实验1熔敷金属中扩散氢测定.docx
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实验1熔敷金属中扩散氢测定
实验1熔敷金属中扩散氢测定
一、实验内容
采用甘油置换法测定手工电弧焊或CO2气体保护焊熔敷金属中扩散氢的含量。
二、实验目的
1、了解熔敷金属扩散氢含量的测试方法都有哪些
2、掌握甘油置换法测定熔敷金属中扩散氢的含量的方法。
三、实验步骤
1、试板准备:
1)确定试板及引弧板、引出板的材质为碳素结构钢或低合金钢。
2)确定试板及引弧板、引出板的尺寸依照不同的焊接方法和测定方法从表1中选定。
3)试板及引弧板、引出板预先作去氢处理,加热400-650℃,保温1h,然后再250±10℃情况下保温约6小时。
4)试板及引弧板、引出板的群补表面应进行加工,保证光滑和清洁。
2、焊接材料的准备
1)选择直径为Φ3.2mm的焊条,并按照焊条制造厂推荐的条件进行烘干,焊条不能互相接触,不能与其它焊条混烘。
2)从烘箱中取出的焊条应立即使用。
3)焊丝选择Φ1.2mm或Φ1.6mm的焊丝。
4)保护气体选择混合气。
3、试样制备
1)焊接前引弧板、试板引出板按照长度方向排列组成,用夹具固定,按照图1进行焊接。
中间个试样须做标记和称重(精确至0.1g)。
2)在室温下进行焊接,焊接规范按照下面的规定进行。
3)试件焊接完成后2s内放到冰水中摆动冷却,冷却10s后立即取出,用机械方法取出引弧板和引出板,清除飞溅物和熔渣,经丙酮清洗吹干后,放入充满甘油的收集器中,进行测定。
4、焊接规范
1)手工电弧焊
(a)焊接电流的种类和极性选择按照所选焊条的规定确定,交直流两用的焊条,采用交流施焊。
焊接电流比制造厂推荐的最大电流低15A。
(b)焊接速度按照熔化120mm-130mm的焊条焊成100mm焊道的速度进行焊接。
2)气体保护焊
(a)采用直流反接;
(b)焊接电流:
Φ1.2mm的焊丝电流为260-290A,Φ1.6mm的焊丝电流为330-360A;
(c)电弧电压:
Φ1.2mm:
27-31V,Φ1.6mm:
26-30V;
(d)焊接速度:
330±30mm/min。
(e)导电嘴端部到试件的距离:
19±3mm。
(f)保护气体流量为15-20L/min。
5、扩散氢含量测定
1)测试设备如图1所示。
2)将焊接完成的试样放入应经充满甘油的收集器内,从试样焊接完成到放入收集器内,应早90S内完成。
3)收集扩散氢过程中,甘油温度必须保持45±1℃。
4)72小时后将吸附在收集器管壁和试样上的气泡收集上去,准确读取气体量。
5)将测定的氢气体积换算成标准状态下的体积,用该体积除以熔敷金属质量(焊后与焊前试样质量之差)的1/100,即为扩散氢含量,单位为mL/100g熔敷金属。
实验2焊条设计、配制及其工艺性能实验
一、实验内容
设计一种焊条配方,制作焊条样品。
观察、测试、对比焊条工艺性能。
二、实验目的及要求
1.熟悉常用的焊条药皮组成物及其作用,了解焊条配方设计及配方调整的基本方法。
2.熟悉焊条生产流程,掌握焊条手工搓制或小型压涂机制作技术。
3.了解焊条工艺性能的评定指标、评定方法及影响因素。
三、实验条件及要求
(一)焊条设计及制作用设备及材料
1.焊条烘干箱2.天平3.瓷钵、瓷棒4.玻璃板5.量筒
6.焊条压涂机7.焊芯H08A,φ3.2mm8.各种焊条药皮辅料,水玻璃
(二)焊条工艺性能分析用设备及材料
1.自制焊条,E4303、E5015焊条,φ4mm,φ3.2mm
2.Q235钢板若干块,14×100×400mm,14×100×150mm,14×200×400mm,
14×200×250mm,280×50×20mm,400×150×14mm
3.紫铜板两块,500×500×3mm,1500×400×1mm
4.碳棒5.秒表6.天平7.直尺
8.铁球,2Kg9.交流焊机10.直流焊机
(三)实验要求
独立设计、操作,制作的焊条样品外表均匀光滑,无裂纹、脱落,焊条偏心率小,工艺性能较好;实验数据记录准确,分析合理,实验报告完整、清晰。
四、实验相关知识点
1.焊条设计及制作
焊条是焊条电弧焊方法的焊接材料,由焊芯、药皮两部分组成,药皮与焊芯的重量比称为焊条的药皮重量系数。
焊芯起导电和填充金属的作用,碳钢焊条最常用的焊芯是H08A,焊条规格根据焊芯直径划分,常用的有φ2.0mm、φ2.5mm、φ3.2mm、φ4.0mm、φ5.0mm、φ5.8mm等几种,而焊条的外径各厂家各不相同,主要取决于焊条药皮重量系数及药皮配方,如某厂E4303焊条相应上述规格的焊条外径分别为:
3.3~3.45mm,4.2~4.5mm,5.2~5.4mm,6.3~6.5mm,7.8~8.0mm,9.1~9.3mm。
焊条药皮有保护作用、冶金作用、改善焊条工艺性能三个方面的作用,根据药皮组成的不同,焊条分为氧化钛型、氧化钛钙型、钛铁矿型、氧化铁型、纤维素型、低氢型、石墨型、盐基型八种类型。
焊条药皮原材料有矿物类、金属及铁合金类、化工产品类、有机物类四类物质,其作用可分为稳弧、造渣、造气、脱氧、合金化、粘结、成形七个方面。
焊条设计就是选用合适的焊芯、药皮类型、渣系及药皮配方,其主要依据是被焊母材的化学成分与力学性能指标、被焊工件的工作条件、现场设备及施工条件、焊条生产设备及工艺条件等。
E4303焊条药皮中一般含有30%以上的TiO2,20%以下的碳酸盐,30%左右的硅酸盐,4%以下的有机物和9%~15%的锰铁等,含有以TiO2为主要成分的原料有:
天然金红石、人造金红石、钛白粉、还原钛铁矿、钛铁矿等,根据加入的TiO2所使用的主要原料不同,可以分为四大体系:
人造金红石体系、还原钛铁矿体系、钛铁矿+钛白粉体系、钛铁矿+金红石体系,各体系典型配方见表1。
E5015焊条药皮主要由碳酸盐、氟化物、硅酸盐(可用TiO2代替部分硅酸盐)和铁合金4类物质组成,碳酸盐与氟化物的总量约60%~70%,硅酸盐一般小于12%,铁合金约15%~25%,典型配方见表2。
焊条生产制造工艺流程见教材图2-4。
主要包括焊芯制造、药皮原材料粉末制造、水玻璃制造、干粉配料搅拌、加水玻璃湿搅拌、压涂焊条、磨头磨尾、烘干、检验等工序。
焊条一般采用机械的方法制造,但在小型的科研、试制工作中,为了节省原材料和时间,可采用手工方法制造,本试验使学生基本掌握手工搓制焊条的技术。
2.焊条工艺性能
焊条的工艺性能是指焊条在焊接操作用的性能,是衡量焊条质量的重要指标之一。
焊条的工艺性能主要包括:
焊接电弧的稳定性,焊缝成形,各种位置焊接的适应性,飞溅,脱渣性,焊条的熔化速度,药皮发红的程度,焊接发尘量等。
影响焊条工艺性能的因素很多,如焊条焊芯成分、药皮成分、焊条制造方法及质量、焊接工艺规范、焊接操作技术等,目前焊条工艺性能的评定还缺乏严格的实验手段,只能作定性的或半定量的判断,我国焊条行业常采用的评定方法和标准如下:
(1)电弧稳定性测定
a.灭弧、喘息次数测定:
在14×100×400mm的Q235钢板上,用E5015在直流焊机上、E4303在交流焊机上各施焊三根焊条,每根焊条焊一条焊道,焊条尾端余50mm,记录每根焊条的灭弧、喘息次数,取三根焊条的平均值。
折合灭弧次数=灭弧次数+1/2喘息次数
b.断弧长度测定:
用E4303和E5015焊条(φ4mm)各三根,将焊条垂直夹持在固定于14×100×150mm钢板的支架上,焊条引弧端面距钢板2.5mm,接通电源,用碳棒引弧,焊条自行断弧后,轻轻敲去熔渣,用钢尺测量焊条端部至焊缝顶部的垂直距离,即为该根焊条的断弧长度。
取三根焊条平均值为该焊条断弧长度。
(2)再引弧性能测定
用E4303和E5015焊条在14×200×400mm的Q235钢板上焊接15秒后断弧,立即在14×200×250mm的Q235钢板上再引弧,记录断弧后至再引弧之间的间隔时间为1、2、3、4、5、6、7秒,每一时间间隔用一根焊条进行实验,每次再引弧应在钢板的冷点上进行,每一时间间隔重复三次,引弧成功两次或两次以上者判为再引弧通过。
再引弧时以焊条熔化端与钢板接触为准,不得做敲击动作,不得破坏焊条套筒。
(3)飞溅的测定
用280×50×20mm的Q235钢板,竖直放在厚3mm的紫铜板上,用1mm厚、400mm高的紫铜板围成椭圆形直筒,加以屏蔽。
在钢板上面用φ4mm焊条进行单道焊,每根焊条熔化350mm,焊后将其筒内飞溅(渣和铁珠)收集(钢板和焊缝上的飞溅可忽略不计),用天平称其重量。
共焊三根焊条(三根焊条可在同一块试板上焊接,每焊完一根焊条将试板水冷、去渣,试板温度低于100℃可继续施焊)。
飞溅率(%)=飞溅量(g)/(焊前焊条重-焊后焊条重)×100
(4)熔化系数、熔敷系数、焊条效率的测定
将280×50×20mm钢板称重,用φ4mm的E4303焊条利用交流焊机焊接,焊接电流200±5A,焊接过程中用电流表测其电流值,焊条熔化长度350mm,用秒表记录时间。
焊条熔化系数(g/Ah)=(焊前焊芯重g-焊后焊芯重g)/(焊接电流A×焊接时间h)
焊条熔敷系数(g/Ah)=(焊后板重g-焊前板重g)/(焊接电流A×焊接时间h)
焊条效率(%)=焊条熔敷金属重量g/熔化焊芯的重量g
(5)焊缝成形及流动性
Q235钢试板尺寸为400×150×14mm,与水平面成10度角放置,用E4303和E5015焊条进行上坡焊和下坡焊,上坡焊时焊条与母材成10度角,下坡焊时焊条与母材成80度角。
焊接过程中观察熔渣流动性是否适宜,有无赶渣情况等。
焊后脱渣,观察其焊缝成形,看焊缝两边是否整齐,波纹是否均匀美观,焊缝宽窄是否一致。
(6)脱渣性
在两块400×100×14mm的Q235钢板间开70。
坡口,用φ4mm的E4303焊条在坡口中间焊一层长250mm的焊缝,焊接电流200±10A,焊好后将试板的焊缝向下放于锤击台板上,并用卡具将试件固定,焊后一分钟内将2Kg的铁球由高1.3m处自由下落锤击试板中心,连续锤击5次,缓冷至室温再锤击5次,即第一层共锤击两回,每回5次。
冷却至室温时,再焊第二层,第二层是在第一层焊缝上焊长为200mm的焊缝。
每层施焊熔化焊条长度均为350mm。
第二层焊缝在焊后1分钟内连续锤击5次。
脱渣长度测量可分三种情况:
a.未脱渣:
渣完全未脱,呈焊后原始状态。
b.严重沾渣,渣表面已脱落,但仍有薄渣层,未露出金属表面。
c.轻微沾渣:
焊缝两侧有粘渣,中间部分已全露出焊缝金属。
未脱渣总长=未脱渣长度+0.5×严重粘渣长度+0.2×轻微粘渣长度
脱渣率=(焊缝总长-未脱渣总长)/焊缝总长×100%
第一层脱渣率=(第一层第一回脱渣率+第一层第二回脱渣率)/2
五、实验实施步骤
(一)焊条设计及制作
1.参考下列配方设计一种钛钙型或低氢型焊条配方
表1E4303焊条参考配方
金
红
石
钛
白
粉
还
原
钛
铁
矿
钛
铁
矿
钛
铁
中
碳
锰
铁
木
粉
大
理
石
菱
苦
土
白
云
石
白
泥
长
石
云
母
石
英
合
计
1
30
8
-
-
-
12
-
12.4
7
-
14
8.6
7
-
100
2
-
7.5
42.3
-
-
10.2
-
5.6
-
13.2
13.2
1.1
5.6
1.4
100.1
3
14.4
5.8
-
22.2
6.9
9.1
1
9.6
5.8
-
9.6
8
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- 实验 金属 扩散 测定