須緩慢，

不可驟然上升或下降。

(4)移動(dòng)樣品的位置，可推移載物盤。

(5)物鏡或目鏡不得用手指或其它粗糙物品接觸，其玻璃部

分如附有污物應(yīng)以擦鏡低或細(xì)絨布抹擦之，但不得使用酒精，以

防透鏡被溶解。

(6)在調(diào)節(jié)焦距時(shí)，應(yīng)先旋轉(zhuǎn)粗調(diào)螺絲降低載物臺(tái)。使樣品

很接近物鏡，但切勿與之相碰，防止物鏡損壞，然后再先后放置

粗調(diào)和細(xì)調(diào)螺絲，使載物臺(tái)緩慢上移，并在目鏡中觀察圖象。

(7)顯微鏡上所裝各種部件不得取下。

(8)金相樣品的觀察面不得用手指撫摸。當(dāng)樣品不在顯微鏡

上觀察時(shí)，應(yīng)將觀察面朝上。

2.金相樣品制備規(guī)程

制備顯微試樣包括取樣、磨光、拋光及浸蝕四個(gè)步驟。本實(shí)

驗(yàn)只進(jìn)行金相樣品的磨光、拋光和浸蝕。

(1)取樣

取樣時(shí)應(yīng)根據(jù)被分析材料或零件的特點(diǎn)。選擇有代表性的部

分。例如研究零件破裂原因時(shí)，應(yīng)在破裂部位及正常部位取樣，

進(jìn)行比較分析。試樣最適合的尺寸是直徑為12mm,高為10mm

的圓柱體或面積為12x12x10mm的長方體。

根據(jù)材料性質(zhì)不同，可用手鋸、用車床切削、用錘子擊碎以

及用砂輪切割等方法截取試樣。在取樣過程中應(yīng)注意防止試樣受

熱組織發(fā)生變化。

取得試樣后，應(yīng)將試樣表面制成平面，同時(shí)邊緣要倒成圓角

（如分析化學(xué)熱處理表面組織時(shí)則不能倒角1

⑵磨光

試樣抹平后，須用清水沖洗干凈并擦干，然后進(jìn)行磨光，磨

光可用手工或機(jī)械兩種方法。

①手工磨光手工磨光是在不同號(hào)數(shù)的金相砂紙上進(jìn)行。砂

紙?zhí)枖?shù)由01,02,03,04四種。01砂紙最粗，04號(hào)砂紙最細(xì)。

磨光時(shí)所用砂紙從粗到細(xì)順序進(jìn)行，磨光過程中，磨削壓力不宜

過大，用力要均勻。

在一張砂紙上磨好后，應(yīng)將試樣沖洗干凈，然后將試樣轉(zhuǎn)90。

換細(xì)一號(hào)的砂紙?jiān)倌?。這樣，又粗到細(xì)依次磨削，磨好后將試樣

洗凈，然后在拋光機(jī)上拋光。

②機(jī)械磨光一般是在YM-2A預(yù)磨機(jī)上進(jìn)行，即把砂紙用

水玻璃粘在預(yù)磨盤上使用，試樣易從粗砂紙到細(xì)砂紙依次分別進(jìn)

行磨光。

⑶拋光

拋光的目的是除去試樣表面的細(xì)磨痕，最后得到一個(gè)光亮的

鏡面。拋光分為機(jī)械拋光、電機(jī)拋光和化學(xué)拋光三種方法，其中

以機(jī)械拋光應(yīng)用最廣。

機(jī)械拋光是在拋光機(jī)上進(jìn)行。拋光機(jī)是由電機(jī)和水平拋光盤

（直徑200?250mm）組成。拋光盤上鋪有固緊的拋光織物，拋

光鋼試樣時(shí)一般使用細(xì)呢絨，拋光鑄鐵時(shí)則使用如帆布、白色的

確良等絨毛較短的拋光織物，以防止灰口鑄鐵中的石墨脫落，拋

光鋁、鎂、銅等有色金屬可用細(xì)絲絨。

在拋光過程中，應(yīng)不斷將拋光也灑在拋光盤上，拋光液是由

拋光粉與水配成細(xì)的懸浮液。拋光鋼和鑄鐵使用的拋光粉為氧化

鋁和氧化鋁，有色金屬等軟材料可用細(xì)粒度的氧化鎂。

拋光時(shí)壓力不宜過大，拋光時(shí)間取決于試樣表面磨光的質(zhì)量,

一般約為5?15分鐘。

金相試樣經(jīng)拋光后，其磨面應(yīng)光亮無痕，且石墨或夾雜物等

不應(yīng)拋掉或有拽尾現(xiàn)象。這時(shí)試樣先用清水沖洗，在用無水酒精

清洗磨面，然后用吹風(fēng)機(jī)吹干。

（4）顯微試樣的浸蝕

金相試樣經(jīng)拋光后，在顯微鏡下觀察只能看到光亮的表面和

夾雜物、石墨、孔洞、裂紋等。要觀察金屬的組織，必須經(jīng)過適

當(dāng)?shù)母g，使顯微組織能正確的顯示出來。浸蝕方法有化學(xué)浸蝕

方法和電解法兩種。

化學(xué)浸蝕是將拋光好的試樣磨面在化學(xué)浸蝕劑（常用酸、堿、

鹽的酒精或水溶液）中浸潤或拭擦一定時(shí)間。由于金屬材料中各

相的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)不同，故具有不同的電極電位，在浸蝕劑中

就構(gòu)成了許多微電池，電極電位的相位為陽極而被溶解，電極電

位高的相位陰極而保持不變。故浸蝕后就形成凹凸不平的表面，

在顯微鏡下，由于光線在各處的反射清款不同，就能觀察到金屬

的組織特征。

純金屬及單相合金浸蝕時(shí)由于晶界原子排列較亂，缺陷及雜

質(zhì)較多，具有較多的能量，故晶界易被浸蝕而呈溝壑。在顯微鏡

下觀察時(shí)，使光線在晶界處被浸射而不能進(jìn)入物鏡，因次顯示出

一條條黑色的晶界。

應(yīng)當(dāng)指出，純金屬與單相合金中各個(gè)晶粒的成分雖然相同，

但由于其原子排列位相不同，也會(huì)使磨面上個(gè)晶粒的浸蝕程度不

一致，在垂直光線照射下，個(gè)個(gè)經(jīng)歷就呈現(xiàn)出明暗不一的顏色。

化學(xué)浸蝕劑的種類很多，浸蝕劑的選用是根據(jù)試劑材料的性質(zhì)及

浸蝕的目的來決定。對(duì)于碳鋼及鑄鋼，最常用的浸蝕劑為4%硝酸

酒精溶液或4%苦味酒精溶液。

浸濕時(shí)，應(yīng)將試樣浸入一盛有浸蝕劑的容器內(nèi)，并不斷的輕

微移動(dòng)。待浸蝕適度后取出試樣，迅速用水沖洗，再用無水酒精

沖洗，然后用吹風(fēng)機(jī)吹干，其表面須嚴(yán)格保持清潔。

浸蝕時(shí)間取決于金屬的性質(zhì)、浸蝕劑的濃度以及顯微鏡下觀

察時(shí)的放大倍數(shù)。總之，浸蝕時(shí)間以在顯微鏡下能清晰地揭示出

組織的細(xì)節(jié)為準(zhǔn)。若浸蝕不足，可再繼續(xù)進(jìn)行浸蝕，但一旦浸蝕

過度。試樣則需要重新拋光再進(jìn)行浸蝕。

五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：

1.說明本次實(shí)驗(yàn)的目的；

2.簡述本次實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理；

3.實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；

4.寫出試樣制備的實(shí)驗(yàn)步驟；

5.畫出金相試樣浸蝕后的顯微組織示意圖（畫顯微組織時(shí)應(yīng)

選擇其典型區(qū)域，并抓住其組織特征X

實(shí)驗(yàn)二鐵碳合金平衡組織的顯微分析

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.觀察和分析鐵碳合金（碳鋼和白口鑄鐵）在平衡狀態(tài)下的

顯微組織，

2.結(jié)合課堂內(nèi)容了解含碳量對(duì)鐵碳合金中的相及組織組成物

的本質(zhì)、狀態(tài)和相對(duì)量的影響。

3.熟悉金相顯微鏡的基本原理、構(gòu)造及使用。

二、實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備和材料

1.XJP-3C金相顯微鏡

2.純鐵、亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼、亞共晶鑄鐵、共晶

鑄鐵、過共晶鑄鐵等鐵碳合金平衡組織金相圖譜

3.幾種鐵碳合金（純鐵、亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼、亞

共晶鑄鐵、共晶鑄鐵、過共晶鑄鐵）平衡組織的顯微樣品

三、實(shí)驗(yàn)原理

鐵碳合金的顯微組織是研究和分析鋼鐵材料性能的基礎(chǔ)。所

謂平衡狀態(tài)的顯微組織是指合金在極為緩慢的冷卻條件下（如實(shí)

際生產(chǎn)中的退火狀態(tài)，即接近平衡狀態(tài)）所得到的組織。根據(jù)課

堂講授的Fe-Fe3c相圖中可以看出，所有碳鋼和白口鑄鐵的室溫

組織均由鐵素體（）和滲碳體（）的這兩個(gè)基本相組成。但

FFe3C

由于含碳量不同，鐵素體和滲碳體的相對(duì)量、析出條件以及分布

情況均有所不同，因而呈現(xiàn)各種不同的組織形態(tài)。

各種不同成分的鐵碳合金在室溫下（接近平衡狀態(tài)得到的試

樣的顯微組織見表2-1、

用浸蝕顯露的碳鋼和白口鑄鐵，在金相顯微鏡下具有下面幾

種基本組成物。

①鐵素體（F）——用3~4%硝酸酒精溶液浸蝕后，在顯微

鏡下呈現(xiàn)明亮的等軸晶粒；亞共析鋼中鐵素體呈塊狀分布，當(dāng)含

碳量接近于共析成分時(shí)，鐵素體則呈斷續(xù)的網(wǎng)狀分布于珠光體周

圍。

②滲碳體（Fe3C）一是Fe與C的化合物，含量為6.69%,

質(zhì)硬而脆，耐腐蝕。經(jīng)3-4%硝酸酒精溶液浸蝕后，F(xiàn)e3c呈亮白

色；若用苦味酸鈉浸蝕，則Fe3c被染成暗黑色或綜紅色。按成分

和形成條件的不同,Fe3c可呈現(xiàn)不同的形態(tài)。一次Fe3a或Fe3Cr）

是直接從液體中析出的，故在白口鑄鐵中呈粗大的條件片狀；二

次Fe3C（或Fe3cli）是從奧氏體中析出的，往往呈網(wǎng)絡(luò)狀沿奧氏

體晶界分布；三次Fe3c是由鐵素體中析出，通常呈不邊疆薄片狀

存在于鐵素體晶界處，數(shù)量極微，可忽略不計(jì)。

③珠光體（P）——是F與Fe3c的機(jī)械混合物，在一般退火

處理情況下（近于平衡狀態(tài)）是由鐵素體與滲碳體相互混合交替

排列形成的層片狀組織。經(jīng)硝酸酒精溶液浸蝕后，在不同放大倍

數(shù)的顯微鏡下可以看到具有不同特征的珠光體組織（如圖2-1所

示X在高倍放大時(shí)能清楚地看到珠光體中平行相間的寬條鐵素體

和細(xì)條滲碳體；當(dāng)放大倍數(shù)較低時(shí)，由于顯微鏡的鑒別能力小于

滲碳體片厚度，這時(shí)珠光體中的滲碳體就吸能看到是一條黑線，

當(dāng)組織較細(xì)或放大倍數(shù)再低時(shí)，珠光體的片層就不能分辯，而呈

黑色。

萊氏體（Ld）一是在室溫時(shí)珠光體及二次滲碳體和滲碳體

組成的機(jī)械混合物。如含碳量為4.3%的共晶白口鑄鐵在1147℃

時(shí)形成由奧氏體和滲碳體組成的共晶體，其中奧氏體冷卻時(shí)析出

FesCn,并在727。（：以下分解為珠光體。萊氏體的顯微組織特征是

在亮白色的滲碳體基低上相間地分布著暗黑色斑點(diǎn)及細(xì)條狀的珠

光體。二次滲碳體和共晶滲碳體連在一起，從形態(tài)上難以區(qū)分。

四、實(shí)驗(yàn)步驟

1.在本實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生應(yīng)根據(jù)Fe-Fe3c相圖分析各類成分合金

的組織形成過程，并通過對(duì)鐵碳合金平衡組織的觀察和分析，熟

悉鋼和鑄鐵的金相組織和形態(tài)特征，以進(jìn)一步建立成分與組織之

間相互關(guān)系的概念。

2.實(shí)驗(yàn)前學(xué)生應(yīng)復(fù)習(xí)講課中的有關(guān)部分并閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書,

為實(shí)驗(yàn)做好的理論方面的準(zhǔn)備。

3.在XJP-3C金相顯微鏡下對(duì)各種試樣進(jìn)行觀察和分析，并

確定其所屬類型。畫出所觀察到的顯微組織圖，抓住組織形態(tài)的

特征，并在圖中表示出來。

4.根據(jù)顯微組織近似地確定亞共析鋼（20鋼或45鋼）中的

平均含碳量。

五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

1.說明本次實(shí)驗(yàn)的目的。

2.畫出所觀察過的組織，并注明材料名稱、含碳量、（浸蝕

劑）和放大倍樣。顯微組織圖畫在直徑為30mm的園內(nèi)，并裝組

織組成物名稱以箭頭引出標(biāo)明。

3.根據(jù)所觀察的顯微組織近似地確定和估算一種亞共析鋼

（20鋼或45鋼）的含碳量。

實(shí)驗(yàn)三碳鋼的熱處理

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.了解碳鋼的基本熱處理（正火、淬火及回火）工藝方法；

2.掌握冷卻條件與鋼性能的關(guān)系；

3.分析正火、淬火及回火溫度對(duì)鋼性能的影響。

二、實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備和材料

1.實(shí)驗(yàn)材料：20鋼，45鋼，T12鋼；

2.實(shí)驗(yàn)設(shè)備：箱式實(shí)驗(yàn)電阻爐（型號(hào)：SX2-8-12、SX2-4-10.

SX2-8-16等1控溫儀表、hrss-150洛氏硬度機(jī)、水銀溫度計(jì)；

3.淬火介質(zhì)：水，油（使用溫度約20℃X

三、實(shí)驗(yàn)原理

1.鋼的退火和正火

鋼的退火通常是把鋼加熱到臨界溫度Aci或AC3以上，保溫

一段時(shí)間，然后緩慢地隨爐冷卻。此時(shí)奧氏體在低于Ari溫度以

下的高溫區(qū)發(fā)生分解而得到比較接近平衡狀態(tài)的組織。

一般中碳鋼（如40、45鋼）經(jīng)退火后組織穩(wěn)定，硬度較低

（HB180-22）有利于下一步進(jìn)行切削加工。

正火是將鋼加熱到AC3或Acm以上30?50。（：保溫后進(jìn)行空

冷。由于冷卻速度稍快，與退火組織相比，組織中的珠光體相對(duì)

量較多，且片層較細(xì)密；對(duì)低碳鋼來說，正火后提高硬度可改善

切削加工性；對(duì)高碳鋼則正火可消除網(wǎng)狀滲碳體，為下一步球化

退火及淬火做準(zhǔn)備。

2.鋼的淬火

淬火是將鋼加熱到臨界溫度以上30~50T,保溫后淬入各種

不同的冷卻介質(zhì)中快速冷卻以獲得淬火馬氏體或下貝氏體組織。

碳鋼經(jīng)淬火后得到淬火馬氏體、下貝氏體和少量的殘余奧氏體組

織。為了正確地進(jìn)行鋼的淬火，必須考慮下列三個(gè)重要因素：淬

火加熱溫度、保溫時(shí)間和冷卻速度。

3.鋼的回火

回火是將淬火后的鋼加熱到臨界點(diǎn)（Ac。以下的某一溫度，保

溫一定時(shí)間后以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度冷卻到室溫的熱處理工藝。

鋼經(jīng)淬火后得到的淬火馬氏體組織是亞穩(wěn)相，有轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌?/p>

組織的趨勢(shì)，同時(shí)淬火使工件內(nèi)部產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致工件

變形甚至開裂。特別是一些精密的零件在使用過程中將會(huì)引起尺

寸變化而失去精度，因此淬火鋼必須進(jìn)行回火處理。不同的回火

工藝可以使鋼獲得所需的各種不同性能。對(duì)碳鋼來說，回火工藝

的選擇主要是考慮回火溫度和保溫時(shí)間這兩個(gè)因素。在實(shí)際生產(chǎn)

中通常以圖紙上所要求的硬度要求作為選擇回火溫度的依據(jù)，各

種鋼材的回火溫度與硬度之間的關(guān)系曲線可從有關(guān)手冊(cè)中查閱。

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

本次實(shí)驗(yàn)為綜合性實(shí)驗(yàn)，包括正火實(shí)驗(yàn)、淬火實(shí)驗(yàn)及回火實(shí)

驗(yàn)。

1.同一加熱溫度不同材料（含碳量）的正火實(shí)驗(yàn)；

2.同一材料（含碳量），同一冷卻條件（水冷）不同加熱溫度

的淬火實(shí)驗(yàn)；

3.同一材料(含碳量)，同一加熱溫度不同冷卻介質(zhì)冷卻的淬

火實(shí)驗(yàn)；

4.同一加熱溫度，同一冷卻介質(zhì)冷卻(水冷或油冷)，不同材

料(含碳量)的淬火實(shí)驗(yàn)；

5.同一材料(45鋼)相同淬火條件不同溫度的回火實(shí)驗(yàn)。

五、實(shí)驗(yàn)步驟

1.淬火和正火實(shí)驗(yàn)步驟：

根據(jù)淬火條件不同，淬火和正火實(shí)驗(yàn)分五個(gè)小組進(jìn)行，見表lo

(1)將試樣分類，編號(hào)，以免熱處理過程中混淆;

(2)加熱前先將全部試樣測(cè)定硬度。為便于比較，一律用洛氏

硬度測(cè)定；

(3)將電爐升溫至表1規(guī)定的溫度，根據(jù)試樣鋼號(hào)，按照表1

規(guī)定的淬火和正火加熱溫度加熱，保溫時(shí)間按表2確定；

(4)各組將淬火及正火后的試樣表面用砂紙(或砂輪)去掉氧化

皮并磨平，測(cè)出硬度值(HRC)分別填入表1中。

表1淬火與正火實(shí)驗(yàn)

組SU加熱溫冷卻方20鋼45鋼T12鋼

度式處理前硬處理后處理前處理后處理前處理后

(℃)度(HRC)硬硬硬硬硬

度(HRC)度(HRC)度(HRC)度(HRC)度

(HRC)

11000水冷

2750水冷

3860空冷

4860油冷

5860水冷

注1~4組每種鋼號(hào)各一塊；5組除20、T12鋼各一塊外，45鋼取6

塊，其中5塊供回火用。

表2碳鋼在箱式電阻爐中加熱時(shí)間的確定

工件形狀

加熱溫度

圓柱形方形板形

(℃)

分鐘/毫米直徑分鐘唇米厚度分鐘/毫米厚度

7001.52.22

8001.01.52

9000.81.21.6

10000.40.60.8

2.回火實(shí)驗(yàn)步驟：

⑴將已經(jīng)正常淬火并測(cè)過硬度的45鋼試樣分五個(gè)小組(見表

3)，做好記錄；

(2)各小組試樣分別放入表3規(guī)定溫度的爐內(nèi)加熱，保溫30

分鐘，然后取出空冷；

(3)用砂紙磨光試樣表面，分別在洛氏硬度機(jī)上測(cè)定硬度值，

將測(cè)定的硬度值分別填入表3中。

表3回火實(shí)驗(yàn)

組別12345

回火溫度(°C)200300400500600

回火前硬度

(HRC)

回火后硬度

(HRC)

六、注意事項(xiàng)

1.本實(shí)驗(yàn)加熱所用加熱爐為電爐，由于爐內(nèi)電阻絲距離爐膛

較近，容易漏電，所以電爐一定要接地，在放、取試樣時(shí)必須先

切斷電源;

2.往爐中放、取試樣必須使用夾鉗，夾鉗必須擦干，不得沾

有油和水。開關(guān)爐門要迅速，爐門打開時(shí)間不宜過長；

3.試樣由爐中取出淬火時(shí)，動(dòng)作要迅速，以免溫度下降，影

響淬火質(zhì)量；

4.試樣在淬火液中應(yīng)不斷攪動(dòng)，否則試樣表面會(huì)由于冷卻不

均而出現(xiàn)軟點(diǎn)；

5.淬火時(shí)水溫應(yīng)保持20?30T左右，水溫過高要及時(shí)換水；

6.淬火或回火后的試樣均要用砂紙打磨表面，去氧化皮后再

測(cè)定硬度值。

七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

1.明確本次實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

2.簡述本次實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理；

3.實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；

4.實(shí)驗(yàn)步驟；

5.分析化學(xué)成分(C%)、加熱溫度與冷卻速度對(duì)鋼性能的影響

并加以討論；

6.繪制出45鋼回火溫度與硬度的關(guān)系曲線圖并加以討論；

7.分析實(shí)驗(yàn)中存在的問題；

8.實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

《焊接冶金與金屬焊接性》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

實(shí)驗(yàn)一焊舞金屬中擴(kuò)散氫的測(cè)定

焊縫金屬中的氫是造成氣孔和冷裂紋等焊接缺陷的主要原因

之一，因此，控制焊縫金屬的含氫量是個(gè)較為重要的問題。

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.掌握焊縫金屬中擴(kuò)散氫的測(cè)定方法；

2.了解焊條干濕度對(duì)焊縫金屬中擴(kuò)散氫含量的影響。

3.了解HD-4擴(kuò)散氫測(cè)定儀使用方法。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器和材料

1、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器

ZX7-400逆變直流手工焊機(jī)（1臺(tái)）；HD-4擴(kuò)散氫測(cè)定儀（1

臺(tái)）；烘箱（1臺(tái)）；架盤天平、吹風(fēng)機(jī)、秒表、干濕溫度計(jì)等（各

2、實(shí)驗(yàn)材料

焊條E4303和E5015若干；Q235鋼試樣

（40mmx25mmx12mm,30塊）；氫氣（1瓶）；氮?dú)猓?瓶1

三、實(shí)驗(yàn)原理

本實(shí)驗(yàn)采用HD-4擴(kuò)散氫測(cè)定儀以氣相色譜熱導(dǎo)方法測(cè)量焊

縫金屬擴(kuò)散氫容量。HD-4擴(kuò)散氫測(cè)定儀包含取樣器和分析器。分

析器為一專用氣相色譜儀，以純氮?dú)庾鬏d氣。待測(cè)試樣儲(chǔ)于取樣

器的試樣筒中，經(jīng)過一定時(shí)間后試樣中的擴(kuò)散氫擴(kuò)散出并保留在

試樣筒中。用氮載氣將試樣筒中的氣體載入氣相色譜系統(tǒng)進(jìn)行分

離，分離出的氫氣由熱導(dǎo)池進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)信號(hào)用微機(jī)進(jìn)行處理、

計(jì)算并打印出焊縫金屬中擴(kuò)散的氫氣量（ml）。

根據(jù)測(cè)得的擴(kuò)散氫的含量，按下式計(jì)算出焊縫金屬試樣（熔

敷金屬）中擴(kuò)散氫的含量：

HDM=VS/（W2-WI）xlOO

式中HDM——熔敷金屬中擴(kuò)散氫含量（ml/100g）;

Vs——測(cè)得的擴(kuò)散氫在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積量（ml）;Wi——試

塊重量（g）;W2——試塊和熔敷金屬總重（gX

在校正和分析時(shí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行如下計(jì)算：

（1）將校正氫氣的體積從現(xiàn)場氣壓和室溫計(jì)算到標(biāo)準(zhǔn)狀況。

Vo=PiVi/TixTo/Po

式中Vo--校正氫氣（劑量腔在校正時(shí)注入的氫氣）在標(biāo)準(zhǔn)

狀況下的體積（ml）;P1--現(xiàn)場氣壓（hPa）;V1--校正氫氣

在室溫和現(xiàn)場氣壓下的體積,即校正閥劑量腔的容積（ml）;Ti

--室溫（K）;To--273K;Po--1013hPao

對(duì)于儀器來說，只要輸入Pi,Ti兩參數(shù)即可算出Vo,因其他

參數(shù)及算法程序已被固化。

⑵校正積分值的均值的計(jì)算。

Fo=IFi/i

式中Fo--校正積分值均值；IFi--所作每次校正積分值的

總和；i--有效校正次數(shù)（i=l~201

⑶計(jì)算被分析氫的體積

VH=FH/FQXVO

式中VH--被測(cè)取樣器相應(yīng)試樣筒中擴(kuò)散氫在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的

體積；FH--被測(cè)取樣器相應(yīng)試樣筒中擴(kuò)散氫經(jīng)微機(jī)檢測(cè)計(jì)算出

的積分值。

本實(shí)驗(yàn)采用E4303焊條施焊，測(cè)定熔敷金屬中擴(kuò)散氫的含量。

四、實(shí)驗(yàn)方法及步驟

1、試樣準(zhǔn)備

（1）加工試件

試樣尺寸為40x25x12mm,預(yù)先在250±10℃加熱6~8h進(jìn)

行去氫處理，而后清理表面的氧化物，再用乙醇去水，乙醛去油

吹干冷卻后稱重，設(shè)為（精確到0.1g）；

⑵焊條烘干

E4303焊條烘干溫度為150T,保溫時(shí)間為lho烘干后的焊

條在100~I2（rc保溫，隨用隨取。

（3）將3個(gè)脫了氫的試塊（中間試塊40x25x12mm）對(duì)在一

起，用焊條（焊絲）在其上焊一條縫（焊接時(shí)間一定〕，然后迅速

浸入冰水（或流動(dòng)的冷水）中冷卻，然后擦干水珠，將3個(gè)試塊

打斷。

（4）取中間一個(gè)試塊在酒精中清洗后吹干，迅速裝入取樣器的

1#試樣筒中（這時(shí)轉(zhuǎn)換閥柄指示1#位置）,用氮?dú)庵脫Q筒中空氣,

將轉(zhuǎn)換閥轉(zhuǎn)到2#位置。從焊接開始到試樣筒中的時(shí)間間隔越短越

好，一般應(yīng)不超過60秒。

（5）重復(fù)1和2項(xiàng)操作，在2#,3#和4#試樣筒中裝入試樣。

將轉(zhuǎn)換閥從4#位置轉(zhuǎn)到0#位置，在0#試樣筒中裝入一塊分析過

的試塊。逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)取樣器把柄一周，使指示箭頭指向0#筒（以

使取樣器的各個(gè)試樣筒的氣壓接近常壓X

（6）取樣器放入45恒溫箱中保溫48~72小時(shí)。（注意取樣器

一定要正向平放）

2、主機(jī)操作

（1）主機(jī)面板介紹（參見圖1和圖2）

⑵儀器分析操作

圖1HD-4擴(kuò)散氫測(cè)定儀前面板

干燥劑分子篩柱箱及連接頭

穩(wěn)壓閥

4）在干燥管中裝入剛烘干的高氯酸鎂。

5）將取樣器接在取樣器接頭上。

6）電源線接在交流220V電源上。

7）打開氮?dú)怃撈坎⒄{(diào)節(jié)其上的減壓閥，將輸出氣壓調(diào)節(jié)到

0.15~0.20MPo

8）調(diào)節(jié)穩(wěn)壓閥并打開截止閥使流量計(jì)指示氮?dú)饬髁吭?50-

壓力表指示在

300ml/min,0.06~0.10MPo

9）打開氫氣截止閥，調(diào)節(jié)氫氣瓶減壓閥。以手觸摸氫氣出口,

有輕微毗毗聲和穩(wěn)定不斷的流量即可。關(guān)閉氫氣截止閥。

10）打開電源開關(guān)。此時(shí)微機(jī)開始運(yùn)作，呈等待狀態(tài)，控制

表頭顯示'P——'字樣（若出現(xiàn)異碼，點(diǎn)按鍵盤‘系統(tǒng)復(fù)位’

鍵），信號(hào)表頭顯示未接通電橋時(shí)的電路瞬時(shí)輸出值。

11）合上電橋電源，等待30-60分鐘，以使儀器電路上電

及熱導(dǎo)輸出穩(wěn)定，便可以對(duì)儀器進(jìn)行分析操作，其間需注意查看

各個(gè)氣路是否保持穩(wěn)定。（這時(shí)信號(hào)表頭顯示接通熱導(dǎo)池時(shí)的電路

輸出瞬時(shí)值）

12）按‘設(shè)定’鍵，對(duì)日期、氣壓、溫度、測(cè)試初始序列號(hào)

進(jìn)行設(shè)定。d、‘p'、’c'、’n'依次代表這四個(gè)參數(shù)，

以‘一‘移位鍵選中，配合’T'及鍵即可對(duì)參數(shù)進(jìn)行修改

調(diào)整，按‘確認(rèn)’鍵表示微機(jī)確認(rèn)參數(shù)。參數(shù)輸入格式采用四位,

例如9月8日請(qǐng)鍵入0,9,0,8四數(shù)字鍵，不足四位的參數(shù)高

位補(bǔ)上’0',氣壓單位采用百帕（hp）,溫度單位采用攝氏度

（℃工如果儀器未設(shè)定參數(shù)，微機(jī)將按默認(rèn)值運(yùn)算。

13）按‘校正’鍵，以對(duì)儀器進(jìn)行校正。程序?qū)⑾葯z查電路

信號(hào)是否歸零，如果不為零，控制顯示表頭會(huì)顯示‘b——‘字

符，此時(shí)按下‘橋零’鍵并監(jiān)測(cè)信號(hào)表頭至顯示為零為止。這時(shí)

控制表頭會(huì)顯示‘L-XX'字符（XX代表校正次數(shù)序列號(hào)），打開

氫氣截止閥，拉出計(jì)量器圓形把柄（此時(shí)氫氣瓶中的氫氣就會(huì)沖

洗并注滿計(jì)量腔X經(jīng)過程序延時(shí)約18秒鐘，控制表頭出現(xiàn)‘P-

XX，字樣，這時(shí)關(guān)閉截止閥，推進(jìn)計(jì)量腔把柄，程序自動(dòng)檢測(cè)氫

氣的到來并在控制表頭顯示積分值，氫蜂過后約4秒鐘儀器自動(dòng)

打印出校正序列號(hào)和積分值，而后儀器進(jìn)入‘p——‘等待狀

態(tài)?？尚Ｕ推渌僮鳌＃ㄔ诘谝淮涡Ｕ龝r(shí)儀器先打印設(shè)定的參數(shù)

值）

14）按‘測(cè)量’鍵可對(duì)取樣器的各個(gè)取樣筒中擴(kuò)散出的氫氣

進(jìn)行測(cè)量：旋轉(zhuǎn)取樣器上方的轉(zhuǎn)動(dòng)柄至有待測(cè)試樣的取樣筒，待

儀器信號(hào)顯示穩(wěn)定按‘測(cè)量’鍵，微機(jī)系統(tǒng)會(huì)對(duì)色譜峰進(jìn)行自動(dòng)

檢測(cè)并打印出結(jié)果。分析結(jié)束后儀器進(jìn)入‘P——‘等待狀態(tài)。

前部分是測(cè)量氫氣，后部分監(jiān)測(cè)氮?dú)?。測(cè)量結(jié)束后儀器進(jìn)入等待

狀態(tài)。（旋轉(zhuǎn)方向0-1、1-2、2->3、3-4#\而后旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)柄

和按‘測(cè)量’鍵可對(duì)其他取樣筒進(jìn)行測(cè)量。

15）測(cè)量完畢后，將取樣器轉(zhuǎn)至0#位置。關(guān)閉電橋電源和

主機(jī)電源，等待約10分鐘，關(guān)閉截止閥，氫氣瓶和氮?dú)馄靠傞y及

減壓閥，從主機(jī)上取下取樣器。

16）打開取樣器的試樣筒，取出試塊，稱重并按公式計(jì)算出

熔敷金屬中擴(kuò)散氫的含量。

17）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將儀器、儀表恢復(fù)到原始狀態(tài)，并清理現(xiàn)

場。

五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

（1）分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并計(jì)算焊縫中擴(kuò)散氫的含量；

⑵分析實(shí)驗(yàn)中存在的問題；

⑶實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

實(shí)驗(yàn)二斜Y型坡口焊縫裂紋實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、掌握斜Y型坡口實(shí)驗(yàn)方法；

2、掌握實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各種問題的正確分析；

3、掌握焊縫在應(yīng)力集中、拘束狀態(tài)下以及粗晶區(qū)脆化造成焊

縫的開裂的原因。

4、掌握用預(yù)熱緩冷的方法防止冷裂紋的具體措施。

二、實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備和材料

1、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：ZX7-400逆變直流手工焊機(jī)；焊條烘干箱；氧

氣瓶、減壓閥、乙煥瓶、減壓閥、焊炬一套、1000℃溫度計(jì)等。

2、焊接試板：45鋼或40Crt岡(也可根據(jù)實(shí)際情況確定)；尺

寸200x75x20(mm),經(jīng)過機(jī)械加工保證零件尺寸，按照?qǐng)D示

開坡口。板厚可根據(jù)實(shí)際情況確定。

3、焊接材料及工藝參數(shù)

焊條型號(hào)：E4303.E5015(根據(jù)試板鋼號(hào)確定)；焊條直徑：

4mm、焊接電流/I:170±10/A、電弧電壓/U:24±2/V、焊接

速度/u:150±10mm/mino

三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及實(shí)施的指導(dǎo)

(-)焊前準(zhǔn)備

1、焊接前清理試件表面油污和鐵銹。

2、酸性焊條烘干150±10。（：保溫1小時(shí)，堿性焊條烘干

300±10。（：保溫2小時(shí)箱斷電保溫隨用隨取。

（二）確定焊接參數(shù)及工藝

1、焊接參數(shù)

焊接速度電弧電壓;焊接電流：

170/mm/min;24V170Ao

2、焊接工藝

如果在焊接拘束焊縫時(shí)可采用小一點(diǎn)的電流保證拘束焊縫不

出現(xiàn)裂紋，當(dāng)裂紋不可避免時(shí)，可換強(qiáng)度低一級(jí)的焊條。焊完拘

束焊縫后要保證試板平整，不得有大于2°的角變形，確保實(shí)驗(yàn)焊縫

根部間隙2mm。

（三）焊接

焊接拘束焊縫

將試板放置在工作臺(tái)上裝配，通過點(diǎn)固焊、矯正使試板呈5。~

7。左右的反變形量焊接拘束焊縫應(yīng)正反面進(jìn)行焊接可從實(shí)驗(yàn)焊縫

上部引弧進(jìn)入實(shí)驗(yàn)焊縫進(jìn)行焊接，也可從實(shí)驗(yàn)焊縫中直接進(jìn)行焊

接。實(shí)驗(yàn)焊縫只焊一道，運(yùn)條要均勻、電弧要保證平穩(wěn)、焊條不

做橫向擺動(dòng)，焊條與工件夾角75°,收弧處不得有弧坑裂紋。焊好

后的試板放置24h后進(jìn)行解剖。

（四）試樣制備

1、檢查表面裂紋率

切割試樣前首先清理試板表面的焊渣，檢查表面裂紋率。

2、切割試樣

試樣尺寸16mmx12mmx12mm。為保證焊接熔合區(qū)組織的

可靠性，切割試樣可采用無齒鋸、線切割和氧乙煥熔割方法。每

塊試板切割不少于五塊試樣。

3、試樣修整

對(duì)切割下的試樣首先清理毛刺，并檢查根部裂紋率和斷面裂

紋率。將檢查的結(jié)果記錄，填入公式進(jìn)行計(jì)算。

（五）場地清理

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將儀器、儀表恢復(fù)到原始狀態(tài)，并清理現(xiàn)場。

四、實(shí)驗(yàn)成績?cè)u(píng)定

按照焊接試樣準(zhǔn)確、制備試樣熟練、檢測(cè)的熟練、實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)

確、實(shí)驗(yàn)報(bào)告描述清楚，以及出勤、實(shí)驗(yàn)態(tài)度、團(tuán)結(jié)協(xié)作、按時(shí)

完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)定成績。

實(shí)驗(yàn)三插銷實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

（1）初步掌握冷裂紋插銷實(shí)驗(yàn)法；

⑵學(xué)會(huì)使用有關(guān)實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備；

⑶加深對(duì)于影響冷裂傾向的三大因素的認(rèn)識(shí)；

（4）了解具體鋼種插銷實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器和材料

⑴ZLT-5B型插銷實(shí)驗(yàn)機(jī)（1臺(tái)）；

（2）TF-WI-MT型x-y函數(shù)記錄儀（1臺(tái)）；

⑶BZ2205C型程控靜態(tài)電阻應(yīng)變儀（1臺(tái)）；

（4）DR-500型儲(chǔ)能點(diǎn)焊機(jī)（1臺(tái)）；

⑸WSM-400逆變直流脈沖氮弧焊機(jī)（1臺(tái)）；

⑹焊條烘箱（1臺(tái)）；

⑺標(biāo)準(zhǔn)插銷試件（若干）；

（8）鋼板:Q235鋼，200x300x20mm（1塊）；

⑼E4303焊條、鉆頭、平頭挫刀、深度尺、鉆床等

三、實(shí)驗(yàn)原理

焊接冷裂傾向的測(cè)定方法很多，常用的方法有：最高硬度法、

斜坡口對(duì)接裂紋實(shí)驗(yàn)（通常稱為"小鐵研裂紋實(shí)驗(yàn)"）、剛性拘束裂

紋實(shí)驗(yàn)（RRC實(shí)驗(yàn)）、拉伸拘束實(shí)驗(yàn)（TRC實(shí)驗(yàn)）、插銷實(shí)驗(yàn)等。本

實(shí)驗(yàn)用插銷實(shí)驗(yàn)測(cè)定合金結(jié)構(gòu)鋼的冷裂傾向，它是一種定量評(píng)定

的方法。

插銷實(shí)驗(yàn)的原理為：將被實(shí)驗(yàn)鋼材加工成一定形狀的插銷試

棒，實(shí)驗(yàn)時(shí)把插銷插入底板中，使插銷頂端與底板上表面齊平，

然后在底板上通過插銷端部施焊一條實(shí)驗(yàn)焊縫，如果采用環(huán)形缺

口的插銷，熔深應(yīng)該是使缺口位于靠近熔合線的粗晶區(qū)內(nèi)。當(dāng)實(shí)

驗(yàn)焊縫冷卻到150（時(shí)，對(duì)插銷施加選定的拉伸載荷，并保持這

一載荷直至插銷斷裂。拉伸應(yīng)力越小，插銷承裁的時(shí)間越長。當(dāng)

拉伸應(yīng)力等于或小于某一數(shù)值時(shí)，插銷就不再斷裂，此時(shí)的應(yīng)力

稱為“臨界應(yīng)力"，以。cr表示。它可以作為評(píng)價(jià)被實(shí)驗(yàn)材料的焊

接冷裂紋敏感性的指標(biāo)。

圖2-1為含氫的鋼材斷裂時(shí)間與拉伸應(yīng)力的關(guān)系曲線。橫坐

標(biāo)表示拉伸應(yīng)力作用的時(shí)間，縱坐標(biāo)表示試件所受的拉伸應(yīng)力。

曲線1為材料的起裂曲線，曲線2為材料的斷裂曲線。由圖可見,

含氫鋼加載斷裂時(shí)存在一個(gè)上臨界應(yīng)力Ouc,超過此應(yīng)力值試件很

快斷裂，沒有延遲破壞的現(xiàn)象。此外，還存在一個(gè)下臨界應(yīng)力Ocr,

低于該應(yīng)力值時(shí)不管加載時(shí)間多長試件都不斷裂。當(dāng)應(yīng)力值在5

和Ocr之間時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生由氫引起的延遲斷裂。試件的斷裂可經(jīng)過

兩個(gè)階段，由加裁到產(chǎn)生微裂之前的裂紋潛伏期，然后為裂紋擴(kuò)

展階段，最后達(dá)到斷裂。

四、實(shí)驗(yàn)步驟

（1）按圖2-2連接實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，檢查插銷實(shí)驗(yàn)機(jī)運(yùn)行是否正

常，檢查所有儀表的工作狀態(tài)是否正常。

圖2-2插銷試驗(yàn)裝置示意圖

⑵檢測(cè)插銷試棒和底板的形狀尺寸（見圖2-3和圖2-4）是

否符合要求。

圖2-3插銷試件的形狀和尺寸

圖2-4底板形狀和尺寸

⑶清理試驗(yàn)底板，并用儲(chǔ)能焊機(jī)在插銷孔兩側(cè)的不通孔內(nèi)點(diǎn)

焊熱電偶。

（4）將合格的插銷試件裝在實(shí)驗(yàn)機(jī)上，試件帶缺口或螺紋的一

端端面與底板上表面齊平。

⑸根據(jù)插銷材料的屈服極限值及實(shí)驗(yàn)要求估算施加的試驗(yàn)

拉伸應(yīng)力3,并按下列公式換算成預(yù)加應(yīng)變值&，在靜態(tài)電阻應(yīng)變

儀上預(yù)先調(diào)好。

應(yīng)變換算公式：，式中A為插銷試棒缺口處截面積（mm2）;K

為傳感器的標(biāo)定系數(shù)(1/N1

(6)焊條按要求進(jìn)行烘干，烘干后測(cè)定擴(kuò)散氫含量。

⑺按試驗(yàn)要求對(duì)接頭進(jìn)行預(yù)熱。不預(yù)熱時(shí)，試件的初始溫度

為室溫。

(8)按預(yù)先選定的規(guī)范采用手工電弧焊，在底板上垂直于底板

縱向，并通過插銷頂部的中心堆焊一條長100mm~500mm的焊

縫。同組試驗(yàn)中焊道長度應(yīng)相等。記錄焊接規(guī)范的數(shù)值，在x-y

記錄儀上自動(dòng)記錄焊接熱循環(huán)曲線。

⑼按預(yù)定的應(yīng)力值從傳感器標(biāo)定圖上查出對(duì)應(yīng)的應(yīng)變值，調(diào)

節(jié)應(yīng)變儀懸鈕使指針指向此值。

(io)焊件冷卻到15CTC時(shí)開始施加預(yù)定拉伸應(yīng)力3,并應(yīng)在1

分鐘內(nèi)且在冷卻至100℃以前加載完畢。加載后使靜態(tài)應(yīng)變儀的

指針為零。

(11)調(diào)好電動(dòng)時(shí)鐘微動(dòng)開關(guān)，記錄從加載完畢到插銷試棒斷裂

的時(shí)間tio在無預(yù)熱時(shí)保持載荷16h,在有預(yù)熱時(shí)保持載荷24h,

仍不斷裂時(shí)即可卸裁。

(12)重復(fù)上述步驟，只改變預(yù)加拉伸應(yīng)力。

(13)重復(fù)1~12步，只改變焊條的烘干規(guī)范。

(14)重復(fù)1~12步，只改變底板預(yù)熱溫度。

（15）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將儀器、儀表恢復(fù)到原始狀態(tài)，并清理現(xiàn)場。

五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

⑴明確本次實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

⑵簡述本次實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理；

⑶實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；

（4）實(shí)驗(yàn)步驟；

⑸分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；

（6）分析實(shí)驗(yàn)中存在的問題；

《焊接結(jié)構(gòu)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

實(shí)驗(yàn)一不同焊接參數(shù)下平板變形量測(cè)量與分析

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、掌握不同焊接參數(shù)下平板變形量測(cè)量的基本方法。

2、掌握不同焊接參數(shù)下平板變形的規(guī)律。

二、實(shí)瞼儀器、設(shè)備和材料

㈠焊接方法及設(shè)備

焊接方法：手工電弧焊

焊接設(shè)備：交流弧焊機(jī)及其輔助設(shè)施

㈡實(shí)驗(yàn)條件

1.試件尺寸：2mmx150mmx300mm（Q235鋼）

2.試件材料：Q235A、

3.焊接規(guī)范：

見下表

板厚焊接電流

2mm鋼60A90A120A

4.測(cè)點(diǎn)分布

如下圖1所示

圖12mm板測(cè)點(diǎn)分布

㈢測(cè)量工具與儀器

測(cè)量儀器包括：1、游標(biāo)卡尺；2、鋼板尺。

三、實(shí)驗(yàn)原理

使用游標(biāo)卡尺分別測(cè)出焊前、焊后的高度h,分別記為hl.h2

填入附表內(nèi)，其差值即為焊接所引起的撓曲變形。對(duì)2mm板需測(cè)

量圖1中J、K、L、M、N、P、Q、R八條豎線上的撓曲變形。

圖2變形測(cè)量示意圖

四、實(shí)驗(yàn)步驟

1、了解測(cè)量撓曲變形的工辟口方法。

2、對(duì)試件初始狀態(tài)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量。

3、對(duì)2mm按表1中的三種規(guī)范各焊一塊。

4、測(cè)量試件焊后的所有數(shù)據(jù)。

5、對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析。

五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及思考

1、按附表內(nèi)容把測(cè)量數(shù)據(jù)或計(jì)算結(jié)果填入表內(nèi)。

2、分析不同焊接參數(shù)下2mm焊板變形的特點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)二不同焊接方法下平板變形量測(cè)量與分析

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、掌握不同焊接方法下平板變形量測(cè)量的基本方法。

2、掌握不同焊接方法下平板變形的規(guī)律。

二、實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備和材料

㈠焊接方法及設(shè)備

焊接方法：手工電弧焊，二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊

焊接設(shè)備：交流弧焊機(jī)及其輔助設(shè)施

㈡實(shí)驗(yàn)條件

1.試件尺寸：2mmx150mmx300mm（Q235鋼）

2.試件材料：Q235A、

3.焊接規(guī)范：

見下表

板厚焊接電流

2mm鋼90A

4.測(cè)點(diǎn)分布

如實(shí)驗(yàn)一圖1所示。

㈢測(cè)量工具與儀器

測(cè)量儀器包括：1、游標(biāo)卡尺；2、鋼板尺。

三、實(shí)驗(yàn)原理

使用游標(biāo)卡尺分別測(cè)出手工電弧焊和二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊下

焊前、焊后的高度h,分別記為hl、h2填入附表內(nèi)，其差值即為

焊接所引起的撓曲變形。對(duì)2mm板需測(cè)量實(shí)驗(yàn)一圖1中J、K、L、

M、N、P、Q、R八條豎線上的撓曲變形。

四、實(shí)驗(yàn)步驟

1、對(duì)試件初始狀態(tài)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量。

2、在手工電弧焊和二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊下對(duì)2mm按表1中

的規(guī)范各焊一塊。

3、測(cè)量試件焊后的所有數(shù)據(jù)。

4、對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析。

五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及思考

1、按附表內(nèi)容把測(cè)量數(shù)據(jù)或計(jì)算結(jié)果填入表內(nèi)。

2、分析不同焊接方法下2mm焊板變形的特點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)三不同焊接位置下平板變形量的分析

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、掌握不同焊接位置下平板變形量測(cè)量的基本方法。

2、掌握不同焊接位置下平板變形的規(guī)律。

二、實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備和材料

㈠焊接方法及設(shè)備

焊接方法：二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊

焊接設(shè)備：交流弧焊機(jī)及其輔助設(shè)施

㈡實(shí)驗(yàn)條件

L試件尺寸：2mmx300mmx300mm（Q235鋼）

2.試件材料：Q235A、

3.焊接規(guī)范：

見下表

板厚焊接電流

2mm鋼90A

三、實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容

1、在二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊下，分別采用立焊、平焊、仰焊對(duì)

2mm按表上中的規(guī)范各焊一塊。

2、在二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊下，分別采用板橫向位置放置和縱

向位置放置時(shí)，按表上中的規(guī)范各焊一塊

3、分析不同焊接位置下平板的變形規(guī)律。

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及思考

1、分析不同焊接位置下2mm焊板變形的特點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)四焊接變形的矯正

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、了解和掌握焊接變形矯正方法的原理、特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。

2、熟悉和掌握手工錘擊的具體操作技術(shù)和矯形工藝。

二、實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備和材料

1、鋼板尺、游標(biāo)卡尺。

2、手錘。

3、兩塊2mm鋼板。

三、實(shí)驗(yàn)原理

手工錘擊是采用手錘，錘擊焊縫及其附近金屬，使其產(chǎn)生一

定的延展，以抵消焊接所產(chǎn)生的壓縮塑性變形，從而達(dá)到矯形的

目的。

這種方法無需大型設(shè)備，工具簡單、操作靈活，廣泛應(yīng)用于

薄板結(jié)構(gòu)焊接變形的矯正。但這種方法有勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率

低、環(huán)境噪音大、工件表面質(zhì)量差等缺點(diǎn)。

四、實(shí)驗(yàn)步驟

1、對(duì)試件初始狀態(tài)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量。

2、對(duì)2mm按實(shí)驗(yàn)二表］.中的規(guī)范焊一塊。

3、用手工錘擊的方法將2mm厚鋼板的撓曲變形矯正到小于

1.5mm。

五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及思考

1、簡述手工錘擊矯正焊接變形的工作原理，優(yōu)缺點(diǎn)及適用范

圍。

附表

線能量與撓曲變形關(guān)系數(shù)據(jù)記錄表

試件板厚2mm

1=U=

測(cè)點(diǎn)

V=

位置

撓曲變形(mm)

hlh2

1

2

3

4

5

6

7

8

平均

hl-焊前撓曲變形h2-焊后撓曲變形

《焊接方法及設(shè)備》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

實(shí)驗(yàn)一不同酸堿度焊條的焊接工藝性

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.通過實(shí)驗(yàn)，掌握手弧焊焊接方法的操作。

2.通過實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證焊接參數(shù)對(duì)焊縫成形的影響。

二、實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備和材料

1,手工電弧焊機(jī)1臺(tái)

2.烘箱1臺(tái)

3.試板A3鋼8=16mm若干

4.電焊條E4303(J422)①4mm15根

5.電焊條E5015(J507)①4mm15根

6.游標(biāo)卡尺1把

三、實(shí)驗(yàn)原理

1.焊縫的成形

焊縫的形狀對(duì)焊縫質(zhì)量和焊件的使用性能有很大影響，因此

保證合適的焊縫形狀是焊接工藝試驗(yàn)首先要解決的問題。焊縫的

形狀通常用熔深H、熔寬B和余高a三個(gè)參數(shù)表示，其中最重要

的是熔深。合理的焊縫形狀要求上述三個(gè)參數(shù)之間合理的匹配。

在生產(chǎn)上常采用成形系數(shù)①來表示熔深和熔寬的關(guān)系：

①二B/H（式1-1）

①值大表示焊縫寬而淺；反之，表示窄而深。①值過大時(shí)，

焊縫可能焊不透；過少時(shí)，熔深中的雜質(zhì)難以浮出，容易出現(xiàn)焊

接缺陷。手弧焊時(shí)，①的適宜范圍為1~2。

成形系數(shù)的大小直接影響熱源的使用效率和熱影響區(qū)的大

小，而且影響焊縫金屬的結(jié)晶的方向，對(duì)雜質(zhì)成分的偏析、成分

的不均勻性和裂紋氣孔敏感性有著直接影響。

另外改變焊縫的形狀可以調(diào)整熔合比Y?在焊接合金鋼時(shí)，調(diào)

整熔合比Y常常是防止焊縫冶金缺陷，特別是降低裂紋的敏感性,

提高焊縫機(jī)械性能的一條重要途徑。

2.焊接電流、電弧電壓和焊接速度

焊接電流、電弧電壓和焊接速度是對(duì)焊縫成形影響最大的三

個(gè)參數(shù)，在正常使用的規(guī)范范圍內(nèi)，變化規(guī)律如下：

焊接電流增大，焊縫的熔深和余高增大，熔寬沒有多大變化

（或略增大），電弧電壓增大，熔寬增大，熔深、余高減小。

焊接速度增大，線能量q/v減小，單位長度焊縫上填充金屬

量減小，熔寬、熔深、余高均減小。

為了