焊接实验指导书 2.docx
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焊接实验指导书 2.docx
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焊接实验指导书2
二氧化碳保护焊设备及工艺实验
1、目的要求
了解NBC-300二氧化碳保护焊的工作原理、基本操作方法
2、实验内容
(1)NBC-300二氧化碳保护焊基本操作;
(2)二氧化碳保护焊常见故障的排除方法
3、所需实验设施设备
(1)NBC-300二氧化碳焊保护机
(2)气保焊丝、钢板、二氧化碳保护气、酒精、丙酮
4、教学形式及过程
一:
Q235可焊性分析:
1.1Q235成分及性能
Q235分A、B、C、D四级(GB700-88)其成分分别为:
Q235A级含C0.14~0.22%Mn0.30~0.65Si≤0.30S≤0.050P≤0.045
Q235B级含C0.12~0.20%Mn0.30~0.670Si≤0.30S≤0.045P≤0.045
Q235C级含C≤0.18%Mn0.35~0.80Si≤0.30S≤0.040P≤0.040
Q235D级含C≤0.17%Mn0.35~0.80Si≤0.35S≤0.040P≤0.035
Q235钢是一种普通的碳素结构钢,这种钢容易冶炼,工艺性能好,价格低廉,Q235标识这种钢的屈服强度是235MPa,Q235钢含碳量约为0.2属于低碳钢,S、P和非金属夹杂物较多在相同含贪凉及热处理条件下,其塑性、韧性较低,加工成型后一般不进行热处理,大都在热轧状态下直接使用,通常轧制成板材,带材及各种型材,主要用于工程结构(如桥梁、高压线塔、金属构件、建筑架构等)和制造手里不大的机器零件(如铆钉、螺钉、螺母、轴套等)。
由于低碳钢含碳量低,锰、硅含量也少,所以,通常情况下不会因焊接而产生严重硬化组织或淬火组织。
低碳钢焊后的接头塑性和冲击韧度良好,焊接时,一般不需预热、控制层间温度和后热,焊后也不必采用热处理改善组织,整个焊接过程不必采取特殊的工艺措施,焊接性优良。
低碳钢是属于焊接性最好、最容易焊接的钢种,所有焊接方法都能适用于低碳钢的焊接。
1.2焊前准备:
1)清除待焊部位及两侧10---20mm范围内的油污、锈迹等污物,并在焊件表面涂上一层飞溅防粘剂,在喷嘴上涂一层喷嘴防堵剂。
2)将CO2气瓶倒置l~2h,使水分下沉,每隔0.5h放水1次,放2~3次。
3)根据焊接工艺试验编制焊接工艺。
焊丝MG49-G,直径1.2mm,焊机YM-355KEV。
4)采用左焊法。
1.3焊接注意事项:
1)由于C02气体保护焊熔深大,在板厚小于12mm时均可有工形坡口(不开坡口)双面单道焊接。
对于开坡口的对接接头,若坡口较窄,可多层单道焊;若坡口较宽,可采用多层多道焊。
2)焊接过程中,焊枪横向摆动时,要保证两侧坡口有一定熔深,使焊道平整,有一定下凹,避免中间凸起,这样会使焊缝两侧与坡口面之间形成夹角,产生未焊透、夹渣等缺陷。
3)要控制每层焊道厚度,使盖面焊道的前一层焊道低于母材1.5~2.5mm,并一定不能熔化坡口两侧棱边,这样盖面时可看清坡口,为盖面创造良好条件。
4)盖面焊焊接时,焊前应将前一层凸起的地方磨平,焊枪摆动的幅度比填充层要大一些,摆动时幅度应一致,速度要均匀,要特别注意坡口两侧熔化情况,保证熔池边缘超过坡口两侧棱边,并不大于2mm,以避免咬边。
5)若每层用多道焊时,焊丝应指向若每层用多道焊时,焊丝应指向焊道与坡口、焊道与焊道的角平分线位置。
二:
焊接工艺卡见下页:
三:
实验过程及结果分析
3.1实验仪器及药品:
砂轮机,手工锯,锉刀,砂纸(粒度02,03,05,07,14),二保焊焊机及辅助仪器,金相显微镜,酒精,腐蚀液(HF酸与HCl混合液),电吹干机
3.2试验步骤:
1取样:
用手工锯从平钢板上锯下尺寸为62*99*5m3的试样,再用砂轮机从
中间锯成两块,尺寸分别为35*99*5m3,
27*99*5m3,具体尺寸如图1所示。
2清理:
用锉刀把焊缝处两侧锈蚀磨去,
防止焊接时形成焊缝夹杂,影响焊缝质量
3焊接:
将两块试样放于焊接平台上,
表面向平,上下对齐,装配间隙为1.5mm,
先把焊缝两端点焊定,稍作校正,再满
焊。
稍作冷却,将试样反转180°,直
图1
接反面满焊。
焊接参数如表1所示。
表1
焊接电流(A)
电弧电压(V)
送丝速度(m/h)
小车速度(m/h)
焊缝熔深(mm)
正面
150
24
5.3
31.63
3
反面
140
24
5
36.73
2.5
焊后试样如下图所示
图3
图2
图2为正面焊缝,焊前需要两端点焊固定,图2中虚线圆环中即为点焊固定处,作用防止焊接过程中焊件变形。
图3为反面焊缝,焊接过程中焊接速度略大,导致焊缝余高较高。
4制取试样:
焊接完全后,冷却至室温,对焊缝表面的焊渣除进行打磨清理,最后使焊缝平整美观,用手工锯锯下如下图4所示试样(20*10*5)A,B两块,用不同粒度的砂纸,先大粒度再小粒度打磨,最后用抛光机抛光,直至焊缝截面无划痕,光亮,整洁如镜面,然后先用酒精擦洗,吹干后用腐蚀液腐蚀,然后用酒精擦拭,吹干,制样完毕。
图4即为焊后经打磨后去掉焊渣的试样,其中A,B两块即为要锯下的样品
图4
图5
图6
图5,图6分别是焊接件锯下的试样A和B经腐蚀后的照片,其中a部分为焊缝熔合区,b部分为焊接热影响区,c部分为母材区。
6金相检查:
取焊缝截面试样,放于金相显微镜下观察焊缝即热影响区组织,并拍照记录。
图8
图7
图7.8.9为试块A焊缝经腐蚀后在金相显微镜下放大100倍后不同区域的组织
图9
图11
图10
图12
图13
图10.11.12.13为试块B在100倍放大倍数下不同区域的组织分布情况
7整理器材,做实验报告。
3.3实验结果分析
如图5.6所示,a区为焊缝区,b区为热影响区,c区为母材区,a与b之间为熔合区;焊缝区温度最高,但冷却速度快,晶粒较细;熔合区位于熔化区和非熔化区之间的过渡部分,化学成分不均匀,组织粗大,往往是粗大的过热组织或粗大的淬硬组织。
热影响区是被焊缝区的高温加热造成组织和性能改变的区域;低碳钢的热影响区可分为过热区、正火区和部分相变区。
过热区,最高加热温度1100℃以上的区域,晶粒粗大,甚至产生过热组织,正火区最高加热温度从Ac3至1100℃的区域,焊后空冷得到晶粒较细小的正火组织;部分相变区最高加热温度从Ac1至Ac3的区域,只有部分组织发生相变,叫部分相变区。
此区晶粒不均匀,性能也较差。
综上所述,试块A,B的组织分布如表2
表2
接头区域
组织
晶粒度
图例
焊缝区
树枝状铁素体+珠光体
5-6
图8;12
熔合区
珠光体+铁素体
5-8
图11
热影响区
过热区
珠光体+铁素体
6-8
图13
正火区
珠光体+铁素体
7
部分相变区
珠光体+铁素体
7
母材区
珠光体+铁素体
6-7
图10;9
五实验结论
1.Q235钢焊接性能良好,焊前无需预热,焊后无后热处理,焊后无裂纹,气孔,未焊透等缺陷,焊缝成形美观
2.焊后焊缝区和热影响区晶粒较细,性能较好,而熔合区和过热区晶粒粗大,易出现淬硬组织,对接头性能影响较大,是焊缝的薄弱区域
焊接件较厚时,需采用多层焊接或双面焊接。
对于双面焊,正面焊接时焊接参数要大于反面焊接时的参数,同时,正面焊焊接速度需要调小些,利于焊缝良好成形。
交直流TIG焊设备及工艺实验
1、目的要求
了解YC-300WP型焊机的工作原理、基本操作和常见故障的排除方法;
2、实验内容
(1)焊接电流、焊接电压、焊接速度等参数对焊缝成形的影响规律;
(2)YC-300WP型焊机的工作原理、基本操作。
3、所需实验设施设备
(1)YC-300WP交、直流脉冲TIG焊机
(2)气保焊丝、5052铝镁合金、氩气、酒精、丙酮
4、教学形式及过程
一、焊接材料的可焊性分析
1.1、铝镁合金5052可焊性分析
1.1.1、铝镁合金5052概述
5052是一种Al—Mg合金,主要合金元素为镁,具有良好的成形加工性能、抗蚀性、焊接性,中等强度,用于制造飞机油箱、油管、以及交通车辆、船舶的钣金件,仪表、街灯支架与铆钉、五金制品、电器外壳等。
表1为各国用变形铝牌号
国际铝牌号注册组织牌号
美ASME-1988
日JIS
B8027-1993
法CODAP-1995(E)
中国JB/T4734-2002
5052
5052
5052
5052
5052、5A02
表2为铝镁合金5052(5A02)力学性能及化学成分
铝镁合金5052(5A02)力学性能及化学成分
合金牌号
材料状态
抗拉强度σb/MPa
屈服强度σs/MPa
伸长率δ/%
断面收缩率ᵠ/%
布氏硬度/HB
5052
(5A02)
退火
冷作硬化
200
250
100
210
23
6
-
45
60
类别
主要化学成分/%
原牌号
防锈钢
Cu
Mg
Mn
Fe
Si
Zn
Ni
Cr
Ti
Be
Al
Fe+Si
0.10
2.0~2.8
0.15~0.4
0.4
0.4
—
—
—
0.15
—
余量
0.6
LF2
1.1.2、5052的焊接性
主要表现为以下几个方面:
(1)铝具有强的氧化能力。
铝与氧的亲和力很强,在空气中极易与氧气结合生成致密而结实的氧化铝薄膜。
(2)铝的热导率和比热大,导热快。
铝及铝合金的热导率和比热都比钢大得多,为了获得高质量的焊接接头,必须采用热量集中、功率大的热源。
(3)线膨胀系数大。
铝及铝合金的线膨胀系数约为钢的2倍,凝固时体积收缩率达6.5%~6.6%
(4)容易生成气孔。
焊接接头的气孔是铝及铝合金焊接时极易产生的缺陷,扩散氢是铝及铝合金焊接时产生气孔的主要原因。
(5)铝在高温时强度和塑性低。
因此在焊接薄板时要特别避免焊漏、烧穿等缺陷。
1.1.3、焊接方法的特点分析
手工TIG焊是以惰性气体Ar作为保护气体,对电弧和熔池的保护可靠,可有效地排除氧、氮、氢等气体对焊接金属的侵害。
TIG焊所得焊缝金属致密、接头强度高、塑性好;而熔化极钨弧焊电弧功率大、焊接速度快,可用于厚焊件的焊接。
1.2、镁合金可焊性分析
1.2.1、镁合金分类及Mg-Zn-Y合金成分
工业纯美强度低,通常要在镁基体中加入具有高固溶度的合金元素而构成镁合金。
后者又可分为变形镁合金和铸造镁合金。
其中Mg-Zn-Y即为变形镁合金,其主要成分如下表
元素
Mg
Zn
Y
含量(%)
—
2
0.2
1.2.2、镁合金的焊接性
1)Mg比Al更容易同氧结合生成氧化镁薄膜,但没有氧化铝薄膜那样致密但可阻碍焊缝的成形,故在焊前要用化学方法或化学方法将其清理干净。
氧化镁熔点很高、密度大,在焊接时极易产生氧化镁夹渣,并严重阻碍焊缝的成形。
镁在焊接高温下与空气的氮生成氮化镁,导致金属的塑性下降,因此在焊接时要加强保护。
2)镁合金焊接时通常在接头熔合线区产生过热倾向及焊缝金属结晶偏析倾向,从而降低了接头的性能。
3)镁合金的熔点低、导热快、焊接加热时需要大功率,加热面积大,热影响区宽且易于过热,组织晶粒粗大。
4)加入2%的锌焊接时容易形成热裂纹,影响焊接质量;加入0.2%的钇(稀土类元素)能降低裂纹敏感性,提高镁合金的高温性能和铸造性能。
二、焊接工艺卡及工艺流程
2.1.1焊接工艺卡
专业焊接工艺卡片
课题名称
铝镁合金5052TIG焊及Mg-Zn-Y合金TIG焊
焊接层次
工艺参数
正
说明
焊缝示意图
焊接方法
GTAW
焊接位置
平焊
焊接设备
交流氩弧焊机
焊缝形式
I型
焊接电流(A)
180~240
电源及极性
AC
焊接速度(m/m)
喷嘴直径(mm)
Φ6
焊剂或保护剂
Ar
钨棒直径(mm)
Φ4
气体流量(L/min)
10~15
焊前准备:
1、施焊前,坡口表面应平整、光滑、不应有裂纹、分层、夹渣、毛刺和飞边等。
2、焊丝、坡口表面极其两侧50mm范围进行表面清理。
用丙酮等有机溶剂去除表面的油和油脂,也可用机械法或化学法清除。
3、经清理的焊丝和焊件,焊前严禁玷污,否则应重新清理。
4、检查焊接设备、仪表能正常使用。
外观要求:
1、焊缝表面不得有裂纹、弧坑、飞溅物、咬边等。
2、焊缝与母材应圆滑过渡。
无损探伤:
木材材质
铝镁合金5052
Mg-Zn-Y合金
母材厚度
课题组员
王新帅、赵婷、
陆遥、魏斌
实验日期
2011-9~11
2.1.2铝镁合金工艺流程
1)、取样
2)、焊件清理。
为了尽可能地减少氢的来源以及去除金属表面的氧化膜、锈蚀污染等,应对坡口面及两侧各宽30~50mm范围内,采用酒精溶液擦洗或不锈钢丝刷打磨。
3)、施焊。
清理好的焊件经干燥处理后(8小时内最长时间不超过24小时,否则表面容易产生新的氧化膜,应需再次处理)进行施焊。
开始焊接前,调整并检查钨极装夹情况及伸出长度,钨极应当处于喷嘴中心不得偏斜,钨极端头应磨出圆锥形。
引弧前应提前5~10s输送氩气,以排出管中及被焊处的空气,并调节氩气减压器到所需流量值。
铝合金交流手工TIG焊时,通常是右手握焊枪,左手握焊丝(需填充焊丝)。
为了防止引弧处产生的钨飞溅引起焊缝夹钨和产生裂纹等缺陷,不能直接在焊件上引弧,纵缝焊接时可在焊缝一端的引弧板上引弧。
引弧后,在焊缝起始处对焊件加热。
4)焊后处理,抛磨金相试样,进行组织观察并照相记录。
5)总结撰写实验报告。
三、实验过程及分析结果
3.1铝镁合金实验及分析结果
3.1.1实验器材及药品:
砂轮机,手工锯,锉刀,砂纸(粒度02,03,05,07,14),WSE-315钨极氩弧焊,金相显微镜,碱液,腐蚀液,点吹干机
3.1.2实验步骤:
1)取样:
考虑到从实际出发,我们将一块长条5052铝镁合金的试样在
砂轮机下切成均匀的六小块,每每两个组成一组,进行焊接实验。
2)清理:
用锉刀即将施焊的试样进行表面清理工作,防止焊接时形成焊缝夹杂,影响焊缝质量(8小时内最长时间不超过24小时,否则表面容易产生新的氧化膜,应需再次处理)。
3)施焊:
处理好的试样放在焊接平台上,上下左右对齐,装配紧密一些,打开电源,先通入保护气,打开循环水,调整合适的电压电流,然后进行施焊焊接参数如下表3
表3焊接工艺参数
板材厚度/mm
焊丝直径/mm
钨极直径/mm
焊接电流/A
氩气流量/(L/min)
喷嘴直径/mm
焊接层数(正面/反面)
备注
5.2
-
4
180~240
10~15
6
1/1
焊后的试样宏观图像如下
图1为5052铝镁合金焊缝正面图2为5052铝镁合金焊缝中间切除后横断面
4)制取金相试样:
焊后的试样冷却后先进行表面的清除工作,然后从中间或焊缝较好的位置切除(如图2),然后在不同粒度的砂纸上进行打磨(依次由大粒度向小粒度砂纸打磨),最后在抛光机上抛光(注意安全),再用腐蚀液进行腐蚀(大约1分钟左右),在吹风机下吹干或晾干,制样完成。
5)金相观察:
将制好的试样放于金相显微镜下观察焊缝即热影响区组织,并拍照记录,微观图片如下:
图3图4
图3,4,5为试块A焊缝经腐蚀后
在金相显微镜下放大100倍后不
同区域的组织
图5
由于制作金相试样时打磨工作做得不是很到位以及铝镁合金本身腐蚀就比较困难,难以掌握其中的度,故从上面的微观图中我们不能很清楚的观察到其母材、热影响区、熔合区以及焊缝。
但在实验的过程中我们遇到过好几种焊接缺陷,对此我们做了深入的探讨与研究,有了更深层次的认识。
例如:
缺陷一:
气孔
产生原因:
1)母材上油污、氧化物、锈、垢清理不干净;2)焊接参数选择不合理;3)焊接过程中熔池保护不良,电弧不稳定或电弧太长
防止措施:
1)焊前彻底清理焊缝区;2)勿使喷嘴过高,勿使焊接速度过大;3)焊接参数选择合理;4)查找原因,使焊接熔池免受不良侵扰,焊接现场要有挡风装置
缺陷二:
未焊透
产生原因:
1)焊接电流太小,弧长过长,焊接速度过快;2)表面和层间存在氧化物没有清楚;3)焊枪倾斜不正确
防止措施:
1)正确选用焊接参数;2)加强焊前清理与层间的清理;3)改进操作技术
缺陷三:
烧穿
产生原因:
1)电流太大;2)焊接过慢
防止措施:
1)适当减小焊接参数;2)提高焊接速度;3)改进操作技术
四、实验结论
4.1铝镁合金实验结论
1)、在正确的工艺措施和焊接工艺条件下,对5052铝镁合金进行手工TIG焊可获得性能良好的焊接接头,但考虑到条件限制和自身经验有限,实验操作过程中出现了诸如:
气孔、未焊透、烧穿、裂纹等缺陷,由此,我们深刻分析其形成原因及防治措施,使我们受益匪浅,对5052铝材TIG焊又有了深刻的认识。
2)同时应选用合适的焊接材料,有效清理油污并去除氧化物薄膜,可以减少气孔等缺陷的产生。
3)在5052铝镁合金的焊接实验中,严格执行焊接工艺规定,严格焊接技术管理,通过对5052铝材的焊接工艺分析,基本上掌握了5052铝材的手工TIG焊的操作要领,并用于实践,取得了良好的效果。
五、实验注意事项:
1.锯试样时小心被锯齿或钢板毛边划伤
2.焊接时注意戴防护设备,护目镜,手套,口罩等,焊后试样不要用手触摸
3.打磨试样时一定按照从大粒度砂纸到小粒度砂纸的顺序,制好的试样上不可留有划痕
4.腐蚀时要严格按照操作顺序进行,并动作要快,以防腐蚀过度
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