焊接冶金实验指导书

《焊接冶金及金属材料焊接性》实验指导书适用专业:材料成型及控制工程课程代码:8209030总学时:48总学分:2.5编写单位:材料科学与工程学院编写人:王艳审核人:审批人:《焊接冶金及金属材料焊接性》实验指导书-1-目录实验一斜Y坡口焊接裂纹实验（实验代码1）………………………………………………２实验二典型金属焊接接头组织观察与分析（实验代码2）………………………………5主要参考文献…………………………………………………………………………………7《焊接冶金及金属材料焊接性》实验指导书-2-实验一斜Y坡口焊接裂纹实验（实验代码1）一、实验目的和任务掌握常用的可焊性实验方法中斜Y坡口焊接裂纹实验方法二、实验仪器、设备及材料手工电弧焊机，焊条预热炉，J402或J507焊条若干,A3钢、15MnMoVN、45钢钢板各5对（200mm×75mm×20mm）。三、实验原理本实验方法产生的裂纹多出现于焊根尖角处的热影响区。当焊缝金属的抗裂性不好时，裂纹可能扩展到焊缝金属，甚至贯穿焊缝表面。裂纹可能在焊后立即出现，也可能在焊后数分钟乃至数小时才出现。因此本实验方法主要适合于钢材焊接接头冷裂纹实验，也可做热裂纹实验，还可做母才和焊条组合的裂纹实验。四、实验步骤1．按图1组装试件；2．焊接拘束焊缝；3．焊接实验焊缝；A—AB—B图1试件的形状和尺寸加工示意图4．焊完48H后开始进行裂纹的检测和解剖。裂纹计算方法如下：1）．采用肉眼或其它适当方法来检查焊接接头的表面和断面是否有裂纹，并分别计算出表面裂纹率和断面裂纹率；2）．裂纹的长度或高度按图2进行检测，裂纹长度为曲线按直线长度检测，裂纹重迭时不必分别计算；3）．公式计算表面裂纹率CfLLf100%式中：Cf—表面裂纹率，%；Lf—表面裂纹长度之和，mm；《焊接冶金及金属材料焊接性》实验指导书-3-L—试验焊缝长度，mm。4）．将试件采用适当的方法着色后拉断或弯断，然后按图b检测根部裂纹，并按下述公式计算出根部裂纹率CrLLr100%式中：Cr—根部裂纹率，%；Lr—根部裂纹长度之和，mm；L—试验焊缝长度，mm。5）．对试件的五个横断面进行断面裂纹检查，按图c的要求测出裂纹的高度，用下式对这五个横断面分别计算其裂纹率，然后求出其平均值来。CsHHc100%式中：Cs—断面裂纹率，%；H—试样焊缝的最小厚度，mm；Hc—断面裂纹的高度，mm。6）．断面裂纹还可以采用下述方法进行计算，即将试验焊缝采用适当办法着色，然后把断面裂纹率用破断面的裂纹面积与全断面面积之比以百分率计算表示。a表面裂纹b根部裂纹c断面裂纹图2裂纹的长度或高度检测示意图五、实验报告要求1、画出斜Y坡口焊接裂纹实验试件的坡口2、测定不同钢种、不同预热温度、斜Y坡口焊接裂纹实验试件的表面、端面裂纹率记录表格1（常温焊接）钢种表面裂纹率%试件号及端面裂纹率A315MnMoVN45记录表格2（预热100℃焊接）钢种表面裂纹率%试件号及端面裂纹率A315MnMoVN45记录表格3（预热250℃焊接）钢种表面裂纹率%试件号及端面裂纹率A315MnMoVN《焊接冶金及金属材料焊接性》实验指导书-4-45记录表格4（预热100℃焊后放入100℃炉内加热1.5H取出）钢种表面裂纹率%试件号及端面裂纹率A315MnMoVN45记录表格5（预热250℃焊后放入250℃炉内加热1.5H取出）钢种表面裂纹率%试件号及端面裂纹率A315MnMoVN45六、实验注意事项1．拘束焊缝采用双面焊接，首先从背面焊第一层，然后再焊正面一侧的第一层，注意不要产生角度变形和未焊透，以下各层交替焊接，直至焊完。焊接试验部位用比2mm略大的塞片插入以保证试件间隙；2．焊条焊前要严格进行烘干；3．试验一般在室温进行，也可在各种预热处理条件下进行试验；4．手工焊接试验焊缝时，须在坡口外引弧，收弧也须离开坡口七、思考题1、三种钢分别预热到什么温度才不会出现裂纹？哪种钢裂纹倾向最严重？2、列出碳当量及裂纹敏感指数公式，并计算出三种钢的相应值3、斜Y型焊接裂纹试验数据在实际生产中如何应用？《焊接冶金及金属材料焊接性》实验指导书-5-实验二典型金属焊接接头组织观察与分析（实验代码2）一、验目的和任务通过对常用典型金属材料的金相组织分析，了解不同焊接方法和不同焊接材料所焊接头的微观组织形态。二、实验仪器、设备及材料抛光机，电吹风,金相显微镜,常见典型钢种焊接接头试样,各类型号的金相砂纸、脱脂棉、硝酸、抛光液等。三、实验原理焊接过程中，焊接接头各部分经历了不同的热循环，因此，所得的组织就不同。接头组织的变化将引起机械性能的变化。对焊接接头进行金相组织分析是焊接工艺评定不可缺少的项目之一。焊接接头金相分析包括宏观分析与微观分析。宏观分析主要是用肉眼或放大镜观察焊缝成型、结晶的方向、各种焊接缺陷，如气孔、裂纹、夹渣、未焊透等。微观分析是借助于100X以上的金相显微镜进行观察，分析焊缝结晶的状态、焊接热影响区的变化，以及接头中的各种微观缺陷，如显微裂纹、偏析等。焊接接头显微组织分布特征主要决定于焊接材料、母材种类及它所经受的焊接热循环。对于不宜淬火钢接头的组织特征可分为焊缝区、熔合区、过热区、相变重结晶区、不完全重结晶区、母材区。熔池金属开始结晶时，总是从靠近熔合线处的母材联生地长大起来，焊缝金属与联结处母材具有共同的晶粒，及形成交互结晶（联生结晶）。四、实验步骤1．制备试件；2．观察分析焊接接头微观组织。五、实验报告要求记录表格1低碳钢（A3)焊缝过热区细晶区部分相变区母材组织组织形貌简图记录表格2奥氏体不锈钢（1Gr18Ni9Ti)焊接接头晶间腐蚀焊后600℃加热焊后700℃加热焊后800℃加热有无晶间腐蚀、部位形貌草图记录表格3灰口铸铁焊接接头组织焊缝熔合区奥氏体化区《焊接冶金及金属材料焊接性》实验指导书-6-未预热焊接时的组织及特点描述预热300℃焊接时的组织及特点描述预热600℃焊接时的组织及特点描述记录表格4低合金钢焊缝过热区15MnVN埋弧焊接头组织SM490埋弧焊接头组织记录表格5描述下列焊接接头特征铝合金焊接接头（MIG)不锈钢与低碳钢焊接接头40Si2MnV钢筋闪光焊接头多层焊接头六、实验注意事项1．在观察显微组织时，先用显微镜低倍观察接头全貌，找出分析观察的区域，然后再用高倍观察各区的组织形态。2．在观察过程中切忌用手触摸试样表面或用手移动载物台上的试件。移动试件只需移动载物台，以免磨伤试件表面，影响观察。3．画组织图时应抓住各区典型组织的形态特征，不要将磨痕及杂质画在图上。七、思考题1．请回答为什么奥氏体不锈钢焊后加热800℃，晶间腐蚀现象减轻，如果加热到900℃估计会怎样？2．为什么铸铁预热600℃焊接，熔合区白口组织会少？为什么奥氏体化区均未发现白口组织？3．分析低合金钢的近缝区常得到什么组织？主要参考文献：《焊接冶金学（金属焊接性）》．周振丰编．机械工业出版社，2002