材料制备实验堆焊工艺实验报告.docx

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材料制备实验堆焊工艺实验报告

金属材料制备实验

（焊接部分）

实验名称：

金属材料表面堆焊强化工艺试验

院系：

材料科学与工程学院

专业：

金属材料成型加工

年级：

2012班级：

1班

姓名：

学号：

指导老师：

一、实验目的

1．掌握焊条堆焊的基本原理、目的及特点。

2．能够正确调整、使用焊接设备及工具并掌握堆焊的工艺方法。

3．堆焊过程中能够掌握堆焊层的高度、表面均匀无缺陷。

4．掌握堆焊层显微组织分析方法。

5．掌握利用硬度计检测堆焊层性能。

二、实验原理

堆焊方法是焊接技术的一个分支。

就其物理本质、冶金过程和热过程的基本规律而言，与一般焊接过程是相同的。

但是，它的目的不一样，它不是为了联接工件，而是采用焊接的方法，在零件的表面堆敷一层或几层具有一定性能材料的工艺过程，主要用于修复零件或者增加其耐磨、耐热、耐蚀等方面的特殊性能。

三、实验内容

打磨Q235钢表面，清除基体表面的氧化物等物质，并利用砂纸打磨后进行表面清洁处理。

Q235钢化学成分如下表所示：

Q235钢化学成分

Q235A

C0.14~0.22%

Mn0.30~0.65%

Si<=0.30%

S<=0.05%

P<=0.045%

Q235B

C0.12~0.20%

Mn0.30~0.67%

Si<=0.30%

S<=0.045%

P<=0.045%

Q235C

C<=0.18%

Mn0.35~0.80%

Si<=0.30%

S<=0.04%

P<=0.04%

Q235D

C<=0.17%

Mn0.35~0.80%

Si<=0.35%

S<=0.04%

P<=0.035%

根据所需要的性能选择合适的焊条。

J422焊条化学成分如下：

J422焊条化学成分

成分

C

Mn

Si

S

P

含量

<=0.12

0.30~0.60

<=0.25

<=0.035

<=0.04

根据所选择的焊条直接尺寸及基体Q235钢的厚度选择合适的电流及电弧高度。

并检查整个堆焊电路的完整确保安全无误后进行堆焊实验。

实验过程中注意观察电弧的形态、送入焊条的速度、电弧的高度及堆焊后的形貌。

完成每一道堆焊后都需要进行敲渣处理并观察其宏观外貌。

实验材料准备过程如下图所示：

打磨钢板表面

图1　实验材料准备过程

所用电焊机如下图所示。

图2　电焊机

第1道焊缝外观如下图所示：

图3　第1道焊缝外观

第2道焊缝外观如下图所示：

图4　第2道焊缝外观

第3道焊缝外观如下图所示：

图5　第3道焊缝外观

对堆焊后的焊件进行切割，分析金相组织和硬度值分布；

单道堆焊金相组织如下图所示：

焊缝区金相组织热影响区金相组织

母材区金相组织一层堆焊宏观图

图6　单道堆焊金相组织

双道堆焊金相组织如下图所示：

焊缝区金相组织热影响区金相组织

母材区金相组织两层堆焊宏观图

图7　双单道堆焊金相组织

三道堆焊金相组织如下图所示：

焊缝区金相组织热影响区金相组织

母材区金相组织三层堆焊宏观图

图8　三道堆焊金相组织

所用显微硬度计如下图所示。

图9　显微硬度计

不同道次堆焊的硬度值如下表所示。

位置

焊接一层

焊接二层

焊接三层

焊缝区

热影响区

焊缝区

热影响区

焊缝区

热影响区

显微硬度

155

186

296

181

209

175

分析堆焊工艺的优缺点及应用范围。

堆焊方法是焊接技术的一个分支。

就其物理本质、冶金过程和热过程的基本规律而言，与一般焊接过程是相同的。

但是，它的目的不一样，它不是为了联接工件，而是采用焊接的方法，在零件的表面堆敷一层或几层具有一定性能材料的工艺过程，主要用于修复零件或者增加其耐磨、耐热、耐蚀等方面的特殊性能。

它具有某些优点：

显著提高焊件的使用寿命、节省制造及维修费用并缩短修理或更换部件的时间、减少停机、停产的损失、方便灵活，设备简单，适用于小批量中小型部件。

堆焊作为材料表面改性的一种经济而快速的工艺方法，越来越广泛地应用于各个工业部门零件的制造修复中。

通常用来修复磨损和崩裂部分。

四、实验设备

电焊机、堆焊焊条、钢锯、Q235钢板、金相显微镜、抛光机、显微硬度计、砂轮机、砂纸、酒精、腐蚀液。

五、实验注意事项

1堆焊过程注意弧光灼伤眼睛

2堆焊前母材表面的氧化层一定要清理干净

3焊条使用前要进行烘干

4采用多层多道焊接时，焊接过程中要严格进行焊道、层间清渣，焊缝重叠量控制在1/2焊缝宽度左右。

六、实验结果与分析

1）堆焊后的宏观形貌

本实验只堆焊一层，焊后在母材钢板上有一层呈三角状的堆焊层，切开横截面，其具有与母材同样的金属光泽，打磨抛光后，仔细观察，可发现焊缝与热影响区间存在着分界线。

2）根据堆焊过程中所记录的电流和电压值并结合堆焊后板件的宏观形貌对结果进行分析。

在实验中我们发现，虽然设定的电压值为定值，但由于堆焊过程的影响，电流和电压都会发生变化，综合数据变化和板件的宏观形貌分析，如果电流较大时，电弧穿透能力增大，焊丝的融化速度也会增大，因此熔深会增大，熔宽也会增大，由于应力集中，堆焊余高也增加。

3）分析不同焊道的堆焊金相组织。

堆焊后，对板件切割并进行金相组织观察，通过一道至三道堆焊的金相组织图的观察和分析可发现，随着堆焊层数的增加，该区域相当于同时进行焊前预热和焊后热处理，组织更加均匀，没有应力集中，组织性能更好。

焊缝区金相组织热影响区金相组织

母材区金相组织焊缝区热影响区母材区过渡情况

4）分析不同焊道的堆焊显微硬度。

位置

焊接一层

焊接二层

焊接三层

焊缝区

热影响区

焊缝区

热影响区

焊缝区

热影响区

显微硬度

155

186

296

181

209

175

通过对焊接接头不同区域的显微硬度分子可知，堆焊后，焊缝区的硬度比母材的硬度要大，随着焊接层数的增加，热影响区由于被加热、保温的时间增加，晶粒长大，硬度有所降低，焊缝区随着焊接层数的增加，该区域相当于进行了焊前预热和焊后热处理，组织更加均匀，性能更好，堆焊第二层的硬度最大。

七、思考题

1）堆焊工艺与一般的焊接工艺区别是什么？

堆焊主要是以获得特定性能的表层、发挥表面层金属性能为目的，所以堆焊工艺应该注意以下特点：

（1）根据技术要求合理地选择堆焊合金类型；

（2）以降低稀释率为目的，选择堆焊方法；（3）堆焊层与基体金属间应有相近的性能；（4）材料堆焊必须根据具体情况正确进行选择；（5）提高生产率。

2）堆焊注意事项是什么？

1、堆焊过程注意弧光灼伤眼睛

2、堆焊前母材表面的氧化层一定要清理干净

3、焊条使用前要进行烘干

4、采用多层多道焊接时，焊接过程中要严格进行焊道、层间清渣，焊缝重叠量控制在1/2焊缝宽度左右。

3）堆焊原理是什么？

堆焊方法是焊接技术的一个分支。

就其物理本质、冶金过程和热过程的基本规律而言，与一般焊接过程是相同的。

但是，它的目的不一样，它不是为了联接工件，而是采用焊接的方法，在零件的表面堆敷一层或几层具有一定性能材料的工艺过程，主要用于修复零件或者增加其耐磨、耐热、耐蚀等方面的特殊性能。

4）多道堆焊与单道堆焊有何不同？

所谓多层多道就是为了避免焊接热输入量过高，而将焊道进行分层分道的焊接，多层多道堆焊避免了焊接热输入量过高，后道焊缝焊接时的加热过程是对前道焊缝的一次再热过程，有利于提高焊缝金属的塑性和韧性。

每道焊缝焊完后，必须认真清理焊渣，以减少焊缝的焊接缺陷。

5）堆焊与喷涂有何区别？

　堆焊是为增大或者恢复焊件尺寸，或使焊件表面获得具有特殊性能的熔敷金属而进行的焊接，它的目的不是为了连接工件，而是借助焊接的手段改变金属材料厚度和表面材质，即在零件上堆敷一层或者几层所希望性能的材料。

喷涂时以某种热源将粉末或者线状材料加热到熔化或者熔融状态后，用高压高速气流将其雾化成细小的颗粒，喷射到零件表面上，形成一层覆盖层的过程。

堆焊应用到母材较厚的材质修复当中，如煤磨、水泥磨、轧辊的修复；而喷焊用到母材较薄或不适合堆焊的器件修复或保护中，如高压锅炉管壁喷涂，风机叶片喷涂等