Q235厚钢板焊后热处理工艺及组织性能分析

1、 毕 业 论 文题 目： Q235钢厚钢板焊后热处理工艺及组织性能分析 学院： 机械工程学院 专业：材料成型及控制工程 班级：0802学号200802050224 学生姓名： 张博涵 导师姓名： 马红亮 彭小敏 完成时间： 2012年6月20日 诚 信 声 明本人声明：1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。作者签名： 日期： 年 月 日毕业设

2、计（论文）任务书 题目： Q235钢厚钢板焊后热处理工艺及组织性能分析 姓名 张博涵 学院 机械工程学院 专业 材料成型 班级 0802 学号 200802050224 指导老师 马红亮 彭小敏 职称 讲师 教研室主任 李东锋 一、基本任务及要求：1. 查阅与本课题相关的文献资料及相关手册，了解焊后热处理的作用及其对焊缝组织性能的影响并归纳焊后热处理工艺确定原则，了解Q235钢组织性能特点、特别是焊接性能特点及Q235钢的应用，撰写文献综述； 2. 设计确定Q235钢厚板焊后热处理工艺 3. 对经不同热处理制度后，Q235钢焊件组织性能进行分析，评估热处理工艺，分析原因，获得优化后最佳工艺；二

3、、进度安排及完成时间：1. 3月1日3月30日，查阅资料、撰写文献综述和开题报告； 2. 4月1日4月6日，课题调研、资料收集、方案设计； 3. 4月7日5月1日， 试验研究及结果分析； 4. 5月2日5月22日，撰写毕业论文； 5. 5月23日6月5日，将毕业论文送指导老师审阅、评阅老师评阅； 6. 6月7日6月15日，毕业论文答辩和资料整理。 目 录摘要IAbstract:II第1章 绪论11.1引言11.2课题的研究背景11.3课题的研究内容21.3.1厚钢板的焊接技术21.3.2焊后热处理技术41.3.3金相显微分析51.3.4硬度测试51.3.5力学性能分析61.4课题的目的和意义6

4、第2章 实验设备及实验方法72.1实验设备介绍72.2实验过程及方法122.2.1实验流程图122.2.2 Q235厚板焊接实验过程122.2.3焊后热处理工艺142.2.4金相显微组织观察142.2.5硬度测试162.2.6力学性能测试18第3章 实验结果与分析203.1 Q235厚钢板焊接结果与分析203.2 Q235厚钢板金相组织结果与分析213.3 Q235厚钢板硬度测试结果与分析243.4 Q235厚钢板拉伸试验结果与分析25结 论26参考文献27致 谢28Q235钢厚钢板焊后热处理工艺及组织性能分析摘要：本文以Q235厚钢板为研究对象，采用手工电弧焊焊接方法进行焊接，通过对Q235

5、厚钢板的焊后热处理，初步探讨其工艺过程，采用去应力退火热处理工艺，目的是消除焊后残余应力的影响。并对热处理前和热处理后做了对比试验探究，主要对试件金相显微组织，试件的力学性能，硬度进行了研究。研究结果表明：Q235钢焊接性能良好，热处理前后的力学性能，硬度有很大差别，焊缝区的硬度明显高于母材硬度，去应力退火热处理后对应的母材和焊缝硬度都有所降低，经过热处理力学性能大体有所提高。退火前后组织不变，退火后比退火前晶粒更细，分布更均匀。关键词：Q235厚钢板；焊后热处理；焊缝；力学性能；Q235 THICK STEEL PLATE HEAT TREATMENT AFTER WELDING TECHO

6、NLOLOGY AND MICROSTRUCTURE ANALYSISAbstract: Based on the Q235 thick steel plate as the research object, using the manual electric arc welding method for welding, through to the Q235 thick steel plate heat treatment after welding, preliminary discuss the process, using stress annealing process, is d

7、esigned to eliminate welding residual stress effect, and pass on before, after heat treatment tissue preparation and microscopic observation on the microstructure, mechanical properties, hardness contrast test research, research results show that: good welding performance of Q235 steel after heat tr

8、eatment, mechanical properties, hardness has very big difference, the hardness of welding seam area was significantly higher than that of the parent material hardness, stress annealing treatment after the corresponding parent material and weld hardness are decreased, and after heat treatment mechani

9、cal properties substantially increased. Organizations do not change after annealing, after annealing the grain is finer and more uniform distribution.KEY WORDS: Q235 thick steel plate; heat treatment after welding; contrast experiment research; welding; mechanical properties;II第1章 绪论1.1引言历史上，石器时代，青铜

10、器时代，铁器时代，都是以材料为标志划分的。但是自古以来，人们都要把材料合成一种结构才能更好地使用。因此，材料和结合手段就一直密不可分，而且彼此相互促进，不断发展着。20世纪初，电弧技术用于钢铁产品，促使焊接和钢结构出现了质的飞跃。进入21世纪仅短短5年，我国钢产量已突破3亿t,成为世界第一生产钢国，比美，俄，日三大产量之和还多的多。钢的品种和质量也迅速发展和提高，材料加工，焊接专业工作者的任务将更加繁重和光荣。20世纪80年代以来,随着我国科研开发能力的提高，结合引进国外先进技术和装备，焊接材料生产的品种和制造规模迅速发展。焊接材料的生产主要以焊条、实芯焊丝、药芯焊丝、埋弧焊焊丝和焊剂为主，满

11、足了常用电弧焊焊接方法的需求，为大型工程的建设做出了重大贡献。焊接过程是一个独立的焊接冶金过程，在熔化焊的条件下，焊接接头由两个互相联系而组织性能又有很大区别的两个部分组成，即焊缝和热影响区。焊缝和热影响区经历了复杂但有规律的焊接热循环。在焊接接头这个很小的区域中，几乎所有的物理冶金现象都可能出现，最终形成具有不同显微组织和性能的接头区域，对焊接接头的质量有直接影响1。随着时代的进步，人们对焊接件的性能要求提高，发现热处理可以使得焊件的性能提高，故焊后热处理技术为人利用。1.2课题的研究背景焊接作为一种通用的共性技术，在制造业中被相当数量的企业用作关键的加工工艺，焊接直接决定着其产品质量的好坏

12、。根据我国产业类别的划分方法，焊接企业广泛分布在锅炉、压力容器、发电设备、核设施、石油化工、管道、冶金、矿山、铁路、汽车、造船、港口设施、航空航天、建筑、农业机械、水利设施、工程机械、机器制造、医疗器械、精密仪器和电子等行业中。这些企业在我国工业经济建设中影响睬、涉及面广、具有举足轻重的影响和作用。Q235钢是一种普通碳素结构钢，现大量应用于建筑及工程结构。用以制作钢筋或建造厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车辆、锅炉、容器、船舶等，也大量用作对性能要求不太高的机械零件。C、D级钢还可作某些专业用钢使用。随着时代的发展厚板应用越来越多，对于厚钢板的研究是一个比较前沿的问题，也是比较难的问题。本文将

13、对Q235的焊后热处理及组织性能进行分析。1.3课题的研究内容1.3.1厚钢板的焊接技术对于厚板、超厚板焊接时填充焊材熔敷金属量大，焊接时间长，热输进总量高，构件施焊时焊缝拘束度高、焊接残余应力大，焊后应力和变形大。焊接施焊过程中，易产生热裂纹与冷裂纹2。 厚板在焊接前，钢板的板温较低，在开始焊时，电弧的温度高达12501300，厚板在板温冷热骤变的情况下，温度分布不均匀，使得焊缝热影响区轻易产生淬硬马氏体组织，焊缝金属变脆，产生冷裂纹的倾向增大，为避免此类情况发生，厚板焊前必须进行加热。在实际生产制造过程中，应对焊接过程进行控制，以防止焊接裂纹的产 生。（1）厚钢板焊接的常用方法和要求定位焊

14、：定位焊是厚板施工过程中最轻易出现题目的部位。由于厚板在定位焊时，定位焊处的温度被四周的“冷却介质”很快冷却，造成局部过大的应力集中，引起裂纹的产生，对材质造成损坏。解决的措施是厚板在定位焊时，进步预加热温度，加大定位焊缝长度和焊脚尺寸。 多层多道焊：在厚板焊接过程中，坚持的一个重要的工艺原则是多层多道焊，严禁摆宽道。这是由于厚板焊缝的坡口较大，单道焊缝无法填满截面内的坡口，摆宽道焊接造成的结果是，母材对焊缝拘束应力大，焊缝强度相对较弱，轻易引起焊缝开裂或延迟裂纹的发生。而多层多道焊有利的一面是：前一道焊缝对后一道焊缝来说是一个“预热”的过程；后一道焊缝对前一道焊缝相当于一个“后热处理”的过程

15、，有效地改善了焊接过程中应力分布状态，利于保证焊接质量。 焊接过程中的检查：厚板焊接不同于中薄板，需要几个小时乃至几十小时才能施焊完成一个构件，因此加强对焊接过程的中间检查，显得尤为重要，便于及时发现题目，中间检查不能使施工停止，而是边施工、边检查。如在清渣过程中，认真检查是否有裂纹发生。及时发现，及时处理。 厚板对接焊后，应立即将焊缝及其两侧各100150mm范围内的局部母材进行加热，加热时采用红外线电加热板进行。加热温度到250350后用石棉展盖进行保温，保温26h后空冷。这样的后热处理可使因焊前清洁工作不当或焊剂烘焙不当而渗透熔池的扩散氢迅速逸出，防止焊缝及热影响区内出现氢致裂纹。厚钢的

16、超声波检测应在焊后48h或更长时间进行。如进度答应，也可在构件出厂前再次进行检测，确保构件合格，以免延迟裂纹对工件的破坏。（2）厚钢板的焊接工艺厚钢板的焊接工艺包括厚钢板的切割，厚钢板的对接焊接3。厚钢板切割 对采用乙炔气切割和液化石油气切割做了分析比价试验，试验结果表明：液化石油气切割与乙炔气切割相比，预热时间较长，切割速度较慢，但切割面光滑，不渗碳，成本下降15以上，比较经济安全。因此，最终确定采用液化石油气进行厚板切割。厚钢板的焊接厚钢板的对接采用V型坡口手工电弧焊，厚钢板的对接只允许在长度方向对接。手工电弧焊焊接技术使用不同的方法保护焊接熔池，防止和大气接触。热能也是由电弧提供。和MI

17、G焊一样，电极为自耗电极。金属电极外由矿物质熔剂包覆，熔剂熔化时形成焊渣盖住焊接熔池。此外，包覆的熔剂还释放出气体保护焊接熔池，而且，还含有合金元素用来补偿合金熔池的合金损失。在有些情况下，包覆的熔剂内含有所有合金元素，中部的焊条仅是碳钢。然而，在采用这些类型的焊条时，需要特别小心，因为所有飞溅都具有软钢性质，在使用过程中焊缝会锈蚀。 a 手工电弧焊的特点4操作方便，使用灵活，适应性强。适用于各种钢种，各种百度，各种位置和各种结构的焊接。特别是对不规则的焊缝，短焊颖，仰焊缝，高空和位置狭窄的焊缝，均能灵活运用，操作自如。焊接质量好。因电弧温度高，焊接速度较快，热影响区小，焊接接头的机械性能较为

18、理想。另外，由于焊条和电焊机的不断改进，在常用的低碳钢和低合金钢的焊接结构中，焊缝的机械性能能够有效地控制，达到与母材等强的要求。对于焊缝缺陷，在一定范围内可以通过提高焊工水平、改进工艺措施得到克服。手工电弧焊易于分散应力和控制变形。所有焊接结构中，因受热应力的作用，都存在着焊接残余应力和变形，外形复杂的焊缝、长焊缝和大工件上的焊缝，残余应力和变形问题更为突出。采用手工电弧焊，可以通过工艺调整，如跳焊、逆向分段焊、对称焊等方法，来减少变形和改善应力分布。设备简单，使用维护方便。无论交流电焊机还是直流电焊机，焊工都容易掌握，使用可靠，维护方便。不象埋弧焊、电渣焊设备那样复杂。由于手工操作，生产效

19、率低，焊工的劳动强度也比较大。焊接质量不稳定。手工电弧焊的焊接质量，与焊工的技能有关，培训焊工技能的难度较大，也由于手工操作的随意性比较大，使焊接质量不稳定，这是手工电弧焊的最大缺点。b 手工电弧焊的工艺及参数选择不同的焊接方法有不同的焊接工艺。焊接工艺主要根据被焊工件的材质、牌号、化学成分，焊件结构类型，焊接性能要求来确定。首先要确定焊接方法，如手弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊等等，焊接方法的种类非常多，只能根据具体情况选择。确定焊接方法后，再制定焊接工艺参数，焊接工艺参数的种类各不相同，如手弧焊主要包括：焊条型号（或牌号）、直径、电流、电压、焊接电源种类、极性接法、焊接层数、道

20、数、检验方法等等。 手工电弧焊的焊接工艺参数主要有焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接层数、电源种类及极性等。1.3.2焊后热处理技术焊后热处理一般选用退火或高温回火处理5。对于电弧焊焊口采用去应力退火热处理。这是因为普通焊的焊缝及热影响区的晶粒粗大，需要细化晶粒，残余应力大故采用去应力退火处理。热处理的加热和冷却不宜过快，力求内外壁均匀。本文主要研究去应力退火，现将其叙述如下：（1）去应力退火工艺守则a准备工作： 将准备退火的工件，运至炉旁，并均具有检查合格证，无合格证者，不得入炉退火。 检查工件的外形尺寸，是否年装炉。 将退火用的设计资料与工艺文件准备齐。 对设备进行检查、电气线路、冷却水路

21、、炉内状况、周围环境。 装炉时，垫平工件用的垫块准备齐全。b装炉要求： 工件下面应予以垫平或垂直。 工件离炉底、炉壁及工件之间的距离不得小于100mm。 工件不能相互叠放。 工件应选择热状态变形最小的位置放置，如半环之类的结构件，开口不得向上。 材厚相差悬殊的结构件，不得混合装炉退火。c退火规范： 开炉（盖盖）后，慢慢升温，2h内，升温到250以下； 2h后，以每小时80的速度，加热到580620，并保持炉内在加热过程中，各区的温度差不大于20。 加热到580620，在炉内进行保温，其温度时间，由计算决定，以焊接零件最厚的断面为准，每25mm为1h，但不得少于4h（即保温时间，经过计算，不足4

22、h者，应保温4h）。其中：a.带“号字”产品的机座、支架的保温时间，要保持到5.5h6h。b.超高强度钢的焊接结构件的保温时间，保持到5h5.5h。c.厚钢板的保温时间按有效厚度mm×（34）min/mm计算在关闭的炉中，冷却到300以下时，将退火件从炉中移出，置于静止的空气中，冷却到室温。其中：条中a、b件，在室温低于20时，工件随炉冷却300以下后，吊开炉盖，在炉腔内冷却到室温，再移出。d质量检查： 对准备进行退火的焊接零件部件，在装炉前，按照图纸、工艺文件等进行质量复查（着重复查,2外形尺寸、焊缝表面质量以及易于变形的部位是否已焊牢工艺筋等）。 按装炉要求，对焊接零部件退火的装

23、炉是否符合要求进行检查。 在退火过程中，对本守则第五章规定的退火规定的规范的执行进行检查。温度、自动记录等情况，进行观察，若中途仪表、仪器等设备失灵，则要作好记录。焊接零部件退火后，按照图纸、技术条件、工艺文件等进行质量检查。(2)去应力退火的目的a降低钢的硬度，消除冷加工硬化，改善钢的性能，恢复钢的塑性变形能力。b消除钢中的残余内应力，稳定组织，防止变形开裂。c均匀钢的组织和化学成分。去应力退火后冷却应尽量缓慢，以免产生新的应力6。1.3.3金相显微分析将热处理后的试样进行磨制，抛光，浸蚀，利用4X型金相显微镜以及金相分析仪对试样观察显微组织并进行金相组织分析。主要观察焊缝影响区以及分析其组

24、织机械性能7。1.3.4硬度测试主要方法是：利用HRS-150型数显洛氏硬度计对试样做热处理前后的硬度对比实验。测量多组实验求平均值1.3.5力学性能分析主要方法：利用液压式万能试验机（型号：CMT3505）对试样热处理前后做拉伸实验，测试屈服强度、抗拉强度、屈强比等力学性能。测多组数据取平均值9。1.4课题的目的和意义了解焊后热处理的作用及其对焊缝组织性能的影响并归纳焊后热处理工艺确定原则，了解Q235钢组织性能特点、特别是焊接性能特点及Q235钢的应用。 设计确定Q235钢厚板焊后热处理工艺。对经不同热处理制度后，Q235钢焊件组织性能进行分析，评估热处理工艺，分析原因，获得优化后最佳工艺

25、。随着时代的进步，科技的发展，人们对厚板应用更加广泛。厚板的焊接和处理难度较大，焊后热处理又是改善焊接后性能的必要的措施，故对此课题的研究有着重大意义。本论文的研究将有助于对这些技术有更好地了解。第2章 实验设备及实验方法2.1实验设备介绍（1）天平，瓷钵（带有瓷棒）玻璃板，量筒（2）交流弧焊机交流弧焊机实际上是一种具有一定特性的降压变压器。它把网路电压(220v或380v)的交流电变成适合于电弧焊的低压交流电。其结构简单、价格便宜、使用方便、维修容易、空载损耗小，但电弧稳定性较差； 图2.1 交流弧焊机（3）金相细磨砂纸所用金相砂纸的号数为00、02、03、04、05，用来对试样进行手工细磨

26、，以便快速制备金相试样。如图2.2所示：图2.2金相砂纸（4）金相试样预磨机 所用型号为M-2型，该机是一种湿式磨光机，它利用不同粒度的金相砂纸，对各种金属及合金的试样进行磨光。采用本预磨机，除以机械磨光代替手工操作提高制备试样的效率以外，还能完全除去试样切割过程中产生的塑性变形和表面加热的痕迹，供进一步抛光后进行组织的显微测定。预磨机在工作时，通过回转水且将冷却水不断注入旋转的磨盘中，砂纸在大气压的作用下可以紧贴在磨盘上，用来去除原材料表面的氧化物，为测量试样的硬度和下一步手工细磨做准备。如图2.3所示：图2.3预磨抛光机（5）金相试样机械抛光机金相试样抛光机由底座、抛盘、抛光织物、抛光罩及

27、盖等基本元件组成。电动机固定在底座上，固定抛光盘用的锥套通过螺钉与电动机轴相连。抛光织物紧固在抛光盘上。电动机通过底座上的开关接通电源起动后，便可用手对试样施加压力在转动的抛光盘上进行抛光。抛光过程中加入的抛光液可通过固定在底座上的塑料盘中的排水管流入置于抛光机旁的方盘内。本实验所用型号为P-2，对金相试样进行抛光处理，消除磨面上的磨痕及金属扰乱层，以便制出平整、光亮、无痕的金相磨面，如图2.4所示：图2.4金相试样抛光机（6）4X型金相显微镜金相显微镜是将光学显微镜技术、光电转换技术、计算机图像处理技术完美地结合在一起而开发研制成的高科技产品，可以在计算机上很方便地观察金相图像。本实验主要对

28、金相试样进行显微组织观察和分析,如下图2.5所示：图2.5 4X型金相显微镜的外形结构图4X型金相显微镜实物图，如下图2.6：图2.6 4X型金相显微镜（7）金相分析仪选用GX60-DS型金相综合分析系统，配备有高倍、中倍、低倍三个高质量物镜和数码视频采集与处理硬件，并配套有专用的微机和金相分析专业软件。观察金相显微组织，拍照保存特征相图，金相分析仪如下图2.7示： 图2.7金相分析仪（8）砂轮切割机（型号：J3G-H1-400）：将焊好的钢板切成小的原始金属试样；如图2.8：图2.8砂轮切割机（9）砂轮打磨机（型号：3SL-250）：修整原始金属试样；如图2.9：图2.9砂轮打磨机（10）箱

29、形电阻炉（型号：SRJX-3-9）：箱式电阻炉又称马弗炉，它是一种周期作业式加热炉，可供实验室淬火、回火、正火、退火等热处理加热用；如图2.10：图2.10箱形电阻炉（11）液压式万能试验机（型号：CMT3505）：做拉伸实验，测试屈服强度、抗拉强度、屈强比等力学性能。如图2.11：图2.11液压式万能试验机（12）HRS-150型数显洛氏硬度计用来测试试样的硬度值，如图2.12所示是压头为120°的金刚石圆锥体的实物图，它主要测调质钢和淬火钢的硬度，有效值范围一般在2070HRC。图2.12 HRS-150型数显洛氏硬度计2.2实验过程及方法2.2.1实验流程图 试验流程图2.13

30、2.2.2 Q235厚板焊接实验过程（1）取样：取定30mm厚度的2块开有V型坡口的样板。（2）焊接规范 10 本实验采用手工电弧焊选用焊条直径为3.2mm,焊接电流110A，电压25V，焊接速度为10m/mm。焊接规范如下表1所示：表1 焊接规范焊接方法焊丝直径（mm）焊接电流(A)焊接电压(V)焊接速度(m/min)手工电弧焊d=4,d=3.2110-180,80-13020-27,20-264-20,3-12埋弧自动焊d=4400-65029-3825-35气体保护焊d=1.280-40020-40（3）焊条选择：汽蚀或磨损深处打底焊可选用J426、J427、J507、J506焊条；耐汽

31、蚀表层堆焊可选用D276、D277、D237、D642、A102、A132焊条；耐泥沙磨损表层堆焊可选用D642、D237焊条；耐蚀同时要求耐磨的表层堆焊选用D237、D642焊条。J427、J507、D277、D237焊条焊前应在300400烘干2h。D642、A102、A132焊条焊前应在100150烘干12h。（4）焊接预热温度100。（5）焊接过程：一般称第一层为打底焊，其余称为中间层焊道，最后一层称为盖面焊道通常中、小管焊接时，以截面中心垂直线为界面分成两部分，先焊的一半叫前半周，后焊的一半叫后半周，施焊时按仰，立、平焊位置顺序由下向上进行，即在仰焊位置起焊，在平焊位置收尾，形成两个

32、接头，打低焊实现单面焊双面成型。 （6）焊后冷却后拍摄焊后成品 如图2.14： 图2.14 焊后成品（7）外观目视检验：因Q235钢对应力集中敏感，故对接头外观应严格按有关规定的项目检查。对于错边、咬边、凹坑、焊波不平、道间沟槽、焊疤留、余高过大均要按有关要求处理。对于焊渣、飞溅等，为了后续工序，也须清除。2.2.3焊后热处理工艺对第二组试样2进行去应力退火11，其工艺曲线图如2.15：图2.15 工艺曲线图其中保温时间=有效厚度mm×（34）mm/min经计算得保温时间为1.52h。步骤叙述：将试样2预热至120，装炉，以80/h的速度升温至580620。保温2h，以50/h的速度

33、炉冷至300以下，空冷至室温。2.2.4金相显微组织观察将试样1，热处理后的试样2制备成金相观察试样12 （1）磨制金相试样磨制分为粗磨和细磨两类。粗磨目的是为了获得一个平整的金相磨面。将金相试样，先依次在水砂纸，1#至5#金相砂纸上磨平，每换一道砂纸打磨方向要改变 90°。将粗磨后的试样用清水冲洗并擦干后再进行细磨。按01、02、03、04、05五种金相砂纸手工细磨试样。试样磨制过程如下页图2.16所示： (a)预磨机 (b)手磨图2.16 磨制（2）抛光金相试样经过磨制后，磨面上仍然存在细微的磨痕，影响正常的组织分析，因而必须进行抛光，以得到平整、光亮、无痕的金相磨面，采用机械抛

34、光，在转速为 700r/min 的电动抛光机上用粗呢绒抛光，抛光过程中先后，使用 W1.5 金刚石研磨膏和清水。抛光时用力要轻，抛光后用酒精清洗试样表面，再用酒精清洗表面，然后用吹风机将试样吹干，即试样制备完成。常用的抛光方法有机械抛光、电解抛光、化学抛光等，我们所采用的是最常用的机械抛光抛光机。机械抛光靠抛光磨料对金相磨面的磨削和滚压作用使其成为光滑的镜面。抛光时应在抛光盘上铺以细帆布、平绒、丝绸等抛光织物，并不断滴注抛光液。抛光液一般是氧化铝、氧化铬、氧化镁等细粉末状磨料在水中形成的悬浮液，在本次实验中我们用的是氧化铬磨料。操作时将试样磨面均匀地压在旋转的抛光盘上，并且沿着抛光盘的边缘到中

35、心不断地作径向往复运动，同时使试样本身略加转动，使磨面各部分抛光程度一致，并且可以避免出现“曳尾”现象，抛光液的滴入量以试样离开抛光盘后，其表面的水膜在数秒钟内可自行挥发为宜，一般抛光时间为35min。抛光后的试样磨面应光亮无痕，石墨或夹杂物应予以保留，且不能有“曳尾”现象。由于抛光液具有腐蚀性,操作时最好戴橡皮手套 （3）侵蚀抛光后的试样磨面是一光亮的镜面，在金相显微镜下只能看到非金属夹杂物、石墨、孔洞、裂纹等。要观察金属的组织特征，还要经过适当的腐蚀，使金属的组织正确地显示。将抛光过的试样表面先用清水冲洗后用无水乙醇擦洗，用吹风机吹干，再浸入4的硝酸溶液中，时间不要太长，一般数秒即可（具体

36、应按式样和立侵蚀液来确定），然后用清水冲洗干净，再用无水乙醇将其表面擦干净，用吹风机吹干即可放在显微镜下观察基体组织。侵蚀时间要适当，一般待试样焊点磨面处发暗时就停止侵蚀，侵蚀时间取决于金属性质、侵蚀液的浓度以及显微镜的放大倍数。侵蚀时间以在显微镜下能清晰地观察显微组织细节为准。若侵蚀不足，重复侵蚀，一旦侵蚀过度，则试样需要重新抛光，有时要再05号砂纸上磨制。（4）观察对试样1未热处理的金相试样和试样2热处理后的金相试样金相显微镜下观察试样的金相组织。可先采用的是4X型金相显微镜观察，初步估计试样的制备质量，如表面的平整度、表面的划痕、腐蚀程度和显微组织的形貌。如果试样的制备质量较好，可将浸蚀

37、后的试样在金相合分析系统下进行其组织的形态、特征及组成进行分析。本实验采用的是GX60-DS型金相综合分析系统。此次实验主要观察试样过热区，焊缝影响区，母材的显微组织。2.2.5硬度测试（1）对未经热处理的试样1和热处理后的试样2硬度测试取样区域如图2.17所示： 图2.17 样板取样图（2）硬度测试的试验规范如表2：表2 三种常用洛氏硬度的试验规范表符号压头类型载荷/N硬度有效范围使用范围HRA120°C金刚石圆锥体6007085测量硬质合金、表面淬火层或渗碳层HRB直径1.588mm的淬火钢球100025100测量有色金属、退火钢、正火钢等HRC120°C金刚石圆锥体1

38、5002067测量调质钢、淬火钢等根据表可知，Q235钢经过退火处理应采用HRB的硬度标尺。故采用 HRS-150型数显洛氏硬度计测试13。（3）硬度测试步骤：（1）粗磨试样：用00,02,03号砂纸粗磨试样被测区域直至磨平。（2）精磨试样：用04,05号砂纸精磨试样被测区域直至光亮平滑。（3）利用HRS-150型数显洛氏硬度计在规定的初载荷和主载荷作用下压入被测试样区域的表面，然后卸载主载荷，从而测得试件硬度，记录数据。重复测量3次计算平均值。2.2.6力学性能测试（1）试样的拉伸试验拉伸试样如图2.18所示： 图2.18 拉伸试样 （2）拉伸试验步骤1、依次打开计算机、变压器，并按下主机外

39、罩上的“复位”按钮启动试验机。2、双击桌面上的图标WinWdw-PCI ，进入软件操作系统。3、点击“试验操作”，打开实验操作界面，做拉伸试验时，在软件操作系统的“控制面板”上选取“拉向”。4、用游标卡尺测量试样的直径和标距，并记录。在试件的标距范围内测量试件三个横截面处的截面直径，在每个截面上分别取两个相互垂直的方向各测量一次直径。取六次测量的平均值做为原始宽度，并据此计算试件的横截面面积。测量标距时，要用游标卡尺测量三次，并取三次测量结果的平均值作为试件的原始长度。5、做实验1）装夹拉伸试样。通过试验机的“上升”、“下降”按钮把横梁调整到方便装试件的位置，再把上钳口松开，夹紧试样的上端；2

40、）使横梁下降，当试样能够夹在下钳口时，停止；3） 在实验操作界面上把负荷、峰值、变形、位移、时间清零，夹紧下钳口；4） 在“控制面板”上选择“位移控制”，采用0.2mm/min的速度使横梁下降，消除预紧力，使负荷变为零；5） 装夹引伸计，并检查引伸计是否已正确连接到计算机主机的端口上；加载速度选0.5mm/min； 6）单击“新建试样”按钮，输入试件的有关信息，包括直径（或长、宽）、标距，然后点击“新建试样” 按钮，再点击“确认”。7） 再次把负荷、峰值、变形、位移、时间等各项分别清零。8） 单击“位移方式”，切换为“取引伸计”模式。在取引伸计模式下，点击“开始”按钮，开始实验。当试件即将进入

41、屈服阶段时，屏幕会弹出对话框提示取下引伸计，此时要迅速取下引伸计。因为此后试件将进入屈服阶段，在载荷变形图上将看到一个很长的波泿形曲线（表明试件处于流塑阶段），应力变化不大，但应变大大增加。如果不取下引伸计，引伸计将被拉坏。接着材料进入强化阶段，可将加载速度调至5mm/min，继续实验直至试样拉断。在实验过程中，注意观察屈服（流动）、强化，卸载规律、颈缩、断裂等现象。9）试样拉断后，立即按“停止”按钮。然后点取“保存数据” 按钮，保存试验数据。取下试样，先将两段试件沿断口整齐地对拢，量取并记录拉断后两标距点之间的长度，及断口处最小的宽度，并计算断后面积。10）数据处理。单击菜单栏中的“试验分析

42、”，并在相应的对话中选择需要计算的项目。然后单击“自动计算”。需要打印时单击“试验报告”按钮，把需要输出的选项移到右侧的空白框内，在曲线类型栏中选择应力-应变曲线，单击“确定”铵钮后打印试验报告。第3章 实验结果与分析3.1 Q235厚钢板焊接结果与分析本实验采用手工电弧焊选用焊条直径为3.2mm,焊接电流110A，电压25V，焊接速度为10m/mm焊条选用D237，焊接预热温度为100焊接成品快照如下： 图 3.1 焊接成品（1）残余应力分析厚板焊接常产生残余应力。残余应力的危害很大，残余应力使结构刚度降低，使材料产生局部塑性变形，丧失了进一步承受外载的能力，造成结构的有效截面积减小，降低了

43、受压杆件的稳定性。 如材料处于脆性状态，则拉伸残余应力和外载应力叠加有可能使局部区域的应力首先达到断裂强度，导致结构早期破坏。应力集中处存在着拉伸残余应力，疲惫强度将降低。机械加工把一部分材料从焊件上切除时，此处的残余应力也被开释。残余应力原来的平衡状态被破坏，焊件发生变形，加工精度受影响。应力腐蚀开裂是拉伸残余应力和化学腐蚀共同作用下产生裂纹的现象，在一定材料和介质的组合下发生。应力腐蚀开裂所需的时间与残余应力大小有关，拉伸残余应力越大，应力腐蚀开裂的时间越短。所以要避免或尽量消除残余应力。利用预热法来控制焊接残余应力。构件本体上温差越大，焊接残余应力也越大。焊前对构件进行预热，能减小温差和

44、减慢冷却速度，两者均能减小焊接残余应力。 利用“加热减应区法”来控制焊接残余应力 焊接时，加热那些阻碍焊接区自由伸缩的部位，使之与焊接区同时膨胀和同时收缩，就能减小焊接应力，这种方法称为“加热减应区法”，加热的部位就称之为“减应区”。 除了焊前预热，焊后经常要进行去应力退火或高温回火来消除残余应力，这样使得材质的机械性能有所提高，达到使用要求。（2）裂纹分析厚板的焊接经常会产生裂纹14。焊缝中最危险的缺陷即为裂纹。裂纹末端尖锐，裂纹使应力显著提高。各种法规规定：焊缝中不允许存在裂纹，而必须把裂纹挖掉并用同样的焊缝金属补焊。裂纹分类方法在实际中是按照裂毁产生的时间。根据这种方法， 结晶裂纹，也称

45、热裂纹是最先出现的，它是在焊缝金属结晶时由于氧化而产生的。焊前预热，焊后热处理都是消除裂纹的有效方法。3.2 Q235厚钢板金相组织结果与分析（1） 试样1未经热处理金相组织如下：图3.2 母材 125× 图3.3 过热区 125× 图3.4 焊缝组织 125×图3.2为焊后未经热处理母材的金相显微组织。 其组成为铁素体（白色），珠光体（黑色）。由于所选用的母材是低碳钢，其含碳量很低，组织是由大部分铁素体和少部分珠光体组成。如图3.3所示，过热区由于受热温度很高，使奥氏体晶粒发生严重长大现象，冷却 后得到粗大的过热组织，此区塑性差，韧性低，硬度高，其区组织粗大的铁

46、素体和珠光体。图3.4所示，焊缝金属组织呈柱状晶分布,晶界处为铁素体,晶内为贝氏体和针、块状分布的铁素体。冷却时,由于向外散热,故使焊缝的熔融金属沿热扩散方向结晶而获得柱状晶15。（2）试样2经过热处理的金相组织如下：图 3.5 退火母材 125× 图3.6 退火焊缝 125×图 3.7 退火过渡区 125× 图3.8 退火熔合区 125×图3.9 退火过热区 125×热处理方案：将试样2去应力退火后，保温1.52个小时，随炉冷却到250，在取出试样空冷，在金相分析以上观察组织并将自己所需的组织拍照下来(见上图)。去应力退火就是为了去除因塑性变

47、形加工、焊接而造成的应力以及铸件内存在的残余应力。而进行的退火，由于加热温度在A1以下，退火过程中一般不发生相变。去应力退火广泛用于消除铸件、锻件、焊接件、冷冲压件以及机械加工中的残余应力，以稳定钢件的尺寸，减少变形，防止开裂。比较焊缝区由图3.4和图3.6发现退火后的组织晶粒更细，分布更均匀，所以力学性能较好。焊缝凝固后的组织主要特征之一是形成柱状晶。其生长有明显的方向性，与散热最快的方向一致，即垂直于熔合线向焊缝中心发展。对于常用的焊接结构钢（低碳钢）从液态向固态的一次结晶形成柱状晶奥氏体，然后进一步冷至室温还要经历二次结晶过程，呈柱状晶的奥氏体在冷却过程中分解为铁素体和珠光体。由于含碳较

48、低，由先共析体素体沿奥氏体晶界析出，把原奥氏体的柱状晶轮廓勾画出来，也称为柱状铁素体。柱状铁素体十分粗大，其间隙中为少量珠光体，往往成魏氏组织形态。若为多层焊接，焊缝二次结晶组织变为细小铁素体加少量珠光体。这是由于后一层焊缝相对前一层焊缝进行加热，使其发生相变再结晶，从而柱状晶消失，形成细小的等轴晶。合金钢二次结晶的组织，则受到合金元素和焊接条件的影响而会出现不同的组织一般焊缝中合金元素较多，淬透性较好或冷却速度加快时出现贝氏体-马氏体组织。比较热影响区（图3.7），由于受焊接过程热循环（加热和冷却）的作用焊缝附近的热影响区相当于经历了“特殊的热处理”过程一样。焊缝及影响区各部分由于离焊池距离

49、不同而被加热到不同的温度，焊后冷却时又以不同的冷却速度冷却下来，因此是该区组织变得复杂。由于焊缝周围的金属导热作用，焊缝和热影响的冷却速度很快，有时可达淬火程度。冷却速度受材料的导热性、板厚很接头形状及钢板的焊前初始温度（包括环境温度和预热温度）等因素的影响。钢板尺寸越大，冷却越快，钢板初始温度越高（预热），冷却越慢。比较熔合区（图3.8），由于温度处在固相线附近与液相线之间，金属处于局部熔化状肪，晶粒变得十分粗大，化学成分和组织极不均匀，冷却后的组织为过热组织，呈典型的魏氏组织。 比较过热区（图3.3，图3.9）过热区（粗晶粒区）加热温度范围Tks-Tm(Tks为开始晶粒急剧长大温度，Tm为

50、熔点)，当加热至1100以上至熔点，奥氏体晶粒急剧长大，尤其在1300以上，奥氏体晶粒急剧粗化，焊后空冷条件下呈粗大的魏氏组织，塑性、韧性降低，使接头处易出现裂纹。3.3 Q235厚钢板硬度测试结果与分析（1） 试样1未经热处理硬度测试16如表3：表3 原始试样硬度值表（HRB）试样1123平均值母材147135141141焊缝165161157161（2） 试样2经热处理硬度测试如表4：表4 经热处理后试样的硬度（HRB）试样2123平均值母材138132134135焊缝145148151148单独考虑表3和表4得出焊缝区硬度明显高于母材硬度，是因为焊接时环境温度低，焊口冷却太快，相当于作了

51、淬火处理，淬火能增加钢的强度和硬度，但要减少其塑性，而硬度是衡量材料耐磨性的一个主要指标。实验结果表明低碳钢焊缝区硬度比母材高。由表3和表4对比得出经过去应力退火热处理后对应的母材和焊缝硬度都有所降低。3.4 Q235厚钢板拉伸试验结果与分析（1） 试样1未经热处理力学性能17如表5表5 试样1拉伸实验结果材料抗拉强度b（MPa）屈服强度s（MPa）延伸率A（%）试样118015015（2） 试样2经热处理力学性能如表6表6 试样2拉伸实验结果材料抗拉强度 b（MPa）屈服强度s（MPa）延伸率A（%）试样2200180 20根据其曲线特征，与文献比对，验证了金属材料为低碳钢。低碳钢断裂前分成

52、了四个阶段；弹性阶段：这一阶段试样的变形完全是弹性的，全部写出荷载后，试样将恢复其原长；屈服阶段：试样的伸长量急剧地增加，而万能试验机上的荷载读数却在很小范围内波动；强化阶段：试样经过屈服阶段后，若要使其继续伸长，由于材料在塑性变形过程中不断强化，故试样中抗力不断增长；颈缩阶段：试样伸长到一定程度后，荷载读数反而逐渐降低。此时可以看到试样某一段内横截面面积显著地收缩，出现“颈缩”的现象，一直到试样被拉断18。比较2组数据的结果，可以得出经热处理后的焊缝力学性能比未热处理的好，因为焊接后会产生残余应力，经去应力退火处理后消除了大量的残余应力，并且消除了部分有焊接产生的裂纹，使得材料的脆性降低，塑性提高。结论本文通过对Q235钢厚钢板焊后热处理工艺及组织性能分析的研究，现得出主要结论如下：1、采用手工电弧焊焊接方法使得操作简单，焊接质量好，设备维护方便。2、焊后热处理工艺为去应力退火，消除了焊接残余应力和防止焊接裂纹。3、金相显微组织主要是观察热处理后母材，焊缝区，影响区，过热区，熔合区几个部分。母材的金相显微组织其组成