焊接创新实验开题报告

焊接专业

创新实验开题报告

班级：焊接09-1

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焊接专业开题报告

《自制J422焊条的配方及性能分析》

一.前言

自采用熔化方法连接金属材料的焊接工艺以来,焊接技术有了很大的发展【1】，与此配套的焊接材料,包括焊条、焊丝、焊剂也有很大的突破。焊接材料已经广泛应用于造船、桥梁、车辆、压力容器、工程机械和原子能工业等领域,在经济建设和海军舰船建造及修理中起着举足轻重的作用.根据猿渡昌一等人【2】。统计的日本各种焊接材料生产量及比率的情况(如图1和2所示)。

可以看出:在焊接材料的生产量中,焊条的产量尽管呈相对下降的趋势,但它仍然是主要的焊接材料.特别是随着海洋资源的开发和利用,近、远海石油钻井平台的建造,大型长距离石油轴送管道的铺设,以及极地环境中各种设施的建设等,由于施工条件受到限制,因此设备简易、轻便的手工电弧焊这种焊接方法,仍然能够在上述领域中得到广泛应用。而应用普遍的J422焊条近年来的也受到广泛学者的研究以提高其各项性能。

国产J422(型号E4303)强度等级为420MPa的低碳钢焊条,其焊缝金属塑性、韧性良好,焊接性能优良,目前是国内使用最广泛的一种焊条。据统计,国产J422焊条的产量占全国焊条总产量的80%以上。众所周知,我国的J422普通碳钢焊条的发展,从引进澳大利亚天然金红石为主体材料,现在充分利用国产资源—钦铁矿自行设计研制所形成的“钦铁矿+钦白粉;人造金红石;还原钦铁矿”为主体材料的3个体系的艰难历程。发展到今天,国内焊条行业的研究人员,为了适应商品市场的竞争和降低生产的需要出发,基本上柔合了上述三个体系的优势,并相继广泛采用了以还原钦铁矿、大理石为主体,以人造金红石(或天然金红石)、钦铁矿(并少用或不用钦白粉)为辅的多种材料所形成的结422配方新体系。

实践证明,我国自行研制的J422焊条具有可靠的力学性能和全方位的焊接工艺性能。因而一直为国内外广大用户所喜爱,所接受。近年来,碳钢焊条国标的不断更新,因而对J422产品的技术指标越来越高,其明显的标志是:焊缝金属的力学性能AKV(J)冲击值;焊接接头的、冷弯指标和抗裂性;全方位的焊接工艺性能;特别是T型接头角焊的成型的焊脚尺寸以及对直径D2.O、D2.5、D3.2小规格焊条的再引弧性能的很高要求通常要数10秒,这都是急待解决的问题,因此,如何将J422产品的焊接工艺性能,焊缝金属的力学性能和其它的综合性能,更加提高一步,是摆在广大研究人员面前的紧迫任务,也是我们为提高效益所必须解决的。二.试验材料、设备及试验方法

（一）试验材料:

1.母材:选择厚度为10mm的普通碳素钢Q235为试验基材。用无齿锯将钢板切割成长为20×70×10mm的试样，用砂轮机将其表面的锈打磨掉。

2.焊芯：所用的焊芯是H08A,焊芯直径为4mm。

3.药皮矿物组分:还原钛铁矿，人造金红石，钛白粉，大理石，中碳锰铁，白泥，长石，云母，绢英岩，有机物，新型高硅土，合金粉。

4.其它：金相砂纸（型号分别为W28、W20、W14、W10），水磨砂纸（180目），无水乙醇，硝酸（浓度65%），脱脂棉，玻璃板，盐酸，丙酮、表中所列各种药粉、瓷钵、瓷棒等。（二）实验设备：螺旋式焊条涂压机、BX3-400交流电焊机一台、洛氏硬度计一台.显微硬度计、切割机、砂轮机、抛光机、立式金相显微镜、焊条烘干机、电子天平

(三)焊接方法及工艺参数

本试验采用手工电弧堆焊，短弧焊接。其工艺参数如表2-4所示。

表2-4 堆焊参数

焊接参数电流/A 电压/V 大小160-180 通过手工控制

焊条烘干温度：200℃；时间：2小时；引弧板：100×15×10mm；收弧板20×40×10mm；试件20×40×10mm；

（四）试验内容

1.焊条的制作

1）设计原则

在技术上必须满足设计任务的需求，达到各项技术指标的规定，在制造工艺上必须切实可行，同时还有考虑经济效益要好；焊条的卫生指标要先进，确保焊工身体健康。

2）设计方法

（1）、在传统配方基础上改进与创新对现在生产的焊条品种进行质量改进与提高。

（2）、计算化学成分分配比按照设计要求进行计算，确保焊条药皮的组成。并且与焊条设计工艺性能试验、焊接接头的力学实验相配合，以达到预期的设计任务。

3）焊条的制作工艺流程

4)药皮的配置

a熔敷金属成分:

b药皮配方:

5）制备方法

a、配方计算：每小组按指定的焊条配方进行计算得出配方化学成分

b、焊条搓制过程

1.按选定配方称好药粉，使干粉总重为100克。

2.将焊条芯用砂布去锈

3.将药粉放进瓷钵中进行干混，用瓷棒轻轻搅拌至药粉颜色均匀一致，注意将团粒研碎。

4.向干粉中逐渐加入水玻璃，并不断进行搅拌。每次水玻璃加入量不要太多，最后能捏成

团状可。

5.搓制：将混好的药粉团搓成φ6~7mm，长150mm左右的长条，然后在玻璃上压扁将焊

条芯放在上面，用湿粉包住，然后在玻璃扳上轻轻搓动。当搓到粗细均匀，直径

达到φ6.5~7mm且无大的扁心时，，请指导老师检查，合格后放在指定地点。6.烘干：晾干24小时后，放入烘干箱中烘干（碱性焊条烘干温度为400℃，2小时，酸性

焊条烘干温度为150℃，1小时)。

7.焊接：选用焊接工艺参数填入表2，焊接观察并记录工艺性能填入表3

8.焊接标准￠4mm J422，观察并记录焊接工艺性能。

2.进行焊接：利用手工电弧焊对试样进行堆焊。

3.工艺性能试验

采用交流弧焊机，施焊前不预热，道间药皮可不清理或稍作清理。焊接过程中考查电弧稳定性、飞溅、烟尘、焊后成型、脱渣性等工艺性能。

4.布氏硬度试验：

将焊接完成的试样分别在标准J422焊条和自制J422焊条基体上以及堆焊层进行布氏硬度试验，并记录。

5.金相试验

本试验是采用了XJL-02A型立式金相显微镜观察试样熔合区和焊缝金属显微组织。先把试样在普通砂纸上进行预磨，将试样得观察面磨平后再用0到4号金相砂纸磨制，然后用抛光液在P-Z型抛光机上抛光，最后用腐蚀液腐蚀，因为堆焊组织中含有大量的碳、铬等元素，耐腐蚀性好，而基材为低碳钢，耐腐蚀性差，所以本试验选用两种腐蚀剂：用3℅硝酸酒精腐蚀基材和熔合区，用腐蚀性强的三氯化铁盐酸溶液（三氯化铁5g，盐酸30ml，蒸馏水100ml）作为腐蚀液对焊缝进行腐蚀。在腐蚀过程中先腐蚀基材和熔合区，待基材和熔合区腐蚀好了之后再腐蚀焊缝。浸蚀抛光件表面的时间大约为10秒到20秒[24]，一直到抛光面呈暗灰色，然后用酒精擦拭，风吹干后在显微镜上观察试样的组织是否被腐蚀出来，组织清晰后，选取典型的内部显微组织，合适的放大倍数进行金相照相。

摄照过程：曝光7s、显影5 min、水洗1-2min、定影30 min、流水洗30min、阴干。

印像过程：曝光3s、显影2-5 min、水洗1-2min、定影30 min、流水冲洗30min、上光。

6.试验结果及分析

1）焊条工艺性能分析

将所设计的焊条与标准焊条比较成分和性能，说明焊条的各个成分对焊条工艺性能的作用，解释焊接过程当中出现的现象，并提出改进建议。

焊条的工艺性能主要以稳弧性、焊后成型、脱渣性、飞溅性、烟尘5项为测试指标，在本实验中，将在160~180A的电流，20~24V的电压下进行焊接，测定其工艺性能。

2)洛氏硬度试验结果及分析

将焊接后的试样在砂轮机上打磨，使其表面平整，然后用HR-150A型洛氏硬度计在堆焊层表面进行硬度测试，每个试样测试5点，然后取平均值。

3)进行金相分析

7.整理数据写实验报告

三.工作计划和方案