1 材料成型及控制工程实验指导书.docx

1、1 材料成型及控制工程实验指导书材料成型及控制工程实验指导书 赵玉梅 彭道衡 王金凤 编写 材料工程系 2000年修订1、冶金综合性能实验（二） 12、CO2气体保护焊工艺及设备实验 73、焊条配制综合性试验 104、热轧低合金结构钢斜Y型坡口焊接性试验 145、弧焊变压器结构及交流电弧波形测试 186、弧焊整流器结构及电源外特性测试 227、钨极氩弧焊工艺及设备实验（一） 268、钨极氩弧焊工艺及设备实验（二） 299、埋弧自动焊机工艺及设备实验 3210、钎焊工艺实验（一） 3511、钎焊工艺实验（二 3912、点焊工艺实验 4313、CO2气体保护焊工艺实验 4614、交流式点焊工艺实验

2、 4915、激光焊接工艺实验 52冶金综合性能实验（二）实验学时8h实验性质综合性实验要求必做所属课程材料成型原理本实验综合了焊接冶金学焊接化学冶金原理、焊接缺陷、焊接金相组织,材料成型原理课程中的金属凝固原理、焊缝及热影响区的组织和性能应用等知识；使学生综合运用以上知识对焊接冶金学及金相组织及性能的影响因素进行综合分析，提高学生的动手能力和综合分析能力。一、实验目的1、掌握堆焊、角接、坡口对接及单层单道焊、多层多道焊的焊接技术；2、掌握手工电弧焊焊缝常见缺陷及实验时形成该缺陷的原因；3、掌握金相试样制取技术，观察焊接接头的微观组织，且能分析焊缝组织产生的机理； 4、分析母材、焊材、焊接方法、

3、预热温度、焊接层数在堆焊、角接、坡口对接等焊接方法对焊缝组织性能、焊接接头质量的影响；二、要求1、根据给定实验条件，应用所学的实验优化设计的知识，设计正交实验表，选择实验方法。2、给定条件：母材：45钢、Q235；焊材：J507（3.2、4.0）、J422（3.2、4.0）焊接方法：堆焊、坡口对接、角接；温度：室温、160预热、270预热；焊接层数：单层单道焊、多层多道焊；如表1所示。3、用砂轮切割机将焊接接头沿图示虚线切开，在砂轮机上粗磨后，再在金相砂纸研磨、抛光。到金相显微镜下观察不同焊接条件金相组织间的差异；三、实验设备及实验材料1、交流电弧焊机BX1-3002、硅整流式弧焊机ZXG-4

4、00、ZDK-500、3、逆变式弧焊机WSM-3154、弧焊发电机AX4-400 5、抛光机P-2A6、金相显微镜XJX-17、电焊条J507、J422，直径3.2、4.0等。8、典型金相图片、金相砂纸、吹风机、平板玻璃、脱脂棉、硝酸酒精等。四、实验过程及步骤 （一）实验准备1、每2人一组从实验指导教师处领取实验所需钢板及焊条。2、坡口对接时先进行点固，两板间留2mm间隙。点固前在间隙下面垫上2.5mm焊丝头，将间隙处抬高，预留反变形余量。3、角接时也要进行点固，实验时不可进行船型位置焊接，应严格按角焊缝位置焊接。4、堆焊时在试件一端焊306020（mm）的焊缝，另一端作为切割夹持端。5、焊4

5、5钢用J5073.2、4.0焊条，采用直流焊机；焊Q235用J4223.2、4.0焊条，采用交流焊机。6、单层单道坡口焊时，用3.2焊条100A左右电流打底后再进行单层焊。焊接时采用上坡焊技术，即将试件一端垫高，从低向高处焊。100mm长焊道用4根4.0焊条200A左右电流将坡口分四段填满；多层多道焊时也要用3.2焊条100A左右电流打底，采用水平位置平焊、每道焊后必须清渣，以免形成夹渣。同时要防止咬边，焊接时采用短弧焊且焊接角度正确（70 90）的方法将焊缝焊满。 150 100 100 100 80 100 20 10 =20 用于堆焊和对接 =10 用于角接图1 板材尺寸（二）焊接试件1

6、、按正交实验选定的焊接方案进行焊接准备；2、调节好焊接规范（做好记录）；3、根据选择的焊接方案，将钢板分别进行预热或不预热处理，然后再采用：单层单道焊多层焊堆焊等焊接方式焊接试件。要求焊缝的每层厚度不小于3；4、焊接完毕在室温下冷却，等待切割。 6090 20-2.0(1) 坡口对接 A 单层单道 B 多层多道 （2）堆焊（3）角接图2 焊接方法（三）金相试样分析1、 将焊接后的试件沿图示方向切开，准备制取金相试样（如图3）。切割试样时，应注意夹紧试样，按下切割手柄时用力均匀，始终用水冷却切割试样。注意不要敲击砂轮片，实验人员不要站在砂轮旋转的切线方向，以免砂轮及试样飞出伤人。 ( 1 ) 坡

7、口对接 （2）堆焊（1） （3）角接图3 试样切割部位（虚线位置为切割部位）2、在粗砂轮机上打磨金相试样后，再在较细砂轮机上进一步打磨。此时注意不要戴手套，应站在砂轮机侧面均匀用力，将磨削面磨平；打磨时注意及时用水冷却试样；3、采用280#、360#、540#和精磨砂纸按次序将试样磨光（注意换砂纸时将试样的打磨方向与原打磨方向垂直），直到试样划痕很浅很细后，才能在抛光机上抛光； 4、将抛光后的试样先用酒精擦洗，再用3%的硝酸酒精溶液腐蚀几秒钟至试样表面变暗后，用水冲洗干净，用酒精棉擦干，最后将试样吹干；5、在金相显微镜下观察试样的金相组织；6、分析母材、焊材、焊接方法、预热温度、焊接层数在堆焊

8、、角焊、坡口对接等焊接方法下对焊缝组织性能、焊接接头质量的影响；五、实验思考题1、试述手工电弧焊焊缝常见缺陷及实验时形成该缺陷的原因；2、叙述对本组实验方案制定的目的；3、分析母材、焊材、焊接方法、预热温度、焊接层数在堆焊、角接、坡口对接等焊接方法对焊缝组织性能、焊接接头质量的影响；表1给定实验条件母材焊 条牌 号、直径焊 接方 法温度条件焊 接层 数45钢J5074.0坡口对接室温单层单道焊3.2多层焊堆焊角焊160预热单层单道焊多层焊270预热单层单道焊多层焊Q235J4224.0坡口对接室温单层单道焊3.2多层焊堆焊角焊表2 参考方案序号母材焊条牌号、直径焊接方法温度条件焊接层数145钢

9、J507 、4.0坡口对接室温单层单道焊245钢J507 、3.2坡口对接室温多层焊345钢J507 、4.0堆焊室温多层焊445钢J507 、4.0角焊室温多层焊545钢J507 、4.0坡口对接160预热单层单道焊645钢J507 、3.2坡口对接160预热多层焊745钢J507 、4.0堆焊160预热多层焊845钢J507 、4.0角焊160预热多层焊945钢J507 、4.0坡口对接270预热单层单道焊1045钢J507 、3.2坡口对接270预热多层焊1145钢J507 、4.0堆焊270预热多层焊1245钢J507 、4.0角焊270预热多层焊13Q235J422 、4.0坡口对接

10、室温单层单道焊14Q235J422 、3.2坡口对接室温多层焊15Q235J422 、4.0堆焊室温多层焊16Q235J422 、4.0角焊室温多层焊六、实验预习报告要点1、查阅手工电弧焊焊缝常见缺陷及形成原因。2、查阅焊接接头质量的一般影响因素。评分标准项目分值占总成绩的比例评分内容评分标准预习1025%1、预习手工电弧焊焊缝常见缺陷及产生原因；2、预习单层单道焊、多层多道焊和堆焊焊接工艺方法； 3、预习手工电弧焊的操作技术及金相试样制取技术； 4、对实验步骤、方案有自己的设计与见解，并有预习笔记和预习报告； 5、对教师的口头提问能回答出要点。逐项内容按：1、完全符合要求不扣分； 2、某项基

11、本符合要求扣1分；3、某项完全不符合要求不得分操作1025%1、实验前先在废钢板上预习焊接单层单道焊、多层多道焊和堆焊焊接工艺方法；2、实验时按实验指导书要求焊接、解剖及分析试件； 3、熟练掌握金相试样制备技术，且能分析焊缝金相组织；4、正确详细的实验记录，且经教师签字认可； 5、实验结束，实验仪器还归原位，室内卫生清扫。逐项内容按：1、完全符合要求不扣分；2、某项基本符合要求扣1分；3、某项完全不符合要求不得分实验报告1050%1、实验报告格式规范，字迹工整，认真； 2、 准确分析焊缝内、外部焊接缺陷及产生焊缝原因；3、金相组织观察准确，且能分析焊缝组织产生的机理；4、思考题的回答必须与实验

12、数据相结合，理论联系实际回答思考题 5、实验报告、心得体会与建议有自己的见解，不得与他人雷同。逐项内容按：1、完全符合要求不扣分；2、某项基本符合要求扣1分；3、某项完全不符合要求不得分CO2气体保护焊工艺实验实验学时4h实验性质综合性实验要求必做所属课程材料成型工艺本实验综合了弧焊电源中弧焊整流器结构；电弧焊CO2气体保护焊焊控制电路原理、CO2气体保护焊工艺参数、熔滴过渡方式等知识。使学生综合运用以上知识对CO2气体保护焊工艺进行综合研究，提高学生的动手能力和综合分析能力。一、实验目的和要求1、了解X500PS型熔化极自动CO2气体保护焊焊机及TPS4000全数字化脉冲焊机的结构特点；熟悉

13、焊机各控制按钮、旋纽、开关的作用及使用方法；初步掌握焊机的使用方法及其注意事项。2、掌握焊接规范对熔滴过渡、飞溅、电弧稳定性、焊缝成型的影响。3、对试焊焊接规范比较，找出合适规范，焊出合格的焊接接头。二、实验设备、仪器及材料X500PS型熔化极自动CO2气体保护焊焊机 1台TPS4000全数字化脉冲焊机 1台CO2气体 1瓶频率计 1台双踪示波器 1台H08Mn2Si焊丝若干；工具一套；腐蚀剂一小瓶、药棉若干、镊子一把。三、实验内容及步骤1、在教师带领下了解X500PS型熔化极自动CO2气体保护焊焊机及TPS4000全数字化脉冲焊机的结构特点；熟悉焊机各控制按钮、旋纽、开关的作用及使用方法；初

14、步掌握焊机的使用方法及其注意事项。 2、选择焊接规范，分别在2、2.5、3、8钢板上试焊，得到2、2.5、3、8板厚的合适焊接规范。3、再依据合适的焊接规范焊接2、2.5、3、8各一组对接试样。必须评价焊接规范对熔滴过渡、飞溅、电弧稳定性、焊缝尺寸和成型的影响，将结果填入附表。4、横向切割2、2.5、3、8试件，用砂轮打磨焊缝断面，腐蚀焊缝断面，测量焊缝的熔深、焊缝宽度、余高，用以比较不同焊接规范对焊缝成型的影响，通过分析焊缝尺寸的优缺点来改善焊接工艺。5、整理并检查实验记录，交指导教师审阅。6、切断一切电源、水源，清理实验场地。四、注意事项 1、对焊机的操作规程进行详细了解，对焊机接线详细检

15、查，并经教师批准后方可合闸进行实验；2、整机通电以后，应检查焊机的运转情况，认为一切正常后才能开始实验； 3、严防焊机输出端短路；4、双踪示波器的接线要注意选好公共端； 5、规范参数及数据的记录要及时、准确；现象观察要仔细，记录要详尽。五、实验预习要点1、复习教材中CO2气体保护焊设备、规范参数对熔滴过渡影响等有关知识；2、预习实验指导书，明确本实验的目的，掌握实验步骤和方法。六、实验报告及其要求1、在“实验结果”一栏中，应该用表格方式列出焊接规定参数试验的有关数据和现象；据此绘出有关特性曲线；2、在“现象、分析与结论”一栏中，重点阐述、分析以下两个问题：3、CO2气体焊接时，焊接工艺制定的要

16、点；4、分析CO2气体焊接时，规范参数对焊缝成型的影响；5、写出实验后的心得体会与建议。附录 规范参数试验记录表试 验参 数熔 滴过 渡飞 溅情 况电 弧稳 定 性焊缝尺寸及 成型 评分标准项目分值占总成绩的比例评分内容评分标准预习1025%1、预习X500PS，TPS4000CO2气体保护焊焊机结构特点，WSM315型焊机结构特点，各部分协同动作极外部接线； 2、预习CO2气体保护焊熔滴过渡方式； 3、预习焊接规范对熔滴过渡、飞溅、电弧稳定性以及焊缝成型的影响；4、对实验步骤有自己的见解与设计，并有预习笔记和预习报告； 5、对教师的口头提问能回答出要点。逐项内容按： 1、完全符合要求不扣分；

17、 2、某项基本符合要求扣1分； 3、某项完全不符合要求不得分操作1025%1、积极参与分工协作，掌握焊机结构，外部接线； 2、X500PS，TPS4000CO2气体保护焊焊机使用方法，焊接工艺参数调节及参数的设置；3、仔细观察两种熔滴过渡方式的焊接现象与焊接工艺参数以及切割试件、打磨试件、腐蚀试件方法正确； 4、有正确详细的实验记录，且经教师签字认可； 5、实验结束，实验仪器回归原位，室内卫生清扫。逐项内容按：1、完全符合要求不扣分； 2、某项基本符合要求扣1分； 3、某项完全不符合要求不得分实验报告1050%1、实验报告格式规范，字迹工整，认真； 2、用方格表列出焊接规范参数有关的实验数据和

18、现象；3、绘制有关特性曲线； 4、思考题回答必须与实验数据相结合，理论联系实际回答问题； 5、实验报告、心得体会与建议有自己的见解。逐项内容按：1、完全符合要求不扣分； 2、某项基本符合要求扣1分； 3、某项完全不符合要求不得分焊条配制综合性实验实验学时12h实验性质综合性实验要求必做所属课程焊接冶金学本实验综合了焊接冶金学中焊条化学冶金过程、焊条药皮配方设计及焊条制造，焊条金属的加热与熔化特性、过渡特性。学生通过综合运用以上知识对焊接焊条配制方法及焊条实验方法的掌握，进一步提高学生的动手能力和综合分析能力。一、 实验目的1、 了解焊条的药皮成分对焊条的工艺性能、冶金性能以及对焊接接头质量（气

19、孔、裂纹、夹杂等）的影响，以加强对焊接化学冶金的感性认识。2、 熟悉焊条配制的一般原则和制造工艺。3、 熟悉焊条对比实验的步骤和方法。二、 要求1、 以J507(符合GB5117-85，E5015)和J422(E4303)两种常用典型焊条配方为例，了解焊条药皮中各种成分对焊条的工艺性能、冶金性能以及对焊接接头质量的影响。2、 在教师指导下，由学生对焊条药皮配方进行改进性调整，通过实验进行论证，以增强分析问题和解决问题的能力。3、 学会焊条配制的一般原则和制造工艺，重视对原材料的要求。4、 对配制好的焊条进行下列实验：焊条工艺性能（稳弧、脱渣、成型、飞溅等）试验；抗气孔、裂纹试验。5、 对试验所

20、得结果结合课堂知识进行综合分析，写出完整的实验报告，由教师记入平时成绩。三、 实验过程（一）按以下给定的参考配方设计实验配方。J507参考配方(g)大理石萤石石英石钛白粉钛铁中碳锰铁45#硅铁纯碱稀土30502030581291525241212J422参考配方(g)金红石钛白粉大理石长石云母高岭土（陶土）白云石中碳锰铁3036710684781110157121215H08A、3.2，重量系数约30%，钾钠混合水玻璃、浓度为45波美度。烘干温度 J507 3504501.5hJ422 2002501.5h（二）分组及调制配方方法按班级人数平分成两大组，第一大组调试J422配方，第二大组调试J

21、507配方。调J507配方时，2人调大理石，2人调萤石；其余每2人调一个成分，每2人设计35个配方。调J422配方时，2人调金红石，2人调大理石，其余每2人调一个成分，每2人设计35个配方。调制配方方法是：将指定要调的成分由下限到上限以0.5g、1g、2g、3g、4g、5g为等差级数分组，其余成分取上下限平均数。（三）手工搓制焊条试验1、按每组设计出的35个配方，称药粉50g（半组配方），倒入研钵混合均匀后，加入适量水玻璃搅拌成面团(干湿一定要适度)，在玻璃板上按5等分分割，用潮布覆盖好。取出H08焊芯，将1/5面团均匀敷在焊芯上，像擀面条一样轻轻搓制，外表光滑后，将一端约1520mm药皮去掉

22、留出夹持端，做好标记晾在焊条架上，自然干燥后按烘干温度进烘干箱烘干。2、每人领取烘干后的焊条，选用合适的焊机(J507焊条采用直流反接，J422焊条采用交流焊机)，调整好规范，根据焊条工艺性能要求，仔细观察试焊结果，做好记录，把自己认为性能最佳配方确定下来。3、按照最佳配方称重150g粉（一组半配方），倒入研钵搅拌均匀，加入水玻璃和出干湿适度面团，15等分后搓出15根焊条，自然干燥后按要求烘干待用。（四）对比实验1、去本组配方焊条12根，再取市售焊条12根，在普通钢板上焊接，分析焊接现象，填下表：焊条工艺性能焊条名称裂纹总长度（mm）焊瘤（处）夹渣（处）表面气孔（个）飞溅大小脱渣性焊缝成型稳弧

23、性市售试验2、焊条效率，金属回收率和熔敷系数的测定（每2人一组进行试验）（1）领取两块钢板并称其重量；H08光焊芯5根称其重量。焊市售焊条钢板= （g）焊试验焊条钢板= （g）H08光焊芯 = （g）（2）调好焊接规范（3）在试板上堆焊，连续烧5根焊条，并测定电弧燃烧时间（扣除换焊条时间）市售焊条5根总燃烧时间= （h）试验焊条5根总燃烧时间= （h）(4)收集每种焊条称其重量，算出每种焊条熔化焊芯重量，5根光焊芯-5个焊条头（去掉药皮）=熔化焊芯重量（5）焊后清除所有的渣壳等，然后称量试样（钢板）重量市售= （g）试验= （g）（6）计算（）焊条效率=（熔敷金属重量/熔化焊芯重量）100%（

24、）焊条金属回收率=（熔敷金属重量/施焊焊条的总重量）100%（）熔敷系数=熔敷金属重量（g）/焊接电流（A）电弧燃烧时间（h）焊条效率、焊缝金属回收率、熔敷系数焊条名称焊条效率（%）焊缝金属回收率（%）熔敷系数（g/A.h）市售试验3、抗气孔试验（1）抗湿性试验（）每人领取在同样烘干温度同时出炉的市售和试验焊条各4根，编4个号，浸泡在冷水中，1号(5分钟)、2号(10分钟) 、3号(15分钟)、 4号(20分钟)。（）调好焊接规范，在试板上平焊，每焊完一根后清渣检查表面气孔，并做好记录。（）注意：浸泡焊条时间一定要准确，若超时，则按超时时间以相等步长顺延。抗湿性试验结果时间名称1号(5分钟)2

25、号(10分钟)3号(15分钟)4号(20分钟)市售试验（2）抗锈能力试验（）每人称量0.2g、0.4g、0.6g、0.8g铁锈，市售、试验各4根焊条（）领取试板一块，用粉笔划出四道100mm长焊缝。（）将每份铁锈均匀放到100mm焊缝内，要求一根焊条只焊100mm长。每焊完一根焊条清渣，检查表面气孔。（）焊接时，严防铁锈别被吹走。抗锈能力试验结果铁锈名称0.2（g/100mm）0.4（g/100mm）0.6（g/100mm）0.8（g/100mm）市售试验四、 实验报告内容1、 实验目的和要求。2、 实验所用的设备和仪器名称及型号。3、 手工搓制焊条过程。4、 简述焊条药皮中每种成分的作用和对

26、性能的影响。5、 对试验所得数据（市售、试验）进行汇总和对比分析（从成分、工艺性能入手）。6、 分析阐述焊缝气孔产生的主要原因？J422和J507在抗气孔，抗锈能力的差异？7、 实验体会和改进意见五、 预习知识要点1、 了解焊条药皮成分对焊条的工艺性能、冶金性能以及对焊接接头质量（气孔、裂纹、夹渣等）的作用与影响。2、 熟悉焊条配制的一般原则和制造工艺。评分标准项目分值占总成绩的比例评分内容评分标准预习1025%1、预习焊条药皮成分对焊条工艺性能的影响。2、预习焊条药皮成分对焊条冶金性能的影响。3、预习焊条药皮成分对焊接接头质量的影响。4、对焊条实验配方有自己的设计与见解。5、对教师的口头提问基本能回答。逐项内容按：1、完全符合要求不扣分。2、某项基本符合要求扣1分。3、某项完全不符合要求不得分操作1025%1、制定好焊条配方，两人一组称焊粉，并搓制焊条。2、对焊条工艺性分析准确，焊条效率、回收率等应严格认真。3、抗气孔能力实验时，对注意事项控制要准确。4、有正确、详细的实验记录且需经实验指导教师签字认可。5、实验完毕，实验用品归位，积极参与实验室的卫