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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