焊接与水火成型实验

1、姓 名： 报名编号： 学习中心： 层 次： （高起专或专升本）专 业： 实验1：焊条电弧焊的引弧及运条焊条电弧焊是利用焊条与工件间产生的电弧热，将工件熔化而进行焊接的。电弧在焊条与被焊工件之间燃烧，电弧热使工件和焊条同时熔化成为熔池，焊条金属熔滴借重力和电弧气体吹力的作用逐渐过渡到熔池当中。电弧热还使焊条的药皮熔化或燃烧。药皮燃烧后与液体金属起物理化学作用，所形成的熔渣和气体可防止空气中氧、氮、氢的侵入，起保护熔化金属的作用。一、实验目的1、了解焊条电弧焊的设备及操作；2、掌握引燃电弧和运条的技术要点。二、实验仪器设备1、焊机：分为直流焊机和交流焊机，即采用直流电源的焊机和采用交流电源的焊机。

2、2、焊条：焊条在焊接回路中可以传导电流，作为引燃电弧的一个电极，同时焊条还起着填充金属的作用。在焊接热源的作用下，焊条熔化以熔滴的形式进入熔池，与熔化的母材共同组成焊缝。焊条的主要分类：（1）结构钢焊条：用于焊接低碳钢和低合金高强钢；（2）不锈钢焊条：用于焊接不锈钢和热强钢；（3）钼和铬钼耐热钢焊条：焊接珠光体耐热钢；（4）堆焊焊条：用于堆焊工艺，以获得具有红硬性、耐磨性、耐蚀性的堆焊层；（5）低温钢焊条：用于焊接在低温下工作的焊接构件，其熔敷金属具有不同的低温工作能力；（6）铸铁焊条：用于焊补铸铁构件；（7）镍及镍合金焊条：用于焊接镍及其合金；（8）铜及铜合金焊条：用于焊接铜及铜合金；（9）

3、铝及铝合金焊条：用于焊接铝及铝合金。焊条由（ 焊芯 ）和（ 药皮 ）组成。（1）焊芯作为焊缝的填充金属，焊芯的作用之一是作为电极导电，同时它也是形成焊缝金属的主要材料，因此焊芯的质量直接影响到焊缝的性能，其材料一般是特制的优质钢，其含碳量及硫、磷有害杂质都有极严格的限制。常见的焊接用焊芯的牌号，如H08、H08MnA、H08Mn2SiA等。其中“H”表示焊条的“焊”，紧接着的两位数字表示其含碳量的范围，如08表示含碳量为0.08%左右，以后的字母和数字则表示焊芯的主要合金元素名称和含量范围，如H08Mn表示Mn含量在0.8%1.1%范围内。带有字母“A”的焊芯，表示其S、P含量更低，不超过0.

4、03%，称为优质焊丝。（2）药皮。药皮的主要成分及作用包括：（ 稳弧剂 ），常用的有碳酸钾、钾水玻璃、大理石、长石等。（ 造气剂 ），常用的有木粉、淀粉、大理石、菱苦土等。（造渣剂 ），常用的有钛铁矿、金红石、大理石、石英砂。（脱氧剂 ），焊接钢时，常用的有锰铁、钛铁、硅铁、铝粉等。（合金剂 ），通常选铁合金或金属粉。（粘结剂），常用的是钠水玻璃，或者是钠水玻璃与钾水玻璃的混合溶液。（增塑剂），常用的有白泥、云母、钛白粉、糊精等。3、防护面罩分为两种：手持型和头盔型4、敲渣锤5、角磨机6、钢板尺7、试验用的钢板三、电弧的引燃和运条1、引弧引弧是焊接过程中频繁进行的动作，引弧技术直接影响到焊接质

5、量，因此必须认真对待予以重视。焊接开始时，将焊条末端轻轻接触工件，然后迅速离开，保持一定距离后产生电弧的过程称为引弧。电弧焊时有两种引弧方式，一种是接触式引弧，适用于（ 焊条电弧焊 ）方法，另一种是非接触式引弧，适用于（ 氩弧焊 ）方法。焊条电弧焊采用接触式引弧法引弧，具体的操作又分为（ 直击法引弧 ）和（ 划擦法引弧 ）。（1）直击法引弧直击引弧法较难掌握，一般容易发生电弧熄灭或短路现象，这是由于没有掌握好焊条离开焊件时的速度和焊条与工件表面的距离而引起的，如果动作太快或焊条提得太高，就不能引燃电弧，或电弧只燃烧一瞬间就熄灭。（2）划擦法引弧划擦法引弧与划火柴的动作相似，先将焊条末端对准焊件

6、，然后将焊条在焊件表面划擦一下，当电弧产生后金属还没有熔化的一瞬间，立即拉开电弧，使焊条末端与被焊金属表面的距离维持在34mm。2、运条常见的运条方法有以下几种：（1）（ 直线形 ）使用这种方法焊接时，要保持一定的电弧长度，焊条沿焊接方向做不摆动的前移，由于焊条不用横向摆动，电弧比较稳定，所以能获得较大的熔深，但焊缝宽度较小，一般用于35mm不开坡口的对接平焊缝、多层焊的第一层焊缝和多层多道焊。（2）（ 直线往复形 ）用这种方法焊接时，焊条的末端沿焊缝的纵向做来回的直线形摆动，其特点是焊接速度快，焊缝窄，散热快，适用于薄板和接头间隙较大的多层焊的第一层焊缝的焊接。（3）（ 锯齿形连续焊 ） 用

7、这种方法焊接时，将焊条的末端做锯齿形连续摆动并向前移动，在焊缝两边稍停片刻以防止产生咬边，焊条的摆动是为了达到必要的焊缝宽度，以及便于控制熔化金属的流动，以及获得较好的焊缝质量。（4）（ 月牙形 ）它是将焊条末端沿着焊接方向做月牙形的左右摆动，摆动的速度要根据焊缝的位置、接头形式、焊缝宽度和电流大小而定，为保证焊缝两侧边缘能够熔透并防止产生咬边现象，必须注意在两侧做片刻的停留，这种方法的适用范围和锯齿形运条法相同，但焊缝的余高较大。（5）（ 三角形 ）它是将焊条末端做连续的三角形运动，并不断向前移动，根据适用范围的不同分为正三角形和斜三角形两种运条法，正三角形法适用于（开坡口的对接接头和T形接

8、头焊缝的立焊 ）， 其特点是（ 一次能焊出较厚的焊缝端面，焊缝不易产生夹渣等缺陷 ，有利提高生产率 ），斜三角形运条法只适用于（ 焊接平 仰位置的T形接头的焊缝和有坡口的横焊缝 ），其特点是（ 能够借焊条的摆动来控制溶化金属 ），使焊缝成形良好。（6）（ 圆圈形 ）它是将焊缝末端连续的做圆圈形运动，并不断向前移动，这种运条方法可分为正圆形和斜圆形两种方法。正圆形运条法适用于（ 焊接较厚焊件的平焊缝 ），能使熔化金属有足够高的温度，使溶解在熔池中的氢、氮等气体有足够的时间析出，同时便于熔渣上浮。斜圆形运条法适用于（ 焊接平 仰位置的T形接头的焊缝和对接接头横焊缝 ），能够控制熔化金属的温度，避免

9、下淌，有助于焊缝成形。四、实验步骤1、 连接实验电路，将试件与直流焊机的电极相连接，交流焊机不区分正负极；2、 夹持焊条，选择合适的焊条，用焊钳夹持牢固；3、 打开焊机电源，选择并调节焊接电流；4、 分别用直击法和划擦法引弧，要求在5秒内引弧成功；5、 在钢板上进行焊条电弧焊接，焊条与前进方向保持70°80°的角度，焊条与工件之间的距离应保持在24mm，手工送进焊条，试验各种运条方法；6、 清除焊缝表面熔渣，观察焊缝成形，记录存在的焊接缺陷；7、 交换焊机类型进行练习；8、 实验结束后，关闭焊接电源，清理试验现场。五、思考题这次实验我们学习了焊条电弧焊的引弧和运条，请同学们

10、认真观察实验并思考以下问题：1、引弧、运条的操作要点；2、电弧燃烧状态的描述。1 引弧 引弧要稳定，保证焊条与焊接工件的距离运条 电弧点燃后，焊条要有3个基本方向的运动，朝熔池方向逐渐送进，沿焊接方向逐渐移动，必要时作横向摆动2 焊接时，将焊条与焊件接触后很快分开，这时在焊条端部和焊件之间立即产生明亮的电弧， 电弧虽然看上去像一团火，但它并不是一般燃烧现象，这里即没有伴随燃烧过程的那些化学反应，电弧实质上时在一定的条件下，电荷通过两电极之间的气体空间的一种导电现象，焊接时主要时利用热能和机械能来达到连接金属的目的，焊接电弧不但能量大，而且连续持久，因此我们可以说：由焊接电源供给的具有一定电压的

11、两电极间和电极与焊件间，在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象实验2：横焊和立焊一、实验目的1、掌握横焊的焊接技术特点及操作；2、掌握立焊的焊接技术特点及操作。二、实验仪器设备实验中所用到的仪器和工具主要包括：1、焊机：分为直流焊机和交流焊机，即采用直流电源的焊机和采用交流电源的焊机。2、焊条： 选用J422酸性焊条3、防护面罩：分为两种：手持型和头盔型4、敲渣锤5、角磨机6、尺7、试验用的钢板三、横焊横焊是焊接（垂直或倾斜平面上水平 ）方向的焊缝。横焊时，由于熔化金属和熔渣受（重力）作用下流至下坡口面上，容易形成（未熔合）和（层间夹渣），并且在上坡口面边缘易产生（ 咬边）。应采用短弧焊接，并

12、选用较小直径焊条以及适当的运条方法。始焊端为3.2mm，终焊端为4mm，终焊端放大装配间隙的目的是克服试板在焊接过程中由于焊缝横向收缩而使焊缝间隙变小，影响背面焊缝熔深质量。装配好试件后，在焊缝的始焊端和终焊端20mm内用直径3.2mm的焊条定位焊接，定位焊缝长为1015mm。对定位焊缝的焊接质量要求与正式焊缝相同。打底焊。打底的短弧焊，横焊时由于熔渣极易下淌，严重影响坡口下侧的熔合，同时坡口上侧钝边由于溶化后迅速下坠，从而产生正面、背面焊缝的咬边和内凹，因此控制上侧金属的熔化下坠保护坡口下侧金属熔合良好，是板对接横焊单面焊双面成型的主要难点。焊条与焊件的夹角为75°85°

13、，使焊接电弧总是顶着熔池，防止熔渣超越电弧而产生夹渣缺陷。填充焊，焊前将前焊道焊缝表面打磨平整，焊渣清理干净，第2条焊道为单层填充焊道，施焊时的焊条夹角与打底焊的焊条夹角基本相同。盖面焊。坡口边缘熔化要均匀，熔合良好，防止焊道下坠产生未熔合缺陷。焊条与焊件的夹角为85°90°。四、立焊立焊是指（沿接头由上而下或由下而上 ）焊接。立焊时，熔池金属和熔滴因受（ 重力）作用具有下坠趋势，和焊件分开，所以容易产生（ 焊瘤）。由于熔渣的熔点低、流动性强，熔池金属和熔渣容易分离，不容易产生（夹渣 ）。由于熔池部分脱离熔渣的保护，所以如果操作或运条角度不当时，容易产生（气孔 ）。开坡口的

14、立焊。引弧部位在始焊端1020mm处，电弧引燃后迅速将电弧移到定位焊缝上，预热23秒后，将电弧压至坡口根部，听到击穿坡口根部而发出噗噗的声音后，这时迅速提起焊条熄灭电弧，此处所形成的熔池是整条焊道的起点，从这一点开始以后的打底层焊采用两点击穿法焊接。两点击穿法的操作过程是，当建立了第一个熔池后重新引弧，迅速将电弧移至熔池的左或右前方，靠近根部的坡口面上，压低焊接电弧，以较大的焊条倾角击穿坡口根部，然后迅速灭弧，大约经过1秒后，在上述左或右侧坡口根部熔池尚未完全凝固时再迅速引弧，并迅速将电弧移向第1个熔池的左或右前方靠近根部的坡口面上，压低焊接电弧，以较大的焊条倾角直击坡口根部，然后迅速灭弧。这

15、种连续不断的反复在坡口根部左右两侧交叉击穿的运条方法称为两点击穿法。断弧焊法每引燃熄灭电弧一次就完成一个焊点的焊接，其节奏应控制在每分钟灭弧4555次之间，操作者应该根据坡口根部熔化的程度控制电弧的灭弧频率，断弧焊过程中每个焊点与前一个焊点重叠2/3，焊接速度6070mm/min。在距焊缝的始焊端1015mm处引弧，然后将电弧拉回始焊处施焊。施焊采用连弧焊法，以锯齿或月牙形横向摆动运条，施焊时焊条与焊板垂直面的夹角为5565度，为了防止出现焊缝中间高两侧凹的现象，焊条从坡口一侧摆动到另一侧时应该稍快些，并在坡口两侧稍作停顿。同时焊接电弧要短，防止空气侵入焊缝熔池产生气孔和夹渣。填充层焊完后的焊

16、道表面应该平滑整齐，不得破坏坡口边缘，填充金属表面与母材相差约0.51.5mm。盖面焊采用连弧焊法，用月牙形或锯齿形摆动运条，焊条摆动到坡口边缘时要稳住电弧并稍作停留，将坡口两侧边缘熔化并深入每侧母材12mm，待液体金属饱满后，再将电弧运至坡口的另一侧，以避免产生咬边缺陷。焊接的速度要稳定一致，焊点与焊点的搭接要均匀，焊缝的余高差符合技术要求。更换焊条前往熔池中稍填些液态金属，然后迅速更换焊条，在弧坑前1015mm处引燃电弧，并将电弧引至弧坑处预热，当弧坑重新熔化所形成的熔池延伸进入坡口两侧边缘内各12mm时即可进入正常焊接。五、思考题通过这次实验我们学习了焊条电弧焊的横焊和立焊，请同学们认真

17、观察实验并思考以下问题：1、横焊和立焊时容易出现哪些问题？2、横焊的操作特点？3、立焊的操作特点？立焊：1铁水与熔渣因自重下坠故易分离但熔池温度过高时。铁水易下流形成焊瘤 咬边 温度过低时易产生夹渣缺陷 2 易掌握熔透情况 但是焊缝成型不良横焊：横焊也是比较难掌握的一种焊接方法 熔池金属易下淌，易出现咬边 焊瘤 夹渣 熔合不良等缺陷 立焊的操作特点焊接时，焊条角度应向下倾斜至6080度 电弧指向熔池中心，在、操作中要特别注意控制熔池温度不要过高，因此焊接电流应较平焊时1015% 采用短弧焊 可用半圆弧形的横向摆动加挑弧的操作法，用碱性焊条时在焊第一层因挑弧控制温度易产生气孔，其克服办法是，挑弧

18、时只将电弧拉长而不灭弧，使熔池表面始终得到电弧气氛的保护，另外在焊接第二层时，适当加大电流。可消除第一层中的气孔横焊的操作特点焊接时，应采用较小的电流 短弧焊接，由于上坡口温度高于下坡口，故焊条在上坡口处不作稳弧动作，应迅速带至下坡口根部上，作微小的横拉稳弧动作，如此均速进行。实验3、焊接变形的计算及测量当金属物体的温度发生变化或发生相变时，它的形状和尺寸就要发生变化。焊接是一个温度迅速升高又迅速降低的过程，因此焊接后构件会产生一定的变形，焊接残余变形是指焊后残存于结构中的变形。+船舶制造中大量的焊接工作带来了一系列的问题，其中焊接变形是主要的问题之一，焊接变形严重影响了造船精度，往往需要焊后

19、矫正，浪费人力物力和时间，甚至导致分段合拢的困难，因此必须加以研究和控制。焊接残余变形主要有以下几种表现形式：（1）纵向收缩变形 表现为焊后构件在焊缝长度方向上发生收缩，使长度缩短。（2）横向收缩变形 表现为焊后构件在垂直焊缝长度方向上发生收缩。（3）挠曲变形 是指构件焊后发生挠曲。挠曲可以由纵向收缩引起，也可以由横向收缩引起。（4）角变形 表现为焊后构件的平面围绕焊缝产生角位移。（5）波浪变形 指构件的平面焊后呈现出高低不平的波浪形式，这是一种在薄板焊接时易于发生的变形形式。（6）错边变形 指由焊接所导致的构件在长度方向或厚度方向上出现错位。一、实验目的通过进行钢板的对接焊接实验，测量并计算

20、焊接横向收缩变形和角变形，定量研究焊接结构的变形并分析其原因。二、实验仪器及设备实验中所用到的仪器和工具主要包括：1、焊机：采用直流焊条电弧焊焊机。2、焊条：采用J422酸性焊条。3、防护面罩：采用手持型防护面罩4、敲渣锤5、角磨机6、数字式游标卡尺7、样冲8、粉笔9、钢板尺三、焊接变形的测量及计算1、焊接变形的测量实验步骤如下：（1）用角磨机将焊缝附近12cm范围内清理干净，避免油、锈、水带来的不利影响；（2）把两块需要对接的钢板平放在实验台上，留出12mm的间隙；（3）定位焊。装配好试件后，选择合适的焊条，调整焊接电流参数，在焊缝的始焊端和终焊端20mm内用直径3.2mm的J422焊条进行

21、定位焊接，定位焊缝长为1015mm。对定位焊缝的焊接质量要求与正式焊缝相同。（4）标记钢板的正反面，如图1所示在钢板的正面和背面距离焊缝中心20mm处画线，在所画的线上取关于焊缝对称的8对点并标记，要求焊缝同侧的点的间距相同，正面和背面的样冲眼的位置相同。图1 测量点的位置用样冲和锤子在相应的位置上打眼，测量样冲眼之间的横向距离，这是焊前对应点之间的距离，记录在表格1和2中；（5）完成钢板对接的焊条电弧焊焊接；（6）焊后敲渣，测量焊缝宽度和板厚，并记录在表格1和2中；（7）当钢板冷却到100以下时测量焊后样冲眼之间的横向距离，记录在表格1和2中；（8）关闭焊接设备和电源，整理测量工具及其它设备

22、。表1 焊接前后焊缝正面样冲眼之间的距离样冲眼的标号焊前的距离（mm）焊后的距离（mm）横向收缩变形量（mm）144.0542.362.14245.1144.051.06345.9445.090.85446.2544.941.31548.0347.760.27647.3146.540.77748.5347.401.13849.1147.611.5表2 焊接前后焊缝背面样冲眼之间的距离样冲眼的标号焊前的距离（mm）焊后的距离（mm）横向收缩变形量（mm）141.5740.750.82241.4240.960.46340.6840.190.49440.5539.301.25540.8039.810

23、.99640.5139.750.76739.9238.391.53838.4037.500.92、横向收缩变形和角变形的计算计算过程如下：如图2所示，焊前样冲眼之间的横向距离记为L0，焊后钢板正面对应样冲眼之间的距离记为LT，焊后钢板背面对应样冲眼之间的距离记为LB。图2 焊接变形的计算表3 焊接角变形（板厚16mm）样冲眼的标号tan()角变形（°）12345678则钢板正面横向收缩变形T= L0-LT钢板背面横向收缩变形B= L0-LB焊后角变形的角度为，则tan()=(LB- LT)/h，其中h是钢板的厚度，由此根据实验测量的数据就可以计算角变形，记录在表3中。3、作图根据实验

24、测量的数据，计算钢板正面和背面对称位置的样冲眼的横向收缩变形和角变形，并按如下要求作图。（1）以样冲眼的位置为横坐标，变形量为纵坐标，分别作出钢板正面的横向收缩变形、钢板背面的横向收缩变形和角变形三幅图；（2）图中标明坐标轴的物理意义和单位；（3）作图时按照比例作图；（4）每幅图应配有相应的实验测量数据和计算结果的表格；（5）角变形作图时应以变形角度为纵坐标，不能用角度的正切值代替。四、思考题这次实验我们进行了平板对接焊的横向收缩变形和角变形的测量和计算，请同学们认真观察实验并思考以下问题：1、焊接变形产生的原因；2、钢板正面收缩变形和背面收缩变形有什么差异，为什么；3、根据实验数据分别作出钢

25、板正面的横向收缩变形、钢板背面的横向收缩变形和角变形三幅图。1、焊接变形产生的原因；当金属物体的温度发生变化或发生相变时，它的形状和尺寸就要发生变化。焊接是一个温度迅速升高又迅速降低的过程，因此焊接后构件会产生一定的变形，焊接残余变形是指焊后残存于结构中的变形2、钢板正面收缩变形和背面收缩变形有什么差异，为什么；实验4：平板对接钨极氩弧焊实验以（高熔点的钨棒）材料做电极，在（氩气）保护下进行的焊接，称为钨极氩弧焊，又称为TIG (Tungsten Inert Gas)焊或GTAW（Gas Tungsten Arc Welding），是船舶制造中的常用焊接方法之一。钨极氩弧焊接方法的主要优点有：

26、（1）（溶化极氩弧焊接）。采用惰性气体保护能够避免O2、N2、H2对焊接区的不利影响，电弧在惰性气氛中燃烧稳定、不飞溅、焊缝美观；（2）（脉冲氩弧焊），适用于薄板及各种空间位置的焊接，是一种精密焊接方法；（3）（钨极氩弧焊接），除了钢铁材料也适用于有色金属材料、合金以及金属基复合材料， 也可以用于钛等难熔金属的焊接。钨极氩弧焊接方法的缺点： （1）（高熔点的钨棒），由于钨电极承载电流能力有限，功率受限、熔深浅、焊接速度低；（2）（惰性气体 （氩气 氮气） ），成本高。一、实验目的了解钨极氩弧焊设备及基本操作，掌握平板对接钨极氩弧焊技术。二、钨极氩弧焊的工具及设备实验中所用到的仪器和工具主要包括

27、：1、钨极氩弧焊机：焊接电源分为直流电源和交流电源。电流分为起弧电流、焊接电流和收弧电流。起弧电流是指（在焊接过程中让焊条进入正常熔接焊道前，所产生）的电流，收弧电流是指（ 在收弧有的状态下，第二次按焊枪开关 ）的电流，起弧电流、焊接电流和收弧电流都可以根据需要进行选择和设置。直流电流可以以一定的脉冲形式变化。根据脉冲的频率可以分为（ 周期脉冲）和（ 非周期脉冲）。直流低频脉冲TIG焊的频率通常在0.510Hz，其特点是：（1）（ ）；（2）（ ）；（3）（ ） 1）峰值电流期间电弧温度和电弧力很高，使难熔金属迅速形成熔池。 2）基值时间迅速凝固，高温停留时间短。直流高频脉冲TIG焊的频率通常

28、在2030kHz，目前多为20kHz，其特点是：（1）（ ）；（2）（ ）；（3）（ ）。直流高频脉冲TIG焊的应用：（1）超薄板的焊接：10A以下的小电流区域电弧仍非常稳定，可用于0.5mm以下的薄板焊接，焊缝成形均匀美观；（2）高速焊接：高速移动下电弧仍有良好的挺直度，焊管作业中焊接速度可提高一倍；（3）坡口内焊接熔合良好：（4）焊缝组织性能好：对熔池金属有强烈的电磁搅拌作用有利于细化金属晶粒，提高焊缝机械性能。2、自动引弧设备：安置在焊接电源内部，采用高频振荡电路引弧，交流焊时引弧稳弧采用同一套电路。3、气路：包括（ ）、（ ）、（ ）、（ ），（ ），保护气受引弧和熄弧动作的控制而导通

29、或阻断。氩气是单原子气体，无色无味，比空气重25%，有利于保护焊接区；在空气中含量约1%，价格相对便宜；焊接用氩气的纯度约99.9%-99.999%；氩气是惰性气体，不溶解，不反应，可以避免焊缝中合金元素的烧损（蒸发除外）；氩气导热系数小，燃烧稳定性好（电压可以在8-15V）。4、水路：大电流下焊枪需水冷，采用电磁阀控制冷却水流量。5、焊枪：分为自动式和手动式，按照冷却方式可分为空冷式和水冷式，内部结构包括电缆接续、内部水路循环、气路通道、电极夹、电极换装、喷嘴等。6、焊接面罩：头盔型7、敲渣锤8、角磨机9、尺10、试验用不锈钢板三、平板对接的钨极氩弧焊1、定位焊将准备好的试板装配成I型对接接头，装配间隙始焊端为1mm，终焊端为2mm。在焊缝的始焊端和终焊端20mm内定位焊接。定位焊缝为1015mm，对定位焊缝的质量要求与正式焊缝一样，试板定位焊后由于焊缝在厚度方向上的横向收缩不均