Q345性能分析综合报告

1Q345性能分析综合报告一、实验原理焊接是一种非常重要的成形工艺方法，有许多产品和零部件都有焊接工艺环节。对这类产品来讲，焊接质量就决定了产品的寿命，所以在焊接工序之后进行宏观及微观组织检验是非常重要的一个环节。焊接是局部加热的过程，焊缝及其附近的母材都经历一个加热和冷却的过程，此过程将引起焊接接头组织和性能的变化，从而影响焊接质量。在焊接加热和冷却过程中，焊接接头各部分经受不同的热循环，主要是最高加热温度、加热速度和冷却速度不同，因而使得焊接接头各区域的组织各异。组织的不同，将导致力学性能的变化。所以对焊接接头进行金相分析，是对焊接接头力学性能鉴定不可缺少的环节。本实验采用的焊接相关知识有：埋弧焊使用方法、金相样品的制备、金相显微镜的使用、维氏硬度实验方法。利用四大块的知识对材料进行性能分析。1，埋弧焊的工作原理埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法。在焊剂层下，电弧在焊丝末端与焊件之间燃烧，是焊剂融化、蒸发，形成气体，在电弧周围形成一个封闭空腔，电弧在这个空腔中稳定燃烧，焊丝不断送入，以熔滴状进入熔池，与熔化的母材金属混合，并受到熔化焊剂的还原、净化及合金化的作用。随着焊接过程的进行，电弧向前移动，熔池冷却凝固后形成焊缝，密度较轻的熔渣浮在熔池的表面，有效地保护熔池金属，冷却后形成渣壳。焊接时焊丝连续不断地送进，其端部在电弧热作用下不断地熔化，焊丝送进速度和熔化速度相互平衡，以保持焊接过程的稳定进行。埋弧焊有以下优点：1）生产率高埋弧焊的焊丝伸出长度（从导电嘴末端到电弧端部的焊丝长度）远较手工电弧焊的焊条短，一般在50mm左右，而且是光焊丝，不会因提高电流而造成焊条药皮发红问题，即可使用较大的电流（比手工焊5－10倍），因此，熔深大，生产率较高。对于20mm以下的对接焊可以不开坡口，不留间隙，这就减少了填充金属的数量。2）焊缝质量高对焊接熔池保护较完善，焊缝金属中杂质较少，只要焊接工艺选择恰当，较易获得稳定高质量的焊缝。3）劳动条件好除了减轻手工操作的劳动强度外，电弧弧光埋在焊剂层下，有弧光辐射，劳动条件较好。埋弧自动焊至今仍然是工业生产中最常用的一种焊接方法。适于批量较大，较厚较长的直线及较大直径的环形焊缝的焊接。广泛应用于化工容器、锅炉、造船、桥梁等金属结构的制造。埋弧焊的主要缺点：1）埋弧焊采用颗粒状焊剂进行保护，一般只适用于平焊和角焊位置的焊接，其他位置的焊接，则需采用特殊装置来保证焊剂覆盖焊缝区。2)焊接时不能直接观察电弧与坡口的相对位置，需要采用焊缝自动跟踪装置来保证焊炬对准焊缝不焊偏。3)埋弧焊使用电流较大，电弧的电场强度较高，电流小于100A时，电弧稳定性较差，因此不适宜焊厚度小于1mm的薄件。22，金相样品制备用金相显微镜观察经过特别磨制的金相试样以研究金属和合金组织及内部缺陷的方法,叫显微镜分析方法。金相显微分析是研究金属内部组织最重要的方法之一。在生产科研中，利用金相显微镜来检验分析金属材料的显微组织是不可缺少的手段。它可以解决金属组织方面的诸多问题，如金属与合金组织、晶粒的大小和形状、裂纹以及热处理是否合理等。金属内部的组织，是有各种“相”组成的，各种“相”的分布、形态直接反映了金属的组织。金属样品是在显微镜下进行分析和研究的式样。用金相显微镜观察和研究金属内部组织的步骤为：首先是制备索取试样的表面，是其观察面为光洁程度很高的平面；然后选用合适的浸蚀剂，通过浸蚀使不同的“相”呈现出来，即可在显微镜下观察显微组织特征。试样表面比较粗糙时，由于对入射光产生漫反射，无法用显微镜观察其内部组织，因此要对试样表面加工，通常采用磨光和抛光的方法，从而得到光亮如镜的试样表面。这个表面在显微镜下只能看到白亮的一片而看不到其组织细节，因此必须采用合适的浸蚀剂对试样表面进行浸蚀，使试样表面有选择性地溶解掉某些部分（如晶界），从而呈现微小的凹凸不平，这些凹凸不平在光学显微镜的景深范围内可以显示出试样的组织形貌、大小和分布。3，金相显微镜的试样1）金相显微镜原理凸透镜可以将物体放大成像，但单个透镜或一组透镜构成的放大镜放大倍数有限。若利用另一组透镜将第一次放大的像再次放大，就可以获得更高的放大倍数。金相显微镜正是根据这一原理设计的。2）金相显微镜使用方法1，根据观察试样所需的放大倍数要求，正确选配物镜和目镜，分别安装在物镜座上和目镜筒内。2，调节载物台中心与物镜中心对齐，将制备好的试样放在载物台中心，试样的观察表面应朝下。3，将显微镜的灯泡插在低压变压器上(6～8V)，再将变压器插头插在220V的电源插座上，使灯泡发亮。4，粗调焦手轮，降低载物台，使试样观察表面接近物镜;然后反向转动粗，调焦旋钮，升起载物台，使在目镜中可以看到模糊形象;最后转动微调焦手轮，直至影象最清晰为止。5，适当调节孔径光阑和视场光阑，选用合适的滤镜片，以获得理想的物像。6，前后左右移动载物台，观察试样的不同部位，以便全面分析并找到最具代表性的显微组织。7，观察完毕后应及时切断电源，以延长灯泡使用寿命。8，实验结束后，应小心卸下物镜和目镜，并检查是否有灰尘等污染，如有污染，应及时用镜头纸轻轻擦试干净，然后放人干燥器内保存，以防止潮湿霉变。显微镜也应随时盖上防尘罩。33）关于焊接试宏观与微观组织分析1焊接接头的宏观组织如图1所示为焊接接头的宏观组织，可分为三部分：a)中心为焊缝区；b)靠近焊缝的是热影响区；c)两边为未受影响的母材区。4，维氏硬度试验方法1）试验原理维氏硬度是用一定的试验力将一个面夹角为136度的金刚石四棱锥压头压入试样的被试表面，试验力经过一定时间（保荷时间）保持后卸除。压头会在试样表面压出棱形凹陷（称为压痕），压痕为一正方形。测量试样表面压痕对角线长度，计算出压痕的表面积，维氏硬度值与试验力除以压痕表面积的商成正比。2）维氏硬度的表示方法维氏硬度表示为HV，维氏硬度符号HV前面的数值为硬度值，后面为试验力值。标准的试验保持时间为10～15S。如果选用的时间超出这一范围，在力值后面还要注上保持时间。例如：600HV30—表示采用294.2N（30kg）的试验力，保持时间10～15S时得到的硬度值为600。600HV30/20—表示采用294.2N（30kg）的试验力，保持时间20S时得到的硬度值为600。3）维氏硬度试验的优点维氏硬度试验的压痕是正方形，轻廓清晰，对角线测量准确，因此，维氏硬度试验是常用硬度试验方法中精度最高的，同时它的重复性也很好，这一点比布氏硬度计优越。维氏硬度试验测量范围宽广，可以测量目前工业上所用到的几乎全部金属材料，从很软的材料（几个维氏硬度单位）到很硬的材料（3000个维氏硬度单位）都可测量。维氏硬度试验最大的优点在于其硬度值与试验力的大小无关，只要是硬度均匀的材料，可以任意选择试验力，其硬度值不变。这就相当于在一个很宽广的硬度范围内具有一个统一的标尺。这一点又比洛氏硬度试验来得优越。4）维氏硬度试验的缺点4维氏硬度试验效率低，要求较高的试验技术，对于试样表面的光洁度要求较高，通常需要制作专门的试样，操作麻烦费时，通常只在实验室中使用。5）维氏硬度试验机操作规程a)试样表面的表面粗糙度要求Ra3.20μm。b）根据试样的厚度选择负荷，试件厚度H应大于对角线长度的1.5倍，即H1.5d。c)试验时将试样放入工作台，转动物镜与压头转盘，将压头转到工作太中心位置，在转动时要避免碰坏压头。d)将加载操作手柄旋至水平位置，转动负荷值手轮，调好加载负荷值，旋转工作台升降手轮，直到试样与压头保护套紧密接触为止。e)向左转动操作手柄，使负荷作用到试样上，从指示灯亮到熄灭；转动升降手轮使试样离开压头；转动压头转盘是物镜转到工作台中心，再通过转动升降手轮来调整试样与物镜间的距离，直到在目镜内看清压痕为止。f)通过目镜测微计测量压痕对角线平均值，在维氏硬度值换算表中查出硬度值或计算出得硬度值，最后取下试样。g)注意试样上两压痕中心距及压痕中心到试样边缘的距离，均不得小于2.5倍压痕对角线。二、操作过程1，实验采用两块厚度10mm的Q345钢板，焊剂采用HJ431，焊丝采用H10MnA，用埋弧焊机将两块钢板焊接，正反各焊一道焊缝，正面焊的焊接电流为545A，焊接电压为30V；反面焊的焊接电流为600A，焊接电压为33V。焊接速度为27.6m/h。2，板件焊完待冷却后，利用钢锯将其加工，截取适当大小，利用砂轮机对试块表面进行打磨，试样表面不得有锈斑、油腻及加工痕迹等，得到平整的磨面。3，用不同型号的金相砂纸依型号按顺序从粗到细依次磨光。本次实验磨了六张砂纸，依次由一号砂纸磨到六号砂纸，细磨时将砂纸平放在平的玻璃板上，一手压住砂纸，一手握住试样，将带磨面轻压在砂纸上向前推进。在磨面上所加的压力应力求均衡，磨面与砂纸必须完全接触，这样才能使整个磨面平均地进行磨削。4，每次换砂纸时一定要把上道砂纸留下的砂粒等清扫干净。5，最后一道细磨是，砂纸放平在玻璃板上后，一定要将带磨面轻压在砂纸上向前推进，以便得到较好的磨面，为抛光做好准备。6，用干净的清水反复冲洗，将试样上得砂粒等清洗干净。7，在抛光机上进行抛光，在抛光过程中，要求加抛光粉或抛光膏。完成之前用干净的抛光布进行最后抛光。8，用干净清水冲洗，要求将试样上得抛光粉等污物清洗干净。9，选用适合的浸蚀剂进行试样浸蚀。在浸蚀过程中用棉球蘸取浸蚀剂进行擦拭，以试样不发黑为准。10，用酒精冲洗干净后用热风吹干，之后用显微镜观察金相组织。11，按照金相显微镜使用相关流程对试样表面进行观察，对母材、焊缝、熔合区及其交界处进行观察并且拍照。512，按照维氏硬度试验使用方法对试样表面的母材、焊缝、熔合区以及交界处进行硬度测试，测试之后对数据进行记录。13，对实验所得照片进行分析，完成实验报告。三、实验结果（1）以下是在金相显微镜下观测的焊缝各个部分图一焊缝金属6图二两焊缝与母材交界处图三焊缝与母材交界处7图四焊缝与母材交界处图五母材金属8（2）以下是用维氏硬度测试后的图片以及试验机导出的硬度报告。图六正面焊缝HV=172.2图七反面焊缝HV=181.79图八焊缝热影响区HV=194.5图九焊缝热影响区HV=192.610图十焊缝热影响区HV=190.7图十一母材HV=168.611报告日期2011-12-720:45:50试样名称Q345试样标识2011-12-15试验负荷4.903N(500gf)保荷时间10S测试点数6第01点D1=73.98D2=72.79HV=172.2第02点D1=71.43D2=71.43HV=181.7第03点D1=69.39D2=68.71HV=194.5第04点D1=71.77D2=67.01HV=192.6第05点D1=70.58D2=68.88HV=190.7第06点D1=73.30D2=75.00HV=168.6最大值=194.5最小值=168.6平均值=183.4重复误差=25.8相对误差=14.09%试样各位置硬度分布图155160165170175180185190195200焊缝HAZ母材硬度试样各部位12四、问题分析及解决方法1，埋弧焊阶段，刚开始焊时，板被还穿，导致板子开头部分焊缝没成形。问题分析：板子在用二氧化碳保护焊打点时，因为其中一块板子的一侧有斜度，预先固定后，相当于给板子开了个坡口；埋弧焊时，要预先将焊丝顶到焊缝，因为坡口的存在，焊丝进入坡口太多，顶到了板子内部，导致在焊接初始阶段板子被焊穿了。但同时也是因为坡口的存在，在正反两面焊后，板子被完全焊透，没出现未焊透的情况，未之后组织的测定分析奠定了好的基础。2，试样有点短，进行细磨时不太方便。问题分析：刚开始试样长度是适中的，但是在用砂轮打磨时，因为两面磨得过多，所以试样变得较短，以后制试样时，需留出一定的余量，这样在打磨后，长度会变得较为适中，方便磨制以及之后的性能分析。3，在打硬度时，母材金属位置不容易找到，很多试样宽度比我还小的人都很容易找到了位置，但是自己这块找起来却很困难。问题分析：仔细分析来，因为之前板子在焊接时，有类似于坡口的缝隙，所以焊接时热输入很大，于