焊接成形過程中熱循環(huán)測(cè)定試驗(yàn)最終

1、.材料成形工程試驗(yàn)課實(shí)驗(yàn)四 焊接成形過程中的熱循環(huán)測(cè)定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握熱電偶法測(cè)量焊接接頭熱循環(huán)的方法。2認(rèn)識(shí)焊接接頭熱循環(huán)的特征，弄清其與接頭組織的對(duì)應(yīng)關(guān)系3深入理解熱電偶法測(cè)量焊接接頭熱影響區(qū)的熱循環(huán)，能夠驗(yàn)證有限元模型的正確性，從而獲得焊縫區(qū)的熱循環(huán)。4深刻領(lǐng)會(huì)熔化焊焊接過程特點(diǎn)。二、實(shí)驗(yàn)原理 熔化焊是焊接技術(shù)中的主要焊接方法，廣發(fā)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。在熔化焊焊接過程中，在熱源的熱作用下焊接接頭的金屬均經(jīng)歷常溫狀態(tài)升溫到一定溫度后，然后再逐漸冷卻到常溫的過程。焊接接頭經(jīng)歷的熱過程決定接頭的組織特征，控制接頭的力學(xué)性能。弄清接頭的熱循環(huán)特征有助于理解接頭的形成過程和形成機(jī)理。焊接接頭包

2、括焊縫、熱影響區(qū)以及母材區(qū)。圖1表示了焊件橫截面上各區(qū)域溫度的變化情況。在焊接時(shí)各部分和焊縫距離不同而受熱不均勻，導(dǎo)致不同位置的點(diǎn)所經(jīng)歷的焊接熱循環(huán)是不同的（即被加熱的最高溫度不同），而且焊接后的冷卻速度也不同。因此，各部分組織與性能變化也不同。圖1 焊接接頭各區(qū)熱循環(huán)特征本實(shí)驗(yàn)采用預(yù)埋熱電偶方法測(cè)量焊接過程中的熱循環(huán)。實(shí)驗(yàn)材料為低碳鋼，熱電偶為K型熱電偶。熱點(diǎn)偶測(cè)溫原理為兩種不同成分的材質(zhì)導(dǎo)體組成回路，當(dāng)兩端存在溫度梯度時(shí)，回路中產(chǎn)生電流，兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。實(shí)驗(yàn)中將K 型正負(fù)極打成節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)的其余部分不允許發(fā)生接觸，否則導(dǎo)致測(cè)量失敗。K 型熱電偶的正極為NiCr合金為綠色，負(fù)極為NiSi合金為

3、灰色。NiSi合金有磁性。熱電偶只能放在接頭的未熔化的區(qū)域即熱影響區(qū)。熱電偶不能放在焊縫區(qū)，否則熱電偶被熱源熔化而無(wú)法測(cè)溫。測(cè)量焊縫溫度可用紅外線測(cè)溫。紅外線測(cè)溫僅能測(cè)量熔池表面的溫度。而熔池有一定的高度，如圖2所示。因而，采用紅外線的方法無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)溫。目前，均采用有限元法建立熱源模型，劃分網(wǎng)格、帶入邊界條件，即可獲得接頭的熱循環(huán)。利用有限元軟件提取熱影響區(qū)的熱循環(huán)。同時(shí)采用熱電偶測(cè)量接頭熱影響區(qū)的熱循環(huán)。將熱影響區(qū)熱電偶測(cè)量結(jié)果和熱影響區(qū)模擬結(jié)果對(duì)比。如果誤差在5%范圍內(nèi)，表明模型正確，模擬結(jié)果可靠。因而，焊縫區(qū)的模擬結(jié)果也是準(zhǔn)確的。試驗(yàn)中將熱電偶一端連接在測(cè)溫儀表上，另一端埋入被焊工件的熱

4、影響區(qū)。根據(jù)不同的焊接方法，熱電偶的間距不同。本實(shí)驗(yàn)中采用激光焊接，熱電偶的間距為1 mm。測(cè)溫儀表的刻度上第一排表示焊接過程節(jié)點(diǎn)的電位差，單位為毫伏；第二排為溫度，一大格表示100 (儀表上標(biāo)有100)。試驗(yàn)中用的激光焊機(jī)為YAG固體激光焊機(jī)。固體激光焊機(jī)工作狀態(tài)為脈沖工作方式，否則激光棒連續(xù)工作因熱應(yīng)力過大而發(fā)生破壞。激光焊機(jī)的參數(shù)有電流比例、脈寬、頻率，激光焊接的速度。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及器材1施焊設(shè)備及器材(固體激光焊機(jī)、面罩)。2測(cè)溫的溫度傳感器K 型熱電偶、3絕緣膠帶。3測(cè)溫的儀表。4砂輪切割機(jī)一臺(tái)。5鉗工工具一套。6秒表。7角磨機(jī)(打磨工件)。8棉花若干，乙醇或丙酮一瓶。四、實(shí)驗(yàn)方法與

5、步驟1. 切割被焊工件，工件的尺寸為20010010 mm 。材質(zhì)A3鋼板(Q235)。采用角磨機(jī)將被焊工件上的氧化物打磨干凈。2采用保護(hù)膠帶將K型熱電偶的兩極打成節(jié)點(diǎn)，另一端連接在測(cè)溫儀表上。采用絕緣膠帶將兩極接線柱和節(jié)點(diǎn)之間的部分包裹起來，防止兩極接觸形成新節(jié)點(diǎn)。3將熱電偶的節(jié)點(diǎn)埋入被焊接工件的焊接熱影響區(qū)中，固定，節(jié)點(diǎn)位置應(yīng)緊鄰焊縫。4. 采用有機(jī)溶劑乙醇或丙酮，擦拭被焊工件的待焊接處。5. 在激光焊機(jī)的激光發(fā)生器上調(diào)整焊接參數(shù)。試驗(yàn)中采用的參數(shù)為電流40%，脈寬0.5，頻率20。6. 在激光焊機(jī)的工作臺(tái)的操作面板上編輯文件。確定焊縫的起始位置。調(diào)整手控盒子上的工作平臺(tái)移動(dòng)手柄，進(jìn)行橫向

6、、縱向移動(dòng)(X放向、Y方向)。試驗(yàn)中焊縫為直線。7. 聚焦激光光斑。采用激光在被焊工件上打點(diǎn)。調(diào)節(jié)激光焊機(jī)輸出端在Z相運(yùn)動(dòng)，觀察焊點(diǎn)的形貌。當(dāng)屏幕上的焊點(diǎn)清晰時(shí)，停止調(diào)整。此位置即為激光焦點(diǎn)。8. 在激光焊機(jī)的工作臺(tái)操作面板上調(diào)整焊機(jī)移動(dòng)速度。焊接中激光不同，工作臺(tái)進(jìn)行X方向的移動(dòng)。9. 準(zhǔn)備好面罩，準(zhǔn)備焊接。焊接過程中禁止裸眼觀察焊接過程。10. 焊接過程中一個(gè)同學(xué)控制時(shí)間，每隔一秒記錄一次。2個(gè)同學(xué)同時(shí)記錄儀表上的溫度值。兩個(gè)測(cè)溫點(diǎn)分別安排兩組學(xué)生協(xié)作記錄數(shù)據(jù)。11. 在激光焊機(jī)工作臺(tái)操作面板上點(diǎn)擊開始按鈕，進(jìn)行焊接。圖2熱循環(huán)預(yù)埋的位置五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?畫出焊接接頭熱循環(huán)曲線，標(biāo)出熱循環(huán)的特征參數(shù)(升溫速度、最高溫度、高溫冷卻時(shí)間、降溫速度)。3解釋熱電偶測(cè)溫的原理。4. 闡明獲得焊縫區(qū)熱循環(huán)的方法及原理。六、注意事項(xiàng)1激光焊調(diào)整參數(shù)時(shí)其他同學(xué)注意發(fā)射激光的控