不同坡口形式对手工电弧焊工艺的影响-毕业论文

1、 西华大学毕业论文 目 录摘 要3第一章 绪 论51.1 引言51.2 焊接技术的优点和缺点51.3 Q235钢的焊接性分析61.4 课题的主要研究内容和技术线路8第二章 试验方法及过程92.1 焊接方法的选择92.2 焊接材料和设备的选用92.3 Q235焊接接头坡口设计112.4 Q235钢焊接工艺122.4.1 焊前准备122.4.2 工作表面的清理122.4.3 Q235钢焊接工艺的制定122.5 金相实验132.6 硬度试验15第三章 试验结果与分析173.1 焊缝成形缺陷及防止措施173.2 熔合比和焊缝成形系数的计算和分析203.2.1 熔合比和焊缝成形系数203.2.2熔合比和

2、成形系数对焊缝质量的影响213.2.3 各个坡口焊缝的熔合比和成形系数213.3 金相分析253.4 硬度分析27结 论28总结与体会29致 谢 词30参考文献31 摘 要本次论文采用了手工电弧焊的方法，采用相同的焊接参数，对设计的5种不同的坡口形式接头进行焊接。然后对焊缝接头进行熔合比和成形系数的计算和金相组织观察和硬度试验。其结果表明：V形、Y形坡口接头比母材的熔合比低，焊缝成形系数会一定程度降低；5种不同坡口形式接头中，其显微硬度相当。 关键词： 坡口设计 熔合比 成形系数 焊缝质量 Abstract This paper adopts the manual arc welding me

3、thod ，with The same welding parameters ，which is used to the five different welding groove that has been draw for experiment 。Then those joints were carried out on the weld joint of metallographic test and hardness test ，and，we calculated of the weld fusion ratio and shape coefficient。The results sh

4、owed that V, Y groove joint fusion than low than parent metal, ratio of weld will decrease to a certain extent; Five different groove in the form of joint, the microhardness of them is fairly. Keywords : Groove design Metallographic experiment Hardness test Weld quality 第1章 绪 论 1.1 引言焊接技术作为一种永久性连接方法

5、，在各种机械制造行业和其它行业中被广泛应用，对人类社会的发展与进步起到了巨大作用。随着世界经济一体化进程的加快，钢结构和钢制品的大量使用和生产，焊接技术的作用更加突出。有关资料显示，2008年夏季奥运会主体育馆“鸟巢”的构建过程中，基本主要使用钢结构，数量达到数万吨；三峡水电电站的水轮机转子，重大440t,为世界最大、最终的不锈钢焊接转子。每个转轮在制造过程中，需要消耗12t焊丝，而每个转子是由上冠、下环和13个或15个叶片焊接成的。可见焊接技术的应用与我们实际生活息息相关，这些大型焊接钢结构的开发与应用创造了新中国成立以来的最高水平，有的已成为世界领先【1】。 1.2 焊接技术的优点和缺点焊

6、接结构有很多优点： 焊接结构能够节省材料，减轻结构的自身重量，从而提高生产效率，降低产品生产成本。在相同的承载条件下，焊接结构比铆接节省10%25%，重量要少10%20%,焊接结构能使材料的截面积得到充分应用。特别是在车辆、船舶、航天等方面，保证正常运行的前提下，减轻材料的使用量，即减轻自生重量，这样就可以一高运载能力，降低能量消耗【2】。 焊接结构的形式多样和尺寸也有各种大小。现代焊接技术可以实现任何形式和尺寸的焊接，最大焊接厚度可以达到数百毫米，最小焊接厚度可以小到几个微米；各种复杂结构中焊接应用也是较为广；不同材料的连接结构，使用焊接技术连接效果较好。 焊接接头的构造机理使得接头具有较高

7、的承载与抗冲击的能力。选择合理的接头构造，承载能力强。 焊接生产过程，灵活方便、生产周期短、市场反应速度快。而且焊接结构中的接头具有良好的水密性和气密性。 同时焊接结构任然存在一些自身缺陷： 焊接结构的应力集中 焊缝形状和焊缝布局在焊缝冷却完成后，由于冷却过程的不均匀性质，焊缝应力分布自然不均匀。应力集中会增大脆性断裂的倾向，并且会降低结构的疲劳强度。 焊接结构有较大的焊接应力和变形 绝大多数焊接结构的焊接过程，都采用的局部加热，自然会产生不均匀的塑性变形，不可避免的会产生应力和变形，固然尺寸难以保证；焊接应力的存在，在一定条件下会结构的结构强度、刚度及结构稳定性等能力下降。 焊接接头具有较大

8、的性能不均匀性 大多数焊接过程都采用局部加热，各部分的热循环和热塑性变形都不均匀，通常焊缝金属的成分、组织与母材金属不尽相同，自然导致焊接接头的性能存在差异。 焊接结构的整体性 比较于铆接结构，焊接结构具有良好的整体性，同时也可能带来一些问题，特别是裂纹的扩展问题。1.3 Q235钢的焊接性分析Q235钢的含碳量0.25%，是低碳钢的一种，而且其Si含量不大于0.35%,Mn含量不大于1.40%.有一定含量的P和S,分别最大含量不大于0.045%和0.050%。在碳钢中Mn、Si对钢的集体有固溶强化作用， 随着溶质含量增加，晶格畸变增大，位错运动的阻力也相应增大，使金属的滑移变形更加困难，从而

9、合金的强度和硬度得以提高。Q235中含S量很低，影响非常小。钢中的P全部溶于固溶体中，虽然P在钢中有很好的强化作用，能提高钢的强度、硬度，但是会明显降低钢的塑性、韧性，极容易导致脆性裂纹。P在结晶过程中，容易产生晶内偏析，使组织局部地区含磷量偏高，导致冷脆转变温度升高，从而发生冷脆 ，对钢材的性能有严重的危害【3】。 表1.1碳素结构钢（Q235）的牌号、等级和化学成分（GB/700-2006）牌号统一数字代号等级厚度（或直径） 化学成分（质量分数）/%,不大于CSiMnPSQ235U12352A0.220.351.400.4500.050U12355B0.200.045U12358C0.17

10、0.0400.040U12358D0.0350.035 表1.2碳素结构钢（Q235）的力学性能指标 （GB/700-2006） 牌号等级 屈服强度ReH 不小于抗拉强度Rm /(N/mm2)伸长率/% 不小于冲击实验（V型缺口）温度/冲击吸收功（纵向）不小于JQ235A 23537050025 _ _B+20 27C 0D=20Q235钢的焊接性分析：Q235钢低碳钢含碳量低，锰、硅含量很少。故而，通常情况下Q235钢的焊接组织，不会硬化组织或淬火组织。低碳钢焊焊接接头塑性变形能力强和冲击韧性良好。施接时，非特殊情况不需预热、控制层间温度和后热，而且焊后也不必采用热处理改善组织，整个焊接过程

11、也不必采取特殊的工艺措施来保护。综上可以知道:低碳钢Q235钢有良好的焊接性，焊前非特殊情况不需要预热，焊接时不必要采用特殊的工艺措施，焊后也不必进行热处理来改善组织。 1.4 课题的主要研究内容和技术线路 此次论文研究题目为焊接破口设计与焊缝质量控制研究,主要研究内容是不同形式或几何尺寸的坡口，使用手工电弧焊完成焊接过程后，通过组织观察和硬度分析焊接接头头质量好坏，以研究坡口与焊缝质量和性能的关系。焊接技术包括了很多内容，接头设计、材料及设备的准备、焊接参数的选择、实施焊接过程和焊前焊后热处理等。焊接接头设计作为焊接全过程的第一步，而坡口设计是焊接接头设计的重要部分。坡口设计内容主要有两个方

12、面：一方面是坡口形式的选择；另一方面是坡口几何（坡口的形状和坡口的几何参数）。通常在实际生产使用的钢材种类低碳钢居多，所以选择Q235作为论文研究的实验材料有一定的针对性。本次课题研究的主要内容如下：（1） 设计不同的焊接破口，分析Q235的焊接性，并制定一个合适的焊接工艺方案，并以此方案完成所有坡口的焊接；（2） 制备金相试样和硬度试样，观察显微组织并测量硬度值，用试块计算融合比，分析接头性能。（3） 根据实验结果得出结论并提出改进方案，以获得更好的焊接接头。论文研究的意义在于：通过实验和研究，掌握以坡口作为变量 ，坡口与焊缝质量和性能的关系。在实际生产生活中，可以以此作为理论依据，把坡口设

13、计作为控制焊接焊缝质量的因素之一，通过控制焊接破口的形式选择和几何参数的合理选择，达到提高生产效率和焊接结构的一次合格率的目的。 第2章 试验方法及过程 2.1 焊接方法的选择 为了试验经济方便，选用焊条电弧焊作为焊接方法。焊条电弧焊是以手工的方式进行操作焊条进行焊接的一种电弧焊方法，一种最基本焊接方法，在现在的焊接生产使用过程中应用的最为广泛。 1焊缝 2熔渣 3熔池 4保护气体 5焊芯 6药皮 7熔滴 8焊件 图2.1 焊条电弧焊工作原理示意图焊接电弧焊工作原理如图2.1所示：焊条电弧焊的特点： （1）工艺适应性强 可以适用于绝大部分金属材料的焊接； （2）灵活性好 可针对不同的焊接位置、

14、接头形式、焊件厚度； （3）可达性强 只要焊条能到达的位置，都可以进行焊接操作； （4）易于分散焊接应力和控制焊接变形； （5）成本低 焊条电弧焊的焊接设备比其他焊接方法低得多。2.2 焊接材料和设备的选用材料： （Q235钢）钢板5块 300mm×50mm×10mm 焊条 E430 (J422) 数根 设备： 手工电弧焊机 图2.2 IGBT逆变式直流弧焊机 表2.1 E4303（J422）焊条的简介焊接牌号国标药皮类型焊接电源主要特点及用途 J422E4303钛钙型交直流焊接较重要的低碳钢结构和同强度等级的低合金钢 表 2.2 E4303 熔敷金属成分（不大于）E430

15、(J422) 成分CMnSiPSCrCuNi质量含量百分数0.30.310.0180.0400.035 表2.3 E4303 熔敷金属的主要性能 焊条牌号熔敷金属化学成分%熔敷金属力学性能J422CMnSi其他b/mpas/mpa/s%A/Kv0.080.470.15 480 38228792.3 Q235焊接接头坡口设计从两个方面来完成焊接破口的设计。一方面从坡口的形式入手，考虑到实际生产中常用的坡口形式有“I”形“V”形“Y形”等，所以选择这三种形式的坡口；另一方面就是坡口的几何参数方面。由于焊接方法选用手工电弧焊，其焊接时熔深较浅，在厚度比6mm大时，就应在焊缝处开坡口。而焊条电弧焊的焊

16、条直径较粗，焊缝表面会有较厚的熔渣层，较大的坡口能使焊条伸进坡口底部，便于脱渣，所以坡口角度设计为60°、和90°。把“I”形坡口，“Y”形坡口坡口角度设计为900，钝边高度为3mm和2mm两个，相互对比；“V”形坡口同样也设计两个，一个坡口角度600，另一个坡口角度900。 总共有5个不同的坡口，由于是在相同的焊接参数和设备下进行焊接，所以坡口自身的不同（形式和参数）就是影响焊缝质量的因素。I形坡口与V形、Y形坡口作比较时，可以得到有无坡口对焊缝质量的影响；Y形组坡口自相比较，可以得到钝边高度对焊缝质量的影响；V形组坡口自相比较时，可以得到坡口角度对焊缝质量的影响。 表2

17、.4 坡口设计参数统计 Q235钢板300mm×50mm×8mm “I”形坡口无“V”形坡口60°无90°无“Y”形坡口90°钝边高度2mm90°钝边高度3mm 2.4 Q235钢焊接工艺2.4.1 焊前准备(1)坡口准备：总共设计了5个坡口，把“I”形坡口作为一个标准，“Y”形坡口坡口角度设计为900，钝边高度为3mm和2mm两个，相互对比；“V”形坡口同样也设计两个，一个坡口角度600，另一个坡口角度900。使用线切割机，切出设计的5个坡口。 (2)焊条烘干：为保证焊条良好的焊接性，在焊条使用前应烘干，J422是酸性焊条烘干温度为

18、15200，保温1-2h，焊条应该随用随取，应注意焊条重复烘干次数不得超过2次 。2.4.2 工作表面的清理工作表面的清理：因为是线切割开的坡口，放置了一段时间，所以破口表面及其周围的铁锈、油污、水、油漆及其它杂物，必须进行清理。使用砂轮或砂纸打磨坡口表面能有效去除铁锈；必要时应对坡口用吹风吹干。 2.4.3 Q235钢焊接工艺的制定 (1) 焊条直径焊条直径选择4.0焊条。根据以下原则，焊接8mm厚钢板时，使用4.0的焊条是符合标准的。 表2.5 焊件厚度与焊条直径的关系焊件厚度焊条直径 4不超过焊件厚度4123.04.0>124.0 (2) 焊接电流焊接电流只要根据焊条直径和焊接位置

19、来选择，在平焊位置焊接时，可根据下列经验公式选用电流：I=Kd式中：I-焊接电流（A） d=焊条直径（mm） K=经验因数 通常取3050 焊条直径d与经验系数K的关系如 表2.6 焊条直径与经验系数K的关系焊条直径d/mm 12 24 46经验系数K 2530 3040 4060实际生产中电流大小的选择应考虑其他因素的影响，一般在使用碱性焊条是，焊接电流要比酸性焊条小些。此次焊接平焊缝，运条和控制熔池中的熔化金属比较容易，因此可以选择较大的焊接电流进行焊接。焊接母材板厚为8mm，使用手工电弧焊时，熔深较浅，可能不容易一次性焊透，打底焊的电流应适当提高。打底焊焊接电流大小为110A，层间焊电流

20、和封口焊电流160A。（3） 电弧电压在焊接时电弧电压是由电弧长度决定的，电弧越长，电弧电压越高；电弧越短电弧电压越低。在实际焊接过程中，一般要求短电弧施焊，因为焊接时电弧过长会导致电弧燃烧不稳定，增加熔化金属的飞溅，减小熔焊程度及易产生咬边等缺陷，而且还会使焊缝产生气孔的几率升高。（4） 焊接速度 因为是Q235的焊接，其焊接性能较好，故而焊接速度不做特殊规定，通常焊接速度小于10mh，然而工件越薄，焊接速度越大。在焊接时，可以根据试焊时焊缝成形质量来调节焊接速度，选择合理的焊接速度完成焊缝成形。试验中焊接钢板厚度为8mm,应该根据试焊的实际情况进行调整。 2.5 金相实验金相制备主要有4个

21、步骤，取样、磨制、抛光和浸蚀。（1） 取样：使用金属线切割机，从5块已焊好的钢板上切取10mm×20mm×8mm的金相试块各一个，总共5个（2） 磨制：金相试样的磨制分为两道工序，即粗磨和细磨。 粗磨的目的：为了获得一个平整的表面。在砂轮上磨制时，应握紧试样，压力不宜过大，并随时用水冷却，以防受热引起金属组织变化。粗磨时应保证能获得一个平整的表面。粗磨使用的砂纸有200#和400#两种，按先粗后细的原则先用200#进行首道粗磨，再用400#进行下一道粗磨。细磨的目的：为了消除粗磨时留在试块表面的粗磨痕，以得到平整而光滑的磨面，并为进一步的抛光做好准备。 磨制时砂纸应平铺于厚

22、玻璃板上，左手按住砂纸，右手握住试样，使磨面朝下并与砂纸接触，在轻微压力作用下向前推行磨制，用力要均匀，务求平稳，否则会使磨痕过深，而且造成磨面的变形。试样退回时不能与砂纸接触，以保证磨面平整而不产生弧度。细磨时使用600#、800#的砂纸细磨，秉承先粗后细的原则。 (3) 抛光：抛光的目的在于去除细磨时磨面上遗留下来的细微磨痕和变形层，以获得光滑的镜面。抛光后的试样应用清水冲洗干净，然后用酒精冲去残留水滴，再用吹风机吹干，以备浸蚀时使用。 （4）浸蚀： 经抛光后的试样磨面是一平整光滑镜面，如果直接放在光学显微镜下观察，除某些非金属夹杂物、石墨、孔洞、裂纹外，无法辨别出组织中各种组相及其形态特

23、征。浸蚀的作用就是使金相组织能在显微镜下看到各种组成和它们的形态特征。 特别注意在使用高速运行器械时应该注意安全，防止试块飞出，造成不必要的伤害。 Q235钢金相试块使用4%硝酸酒精溶液浸蚀，浸蚀时，使用棉花球均匀涂抹浸蚀溶液于镜面，待浸蚀适度时，应及时用清水清洗镜面，搽拭干净用吹风机吹干，并保持浸蚀面干净清洁。如果不能及时观察金相应该干燥保存，保留过长时间后，浸蚀面依然会氧化生锈，这一点必须注意。生锈后的金相若要进行金相观察，必须重新完成以上步骤才能进行观察。 在金相制备过程中使用到的预磨机和抛光机分别如图 图2.3 M-2型预磨机 图2.4 P-1型抛光机 2.6 硬度试验 硬度试验是一种

24、简便的性能测试方法。一般情况下，材料的硬度高，就说明其强度也高，而抗拉强度与硬度大致呈线性关系。焊接接头的体积虽然小，但其中的性能梯度变化很大，通过常规力学性能测验方法很难测出其各个区域的性能。通过显微硬度测试的方法就可以测出其各区域的硬度值，从而了解整个焊接接头的性能分布情况。 本次试验采用的显微硬度仪器是HVS-1000型显微硬度仪。如图2.5所示。图2.5 HVS-1000型显微硬度仪其操作要领：1.选择载荷大小，打开电源开关； 2.按特殊功能健3次（SPECI),将目镜里的两条游动丝并拢（用目镜上鼓轮），按下CL清零。注意：按几下(LIGHT+),将灯室亮起来；3.用400倍的目镜选择

25、好视场后，握住小手柄逆时针旋转压头到试样表面上； 4.按下开始键(START),待三盏灯熄灭后，顺时针旋转小手柄让镜头对到试样； 5.用目镜里的两条游动丝测试菱形压痕的对角线长度，注意带+号的游动丝永远在没有+号的游动丝右侧。压痕水平对脚线测试后按下目镜左上方黑色小按钮一下，然后目镜转90度角，压痕垂直对角线测试后按下目镜左上方黑色小按钮一下，结果在电子窗口右侧显示； 6.测试完毕后，按几下(LIGHT-)，将灯室暗下来，关闭电源。 第三章 试验结果与分析 3.1 焊缝成形缺陷及防止措施 完成焊接后得到了一些关于焊缝成形的图片，如下：图3.1 I形坡口（单面焊时）背面 图3.2 I形坡口双面焊

26、焊接I形坡口是发现，试验用到的钢板过厚，单面焊时焊不透，所以要进行双面焊保证焊缝质量。 图3.3V形90°坡口焊缝 图3.4 Y形坡口焊缝 从焊缝成形质量来看，焊件厚度为8mm，焊接时操作不当会造成不必要的焊接缺陷，如未焊透、咬边等。（厚板）单面未焊透 图3.5 未焊透缺陷 未焊透的原因：焊接规范选择不当，焊接速度过快，导致金属来不及熔化，而破口角度过小，钝边过大或对口间隙过小，手工焊接时电流太小，运条速度太快，使熔深不够大，造成未焊透。在此次试验 中造成未焊透的主要原因是：板材厚度较大，达到8mm。 未熔合 图3.6 未熔合缺陷 焊接V形坡口是出现了如图3.6所示的未熔合缺陷，未熔

27、合的原因：焊接电流(110A)过小时，在施焊过程中，焊条焊丝可能偏于坡口一侧，也可能是因焊条偏心使电弧偏于一侧，使坡口底部焊缝金属未得到充分溶化就被填充金属所覆盖。如果坡口底部焊缝表面有锈或脏物，焊接时由于温度不够，未将其溶化而覆盖 上填充金属，也会未融合。 焊接咬边 图3.7 焊接咬边缺陷焊接咬边是沿焊趾的母材部位形成的沟槽或缺陷，焊接时由于熔敷金属未能完全覆盖在母材的已熔部分，在焊趾处产生低于母材表面的沟槽。其产生的原因：电弧热量过高（焊接电流过大以及运条不当） 焊接时出现的缺陷有未焊透、咬边和未熔合，其主要防止措施分别是： 未焊透和未熔合的危害：未熔合和未焊透会使缺陷处的接头承载面积减小

28、， 引起应力集中，降低接头的力学性能。 防止这些缺陷的措施：应该选择合适的焊接参数及焊接热输入量；设计合适的焊接坡口形式及装配间隙（即坡口间隙），确保焊丝对准焊缝中心进行正确的施焊过程；焊接操作者在施焊过程中应严格按操作要求焊接，焊接技术人员的焊接技术水平也会对焊缝缺陷造成影响。 （2）焊接咬边的危害：咬边是一种危害较大的缺陷，会造成应力集中，降低结构承受动负荷的能力和降低疲劳强度。 防止咬边缺陷的措施 ：选择合适的焊接规范，掌握正确的运条方法。 3.2 熔合比和焊缝成形系数的计算和分析3.2.1 熔合比和焊缝成形系数 熔合比：熔焊时，被熔化的母材部分在焊道中所占的比例就是焊缝的熔合比。 熔合

29、比可以根据公式计算：熔合比=SB/(SA+SB) SA 焊道金属中焊材金属熔化的横截面积 SB 焊道金属中母材金属熔合的横截面积 SA+SB 整个焊道金属的横截面积 焊道中SA和SB如图3.8所示 图3.8 焊缝熔合比 熔焊时，在单道焊缝横截面上焊缝宽度（c）与焊缝计算厚度（s）的比值称为焊缝的成形系数，即 焊缝成形系数=c/s如图3.9所示 图3.9 “I”和“Y”坡口单道焊焊缝成形系数3.2.2熔合比和成形系数对焊缝质量的影响 （1）熔合比对焊缝质量的影响：焊缝熔合比是焊接时熔化母材占焊道金属总量比例的一个指标，熔合比越高焊缝成形质量越好。 （2）焊缝成形系数对焊缝质量的影响：焊缝成形系数

30、小时形成窄而深的焊缝，在焊缝中心由于区域偏析会聚集较多的杂质，抗热裂纹性能较差，所以形成系数不能太小，否则焊缝易产生热裂纹。3.2.3 各个坡口焊缝的熔合比和成形系数（1） “I”形焊缝的熔合比 SAI=23.812 SBI=32.622 SAI+SBI=54.43 2 “I”熔合比=SBI /SAI+SBI =0.60 “I”形焊缝的成形系数=cI/sI=12.6/6.47=1.95SASB C=12.6S=6.47图3.10 I型坡口焊缝腐蚀效果图（2） “V”形焊缝的熔合比和成形系数 60°V形焊缝的熔合比和成形系数 SAV1=42.962 SBV1=29.662 SAV1 +

31、SBV1 =72.622 V1焊缝的熔合比=SBV1 /SAV1 +SBV1 =0.41 V1焊缝的成形系数=cv1/sv1=13.5/8=1.69 SASBC=13.5S=8图3.11 60°V形坡口焊缝腐蚀效果图 90°V形焊缝的熔合比和成形系数 SAV2=48.732 SBV2=31.532 SAV2 +SBV2=80.262 V2焊缝的熔合比=0.39 V2焊缝的成形系数=14.1/8=1.76 SASBC=14.1S=8 图3.1290°坡口焊缝腐蚀效果图 （3） “Y”形焊缝的熔合比和成形系数 Y3(钝边高度为3)焊缝的熔合比和成形系数 SAY3=37

32、.832 SBY3=27.542 SAY3+ SBY3=65.372 Y3焊缝的熔合比=0.42SA Y3焊缝的成形质量=13.9/8=1.74SBC=13.9S=8图3.13 钝边高度为3Y形坡口焊缝腐蚀效果图 Y2(钝边高度为2)焊缝的熔合比和成形系数 SAY2=39.532 SBY2=31.262 SAY2+ SBY2=70.792 Y2焊缝的熔合比=0.44 Y2焊缝的成形质量=14.5/8=1.81SA SBC=14.5S=8图3.14钝边高度为2Y形坡口焊缝腐蚀效果图 特别说明：图中黑线为腐蚀后效果加强，便于观察和测量。 表3.1 焊缝熔合比柱状图表 “I” “V1” “V2” “

33、Y3” “Y2”从图表3.1可以比较出“I”、“V”和“Y”中“I”形坡口的熔合比是最高的，达到0.6；“Y”形坡口焊缝的熔合比较“V”形坡口焊缝的熔合比稍微高一些。明显，开设坡口会使焊缝的熔合比降低。 表3.2焊缝成形系数柱状图表 “I” “V60” “V90” “Y3” “Y2” 从表3.2中可以知道，“I”形坡口焊缝成形系数是最高的，当开设坡口时成形系数有所降低（数值差不是很大）。“V”形坡口90°坡口焊缝成形系数比60°的坡口焊缝系数大；而在“Y”形坡口开设2钝边高度的成形系数比开设3钝边高度的成形系数大。3.3 金相分析 焊接焊缝金相组织结构的优良会直接影响焊缝质

34、量的好坏。接头中焊缝、热影响区对焊缝质量和性能都有不同程度的影响。焊缝的主要作用是连接金属和传递力。焊缝金属的性能主要决定于熔合后的组织。熔合区：在接头中，焊缝与热影响区相互过渡的区域，是焊缝边界上固液两相交错的共有部分。通常此区域很窄，低碳钢和低合金钢的融合区宽度约为0.10.5mm。熔合区组织均匀，晶粒细小，不存在脆化相对提高焊接接头质量和性能有很大好处。热影响区：母材在焊接过程中，由于焊接热导致不均匀受热，在不均匀温度场的作用下，发生金相组织和力学性能变化的区域。热影响区的宽度与焊接方法和热输入量的大小有关；其组织性能变化受母材的化学成分、焊前热处理状态和焊接热循环等因素的影响。焊后热影

35、响区内可能发生脆化、硬化、和软化等不利于接头质量的现象。 Q235钢母材金相组织图如下，Q235钢母材组织主要有白色的粗大的块状铁素体和灰色的珠光体组成。 （I形坡口）焊缝区域，热影响区和熔合区的金相图如下 热影响区 图3.13I形坡口热影响区 图3.14I形坡口熔合区 下列图片是I形坡口、V形坡口、Y形坡口的焊缝区的金相图片， 图3.15 I形坡口焊缝区 图3.16 V形坡口焊缝区 图3.17Y形坡口焊缝区 将V形坡口（60°和90°）的热影响区金相图作对比，如图 图4.1860°V形坡口热影响区 图4.1990°V形坡口热影响区 在把Y形坡口（90&

36、#176;），钝边高度分别为2mm和3mm的焊缝金相图 作对比，（热影响区）图如下 图4.20 2mm钝边高度热影响区 图4.21 3mm钝边高度热影响区 以上各图为以Q235钢设计的5个坡口的焊缝的金相图，虽然不是很清晰，但是对应区域组织基本是一样的，不能作为反映坡口对焊缝质量影响的标志。在焊缝中晶粒较为细小，由铁素体和少量珠光体；热影响区组织粗化，块状铁素体或者板条状铁素体，以及少量珠光体。 3.4 硬度分析 焊接接头的硬度也是反映焊缝质量和接头性能的一个重要的指标。I形坡口焊缝硬度大概在HV235左右，而热影响区硬度大概在HV135左右;V形坡口焊缝区显微硬度在HV220左右，而热影响区显微硬度大概在HV125左右;Y形坡口的各个区域硬度和V形坡口硬度相当，略微比V形坡口大些。Y形坡口焊缝区显微硬度大概在HV225左右，热影响区大概在HV130左右. 表3.1 焊接接头各区显微硬度 表3.2 “I”、“Y”及“V”形坡口焊缝区及热影响区显微硬度 “I” “Y” “V”在相同焊接参数下，5种不同坡口形式焊缝接头中各区域的硬度大概是相差不大。 结 论 通过Q235钢设计的5不同坡口形式的接头，采用焊条电弧焊完成焊接，根据实验结果可以得到以下结论：（1）“I”、“V”和“Y”中“I”形坡口的熔合比是最高的，达到0.6；“Y”形坡口焊缝的熔合比较“V”形坡口焊缝的熔合比稍微高一些。