金屬材料焊接課程實(shí)驗(yàn)指南

金屬材料焊接課程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書重慶科技學(xué)院材控教研室焊接實(shí)驗(yàn)室二00七年十月九日文檔由本人精心搜集和整理，喜歡大家用得上，非常感謝你的瀏覽與下載。凡本廠職工應(yīng)熱愛電廠、熱愛崗位、熱愛本職工作，發(fā)揚(yáng)“團(tuán)結(jié)務(wù)實(shí)、爭創(chuàng)一流，立足崗位，愛廠敬業(yè)，盡職盡責(zé)，不斷提高工作質(zhì)量和工作效率，圓滿完成各項(xiàng)生產(chǎn)和工作任務(wù)，為華能的建設(shè)和發(fā)展作出貢獻(xiàn)2019整理的各行業(yè)企管，經(jīng)濟(jì)，房產(chǎn)，策劃，方案等工作范文，希望你用得上，不足之處請指正目 錄前言實(shí)驗(yàn)一 斜Y坡口焊接裂紋試驗(yàn)- 13實(shí)驗(yàn)二 不銹鋼焊接接頭的晶間腐蝕實(shí)驗(yàn)- 57實(shí)驗(yàn)三 不銹鋼焊接工藝設(shè)計(jì)及驗(yàn)證- 810實(shí)驗(yàn)四 鋁合金焊接工藝設(shè)計(jì)及驗(yàn)證- 1213實(shí) 驗(yàn) 須 知1 實(shí)驗(yàn)前必需預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃砑皩?shí)驗(yàn)步驟。2 按時(shí)參加實(shí)驗(yàn)，不得遲到和缺席。因故不能參加實(shí)驗(yàn)者，應(yīng)事先向?qū)嶒?yàn)指導(dǎo)老師辦理請假手續(xù)。3 進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，應(yīng)衣著端正，保持室內(nèi)安靜，不準(zhǔn)隨地吐痰、吸煙、亂拋紙屑。4 操作儀器前，應(yīng)把儀器有關(guān)部分的功用及操作方法搞清楚。與本實(shí)驗(yàn)無關(guān)及未經(jīng)指導(dǎo)教師同意操作的儀器，不得隨意使用。5 要愛護(hù)儀器。要少用手直接接觸精密表面，不要對(duì)精密表面或光學(xué)鏡頭呵氣或咳嗽。6 實(shí)驗(yàn)報(bào)認(rèn)真進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和填寫告。實(shí)驗(yàn)一 斜Y坡口焊接裂紋試驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握金屬焊接性及其評(píng)定、分析方法及金屬焊接性綜合實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法；2、評(píng)定碳鋼和低合金高強(qiáng)度鋼焊接熱影響區(qū)對(duì)冷裂紋的敏感性。二、實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)材料直流電弧焊機(jī) 2 臺(tái)游標(biāo)卡尺 2套試件 15CrMo鋼板 2007522mm 4塊砂輪切割機(jī) 1臺(tái)角向砂輪機(jī) 3臺(tái)焊條E5515-B2（R307） 4mm 若干 滲透劑 1瓶三、實(shí)驗(yàn)原理 斜Y坡口冷裂紋實(shí)驗(yàn)用于評(píng)定高強(qiáng)鋼焊縫及熱影響區(qū)的裂紋傾向，實(shí)驗(yàn)方法簡便，是國際上采用較多的抗裂性實(shí)驗(yàn)方法之一。四、實(shí)驗(yàn)方法及步驟1、試件制備（1）試板形狀及尺寸如圖1所示，鋼材板厚=9-38mm，對(duì)接接頭坡口用機(jī)械方法加工。（2）焊條烘干350/1h，2、施焊（1）按圖1裝配，保證中間待焊試樣焊縫處有2mm間隙；（2）試板兩端各在60mm范圍內(nèi)施焊拘束焊縫（R307，4mm），采用雙面焊，注意防止角變形和未焊透。（3）試驗(yàn)焊縫焊接。用R3074mm焊條，焊接電流17010A，焊接電壓242V，焊接速度15010mm/min，焊縫如圖2所示。（4）焊完后的試件經(jīng)自然冷卻24h；（5）噴滲透劑，放置10分鐘，測量表面裂紋；（6）用砂輪切割機(jī)切斷試樣，并用角向砂輪磨平，檢測根部裂紋；（7）用砂輪切割機(jī)在試驗(yàn)焊縫上切下5塊試片，并用角向砂輪磨平，檢測5個(gè)斷面上的裂紋深度。五、實(shí)驗(yàn)記錄（1）表面裂紋率根據(jù)圖3按下式計(jì)算：Cf lf /L100%；Cf表面裂紋率（%）； lf表面裂紋長度之和（mm）；L試驗(yàn)焊縫長度（mm）。（2）根部裂紋率：根據(jù)圖3按下式計(jì)算：Cr lr /L100%；Cr根部裂紋率（%）； lr根部裂紋長度之和（mm）；（3）斷面裂紋率：根據(jù)圖34按下式計(jì)算：Cs Hs / H100%Cs斷面裂紋率（%）； Hs5個(gè)斷面上裂紋深度之和（mm）； H5個(gè)斷面焊縫最小厚度之和（mm）；圖3六、說明由于斜Y形坡口焊接裂紋試驗(yàn)接頭的拘束度比實(shí)際結(jié)構(gòu)大，根部尖角又有應(yīng)力集中，所以試驗(yàn)條件比較苛刻。對(duì)低合金鋼，在這種試驗(yàn)中表面裂紋率不超過20（但不應(yīng)有根部裂紋），在實(shí)際結(jié)構(gòu)焊接時(shí)就不致發(fā)生裂紋。 實(shí)驗(yàn)二 不銹鋼焊接接頭的晶間腐蝕實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解不同焊接方法和參數(shù)對(duì)不銹鋼焊接性能的影響；2、了解焊接過程對(duì)不同化學(xué)成分A不銹鋼晶間腐蝕影響。二、實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)材料C法電解浸蝕裝置1 套金相顯微鏡1 臺(tái)吹風(fēng)機(jī)1 個(gè)10%草酸（C2H2O42H2）水溶液 1000mL1Cr18Ni9Ti（或1Cr18Ni9）鋼手弧焊或TIG焊試片6對(duì)秒表1只乙醇、丙酮、棉花、各號(hào)金相砂紙等若干三、實(shí)驗(yàn)原理圖1 奧氏體不銹鋼焊接接頭各區(qū)示意圖晶間腐蝕是沿晶粒邊界發(fā)生的腐蝕現(xiàn)象 ?，F(xiàn)以18-8型奧氐體不銹鋼中最常用的含穩(wěn)定元素的1Cr18Ni9Ti鋼為例 ，來討論晶間腐蝕的問題。1Cr18Ni9Ti鋼含0.02%C和0.8%Ti。碳在室溫奧氏體中的最大溶解度低于0.03%，多余的碳則通過固熔處理與鈦結(jié)合形成穩(wěn)定的碳化物TiC。由于鈦對(duì)碳的固定作用，避免了在晶界形成碳化鉻，從而防止了晶間腐蝕的產(chǎn)生。故1Cr18Ni9Ti鋼具有抗晶間腐蝕能力，一般不會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕現(xiàn)象。然而在焊接接頭中，情況有所不同。奧氏體不銹鋼的焊接接頭，通?？煞譃橐韵聨讉€(gè)區(qū)域（見圖1)1、焊縫金屬 主要為柱狀樹枝晶，是單相奧氏體組織還是雙相組織，將取決于母材和填充金屬的化學(xué)成分。2、過熱區(qū) 加熱超過1200的近縫區(qū)，晶粒有明顯的長大。3、敏化區(qū) 加熱峰值溫度在600-1000的區(qū)域，組織無明顯變化。對(duì)于不含穩(wěn)定化元素的18-8鋼，可能出現(xiàn)晶界碳化鉻的析出。產(chǎn)生貧鉻層，有晶間腐蝕傾向。4、母材金屬 對(duì)于含穩(wěn)定化元素的18-8鋼，如1Cr18Ni9Ti鋼，峰值溫度超過1200的過熱區(qū)發(fā)生TiC分解量愈大，從而使穩(wěn)定化作用大為減弱，甚至完全消失。在隨后的冷卻過程中，由于碳原子的體積很小，擴(kuò)散能力比鈦原子強(qiáng)，碳原子趨于向奧氏體晶界擴(kuò)散遷移，而鈦原子則來不及擴(kuò)散仍保留在奧氏體點(diǎn)陣節(jié)點(diǎn)上。因此，碳原子析集于晶界附近成為過飽和狀態(tài)。當(dāng)上述過熱區(qū)再次受到600-800中溫敏化加熱或長期工作在上述溫度范圍時(shí)，碳原子優(yōu)先以很快的速度向晶界擴(kuò)散。此時(shí)，鉻原子的擴(kuò)散速度雖比碳原子慢，但比鈦原子快，且濃度也遠(yuǎn)比鈦高，因而易于在晶界附近形成鉻的碳化物（Fe，Cr）23C6。溫度愈高，TiC分解后合金元素碳和鉻的固溶量愈多，碳化物析出量愈大（圖2）。上述碳化物的鉻、碳含量很高，但晶粒內(nèi)部鉻的擴(kuò)散速度比碳的擴(kuò)散速度慢，所以在形成鉻的碳化物時(shí)，富集在晶界的碳，與晶粒表層的鉻結(jié)合以后，晶粒中的鉻不能及時(shí)均勻化，致使靠近晶界的晶粒表面一個(gè)薄層嚴(yán)重缺鉻，鉻的濃度低于臨界值12%Cr（圖3）。此時(shí)，奧氏體晶粒內(nèi)和晶界碳化物（圖3中的1、2部分）由于含鉻量高而帶正電位，而貧鉻層（圖3中的3部分）由于含鉻量低于12%而帶負(fù)電位。如果將這種具備電化學(xué)腐蝕條件的焊接接頭放入腐蝕介質(zhì)中，帶負(fù)電位的貧鉻層就會(huì)成為被消耗的陽極而遭受腐蝕。這樣，由于“高溫過熱”和“中溫敏化”這兩個(gè)依次進(jìn)行的熱作用過程，造成了含穩(wěn)定化元素的18-8鋼特殊的晶間腐蝕，這種腐蝕只發(fā)生在緊靠焊縫的過熱區(qū)3-5個(gè)晶粒范圍，在工件表面上較寬，向接頭內(nèi)部逐漸變窄，呈刀形，故又稱“刀蝕”。預(yù)防措施：采用超低碳不銹鋼，含碳量希望小于0.06%。在工藝上，盡量減小近縫區(qū)過熱，特別要避免在焊接過程中就產(chǎn)生“中溫敏化”的加熱效果。由此可見，“高溫過熱”和“中溫敏化”是產(chǎn)生刀蝕的必要條件。對(duì)于焊接接頭，“高溫過熱”這一條件是由焊接熱作用過程自然形成的，因此只需要進(jìn)行一次“中溫敏化”處理，就可根據(jù)GB1223-75標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行晶間腐蝕試驗(yàn)。圖2 188鋼熱影響區(qū)碳化物分布(a) 敏化加熱前；(b)敏化加熱后。1奧氏體晶粒；2晶界處碳化物；3貧鉻層圖3 析出碳化物對(duì)晶界處鉻濃度的影響四、實(shí)驗(yàn)方法及步驟 無論是晶間腐蝕還是刀口腐蝕，都是經(jīng)過腐蝕介質(zhì)作用之后才發(fā)生的。為了確定產(chǎn)品在使用條件下是否有足夠的抗晶間腐蝕和抗刀蝕的能力，必須在產(chǎn)品焊接之前，先用相同的材料在相同的工藝條件下焊出試樣，經(jīng)腐蝕試驗(yàn)合格后才正式投產(chǎn)。腐蝕試驗(yàn)最理想的方法，是在產(chǎn)品實(shí)際工作條件下 (包括工作溫度、介質(zhì)等)進(jìn)行長時(shí)間的試驗(yàn)，但由于周期太長，故通常是在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行小型試樣的加速試驗(yàn)。 (一)試驗(yàn)方法 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GBl223-75試驗(yàn)晶間腐蝕傾向的方法共有五種，對(duì)于18-8鋼主要采用C法、T法和X法三種試驗(yàn)方法。 1、C法 草酸電解浸蝕試驗(yàn)，又稱草酸陽極腐蝕試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖5.1所示。圖中不銹鋼容器接電源的負(fù)極。若采用玻璃燒杯作容器，則負(fù)極端接一厚度為lmm左右的不銹鋼薄板，并放置于杯底，腐蝕液采用10%的草酸水溶液。該試驗(yàn)簡單、方便、迅速，一般不超過兩分鐘，但不如其它試驗(yàn)方法嚴(yán)格，常作為其它試驗(yàn)方法前的篩選試驗(yàn)方法 (不適用于含鉬、鈦的不銹耐酸鋼)，也可做為獨(dú)立的無損檢驗(yàn)方法。 2.T-法 銅屑、硫酸銅和硫酸沸騰試驗(yàn)。該試驗(yàn)方法是將規(guī)定尺寸的試樣放在加有銅屑的硫酸銅和硫酸的水溶液中沸騰24小時(shí)，然后彎曲成90度，用10倍放大鏡觀察，以不出現(xiàn)橫向裂紋為合格，或在金相顯微鏡下規(guī)察，如發(fā)現(xiàn)晶間有明顯的腐蝕痕跡，即為有晶間腐蝕傾向。3、X法 硝酸沸騰試驗(yàn)。該試驗(yàn)方法是將試片放在65%沸騰硝酸中，每周期沸騰48小時(shí)，試驗(yàn)三個(gè)周期。每周期試驗(yàn)后取出試樣，刷洗干凈、干燥、稱重。然后按下式計(jì)算腐蝕速度，以其中最大者為準(zhǔn)。 式中 S一 一腐蝕速度 (mm/a)；W一 一每周期試樣失重 (g)；A一 一試樣表面積 ()；d一 一試樣密度 ()。S2mm/a時(shí)不合格。4T法和X法分別為國際通用的B法和E法，試驗(yàn)條件嚴(yán)格，需要一定的專門裝置，試驗(yàn)周期較長，因此一般常用C法進(jìn)行試驗(yàn)。當(dāng)C法試驗(yàn)評(píng)定認(rèn)為有問題時(shí)，進(jìn)一步做T法或義法試驗(yàn)，并以T法或X法試驗(yàn)結(jié)果為準(zhǔn)。對(duì)于18-8鋼焊接接頭，由于母材一般已經(jīng)過晶間腐蝕試驗(yàn)評(píng)定合格，故可采用C法與母材同時(shí)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。(二)實(shí)驗(yàn)步驟1、 試樣制備（1）從同一鋼板上取材，按表1要求制備試樣（焊條電弧焊焊條為A307，焊接電流為90A）。表1腐蝕試樣的制備及試樣尺寸試樣數(shù)量(個(gè))試樣尺寸(mm)說 明長寬厚母 材2205沿軋制方向選取單條焊縫2205焊縫位于試樣中部交叉焊縫4305焊縫交叉點(diǎn)位于試樣中部 (2)部分試樣進(jìn)行“中溫敏化”處理，加熱至650-700，保溫1-2小時(shí)。部分試樣進(jìn)行固溶處理 （1050-1150/30min 水冷）+ 敏化處理。 (3)用砂輪或挫刀將試片表面加工，去掉棱角。 (4)按金相試片要求，用各號(hào)砂紙將試樣檢驗(yàn)表面磨平磨光，并用水沖洗干凈。 (5)拋光試樣表面，表面光潔度不低于10（0.8um），用水沖凈，再用棉花酒精或丙酮擦凈檢驗(yàn)表面，吹干。(6)將試樣檢驗(yàn)表面浸入10%草酸溶液（把100克草酸溶于900毫升蒸餾水中），試件接電源 “+”端，同時(shí)接通電路。電流密度按試樣檢驗(yàn)表面積計(jì)算，為，試驗(yàn)溶液溫度為20-5O，試驗(yàn)時(shí)間1.5-2min。 (7)取出試樣用水沖洗凈，用酒精或丙酮擦凈檢驗(yàn)表面，吹干。2、觀察與評(píng)定 (1)用金相顯微鏡觀察試樣浸蝕表面，放大倍數(shù)為150-500倍。 (2)焊接試樣的浸蝕組織分為三級(jí)：一級(jí) 近縫區(qū)及母材晶界清晰，無腐蝕溝，晶粒間呈臺(tái)階狀，焊縫金屬鐵素體被顯現(xiàn)，如圖6（a）。二級(jí) 近縫區(qū)或母材晶界有不連續(xù)腐蝕溝，晶界局部變寬，或焊縫金屬鐵素體被腐蝕，如圖6（b）。三級(jí) 近縫區(qū)或母材晶界有連續(xù)腐蝕溝，個(gè)別晶粒的晶界被腐蝕溝完全包圍，或焊縫金屬鐵素體嚴(yán)重腐蝕。（a）(b)圖6 1Cr18Ni9