大理石對j422焊條工藝性影響研究

1、<p><b>　　機電工程學院</b></p><p><b>　　畢 業(yè) 論 文</b></p><p>　　論文題目: 大理石對J422焊條工藝性影響研究 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本次設計主要研究大理石對于J422焊條

2、的工藝性影響，需要設計試驗改變J422焊條中大理石含量，觀察焊條藥皮中大理石含量不同對于J422焊條的工藝性能的影響，最后得到大理石的最優(yōu)含量。</p><p>　　本次試驗共設置20組試樣，前3個試樣用來確定藥皮質(zhì)量系數(shù)。先根據(jù)標準配方配制藥粉并搓制3根焊條，使它們的藥皮質(zhì)量系數(shù)分別為20%、50%和80%。在45鋼試樣上單面堆焊，記錄焊接現(xiàn)象并對試樣進行硬度測試，分析焊接接頭的組織，選擇出最佳藥皮質(zhì)量系數(shù)。然

3、后按照確定的藥皮質(zhì)量系數(shù)，將標準配方中大理石的含量分別改變?yōu)?、3%、6%、9%、12%、15%、18%、21%、24%、27%、30%、33%、36%、39%、42%、45%、48%，藥皮中其它的成分等比例增加或減少，搓制17根焊條。然后使用自制焊條在45鋼表面單層堆焊，制作17個試樣，隨后對試樣進行工藝性能和力學性能的測試，觀察焊接接頭的顯微組織，最后得出結(jié)論。</p><p>　　試驗結(jié)果表明：當藥皮質(zhì)量系

4、數(shù)為50%，焊條的引弧性、穩(wěn)弧性最好，焊接飛濺小，脫渣性好，利于施焊者施焊，焊縫成形也很美觀。此時焊接接頭的焊縫區(qū)和熱影響區(qū)硬度值最大。隨著焊條藥皮中大理石含量的增加，焊條的引弧性、穩(wěn)弧性、脫渣性及焊縫成形都逐漸變好，但是焊接飛濺，電弧吹力及套筒卻很大。當藥皮中大理石含量為18%時，焊條的引弧性和穩(wěn)弧性較好，電弧吹力適中，渣覆蓋率大，脫渣性好，飛濺也小，焊縫成形美觀，無氣孔裂紋產(chǎn)生，工藝性能最佳。</p><p>

5、;　　當藥皮質(zhì)量系數(shù)為50%時，焊縫區(qū)和熱影響區(qū)的硬度值達到最大，此時45鋼焊接接頭具有最優(yōu)的力學性能。隨著焊條藥皮中大理石含量的增加，45鋼焊接接頭的焊縫區(qū)的硬度值逐漸增大，當大理石的含量超過18%時，焊縫區(qū)硬度開始下降，而熱影響區(qū)硬度值先有所下降，然后回升。當藥皮中大理石含量為18%時，焊縫區(qū)的硬度值達到最大，熱影響區(qū)硬度值較大，此時45鋼焊接接頭具有最優(yōu)的力學性能。</p><p>　　45鋼焊接接頭的焊縫

6、區(qū)和熱影響區(qū)都分布著貝氏體、珠光體、高碳馬氏體組織。但是熱影響區(qū)中珠光體和粗大的馬氏體組織比焊縫區(qū)多。當藥皮質(zhì)量系數(shù)為50%時，熔合線兩側(cè)組織均勻細密，熱影響區(qū)存在較多的珠光體和貝氏體組織，高碳馬氏體較少。在大理石含量為18%時，焊縫區(qū)和熱影響區(qū)珠光體和鐵素體分布均勻，出現(xiàn)較多機械性能好的索氏體，高碳馬氏體含量相對減少，顯微組織分布最均勻。</p><p>　　綜上所述，此次試驗焊條最佳的藥皮質(zhì)量系數(shù)為50%。在

7、最佳藥皮質(zhì)量系數(shù)確定的情況下，當焊條藥皮中大理石含量為18%時，45鋼焊接接頭組織最均勻，具有最佳的力學性能和工藝性能。</p><p>　　關(guān)鍵詞：J422焊條、大理石、工藝性能、組織、力學性能</p><p>　　Title：The influence of the marble on the processing property of J422 welding rod</p&

8、gt;<p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The effect of the marble for the process of J422 electrode was mainly studied in this paper.We could observe how welding performance of 45 steel changed w

9、hen we changed the content of marble in coating of electrode. Finally we would get optimal levels of marble in the J422 electrode coating.</p><p>　　We made three electrodes whose coating quality factor was 2

10、0%, 50%, 80%, respectively. Next we should test weldability of them and choose the best one. Its coating quality factor would be applied to the rest of the 17 electrodes.And the content of marble in coating of these elec

11、trodes were 0,3%, 6%, 9%, 12%, 15%, 18%, 21%, 24%, 27%, 30%, 33%, 36%, 39%, 42%, 45%, 48%,respectively. Then we should test weldability of them. Finally we choosed the best one and came to the conclusion.</p><

12、p>　　Experimental results showed that the welding arc and arc stability of electrodes was the best, when the coated quality coefficient is 50%.There was just a little splash.It also has great deslagging, and was applie

13、d to weld very well,and appearance of weld joint was beautiful while the hardness value of weld joint is maximum.With the increase of the content of marble in the covering of the welding rod, arc stability, slag detachab

14、ility and weld shaping were gradually getting better, but the weldi</p><p>　　When the coated quality coefficient was 50%, hardness value of weld zone and heat affected zone was maximum,while welded joint of

15、45 # steel had the best mechanical properties.With the increase of the content of marble in the electrode covering , hardness value of 45 steel increased first.when the content of marble was more than 18%,it was graduall

16、y on the decline, while hardness value of the heat affected zone decreased first, and then picked up.When coated marble content was 18%, hardness valu</p><p>　　Welding joint of the weld zone and heat affecte

17、d zone had the bainite, pearlite, high carbon martensite.Pearlite and martensite was more in the heat affected zone than the weld area .When coated quality coefficient was 50%, organization on both sides of fusion line w

18、as similar but the fusion zone existed more pearlite and bainite, less high carbon martensite.When marble content was 18%, pearlite and ferrite of the weld zone and heat affected zone was uniform distribution.There was a

19、 lot of good </p><p>　　To sum up, the best coated quality coefficient of the test electrode was 50%.And the best content of marble in the electrode covering was 18%.At the time 45 steel welding joint organiz

20、ation was uniform, which had the best mechanical properties and process performance.</p><p>　　Keywords: J422 electrode, marble, process performance, organization and mechanical properties</p><p>

21、;<b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractIII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p><b>　　1.1 引言1</b></p>

22、<p>　　1.2 國內(nèi)外焊接材料的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢1</p><p>　　1.3 本文的研究的目的與內(nèi)容3</p><p>　　2 試驗方法及過程4</p><p>　　2.1 焊縫組織形成原理4</p><p>　　2.2 試驗材料與設備4</p><p>　　2.2.1 試驗材料

23、4</p><p>　　2.2.2 試驗設備5</p><p>　　2.3 試驗方案與步驟6</p><p>　　2.3.1 試驗方案6</p><p>　　2.3.2 焊條的制備7</p><p>　　2.3.3 施焊9</p><p>　　2.3.4 硬度測試10&

24、lt;/p><p>　　2.3.5 組織分析11</p><p>　　3 試驗結(jié)果與分析14</p><p>　　3.1 最優(yōu)藥皮質(zhì)量系數(shù)的確定14</p><p>　　3.1.1 不同藥皮質(zhì)量系數(shù)對J422焊條工藝性的影響14</p><p>　　3.1.2 不同藥皮質(zhì)量系數(shù)對45鋼焊接接頭力學性能的影

25、響14</p><p>　　3.1.3 不同藥皮質(zhì)量系數(shù)對45鋼焊接接頭組織的影響16</p><p>　　3.2 大理石含量對45鋼焊接接頭的影響18</p><p>　　3.2.1 大理石含量對J422焊條工藝性的影響18</p><p>　　3.2.2 大理石含量對45鋼焊接接頭力學性能的影響21</p>

26、<p>　　3.2.3 大理石含量對45鋼焊接接頭組織的影響24</p><p><b>　　結(jié) 論30</b></p><p><b>　　致 謝31</b></p><p><b>　　參考文獻32</b></p><p><b>　

27、　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1 引言</b></p><p>　　焊接技術(shù)是一種將材料永久行連接，使其具有給定功能的制造技術(shù)。無論是制造幾十萬噸巨輪或者是制造不足一克的微電子元件，都會多多少少涉及到焊接技術(shù)。焊接設備、焊接材料和焊接工藝都屬于焊接技術(shù)。</p><p>　　焊接材料是焊接行業(yè)中一個重要分支

28、。它可以改善焊件的工藝性能和力學性能同時又能降低生產(chǎn)成本，減少工時 [1]。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外焊接材料的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢</p><p>　　美國、加拿大、日本、歐洲的自動化和半自動化焊接在2004年已經(jīng)成為焊接工作的主流[2]。其中焊接自動化程度較高的日本進入21世紀后電焊條的比例仍在緩慢下降，2005年后已經(jīng)低于15%，2008年焊接材料總產(chǎn)量的36%都是藥芯焊絲

29、。然而發(fā)展中國家電焊條產(chǎn)量卻仍高于50%[3]。</p><p>　　近些年，西歐和日本開發(fā)了纖維素型焊條專用于鋪設可以輸送油氣的管道。鐵粉纖維素型焊條、交直流兩用普通纖維素型焊條、直流焊纖維素型焊條和高強度纖維素型焊條都是纖維素型焊條。交直流兩用普通纖維素型焊條的電弧吹力很大，可以直接用于焊接不平整的坡口。直流焊纖維素型焊條容易脫渣，可用于管道填焊、根焊和立向下角焊，保證X探傷性能，如美國Hobart10。鐵粉

30、纖維素型焊條的優(yōu)點是能夠在電流很小的時候進行對熔深要求高的焊接工作。美國Hobart90AP時典型的高強度纖維素焊條[4]。 </p><p>　　在二氧化碳氣體保護焊方面，國外焊絲中加入微量Ti成分后飛濺變得很低，焊接工藝性能得到很大的改善 [5]。</p><p>　　德國、瑞士、日本等國公司成功將多根焊絲配備單個或多個電源方面大幅度提高焊接金屬熔敷率和焊接生產(chǎn)速度 [6]。日本的藤村

31、告史也研制出一套焊速高達1.8m/min的角焊縫多絲焊接系統(tǒng) [7]。</p><p>　　瑞典ESAB公司研發(fā)了一種新的OK系列鐵粉焊條，可以使熔敷效率達到230%，不同的僅僅是它在藥皮中加入75%鐵粉；英國也有一種低氫型高效焊條，它是雙層藥皮，含鐵粉量高達80%，由于有很大的經(jīng)濟價值，已經(jīng)獲得專利，所以被大量生產(chǎn)。美國和瑞典ESAB公司生產(chǎn)的焊條中有50%是這種鐵粉焊條；荷蘭、日本、德國等國也偏向于生產(chǎn)這種鐵

32、粉焊條[8]。</p><p>　　近幾年我國焊接材料總產(chǎn)量達到320萬t，躍居世界第1位。其中有200萬t是電焊條，高質(zhì)量的焊材依舊依靠進口來獲得[9]。林尚揚、關(guān)橋院士在中國工程院咨詢項目《我國制造業(yè)焊接生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展戰(zhàn)略研究》總結(jié)報告中指出，國內(nèi)焊材不如國外的好的原因是我國對焊材基礎(chǔ)理論研究不足。只有進一步完善焊接化學冶金理論才能改善焊材的工藝性能。焊條工藝性能的改進依靠配方的改進，我國應該進一步對焊接熔渣

33、研究。</p><p>　　我國用于手工電弧焊的電焊條占全部焊接材料產(chǎn)量70%左右，僅有少數(shù)行業(yè)及部分企業(yè)的焊接自動化和半自動化率達到70%以上。今后幾年，焊材品種結(jié)構(gòu)的調(diào)整得益于焊接自動化進展。2012年我國焊材中的50%都是氣體保護實芯焊絲 [10]。雖然由于冶金方面的影響，這類焊絲的品種較少但是大部分生產(chǎn)此類焊絲的企業(yè)增加它們的生產(chǎn)設備和產(chǎn)量，在核心技術(shù)方面取得了突破性進展。</p><

34、p>　　藥芯焊絲的發(fā)展得益于造船等行業(yè)的快速發(fā)展，目前生產(chǎn)企業(yè)有30余家，包括5家外資企業(yè)，是江蘇天泰焊材（昆山）有限公司是最大生產(chǎn)廠商。</p><p>　　目前國內(nèi)有很多企業(yè)可以供應埋弧焊絲，不過盤狀供應只有少數(shù)企業(yè)可以達到。單電極的工藝發(fā)展成多電極、多規(guī)格工藝。在市場上的主流鍍銅埋弧焊絲只增不減。我國每年可以生產(chǎn)30多萬噸焊劑，12-14萬噸燒結(jié)焊劑。據(jù)調(diào)查市場上對于燒結(jié)焊劑的需求越來越大，熔煉焊劑相

35、對縮小[11]。</p><p>　　1993年以后，我國電焊條產(chǎn)量越來越大已經(jīng)超出了市場需要，普通的焊條價格直線下降，沒有多少利潤可得，但是生產(chǎn)企業(yè)仍然在增加 [12]。</p><p>　　由于市場對于不銹鋼產(chǎn)品的大量需要，不銹鋼焊條的生產(chǎn)也在擴大規(guī)模[13]。高效鐵粉焊條的使用不但節(jié)省大量鋼鐵資源而且減少了人力資源的使用，節(jié)約電力資源，創(chuàng)造了很大的經(jīng)濟價值。我國有一種這樣的焊條叫做J

36、500Fe20鋯堿性鐵粉焊條。這種焊條的熔敷效率比相同直徑的普通焊條高出25 %。熔化一公斤金屬，節(jié)約耗電量37.8%，電弧燃燒的時間減少123%，節(jié)省焊芯96.9% [14]。因此許多發(fā)達國家熱衷于給高效鐵粉焊條投入大量的人力、物力[15]。</p><p>　　我國現(xiàn)在生產(chǎn)的焊條中80%都是電焊條[16]，它不但擁有好的力學性能而且工藝性能也相當好，作為我國焊材市場的主力軍，每年消耗量也是最大的[17]。隨著

37、碳鋼焊條國家標準的不斷更新和改進，我們對于J422焊條的質(zhì)量要求越來越嚴格了[18]。我國主要有J422、J422X、J422GM三種類型焊條。我國目前開發(fā)該類焊條首先考慮的是降低焊條成本。眾所周知，我國天然金紅石資源相當稀少，鈦鐵礦資源比較多，過去科學家一般用昂貴的鈦白粉和人造金紅石來代替金紅石成分，可使鈦白粉太貴，人造金紅石制造的時候需要消耗大量的能量，得不償失。于是他們采用還原鈦鐵礦來制造J422焊條，這樣不僅降低生產(chǎn)的成本還提高

38、了焊條的質(zhì)量。其次考慮提高焊條工藝性能。目前國內(nèi)已開發(fā)了蓋面裝飾用及立向下焊專用的鈦鈣型焊條。</p><p>　　1.3 本文的研究的目的與內(nèi)容 </p><p>　　隨著焊接材料快速發(fā)展，行業(yè)對J422焊條的要求越來越高，研制出具有更好的焊接性能或者進一步降低該產(chǎn)品的成本對于提高我國電焊條質(zhì)量有重大意義。大理石對于結(jié)構(gòu)鋼焊條焊接性有很大的影響，價格低廉，購買方便，本課題研究在45鋼表

39、面單層堆焊，焊條藥皮中大理石含量的變化對J422焊條焊接性能的影響。本次試驗共設置20組試樣，前3個試樣用來確定藥皮質(zhì)量系數(shù)。先根據(jù)標準配方配制藥粉并搓制3根焊條，使它們的藥皮質(zhì)量系數(shù)分別為20%、50%、80%。在45鋼試樣上單面堆焊，記錄焊接現(xiàn)象并對試樣進行硬度測試，分析焊接接頭的組織，選擇出最佳藥皮質(zhì)量系數(shù)。然后按照確定的藥皮質(zhì)量系數(shù)，將標準配方中大理石的含量分別改變?yōu)?、3%、6%、9%、12%、15%、18%、21%、24%、

40、27%、30%、33%、36%、39%、42%、45%、48%，藥皮其它的成分等比例增加或減少，搓制17根焊條，在45鋼表面單層堆焊，制作17個試樣，隨后對試樣進行工藝性能和力學性能的測試，觀察焊接接頭的顯微組織，最后得出結(jié)論。</p><p>　　2 試驗方法及過程</p><p>　　本試驗通過調(diào)節(jié)焊條藥皮質(zhì)量系數(shù)，自制焊條對45鋼進行電弧焊焊接，研究45鋼焊縫組織與力學性能的變化，

41、從而確定試驗所采用的焊條的最佳藥皮質(zhì)量系數(shù)。在最佳藥皮質(zhì)量系數(shù)確定情況下，通過改變焊條藥皮中大理石的含量，自制焊條對45鋼進行電弧焊焊接，研究45鋼焊縫組織與力學性能的變化，從而確定試驗所采用的焊條的最佳大理石含量，獲得一種綜合性能最佳的焊條。</p><p>　　2.1 焊縫組織形成原理</p><p>　　電弧焊通過焊條通電后產(chǎn)生大量的熱量使得焊芯和母材同時熔化，熔化后的金屬慢慢凝固

42、混合在一起，從而達到了連接的目的。焊接接頭處的焊縫金屬和母材由于共晶而具有交互結(jié)晶的特征。熔池金屬是從母材焊接處的半熔化晶粒上開始向焊縫中心開始結(jié)晶。我們稱這種結(jié)晶形式為交互結(jié)晶或聯(lián)生結(jié)晶。散熱影響晶體的生長，散熱越快晶粒生長越快，由于散熱不均勻，部分晶體優(yōu)先生長，部分晶粒停止成長，形成焊縫中的最為常見的柱狀晶[19]。</p><p>　　隨著晶粒的成長，熔池中晶粒界面前的濃度過冷和溫度梯度也隨著發(fā)生變化。因而

43、，熔池全部凝固以后，將會出現(xiàn)不同的結(jié)晶形態(tài)。在焊接熔池熔化的邊緣，結(jié)晶速度R很小，溫度梯度G很大，可以說這個地方的的過冷度最小。隨著焊接熔池慢慢地結(jié)晶，從熔化邊界處直到焊縫中心溫度梯度G逐漸變小，但是熔池的結(jié)晶速度R卻逐漸增大，對于焊縫中心處溫度梯度最小，結(jié)晶速度最大[20]。</p><p>　　材料在焊接或切割過程中受熱（但未熔化），導致它的金相組織變化，同時伴隨著力學性能的變化，這些變化的區(qū)域就是熱影響區(qū)。

44、母材是正火或退火狀態(tài)，焊接后的熱影響區(qū)的組織可以分為完全淬火區(qū)和不完全淬火區(qū)[21]。</p><p>　　2.2 試驗材料與設備</p><p>　　2.2.1 試驗材料</p><p>　　本次試驗選用母材為200mm×100mm×15mm的45鋼鋼板，化學成分見表2-1；選用焊芯材料為H08A，化學成分見表2-2；本試驗藥皮的配料主要有

45、水玻璃、大理石、鈦鐵礦、長石、云母、金紅石、海泡石、鈦白粉、錳鐵。</p><p>　　表2-1 45鋼化學成分質(zhì)量分數(shù)Wt（%）</p><p>　　表2-2 H08A的化學成分質(zhì)量分數(shù)Wt（%）</p><p>　　2.2.2 試驗設備</p><p>　　搓制焊條使用的設備：天平、瓷缽（帶有瓷棒）、玻璃棒、比重計、鑷子、燒杯、鋼尺

46、、游標卡尺</p><p>　　焊接時使用的設備：鎢極交、直流方波氬弧焊電源、面罩、焊接手套、防護服、敲渣錘、鋼絲刷</p><p>　　制作試樣使用的設備：J3G-400型材料切割機、BM-4XDV倒置金相顯微鏡、量筒、不同粒度金相砂紙、吹風機、玻璃板、拋光機、腐蝕劑、250毫米落地砂輪機、量杯、醫(yī)用棉球，HR-150洛氏顯微硬度計</p><p>　　圖2-1

47、J3G-400型材料切割機 圖2-2 HR-150A型洛氏硬度計</p><p>　　圖2-3 BM-4XDV倒置金相顯微鏡側(cè)面 圖2-4鎢極交、直流方波氬弧焊電源</p><p><b>　　圖2-5 角磨機</b></p><p>　　2.3 試驗方案與步驟</p><p>　　2.3.1 試驗方案&l

48、t;/p><p>　　首先依照結(jié)構(gòu)鋼焊條參考配方（表2-3）配制成藥皮質(zhì)量系數(shù)分別為20%、50%和80%的焊條，共3根。并進行焊接，選取其中工藝性能最好的藥皮質(zhì)量系數(shù)來作為本次試驗焊條制造的藥皮系數(shù)。</p><p>　　然后選用最佳的藥皮質(zhì)量系數(shù)，調(diào)整原有配方中大理石的質(zhì)量分數(shù)，分別取值為0、3％、6％、9％、12％、15％、18％、21％、24％、27％、30％、33％、36％、39％、

49、42％、45％、48%，配制17根焊條，來觀察大理石對J422焊條焊接工藝性能的影響規(guī)律。</p><p>　　表2-3 J422焊條參考配方</p><p><b>　　試驗流程：</b></p><p>　?。?）查閱文獻并設計焊條配方；</p><p>　?。?）根據(jù)配方制備焊條；</p><

50、p>　　（3）施焊并記錄焊接現(xiàn)象自制焊條的引弧性、穩(wěn)弧性、電弧吹力、飛濺、渣覆蓋率、脫渣性、焊縫成型以及有無套筒，有無氣孔裂紋；</p><p>　　（4）制備金相試樣；</p><p>　　（5）觀察焊接接頭的顯微組織并拍照；</p><p>　?。?）測試并記錄試樣焊縫區(qū)和熱影響區(qū)的硬度；</p><p>　?。?）分析數(shù)據(jù)得出結(jié)論

51、。</p><p>　　2.3.2 焊條的制備</p><p>　　將20根Φ3.2mm的焊芯打磨干凈，用天平稱取其重量，取平均值得到焊絲重量為36.4g，按照藥皮質(zhì)量系數(shù)配制好藥粉，將藥粉倒入瓷缽并用磁棒攪拌均勻，向瓷缽中倒入少量水玻璃，用手揉搓水玻璃和藥粉，使藥粉和水玻璃混合均勻并呈現(xiàn)出面團狀，將其取出均勻的覆蓋在焊絲表面，并在焊絲尾端留有大約2cm空隙。用手單方向搓制，使藥粉均勻地

52、覆蓋在焊芯表面，將搓制完成的焊條按照順序編號放置在干燥處晾干。</p><p>　　24小時后將晾干的焊條放置于恒溫烤箱中烘培，將烤箱溫度調(diào)到200℃，把晾干的焊條置于烤箱中烘培2個小時，在150℃溫度下保溫1h，測量制作好的焊條的夾持長度，前段、中段、后端直徑，并稱重，結(jié)果如表2-4所示，完成后取出焊條置于室溫下干燥處保存。</p><p>　　表2-4 測得的焊條烘干后的尺寸大小<

53、;/p><p><b>　　2.3.3 施焊</b></p><p>　　焊接使用前檢查接線絕緣性是否良好；焊接電纜需有良好的絕緣外層，施焊時不得搭在身上；焊接時人員需穿戴好安全防護用具；焊接時需嚴格遵守焊接使用章程。具體如下：</p><p>　　（1）試驗選取標準45鋼鋼材，把鋼材切割成20個尺寸相近的小試樣，并依次進行標號（1-20）。&l

54、t;/p><p>　　（2）先將20個試樣表面打磨光滑（無明顯的鐵銹），然后用自制焊條分別在20試樣上單層堆焊。注意一根焊條只在一個試樣上堆焊。</p><p>　　（3）觀察施焊現(xiàn)象并記錄</p><p>　?。?）將焊接所得20組45鋼焊接試樣進行切割、打磨、倒角。注意：用砂輪機打磨棱角的過程中不可戴手套，防止砂輪將手套和手卷進機器。打磨時不可時間太長，避免高溫燙傷

55、。</p><p>　　圖2-6 250毫米落地砂輪機 圖2-7 焊后的45鋼試樣</p><p>　?。?）用洛氏硬度計測試試樣的硬度并記錄表格。</p><p>　?。?）用砂紙磨制試樣。</p><p>　　圖2-8 磨制試樣 圖2-9 拋光后的試樣</p&g

56、t;<p>　　圖2-10 拋光后的試樣</p><p>　　（7）將試樣拋光，拋光試樣見圖2-9和圖2-10。</p><p>　　（8）用硝酸酒精溶液腐蝕試樣。</p><p>　　（9）觀察試樣焊接接頭的組織，并用金相顯微鏡給試樣的焊縫區(qū)和熱影響區(qū)拍照。</p><p>　　（10）處理數(shù)據(jù)并進行分析得出結(jié)論。</p

57、><p>　　2.3.4 硬度測試</p><p>　　本次試驗測試試樣的力學性能指標為硬度，試驗采用的硬度測試設備為洛式硬度計。首先將試樣放在載物臺上，然后轉(zhuǎn)動載物臺使硬度計上的指針指向紅色的位置，將刻度盤調(diào)制大指針指向B字樣后加載，等到指針不移動時卸載，卸載后當指針穩(wěn)定后讀數(shù)，注意讀取刻度盤里面的數(shù)據(jù)。圖2-11中試樣表面的小圓點就是測量試樣的硬度值留下的。</p><

58、;p>　　圖2-11 測量過硬度值的試樣</p><p>　　2.3.5 組織分析</p><p><b>　?。?）金相試樣制備</b></p><p>　　分別將20個試樣磨制然后水沖洗干凈，在拋光機上粗拋10分鐘然后精拋5分鐘，水沖洗干凈后立刻用沾有酒精的棉球從上至下擦拭，隨后用吹風機吹干，接著用腐蝕液腐蝕，注意立刻水沖洗，隨后再

59、用酒精清洗，吹干。進行金相分析，首先應根據(jù)試驗要求制備試樣。</p><p>　　1）編號：本次試驗試樣標號為1-20。</p><p>　　2）磨制：磨樣分為粗磨和細磨,磨制的目的是得到平整光滑的磨面。粗磨時要將試樣粗糙表面磨平。細磨是消除粗磨留下的較深磨痕，為拋光工序做準備。使用的金相砂紙是：250＃－320＃－400＃－500＃－700＃，如圖2-12。細磨時從號數(shù)小的開始磨。在玻璃

60、平板上磨試樣的時候注意方向朝外，不可以來回磨。等到?jīng)]有舊的劃痕時候更換砂紙，試樣順時針旋轉(zhuǎn)90度，不斷重復，一直磨到700＃砂紙，可以看到底面呈銀白色，無明顯的劃痕，進行下一步拋光。</p><p>　　圖2-12 打磨砂紙</p><p>　　3）拋光：拋光可以消除試樣用砂紙打磨后遺留的細小劃痕，使試樣達到鏡面般的光滑。本試驗采用的是機械拋光，如圖2-13，圖2-14示。一般粗拋時采用帆

61、布，研磨膏粒度為1.0μm，如果粗拋達不到預定效果就用棉絲絨搭配粒度為0.5μm的研磨膏精拋。理想的拋光面就如鏡面般的光滑[22]。</p><p>　　圖2-13 粗拋 圖2-14 精拋</p><p>　　4）腐蝕：腐蝕操作時，用揩擦法，應注意觀察試樣表面顏色的變化，待磨面變?yōu)殂y灰色或灰黑色時，立即用水沖洗，再用酒精擦去表面的

62、水分，熱風吹干即可。腐蝕時等到金屬變成灰色。注意不要讓它變黑即可。腐蝕好的試樣磨面，切忌用手觸摸，暫不觀察的試樣應放入干燥缸內(nèi)。實踐經(jīng)驗為：高倍觀察腐蝕應淺一些，低倍觀察時則深一些；單相組織腐蝕重一些，雙相組織腐蝕輕一些。本試驗一般腐蝕到試樣磨面稍發(fā)暗即可。本試驗腐蝕液采用濃度為4%的硝酸酒精溶液。</p><p><b>　?。?）組織觀察</b></p><p>

63、　　本次試驗采用金相顯微鏡觀察腐蝕后的試樣的金相組織，在BM-4XD倒置金相顯微鏡下拍照，下面是具體步驟：</p><p>　　圖2-15 BM-4XDV倒置金相顯微鏡正面</p><p>　　具體測試過程如下[23]：</p><p>　　1）了解顯微鏡工作原理以及各部位零件的位置。</p><p>　　2）選擇100倍和400倍鏡。<

64、;/p><p>　　3）將電源插頭插在變壓器上。</p><p>　　4）調(diào)焦距初次操作者，為避免碰壞鏡頭調(diào)焦時可用低倍（100×）物鏡進行調(diào)試，即轉(zhuǎn)動粗調(diào)手輪，將載物臺將至最低位置，然后從目鏡中觀察的同時緩慢轉(zhuǎn)動粗調(diào)手輪使載物臺慢慢上升，待看到組織出現(xiàn)，即停止粗調(diào)進行微調(diào)，調(diào)至組織清晰為止。</p><p>　　5）輕輕轉(zhuǎn)動物鏡座，將400倍物鏡旋轉(zhuǎn)到觀察試

65、樣的正下方，微調(diào)至組織變得清晰。</p><p>　　6）調(diào)節(jié)孔徑光欄至最佳位置，可提高映像的清晰度。</p><p>　　7）尋找相應的組織區(qū)進行觀察，并分別進行拍照存檔。</p><p>　　3 試驗結(jié)果與分析</p><p>　　3.1 最優(yōu)藥皮質(zhì)量系數(shù)的確定</p><p>　　3.1.1 不同藥皮質(zhì)量系

66、數(shù)對J422焊條工藝性的影響</p><p>　　如下表 3-1所示，在45鋼試樣上進行堆焊時，不同藥皮質(zhì)量系數(shù)對J422焊條工藝性的影響。</p><p>　　表3-1 不同藥皮質(zhì)量系數(shù)對焊條工藝性的影響</p><p>　　從以上表中可以看出，在其他條件一定的情況下，當藥皮質(zhì)量系數(shù)為50%，焊條的引弧性、穩(wěn)弧性最好，飛濺小，脫渣性好，利于施焊者施焊，并且焊縫成

67、形美觀。當藥皮質(zhì)量系數(shù)為20%時，焊條的引弧性和穩(wěn)弧形較差，難于施焊。焊接渣覆蓋率差，焊縫成形差，焊接質(zhì)量和效率都很低。當藥皮質(zhì)量系數(shù)為80%，飛濺大，脫渣性差。綜合考慮藥皮質(zhì)量系數(shù)為50%工藝性能最優(yōu)。</p><p>　　3.1.2 不同藥皮質(zhì)量系數(shù)對45鋼焊接接頭力學性能的影響</p><p><b>　　（1）試驗數(shù)據(jù)</b></p><

68、p>　　下表3-2是3個試樣焊縫區(qū)和熱影響區(qū)的硬度值表，每個區(qū)域測試3個點，取平均值。</p><p>　　表3-2 硬度測試值表</p><p>　　觀察表3-3可知焊縫區(qū)硬度在藥皮質(zhì)量系數(shù)為50%的時候最大，藥皮質(zhì)量系數(shù)為20%和80%相差不多。當藥皮質(zhì)量系數(shù)為50%時焊接接頭的熱影響區(qū)硬度最大，當藥皮質(zhì)量系數(shù)為80%時焊接接頭的熱影響區(qū)硬度值最小。綜上所述，當藥皮質(zhì)量系數(shù)為5

69、0%時，焊縫區(qū)和熱影響區(qū)的硬度值達到最大，此時45鋼焊接接頭具有最優(yōu)的力學性能。</p><p><b>　?。?）數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　如下圖3-1和圖3-2所示，不同的藥皮質(zhì)量系數(shù)，焊縫區(qū)和熱影響區(qū)所測得的硬度曲線分布：</p><p>　　圖3-1 不同藥皮質(zhì)量系數(shù)的焊接接頭焊縫區(qū)硬度</p><p&g

70、t;　　圖3-2 不同藥皮質(zhì)量系數(shù)的焊接接頭熱影響區(qū)硬度</p><p>　　3.1.3 不同藥皮質(zhì)量系數(shù)對45鋼焊接接頭組織的影響</p><p>　　由上述硬度分析可知，藥皮質(zhì)量系數(shù)為50%時，45鋼焊接接頭的硬度值最大，此時焊接接頭具有最佳的工藝性能和力學性能。圖3-3和圖3-4分別為不同藥皮質(zhì)量系數(shù)在焊縫區(qū)和熱影響區(qū)的500倍的顯微組織：</p><p>

71、　?。╝）20% （b）80%</p><p><b>　?。╟）50%</b></p><p>　　圖3-3 不同藥皮質(zhì)量系數(shù)的焊縫區(qū)的顯微組織 500×</p><p>　　（a）20% （b）80%</p>

72、;<p><b>　?。╟）50%</b></p><p>　　圖3-4 不同藥皮質(zhì)量系數(shù)的熱影響區(qū)顯微組織 500×</p><p>　　根據(jù)上圖可知，在同一區(qū)域內(nèi)，隨著藥皮質(zhì)量系數(shù)的增加，組織晶粒度逐漸變大，由單一的細晶狀白色鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)楹谏楣怏w組織，焊縫區(qū)應該存在索氏體，所以硬度值較大。熔合區(qū)和熱影響區(qū)都分布著貝氏體、珠光體、高碳馬氏

73、體。圖3-4可以觀察到熱影響區(qū)熔合線兩側(cè)組織差異很大，熱影響區(qū)比焊縫區(qū)存在更多的珠光體和馬氏體。藥皮質(zhì)量系數(shù)為50%時，熔合線兩側(cè)組織均勻細密，熔合區(qū)組織存在較多的珠光體和貝氏體，高碳馬氏體較少，結(jié)合硬度分析可知，藥皮質(zhì)量系數(shù)為50%力學性能和組織最好。</p><p>　　由此可見，焊縫金屬在熔化焊時，同樣經(jīng)歷重新熔化、結(jié)晶凝固、轉(zhuǎn)變過程，它的組織特征表現(xiàn)為鐵素體轉(zhuǎn)變成珠光體、馬氏體和貝氏體。在焊縫區(qū)堆焊金屬中

74、組織成細條狀和塊狀分布；在熱影響區(qū)，冷卻速度快組織的晶粒有所長大。 </p><p>　　綜上所述，藥皮質(zhì)量系數(shù)為50%時，45鋼焊接接頭的工藝性和力學性能最優(yōu)，因此最優(yōu)藥皮質(zhì)量系數(shù)選擇50%。</p><p>　　3.2 大理石含量對45鋼焊接接頭的影響</p><p>　　3.2.1 大理石含量對J422焊條工藝性的影響</p><p&g

75、t;　　如下表 3-3所示，在45鋼鋼板上進行堆焊時，不同大理石含量對J422焊條的工藝性的影響：</p><p>　　表3-3 大理石對焊接接頭工藝性的影響</p><p>　　在其他條件一定的情況下，隨著大理石含量的變化，45鋼焊接接頭的工藝性也在不斷的變化。大理石可以增加熔渣的流動，降低產(chǎn)生裂紋和氣孔的傾向，所以本次試驗組中試樣均無氣孔和裂紋產(chǎn)生。</p><p

76、>　　如表3-3所示，當大理石含量在0到21%內(nèi)，隨著大理石含量的增加，焊條的引弧性和穩(wěn)弧性越來越好，而且焊接電弧逐漸穩(wěn)定，焊縫成形越來越好。但當它的含量超過21%，其引弧性和穩(wěn)弧性有所下降。</p><p>　　圖3-5 焊縫成形好的 圖3-6 焊縫成形差的</p><p>　　圖3-7 焊縫成形好的

77、 圖3-8 焊縫成形差的</p><p>　　圖3-9 本次試驗試樣的焊縫成形</p><p>　　隨著大理石含量的增加，渣的覆蓋率越來越大同時焊接接頭的脫渣性也隨著大理石含量的增加變得越來越好，大理石具有造渣、造氣的作用，所以試驗組中渣覆蓋率和脫渣性都表現(xiàn)良好。然而與此同時出現(xiàn)的問題是當大理石含量超過焊接時飛濺越來越大，并且電弧吹力越來越大，不利于施焊者施焊，一定程度上也影響焊

78、縫成形。</p><p>　　圖3-10焊條的套筒</p><p>　　圖3-10中可以觀察到試驗組中焊條焊接后均會出現(xiàn)套筒，這應該是搓制焊條時焊條直徑不均勻，并且偏大，所以造成套筒現(xiàn)象嚴重。</p><p>　　綜上所述，當藥皮中大理石含量為18%時焊條的引弧性和穩(wěn)弧性較好，電弧吹力適中，渣覆蓋率大，脫渣性好，飛濺也小，焊縫成形美觀，無氣孔裂紋產(chǎn)生，工藝性能最佳。

79、</p><p>　　3.2.2 大理石含量對45鋼焊接接頭的力學性能的影響</p><p><b>　　（1）試驗數(shù)據(jù)</b></p><p>　　下表3-4是17個試樣的硬度測試值，試樣的焊縫區(qū)和熱影響區(qū)分別測試3個點，然后取其平均值。 </p><p>　　表3-4 硬度測試值表</p><

80、p>　　觀察表3-4數(shù)據(jù)可得，隨著焊條藥皮中大理石含量的增加，45鋼焊接接頭的焊縫區(qū)的硬度值先增大，當它的含量超過18%時逐漸呈下降趨勢，而熱影響區(qū)硬度值先有所下降，然后回升。當藥皮中大理石含量為18%時，焊縫區(qū)的硬度值達到最大，熱影響區(qū)硬度值較大，此時45鋼焊接接頭具有最優(yōu)的力學性能。</p><p><b>　　（2）數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　如

81、下圖3-11和圖3-12所示，在藥皮質(zhì)量系數(shù)為50%的情況下，改變藥皮中大理石的含量，在焊縫區(qū)和熱影響區(qū)所測得的硬度曲線分布：</p><p>　　圖3-11 45鋼焊接接頭焊縫區(qū)硬度</p><p>　　圖3-12 45鋼焊接接頭熱影響區(qū)的硬度</p><p>　　由圖可以看出，隨著大理石含量的增加，焊縫的硬度先增大后下降，當大理石含量在9%-18%硬度值較大，大

82、理石含量在27%-39%硬度適中，變化不大，大理石含量超過39%，硬度值陡降。熱影響區(qū)變化不太穩(wěn)定，考慮到組織中不均勻分布的索氏體和馬氏體組織，索氏體強度韌性好，高碳馬氏體硬而脆，所以硬度值變化較大。在最佳藥皮質(zhì)量系數(shù)為50%時，當大理石含量為18%時，焊縫和熱影響區(qū)有最大的硬度值，此時45鋼焊接接頭具有最佳的力學性能。</p><p>　　3.2.3 大理石含量對45鋼焊接接頭組織的影響</p>

83、<p>　　如下圖3-13和圖3-14所示，當藥皮質(zhì)量系數(shù)為50%，J422焊條藥皮中大理石含量不同時在焊縫區(qū)和熱影響區(qū)所觀察的400倍的顯微組織：</p><p>　?。╝）0% （b）3%</p><p>　　（c）6% （d）9%</p>&

84、lt;p>　?。╡）12% （f）15%</p><p>　?。╣）18% （h）21%</p><p>　?。╥）24% （j）27%</p><p>　?。╧）30%

85、 （l）33%</p><p>　?。╩）36% （n）39%</p><p>　?。╫）42% （p）45%</p><p>　　圖3-13 不同大理石含量焊縫區(qū)顯微組織 400×<

86、/p><p>　?。╝）0% （b）3%</p><p>　　（c）6% （d）9%</p><p>　?。╡）12% （f）15%</p><p>　?。╣）18%

87、 （h）21%</p><p>　?。╥）24% （j）27%</p><p>　　（k）30% （l）33%</p><p>　?。╩）36%

88、 （n）39%</p><p>　?。╫）42% （p）45%</p><p>　　圖3-14 不同大理石含量熱影響區(qū)顯微組織 400×</p><p>　　觀察焊縫組織圖像可以看到在藥皮質(zhì)量系數(shù)不變的情況下，大理石含量的不同，焊接接頭的顯微組織的成分也不同。圖片3-14中各個圖像熔合

89、線十分明顯，熔合線熱影響區(qū)的圖像總是比焊縫區(qū)的圖像更加暗。我們推斷出發(fā)暗的熱影響區(qū)中存在更多的珠光體和馬氏體，而鐵素體含量減少。對比熔合線兩側(cè)的組織可以發(fā)現(xiàn)明顯的不同，熱影響區(qū)的組織均比焊縫區(qū)粗大。</p><p>　　大理石含量15%的焊縫區(qū)圖像可以觀察到馬氏體和粒狀滲碳體。大理石含量3%的熱影響區(qū)圖像可以清晰地觀察到貝氏體組織。隨著大理石含量的增加，熱影響區(qū)組織變得較為粗大，馬氏體變得粗大。焊縫區(qū)和熱影響區(qū)的

90、組織在大理石含量為18%時，珠光體和鐵素體分布均勻，出現(xiàn)較多的索氏體，熱影響區(qū)中的硬脆的高碳馬氏體含量減少。索氏體機械性能好，塑性和韌性俱佳，并且硬度達到最大值，此時具有較好的力學性能。</p><p>　　綜上分析，當選擇最優(yōu)藥皮質(zhì)量系數(shù)50%，大理石含量為18%時，45鋼焊接接頭具有最佳的力學性能。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p>

91、;<p>　?。?）在其他條件一定的情況下，當藥皮質(zhì)量系數(shù)為50%，焊條的引弧性、穩(wěn)弧性最好，飛濺小，脫渣性好，利于施焊者施焊，并且焊縫成形美觀。</p><p>　　（2）焊縫區(qū)硬度在焊條藥皮質(zhì)量系數(shù)為50%的時候最大，藥皮質(zhì)量系數(shù)為20%和80%相差不多。藥皮質(zhì)量系數(shù)為50%時，焊接接頭的熱影響區(qū)硬度較大，在熔合區(qū)和熱影響區(qū)則均勻的分布著珠光體、馬氏體，貝氏體等組織。當藥皮質(zhì)量系數(shù)為50%時，熔

92、合線兩側(cè)組織均勻細密，存在較多的珠光體、鐵素體和貝氏體以及部分索氏體，藥皮質(zhì)量系數(shù)為50%，焊接接頭的力學性能最好，組織最均勻。</p><p>　?。?）當焊條藥皮質(zhì)量系數(shù)為50%，藥皮中大理石含量為18%時，焊條的引弧性和穩(wěn)弧性較好，電弧吹力適中，渣覆蓋率大，脫渣性好，飛濺也小，焊縫成形美觀，無氣孔、裂紋產(chǎn)生，工藝性能最佳。</p><p>　?。?）當藥皮質(zhì)量系數(shù)為50%時，大理石含

93、量為18%時，焊縫和熱影響區(qū)的硬度值最大，此時45鋼焊接接頭具有最佳的力學性能。在大理石含量為18%時焊縫區(qū)和熱影響區(qū)的組織分布均勻，珠光體和鐵素體較多，高碳馬氏體相對較少并且存在機械較好的索氏體組織。</p><p>　?。?）綜上所述，45鋼焊接時所采用的焊條的最佳藥皮質(zhì)量系數(shù)為50%，當焊條藥皮中的大理石含量為18%時，本試驗中搓制的焊條具有最佳的工藝性能和力學性能。</p><p>

94、;<b>　　致 謝</b></p><p>　　歷經(jīng)一學期的畢業(yè)設計終于告一段落，以此為大學四年畫上了圓滿的句號。這次設計是對我們大學生的大學生涯的一次考驗，它對學生本身的知識儲備要求很高，對動手能力要求很高，對學生本身態(tài)度要求很高，只有用心，花時間，花精力才能做好這次設計。我在這段日子里遇到了各種各樣的問題，幸虧有鄧老師和蔡老師的全程指導，一點一點地幫助我克服困難。同時您們對我們要求

95、很嚴格，這反而成為我努力的動力，正是有了這樣的鞭策使得我改掉了拖延的毛病，今日事今日畢，按部就班的完成每一步試驗，最終順利完成試驗。</p><p>　　在寫畢業(yè)論文時候，我開始感覺到自己對于焊接和工程材料的基礎(chǔ)知識的學習不夠，對于一個焊接專業(yè)學生，這些事最基本的內(nèi)容。對于辦公軟件word不熟練的我在蔡老師的耐心幫助下一點一點從頭學習收獲很大，順利寫好畢業(yè)論文。真心的感謝兩位老師的指導。</p>&

96、lt;p>　　同時我也很感謝本次試驗組的同學，大家在一起分析解決問題，互相幫助，互相鼓勵，一起做試驗，謝謝大家陪我度過這段時光，它最終會成為永遠值得我回憶的美好時光。</p><p>　　最后感謝所有評閱和答辯的老師，謝謝你們的批評與指正。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 張凱，張元彬. 焊條性

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