电弧焊工艺综合实验 学生用副本概要.docx
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电弧焊工艺综合实验学生用副本概要
电弧焊工艺综合实验
第一部分埋弧焊工艺实验
1.实验目的
（1）了解MZ—1000—2型埋弧焊机的结构、特点及操作方法；
（2）了解MZ—1000—2型埋弧焊机的自动控制原理；
（3）了解埋弧焊规范参数对焊缝成形的影响。
2.实验装置及材料
（1）埋弧自动焊机（MZ—1000—2型）1台；
（
2）试板（A3钢δ=16mm）若干；
（2）焊丝（H08Aφ4mm）若干；
（3）焊剂（431）若干；
（4）游标卡尺、秒表、砂纸等若干；
3.实验原理
埋弧焊规范参数及其对焊缝成形的影响
①焊缝的成形
焊缝的形状对焊缝质量和焊件的使用性能有很大影响，因此保证合适的焊缝形状是焊接工艺试验首先要解决的问题。
焊缝的形状通常用熔深Ｈ、熔宽Ｂ和余高ａ三个参数表示，其中最重要的是熔深。
合理的焊缝形状要求上述三个参数之间有合理的匹配。
在生产上常采用成形系数φ来表示熔深和熔宽的关系：
φ＝Ｂ／Ｈ（6.1）
成形系数的大小直接影响热源的使用效率和热影响区的大小，而且影响焊缝金属的结晶的方向，对杂质成分的偏析、成分的不均匀性和裂纹气孔敏感性有着直接影响。
埋弧焊时，一般要求φ＞１.3。
另外，改变焊缝的形状可以调整熔合比γ。
在焊接合金钢时，调整熔合比γ常常是防止焊缝冶金缺陷，特别是降低裂纹的敏感性，提高焊缝机械性能的一条重要途径。
②焊接电流、电弧电压和焊接速度的影响焊接电流、电弧电压和焊接速度是对焊缝成形影响最大的三个参数，在正常使用的规范范围内，变化规律如下：
焊接电流增大，焊缝的熔深和余高增大，熔宽没有多大变化（或略增大）。
熔深与焊接电流近似于成正比：
H=Km×I（6.2）
Km与焊丝直径、电流种类等有关。
电弧电压增大，熔宽增大，熔深、余高减小。
焊接速度增大，线能量ｑ／ｖ减小，单位长度焊缝上填充金属量减小，熔宽、熔深、余高均减小。
为了获得良好的焊缝成形，焊接电流、电弧电压和焊接速度要配合得当。
如在增大焊接电流时，也要适当提高电弧电压，作到大电流配大电压，小电流配小电压，这样电弧才可能最稳定。
在提高焊接速度时，也要相应地提高焊接电流和电弧电压，这样既可提高生产效率，又能保证焊缝成形。
4.实验内容及步骤
（1）熟悉焊机构造、工作原理、机头面板开关、按钮以及操作方法；
（2）按照焊机连线说明连接电缆，使焊接极性为直流反接。
连线前须断开电源，确保用电安全；
（3）将焊机机头置于轨道，支撑试板于焊嘴下方，注意试板须水平且能保证干伸长度为
（4）
（5）
（6）
（7）
（8）
（9）
（10）
（11）
（12）
（13）
（14）
（15）
（16）
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（18）
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（20）
（21）
（22）
（23）
（24）
（25）
（26）
（27）40mm；
（28）将焊机电源外特性开关设为陡降特性；
（29）焊丝除油锈，确保焊丝光亮，无油污、锈蚀等影响稳定焊接的因素；
（30）将焊丝装到机头上焊丝盘内；
（31）将焊剂通过滤网装入漏斗，确保焊剂无杂物；
（32）接通焊接电源；
（33）将机头面板上的“电源极性”键设为“直流反接”；扳动焊机机头开关，接通其电源；
（34）将机头面板上的“预调试/自动”键设为“预调”，将小车上的手柄放置为“松开”（手拉小车行走）或“啮合”（小车自动行走），按照表6-1数据调整焊接速度；
表6-1实验数据
焊缝
焊接电流（A）
电弧电压（V）
焊接速度（m/h）
熔深H（mm）
熔宽B（mm）
余高a（mm）
1—1
500
25
33
1—2
400
25
33
1—3
600
25
33
1—4
500
22
33
1—5
500
30
33
1—6
500
25
30
1—7
500
25
36
2—1
1000
32
30
2—2
600
32
30
2—3
800
32
30
2—4
1000
30
30
2—5
1000
42
30
2—6
1000
32
22.5
（35）将焊嘴置于欲焊焊缝起始点，按“手动送丝”的“下送”键或“上升”键，使焊丝通过送丝轮下放，且刚好轻轻接触试板；
（36）将小车上的手柄由“松开”转为“啮合”。
此时小车在未焊接的情况下不能随意走动；
（37）将焊剂漏斗打开，使焊剂漏下覆盖住伸出的焊丝和欲焊焊缝；
（38）按照表6-1数据，粗调焊接电流和焊接电压。
（39）将机头面板上的“预调/自动”键设为“自动”；
（40）将小车行走方向键设为“停止”，按机头面板上的“起动”键（绿键），引燃电弧；
（41）
（42）
（43）
（44）
（45）
（46）
（47）
（48）
（49）
（50）
（51）
（52）
（53）
（54）
（55）电弧引燃2秒后，将“小车行走方向”键按预先确定的小车行动方向设为“左（向前）”或“右（向后）”，焊接开始；细调焊接电流、电弧电压值并记录之，观察参数稳定情况；
（56）焊缝长度达到100mm左右。
按焊丝“上升”键1秒，并立刻按停止键（红键）5秒，停止焊接；
（57）若遇到特殊情况，按急停键（红键）停止焊接。
（58）关闭焊剂漏斗开关；
（59）关闭焊机电源开关；
（60）清理焊道表面未用焊剂，将其经滤网回收，倒入漏斗，继续使用；
（61）观察焊缝成形状况，并用卡尺测量每段焊缝的熔宽Ｂ、余高ａ，每个数据测量三次，取其平均值；
（62）改变焊接规范参数，重复实验步骤（6）-（23）。
（63）关闭焊接电源及总电源，将焊机面板上的开关全部放置到中间位置。
（64）用卡尺测量实验室提供的埋弧焊典型试样的每条焊缝的的熔深Ｈ及熔宽Ｂ、余高ａ，Ｂ、ａ值，每个数据测量三次，取其平均值。
5.实验数据整理及结果分析
（1）整理实验数据，填入表6-1中。
（2）总结焊接电流、电弧电压和焊接速度各参数与Ｈ、Ｂ、ａ的关系。
6.思考题
你所测的数据是否完全符合规律，不符合规律的原因是什么？
第二部分CO2气体保护焊工艺实验
1.实验目的
（1）了解CO2焊短路过渡的特点；
（2）了解焊接规范参数对CO2焊短路过渡电弧稳定性的影响；
（3）了解CO2焊短路过渡规范参数对焊缝成形的影响；
（4）掌握CO2焊机和光线示波器的使用操作方法。
2.实验装置及材料
（1）CO2气体保护焊焊机（MM350/NBV—500）1台；
（2）焊接小车及导轨1套；
（3）CO2气瓶、干燥器、减压阀及流量计1套；
（4）双踪示波器（DS5062CAE型）1套；
（5）低碳钢钢板（δ=6—8mm）数块；
（6）焊丝（H08Mn2SiAФ1.0mm）若干；
（7）游标卡尺、秒表等若干
3.实验原理
（1）短路过渡特点
图6-1电流、电压波形图
图6-2熔滴过渡过程
一个短路过渡周期，大体可以分为四个阶段：
①燃弧阶段②弧隙短路阶段
③成颈脱落阶段④电弧复燃阶段为衡量短路时间与燃弧时间匹配，可用燃弧时间比η来表示。
（2）短路过渡电弧的稳定性评定指标
在短路过渡焊接时，焊接过渡稳定性可用短路频率来表示。
短路频率越高，焊接过程越稳定。
因为频率高，意味着每次从焊丝向母材过渡的金属量少，熔滴细小，飞溅少。
因此电弧的稳定性可以用短路过渡频率来衡量。
（3）规范参数的合理选择与匹配
焊接规范主要包括焊接电流、电压、电流的种类与极性、焊接速度、焊丝干伸长，气流量等。
ⅰ）焊接电流If
焊接电流与电弧电压匹配得当时，可获得稳定的焊接过程，且飞溅小，焊缝成形好。
其他条件不变，焊接电流增大时，电弧力和热输入均增大，电阻热亦增加，热源位置下移，使熔深和余高都增加，熔宽略有增加。
若焊接电流过小，则电弧不稳，且不能熔化焊丝，而此时送丝继续，易使固体焊丝和母材发生抵触，从而堵丝：
但是若焊接电流过大，会引起严重飞溅。
ⅱ）电弧电压Uf
电弧电压标志着弧长的大小。
弧压增加则电弧功率加大，工件热输入增加。
但弧长拉长，电弧散热多，使焊丝融化系数降低。
且弧长增加，电弧分布半径增大，因此弧压增加时，焊缝变宽，余高扁平且熔深变浅。
弧压过高，弧长过长，电弧挺度变差，稳弧性差。
弧压过高，短路过渡会转成大颗粒长弧过渡，会引起焊接过程不稳定。
弧压过低，电弧能量过小，引弧困难，电弧稳定性也变差。
弧压小，电弧覆盖面变窄且电弧集中，此时熔深窄而深，所得焊道表面较凸。
为得到合适的焊缝成形，焊接电流与电弧电压应匹配，通常在增大电流的同时，也要适当增加电弧电压。
电弧电压的调节是通过调节送丝速度来实现的。
ⅲ）焊接速度V
焊接速度与焊接电流、电弧电压一样，都是决定熔深、焊道形状和熔敷金属量的重要因素。
焊速增加，线能量减小，熔宽、熔深、余高都减小。
焊速过快，将产生未熔合、未焊透现象，焊缝成形高低不平，间断不连续，同时产生咬边和大颗粒飞溅，焊速过快，不易形成稳定的电场发射，焊速过慢，会发生熔敷金属大量堆积、流动现象，对于薄件易烧穿；焊速的选择受送丝速度的影响，要通过试焊后观察焊道的成形情况来确定，焊速要和焊接电流、电弧电压相匹配。
ⅳ）焊丝伸出长度Ls
由于短路过渡焊时所用焊丝直径都比较小，因此焊丝伸出长度产生的电阻热便不可忽略。
若伸出长度过短，则喷嘴至工件距离太近，飞溅金属易堵塞喷嘴，甚至发生焊道与喷嘴粘连；若伸出长度过大，则焊丝易过热而成段熔断，飞溅严重，且由于大的电阻热，会使熔深变浅，发生未熔合现象，同时使气体保护效果变差，电弧稳定性变差。
根据经验，不同直径焊丝的伸出长度由下式决定：
Ls=10Ds（6.3）
其中：
Ds—焊丝直径
ⅴ）气体流量Q
短路过渡焊接气体流量Q一般在5～15L/min，在大电流、高速焊、焊丝伸出较长及室外作业等情况下，气体流量应适当增大，以使气体有足够的挺度，提高其抗干扰能力，亦提高稳弧性。
但是气体流量过大会使保护气紊乱度增大，反而使外界气体卷入，保护效果变差，
气孔增多。
ⅵ）电源极性
CO2焊一般采用直流反极性。
因为反极性时飞溅小，电弧稳定，成形好，且焊缝金属含氢量低，熔深大。
4.实验方法及步骤
（1）了解焊机和实验仪器的使用方法，掌握双踪示波器的使用方法。
（2）焊接试板：
①按图6-3连接实验线路。
图6-3实验线路图
②给气体干燥器接通电源，预热CO2气体；根据表6-2中的数据，调节气流量Q。
③接通示双踪波器电源；打开双踪示波器电源开关。
④接通焊机电源；根据表6-2中的数据，调节焊接电流If和电弧电压Uf；然后调整好焊接小车的行走方向和行走速度；再送丝至焊枪，根据表6-2中的数据，调节干伸长度L。
⑤启动焊枪上的焊接开关，引弧后立即合上小车的行走开关开始焊接。
⑥焊接时观察电弧燃烧稳定程度、飞溅颗粒的大小及数量；用示波器记录电弧电流、电压波形。
⑦焊接结束时，先关断焊枪开关和小车行走开关；
⑧用卡尺测量焊缝的宽度Ｂ、余高ａ，每条焊缝测量三次数据，取平均值。
⑨数出示波器Uf波形图上1秒内的波峰数，即为熔滴的短路过渡频率f。
5.实验数据整理及结果分析
①将实验中观察和测试的数据，填入表6-2中。
②画出焊接电流If、电弧电压Uf和焊接速度V等主要参数与熔滴短路过渡频率f的关系曲线图。
③画出焊接电流If、电弧电压Uf、焊接速度V和焊丝伸出长度Ls等主要参数与焊缝宽度、余高的关系曲线图。
④画出自己所测数据的电弧电压Uf波形图。
⑤根据实验中观察和测试的数据，分析各主要参数对短路电弧稳定性的影响。
⑥根据实验中观察和测试的数据，分析各主要参数对焊缝成形的影响。
6.思考题
你所测出的规范参数对焊缝尺寸影响的数据是否完全符合规律，如有不符，其原因为何？
表6-2实验数据记录
序号
If
（A）
Uf
（V）
V
（cm/min）
Ls
（mm）
Q
（L/min）
B
（mm）
a
（mm）
f
（次/秒）
飞溅
电弧
飘移
1
120
19
12
12
8
2
100
19
12
12
8
3
140
19
12
12
8
4
120
16
12
12
8
5
120
22
12
12
8
6
120
19
8
12
8
7
120
19
20
12
8
8
120
19
12
18
8
9
120
19
12
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