7.焊接熱循環(huán)曲線的測定.doc

實驗25焊接熱循環(huán)曲線的測定(參考學(xué)時：課內(nèi)2學(xué)時)一、實驗?zāi)康模ㄒ唬┝私夂附訜嵫h(huán)曲線的特征和主要參數(shù)；（二）了解焊接規(guī)范對熱循環(huán)曲線的影響；（三）掌握測定焊接熱循環(huán)曲線的方法。二、實驗裝置及實驗材料（一）鎢極自動氬弧焊機1臺(二）電容儲能式熱電偶焊機1臺（三）鎳鉻鎳硅或鉑銠鉑熱電偶絲(0.30.5mm)3對（四）氬氣1瓶（五）XY函數(shù)記錄儀1臺（六）試件30020020mm低碳鋼板2塊（可用A3、A5、09Mn、16Mn等材料）（七）0300(A)直流電流表、秒表、5mm鉆頭、5mm平頭鉸刀、深度尺等三、實驗原理焊接熱循環(huán)是指焊件上某點經(jīng)歷焊接過程時的溫度變化，它可以用（）這一函數(shù)關(guān)系來描述。按此關(guān)系所畫出的曲線稱為該點的熱循環(huán)曲線。焊接過程中，焊件上直接被熱源加熱的部位將被熔化形成熔池。連續(xù)相接的熔池冷卻凝固后即成為焊縫。焊縫以遠的部位則保持固態(tài)，焊件上各點由于在焊件上所處位置不同，受到焊接熱的作用不同而經(jīng)歷著不同的熱循環(huán)，它們的熱循環(huán)曲線也就不同。圖圖低合金鋼手弧堆焊時焊縫附近各點的熱循環(huán)（從電弧通過測溫點正上方時開始算起的時間）l為低合金鋼手弧焊時焊件上熱影響區(qū)不同點的焊接熱循環(huán)曲線。從該圖可以看出：離焊縫熔合線越近的點，加熱速度越大，峰值溫度越高，冷卻速度也越大，并且所有各點的加熱速度都比冷卻速度要大得多。這表示焊接接頭熱影響區(qū)的金屬都經(jīng)歷了一個自發(fā)的、特殊的熱處理過程，產(chǎn)生了相變、晶粒長大、應(yīng)力和變形等變化，從而對焊件金屬的組織和性能發(fā)生強烈的影響。因此，測量并正確控制焊接熱循環(huán)對于控制接頭熱影響區(qū)金屬的組織和性能具有重要意義。焊接熱循環(huán)曲線固然可以借助焊接熱過程的理論公式（，）計算出來，但由于計算時所采用的假定條件與實際焊接條件出入較大，計算所得的理論熱循環(huán)曲線對比實際測得的曲線仍有很大誤差，故在實際上多用實測的方法來獲得熱循環(huán)曲線。測定焊接熱循環(huán)的方法，大體上可分為接觸式和非接觸式兩類。在非接觸式測定法中，近年來發(fā)展了紅外測溫及熱成象技術(shù)。這種方法的實質(zhì)是從弧焊熔他的背面，攝取溫度場的熱象(紅外輻射能量分布圖)，然后把熱象分解成許多象素，通過電子束掃描實現(xiàn)光電和電光轉(zhuǎn)換，在顯象管屏幕上獲得灰度等級不同的點構(gòu)成的圖象，該圖象間接反映了焊接區(qū)的溫度場變化，經(jīng)過計算機圖象處理和換算，便可得出某一瞬間或動態(tài)過程的真實溫度場。這種測定方法的優(yōu)點是測定裝置不直接接觸被測物體，不會攪動和破壞被測物體的溫度和熱平衡，響應(yīng)時間快、靈敏度高，并且可以連續(xù)測溫和自動記錄。目前在國內(nèi)已開展了這方面的研究，但由于這種測定法需要較復(fù)雜的設(shè)備和技術(shù)，所以尚未大量推廣。另一種方法為接觸式測溫，例如目前最常用的熱電偶測溫。它是建立在熱電偶兩端由于溫度差而產(chǎn)生熱電勢的基礎(chǔ)上。測溫時把熱電偶的熱結(jié)點焊在被測點上，熱電偶的另一端接在XY函數(shù)記錄儀上，焊接時由于熱結(jié)點受熱產(chǎn)生熱電勢，并把這個電勢作為XY函數(shù)記錄儀的輸入信號，經(jīng)放大后由記錄儀表筆自動記錄下來，然后利用熱電勢溫度換算表進行換算，即可得到被測點的熱循環(huán)曲線。這種測溫方法由于熱電偶的聯(lián)接，會影響到被測物體的溫度及熱平衡，有時將降低測溫的精確度，而且由于記錄儀的機械惰性等原因，對于微小體積的快速溫度變化響應(yīng)速度也慢。但是，它的突出優(yōu)點是簡單、直觀、測出的溫度有一定的精確性，因而仍是目前最主要的測溫方法，本實驗也是利用熱電偶測溫方法來獲得熱循環(huán)曲線。四、實驗方法及步驟（一）實驗方法焊接熱循環(huán)的測定方法如圖所示。測定前，把熱電偶絲的端頭焊入試件背面的測圖焊接熱循環(huán)曲線測定方法示意圖弧焊整流器；電壓表；電流表；試件；測溫孔；焊炬；熱電偶；函數(shù)記錄儀。溫孔，當(dāng)TIG電弧在試件表面上移動時，在XY函數(shù)記錄儀上即可繪出工件上離熔合線不同距離的A、B、C三點的“熱循環(huán)”曲線。他們實際上為熱電勢時間曲線。第一個測溫小孔離起弧處的距離應(yīng)不小于80，以便測定時該點已處于準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)的溫度場。測溫孔的深度越大，表示該點離熔合線越近，則該點在焊接過程中所達到的最高溫度也越高。表1給出了采用手工電弧焊時離熔合線不同距離的各點所達到的最高溫度Tm，以供參考。表鋼焊接時測溫點位置與最高溫度的關(guān)系最高溫度Tm（）熔點12001000800600測溫點離熔合線的距離（）00.81.73.04.7焊接規(guī)范：板厚20mm，焊接電流170A，電弧電壓28V，焊接速度2.5mm/s，焊條直徑4mm。（二）實驗步驟1焊接熱電偶分別把每對鎳鉻鎳硅或鉑銠鉑熱電偶絲的端頭用電容儲能式熱電偶焊機焊合，以形成熱結(jié)點。在試件待焊焊道的中心線背面鉆三個的測溫孔?？椎族F角要大于120，可用平頭餃刀將孔底鉸成平端面，孔深各為16、17及18，用深度尺實測深度，并記錄下來。然后將三對熱電偶的熱結(jié)點分別焊到測溫孔A、B及C的底部（如能將熱電偶一端的兩根單絲分別焊在被測點上十分挨近的位置，則其測溫結(jié)果比焊在一起的熱結(jié)點時更為準(zhǔn)確），要仔細檢查焊接點的質(zhì)量，務(wù)必保證焊牢。熱電偶的正負極之間要隔開，以防短路影響測量。2接XY函數(shù)記錄儀把熱電偶的另一端分別接到XY記錄儀上，注意把鎳鉻絲或鉑姥絲接正極，鎳硅絲或鉑絲接負極。鎳硅絲有磁性，可用磁鐵或磁性材料加以鑒別。鉑銠絲比鉑絲更硬，略加彎曲便可以區(qū)分開來。注意選擇函數(shù)記錄儀各旋鈕所置定的量程及走紙速度。3焊接規(guī)范的調(diào)節(jié)建議采用表2所列的焊接方法及規(guī)范參數(shù)。施焊時當(dāng)焊接電弧經(jīng)過被測點正上方時，即可先后得到某焊接電流下離熔合線不同距離的A、B、C三點的“熱循環(huán)”曲線。表測溫用的焊接方法和規(guī)范參數(shù)試板編號焊接規(guī)范焊接方法焊接電流（）電弧電壓（）焊接速度（）鎢極自動氬弧焊（不加填充絲）同上五、實驗結(jié)果的整理與分析，根據(jù)記錄紙上獲得的三條“熱循環(huán)”曲線，查熱電勢溫度換算表，把縱坐標(biāo)所代表的電勢換算成溫度，經(jīng)過整理將有關(guān)數(shù)據(jù)記入表3中。畫出以溫度時間為坐標(biāo)軸的A、B、C三點的熱循環(huán)曲線。應(yīng)該注意：在用XY函數(shù)記錄儀記錄熱電偶的熱電勢時，因為熱電偶的冷端受環(huán)境溫度的影響，往往達不到0，因而對所測得的熱電勢應(yīng)該進行修正。表試板編號測溫孔號測溫孔深度（）m（）加熱至m所需時間（s）900以上停留時間（s）800500冷卻時間（s）550瞬時冷卻速度（/s）焊接線能量（J/）例如，冷端溫度為30，熱電偶分度號為LB3（鉑銠鉑分度號為LB3，鎳鉻鎳硅分度號為EU2），由Xy函數(shù)記錄儀表示的熱電勢為8.421mV，試求所測點的溫度T。解：由LB3熱電偶分度表查得：LB（30，0）0.176mVELB（2，0）ELB（T，30）十ELB（30，）8421十01768597mV查LB3分度表得T916如果不進行修正，根據(jù)8.421mV查表得T900結(jié)果會產(chǎn)生16的誤差。但是，實驗時如果采用冷端補償器，則可自動消除誤差，因而測得的熱電勢可不必進行修正。六、思考題（一）焊接規(guī)范的其它參數(shù)（如焊接時間t、電弧電壓U、焊接速度v和預(yù)熱溫度T0等)對熱循環(huán)曲線有何影響？（二）從熱循環(huán)曲線可以得出什么判據(jù)，并用這些判據(jù)預(yù)測試板上，B和C點在熱循環(huán)過程中所發(fā)生的組織變化；（三）試以理論公式計算離熔合線最近的某一測溫點上的最高加熱溫度、900以上高溫停留時間以及550的瞬時冷卻速度。將計算所得的數(shù)值與實驗測定的結(jié)果加以比較，并說明產(chǎn)生誤差的原因。七、附錄：LZ3系列XY函數(shù)記錄儀(一)工作原理XY函數(shù)記錄儀是一種采用自動平衡原理的記錄儀，它的測量電路由橋式電位差計線路組成（圖）。圖XY函數(shù)記錄儀測量回路原理圖圖中為調(diào)零電位器，R為測量電位器。R及R所組成的橋路由一穩(wěn)定的參考電源供電。為了降低R電位器的動觸點在運轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的熱電勢，橋路的輸出采用分壓形式，以提高儀表的動態(tài)性能。被測電壓與進行比較，當(dāng)兩者不相等時，產(chǎn)生偏差電壓。此差值輸入到放大器中，經(jīng)放大后使電機轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動測量電位器R的滑動觸頭移動，使電橋輸出電壓發(fā)生改變。當(dāng)和之差值為零時，放大器沒有信號輸出，電機便停止轉(zhuǎn)動，R的滑動觸頭也就不再移動，電橋便在新的位置達到了平衡。儀表的記錄筆和測量電位器R的滑動觸頭相連，因此記錄筆隨滑動觸頭移動，并在記錄紙上描繪出相應(yīng)的曲線。LZ3系列函數(shù)記錄儀是一種通用的函數(shù)記錄儀。它可在直角坐標(biāo)軸上自動描繪兩個電量的函數(shù)關(guān)系，即y（）。另外，記錄儀在軸方向帶有走紙機構(gòu)，因此記錄儀能自動描繪一個電量對時間的函數(shù)關(guān)系，即Y（）。（二）LZ3系列函數(shù)記錄儀使用方法1在儀器通電前做好下列準(zhǔn)備：（）將“電源”及“記錄”開關(guān)置于斷開位置。（）將“XT、”開關(guān)置于“X”位置，將“記錄”開關(guān)打向“抬筆”的位置；將“測量”開關(guān)斷開（多筆記錄儀）。（）將量程開關(guān)置于短路位置。（）將“”接線柱用聯(lián)接板與“一”接線柱聯(lián)接。（）將信號接到控制箱面板接線柱上。2接通電源，稍待片刻，將測量開關(guān)接通。3作運用時，將“X”開關(guān)打向“”的位置并將的量程開關(guān)選擇至所需要的記錄紙速度。4根據(jù)對位移傳感器標(biāo)定時所用的量程，選定軸的量程，同時根據(jù)輸入信號的變化情況，再將零位進行適當(dāng)調(diào)整。5確定運行正常后，將記錄開關(guān)打向“記錄”位置，即可開始實驗，進行自動記錄。附錄 熱電勢與溫度對照表溫度（）熱電勢（）溫度（）熱電勢（）鎳鉻鎳硅鉑銠鉑鎳鉻鎳硅鉑銠鉑025507510012515017520022525027530032535037540041042043044045046047048049050051052053054055056057058059060001.002.023.064.105.136.137.138.139.1410.1511.1812.2113.2514.3015.3516.4016.8317.2517.6718.0918.5118.9419.3719.7920.2220.6521.0821.5021.9321.3522.7823.2123.6324.0524.4824.9000.1430.2990.4660.6430.8301.0251.2281.4361.6501.8672.0892.3152.5452.7773.0133.2503.3643.4413.5383.6343.7313.8283.9254.0234.1214.2204.3104.4184.5174.6174.7174.8174.9185.0195.1215.22261062063064065066067068069070071072073074075076077078079080081082083084085086087088089090091092093094095096097025.3225.7526.1826.6027.0327.4527.8928.2928.7129.1329.5529.9730.3930.8131.2231.6432.0632.4632.8733.2933.6934.1034.5134.9135.3235.7236.1336.5336.9337.3337.7338.1338.5338.9339.3239.7240.105.3245.4275.5305.6335.7355.8395.9436.0466.1516.2566.3616.4666.5726.6776.7846.8916.9997.1057.2137.3227.4307.5397.6487.7577.8677.9788.0888.1998.3108.4218.5348.6468.7588.8718.9859.0989.212溫度（）熱電勢（）溫度（）熱電勢（）鎳鉻鎳硅鉑銠鉑鎳鉻鎳硅鉑銠鉑98099010001010102010301040105010601070108010901100111011201130114040.4940.8841.2741.6042.0442.4342.8343.2143.5943.9744.3444.7245.1045.4845.8546.2346.609.3269.4419.5569.6719.7879.90210.01910.13610.25210.37010.48810.60510.72310