焊接实验报告

材料工程实验报告 （焊接方向）

任课教师： 施政 顾荣海 学 号： 060810316 姓 名： 王 光 华 所在院系：材料科学与技术学院

材料科学与技术学院 2011年11月 实验一 焊条设计及制备工艺实验 一、实验目的 1．了解焊条的结构和生产过程。 2．了解常用酸性焊条药皮配方的组成。 3．初步掌握焊条的设计方法和设计步骤。 二、实验设备及材料 1. 焊条制备系统：搅拌机、压涂机、送丝机、磨头磨尾机和烘干炉； 2. 天平，称药皮原料用； 3. 压制焊条用原料 （1）药皮原料：大理石、萤石、石英、钛白粉、金红石、45号硅铁、锰铁、钛铁等； （2）焊芯：压制焊条用H08A焊芯——砂纸打磨至表面无锈迹； （3）粘结剂：水玻璃

实验原理 1．压制焊条基本原理 焊条由药皮和焊芯组成，焊条结构如图1所示。焊条药皮的化学组成通常是根据焊条的力学性能和工艺性能要求将各种矿石粉和铁合金按一定比例配制而成。焊条压制前，应在药粉中加入适量的水玻璃并将其搅拌均匀，水玻璃与药粉的重量比通常控制在0.2左右。上述准备工作完成以后，再用涂敷机将其涂敷在焊丝表面。焊条涂粉原理如图2所示。焊条涂敷完成之后，接下来的工序是进行磨头、磨尾、印字和烘干。 2. 焊条设计原理与设计方案

（1）焊条设计依据 （A）被焊母材的化学成分、力学性能指标或其他特殊性能如耐热、耐蚀性能等 （B）焊接结构服役条件如工作温度、工作介质的性质、载荷大小及性质以及是否有耐磨或耐蚀要求等。 （C）施工现场的设备以及施工条件。 （D）焊条制造厂的生产条件。 （2）对焊条的基本要求 （A）必须满足对焊接接头的技术要求。 （B）具有良好的冶金性能和工艺性能。 （C）药皮压涂性好、易成形，压制后表面光滑无裂纹，并具有一定的强度和耐潮能力 （3）焊条设计步骤 （A）设计焊缝化学成分。焊缝的化学成分既要满足接头使用性能要求，又要考虑对焊接性的影响。常根据经验设计。 （B）确定焊缝金属的合金化方式。焊缝金属的化学成分确定后，应该考虑通过什么途径将合金元素过度到焊缝中。通常可选择的途径有三种：通过焊芯过渡、药皮直接过渡和经过熔渣与液态金属的置换反应过渡。 （C）确定焊条药皮类型。一般的原则是：焊接重要结构或低合金高强钢时，多选用低氢型药皮，对于焊接不太重要的碳钢或者强度较低的低合金钢结构，可选用钛钙型或铁铁矿型药皮。

三、实验内容和方法 1.焊条药皮配方设计 实验所用焊芯为直径3.2mm碳钢焊芯，用于对45钢平板进行堆焊，根据压制焊条基本原理、表1中药皮各个成份的作用及焊接冶金学基本原理设计焊条药皮成分。 表1：各种材料的主要成分以及在焊接过程中的主要作用 材料 主要成分 在焊接过程中的作用

金红石 TiO2 87～96% FeO≤0.5% SiO2≤0.75% S≤0.03% P≤0.05% ZnO≤1.0% (1)氧化性弱. (2)热脱渣性好. (3)电弧稳定,熔池平静. (4)使金属以细雾状过渡. (5)方向性焊接性好. (6)焊缝成型美观,熔渣覆盖好

钛白粉 TiO2≥98% S≤0.05% P≤0.05% (1)稳弧,使熔池平静,少飞溅,有导电性,操作方便. (2)形成短渣,对立,仰焊有显著效果. (3)能产生活泼的熔渣,均匀覆盖在焊缝上保护焊缝,TiO2 在高温下熔渣粘度 很低. (4)脱渣方便,TiO2 结晶速度快. (5)使焊波细致. (6)能与氧化铁结合成为钛酸盐进入熔渣起脱氧作用.

白云石 CaCO3·MgCO3 (1)造渣：镁在炉渣中以氧化物的形式存在，可以和其他的成分形成低熔点的化合物，从而促进前期迅速形成良好的炉渣。有利于后续的操作

白泥 SiO2 60~75% Al2O3 15~25% S≤0.05% P≤0.05% (1)主要用作粘结剂,白泥能产生药粉塑性,对焊条压制非常有利. (2)造渣. (3)内含结晶水.使用过多,会使渣粘度提高,使焊缝含氢量增加.

云母 SiO2 44~52% AL2O3 20~35% K2O+Na2O 7~14% S≤0.05% P≤0.05% (1)稳弧,造渣. (2)富于弹性,有利于焊条生产. (3)可增加药皮透气性,故对药皮易干裂和发 红有防止作用.

锰铁 Mn≥78% C≤1.0% Si≤1.5% S≤0.03% P≤0.20%

(1)脱氧. (2)脱硫. (3)放热并加快焊接反应速度. (4)补充焊缝中的锰量 钛铁 TiO2≤45% FeO 35～40% Fe2O3≤10% S≤0.03% P≤0.02% (1)促使熔滴以雾状过渡. (2)促使焊缝成型细而光滑. (3)有助于提高焊速,使焊缝易脱渣,但对方向性焊接和飞溅不利

水玻璃 硅酸钠 (1)粘结剂. (2)稳弧造渣. (3)过多过浓会造成焊速慢,飞溅大,渣的粘度提高,影响机械性能

考虑到实验成本等问题，决定使用实验指导老师所提供的药皮成分比例。具体见表2 表2：实验药皮成分 钛白粉 大理石 莹石 锰铁 钛铁 石英 45号硅铁 金红石 3% 40% 25% 4% 10% 5% 30% 2% 2. 配制湿涂料： 将表三中所列各物质精确称量后倒入容器中均匀混合，随后缓慢分几次加入水玻璃搅拌使其与药粉充分混合均匀。将黏度适合的湿涂料捏成拳头大小的团状备用。 3. 压制焊条 将团装湿涂料置入压涂机料缸中，并用工具夯实，将装满涂料的料缸装在压涂机上，启动油泵，准备涂粉。将打磨光亮的焊芯装入送丝机，启动送丝电机进行涂粉，涂粉完成后，焊条将自动被送入磨头磨尾机进行磨头磨尾加工，制备结束的焊条用烘干炉烘干。 五、实验结果分析 最终在制作焊条的时候，并不是所有焊条都成功地压制出来，有些焊条的药皮未很好的包裹在焊丝外面，有脱落现象，但还是有部分焊条顺利制作出来。 六、实验心得体会 焊条在手工电弧焊中是最为重要的，但经过实验后我才知道它的制作不是那么的容易，焊条不好在焊接过程中会产生很多缺陷。制作焊条需要以下步骤：焊条药皮配方设计、配制湿涂料和压制焊条，其中水玻璃的配制过程比较复杂。因为水玻璃在焊条生产中起着粘结和稳弧的作用，使用得当则稳弧好，粘接力强。而且水玻璃的成分和性能参数对焊条的生产工艺、 焊条的外观质量和内在质量以及熔敷金属性能等有着重要影响：如果浓度过高易抽芯断火；浓度过低则药皮不坚固、电弧不稳。水玻璃的浓度和粘度等因素都很大程度上决定了药皮的性能，制造温度也是需要的注意的，因为随着温度的升高，水玻璃的粘度也随之提高，温度降低又会导致水玻璃固化不能将药粉混合均匀。在实验过程中，要掌握好这几点，才能制作出合格的焊条。我们这次焊条制作比较失败的原因是机器长时间不运作造成的。

实验二 手工电弧焊操作练习实验 一、实验目的 1. 了解手工电弧焊的基本理论； 2. 熟练掌握手工电弧焊的基本操作及焊接规范参数调整的方法; 3. 观察焊接电流、焊接电压等参数对焊缝成型的影响； 4. 能熟练运用手工电弧焊进行焊接，并获得良好的成型效果； 二、实验设备与实验材料 1. 交流弧焊机 2. 5mm厚的45号钢板若干 3. J422焊条（直径2.5mm）若干 4. 面罩、手套、防护服若干 三、实验原理 两种或两种以上材质（同种或异种），通过加热或者加压或两者并用，来达到原子之间的结合而形成永久性连接的工艺过程叫做焊接。按照工艺方法将焊接分为熔化焊、压力焊、钎焊三种，熔化焊是将焊处加热到熔化状态，冷凝后形成焊接接头的焊接工艺方法，手工电弧焊（简称手弧焊）是熔化焊的一种。 手弧焊是利用手工操作在焊件与焊条之间引燃电弧，利用焊条与焊件之间产生的电弧热量来熔化焊件金属和焊条，冷却后形成焊缝的焊接方法。常用的手弧焊机可分为交流焊机和直流焊机两种，前者又分为动铁心式和动线圈式两种，如BX3—300—2型交流弧焊机，其中的“B”表示焊接变压器，“X”表示焊接电源外特性为下降特性，“3”表示动线圈式，“300”表示额定焊接电流为300A，“2”表示产品系列，如果把“BX”后面的数字“3”换成“1”即型号BX1—330，它表示该弧焊变压器为动铁心式，额定焊接电流为330A，直流焊机可分为弧焊发电机（如AXI—500型，“A”表示焊接发电机，“X”表示下降特性，“I”表示产品系列）和硅整流直流弧焊机（如ZXG—250型，“Z”表示整流，“X”表示下降特性，“G”表示硅整流原件）。 手工电弧焊常用焊条有两种：E4303（J422）和E5015（J507），前者为酸性焊条，用于低碳钢如钢筋、角铁、槽钢等的焊接；后者为碱性焊条，其抗裂性能较好，用于焊接含碳量较高的钢如45号钢和部分低合金结构钢的焊接。焊条的直径主要有φ2.5mm、φ3.2mm、φ4.0mm、φ5.0mm等几种。 依据要焊接的焊接厚度根据下表选择焊条直径： 焊件厚度(mm) ≤1.5 2 3 4~5 6~12 ≥13 焊条直径(mm) 1.6 2.5 3.2 3.2~4 4~5 5~6

对于低碳钢焊条，焊接电流值可以按照以下经验公式选取： I=（33~55）d 式中，I为焊接电流（A），d为焊条直径（mm）

引弧方式：接触引弧 在电弧焊中有相应的两种引弧方法，即非接触引弧法和接触引弧法。在非熔化极电弧焊中，广泛采用非接触引弧法，如钨极氩弧焊常用高频振荡器引弧，其电压高达2000V以上。在熔化极电弧焊中，如手工电弧焊、埋弧焊和熔化极气体保护焊中都采用接触引弧法。电弧的引燃过程如图3-2所示。 四、实验内容和方法

1. 实践练习手工电弧焊引弧过程； 2. 焊条类型的选择及焊接规范的正确预置：实验中焊条直径为2.5mm，钢板厚度为5.0mm。 3. 变换焊接位置操作，调整焊接规范观察不同焊接规范对焊接成型的影响； 4. 多批次操作练习手工电弧焊至熟练掌握。