焊接实验报告

材料工程实验报告（焊接方向）
任课教师：施政顾荣海
学号：060810316
姓名：王光华所在院系：材料科学与技术学院
材料科学与技术学院
2011年11月
实验一焊条设计及制备工艺实验
一、实验目的
1．了解焊条的结构和生产过程。

2．了解常用酸性焊条药皮配方的组成。

3．初步掌握焊条的设计方法和设计步骤。

二、实验设备及材料
1. 焊条制备系统：搅拌机、压涂机、送丝机、磨头磨尾机和烘干炉；
2. 天平，称药皮原料用；
3. 压制焊条用原料
（1）药皮原料：大理石、萤石、石英、钛白粉、金红石、45号硅铁、锰铁、钛铁等；
（2）焊芯：压制焊条用H08A焊芯——砂纸打磨至表面无锈迹；
（3）粘结剂：水玻璃
实验原理
1．压制焊条基本原理
焊条由药皮和焊芯组成，焊条结构如图1所示。

焊条药皮的化学组成通常是根据焊条的力学性能和工艺性能要求将各种矿石粉和铁合金按一定比例配制而成。

焊条压制前，应在药粉中加入适量的水玻璃并将其搅拌均匀，水玻璃与药粉的重量比通常控制在0.2左右。

上述准备工作完成以后，再用涂敷机将其涂敷在焊丝表面。

焊条涂粉原理如图2所示。

焊条涂敷完成之后，接下来的工序是进行磨头、磨尾、印字和烘干。

2. 焊条设计原理与设计方案
（1）焊条设计依据
（A）被焊母材的化学成分、力学性能指标或其他特殊性能如耐热、耐蚀性能等
（B）焊接结构服役条件如工作温度、工作介质的性质、载荷大小及性质以及是否有耐磨或耐蚀要求等。

（C）施工现场的设备以及施工条件。

（D）焊条制造厂的生产条件。

（2）对焊条的基本要求
（A）必须满足对焊接接头的技术要求。

（B）具有良好的冶金性能和工艺性能。

（C）药皮压涂性好、易成形，压制后表面光滑无裂纹，并具有一定的强度和耐潮能力
（3）焊条设计步骤
（A）设计焊缝化学成分。

焊缝的化学成分既要满足接头使用性能要求，又要考虑对焊接性的影响。

常根据经验设计。

（B）确定焊缝金属的合金化方式。

焊缝金属的化学成分确定后，应该考虑通过什么途径将合金元素过度到焊缝中。

通常可选择的途径有三种：通过焊芯过渡、药皮直接过渡和经过熔渣与液态金属的置换反应过渡。

（C）确定焊条药皮类型。

一般的原则是：焊接重要结构或低合金高强钢时，多选用低氢型药皮，对于焊接不太重要的碳钢或者强度较低的低合金钢结构，可选用钛钙型或铁铁矿型药皮。

三、实验内容和方法
1.焊条药皮配方设计
实验所用焊芯为直径3.2mm碳钢焊芯，用于对45钢平板进行堆焊，根据压制焊条基本原理、表1中药皮各个成份的作用及焊接冶金学基本原理设计焊条药皮成分。

表1：各种材料的主要成分以及在焊接过程中的主要作用
考虑到实验成本等问题，决定使用实验指导老师所提供的药皮成分比例。

具体见表2
将表三中所列各物质精确称量后倒入容器中均匀混合，随后缓慢分几次加入水玻璃搅拌使其与药粉充分混合均匀。

将黏度适合的湿涂料捏成拳头大小的团状备用。

3. 压制焊条
将团装湿涂料置入压涂机料缸中，并用工具夯实，将装满涂料的料缸装在压涂机上，启动油泵，准备涂粉。

将打磨光亮的焊芯装入送丝机，启动送丝电机进行涂粉，涂粉完成后，焊条将自动被送入磨头磨尾机进行磨头磨尾加工，制备结束的焊条用烘干炉烘干。

五、实验结果分析
最终在制作焊条的时候，并不是所有焊条都成功地压制出来，有些焊条的药皮未很好的包裹在焊丝外面，有脱落现象，但还是有部分焊条顺利制作出来。

六、实验心得体会
焊条在手工电弧焊中是最为重要的，但经过实验后我才知道它的制作不是那么的容易，焊条不好在焊接过程中会产生很多缺陷。

制作焊条需要以下步骤：焊条药皮配方设计、配制湿涂料和压制焊条，其中水玻璃的配制过程比较复杂。

因为水玻璃在焊条生产中起着粘结和稳弧的作用，使用得当则稳弧好，粘接力强。

而且水玻璃的成分和性能参数对焊条的生产工艺、焊条的外观质量和内在质量以及熔敷金属性能等有着重要影响：如果浓度过高易抽芯断火；浓度过低则药皮不坚固、电弧不稳。

水玻璃的浓度和粘度等因素都很大程度上决定了药皮的性能，制造温度也是需要的注意的，因为随着温度的升高，水玻璃的粘度也随之提高，温度降低又会导致水玻璃固化不能将药粉混合均匀。

在实验过程中，要掌握好这几点，才能制作出合格的焊条。

我们这次焊条制作比较失败的原因是机器长时间不运作造成的。

实验二手工电弧焊操作练习实验
一、实验目的
1. 了解手工电弧焊的基本理论；
2. 熟练掌握手工电弧焊的基本操作及焊接规范参数调整的方法;
3. 观察焊接电流、焊接电压等参数对焊缝成型的影响；
4. 能熟练运用手工电弧焊进行焊接，并获得良好的成型效果；
二、实验设备与实验材料
1. 交流弧焊机
2. 5mm厚的45号钢板若干
3. J422焊条（直径2.5mm）若干
4. 面罩、手套、防护服若干
三、实验原理
两种或两种以上材质（同种或异种），通过加热或者加压或两者并用，来达到原子之间的结合
而形成永久性连接的工艺过程叫做焊接。

按照工艺方法将焊接分为熔化焊、压力焊、钎焊三种，熔
化焊是将焊处加热到熔化状态，冷凝后形成焊接接头的焊接工艺方法，手工电弧焊（简称手弧焊）
是熔化焊的一种。

手弧焊是利用手工操作在焊件与焊条之间引燃电弧，利用焊条与焊件之间产生的电弧热量来熔
化焊件金属和焊条，冷却后形成焊缝的焊接方法。

常用的手弧焊机可分为交流焊机和直流焊机两种，
前者又分为动铁心式和动线圈式两种，如BX3—300—2型交流弧焊机，其中的“B”表示焊接变压器，“X”表示焊接电源外特性为下降特性，“3”表示动线圈式，“300”表示额定焊接电流为300A，“2”表示产品系列，如果把“BX”后面的数字“3”换成“1”即型号BX1—330，它表示该弧焊
变压器为动铁心式，额定焊接电流为330A，直流焊机可分为弧焊发电机（如AXI—500型，“A”
表示焊接发电机，“X”表示下降特性，“I”表示产品系列）和硅整流直流弧焊机（如ZXG—250型，“Z”表示整流，“X”表示下降特性，“G”表示硅整流原件）。

手工电弧焊常用焊条有两种：E4303（J422）和E5015（J507），前者为酸性焊条，用于低碳钢
如钢筋、角铁、槽钢等的焊接；后者为碱性焊条，其抗裂性能较好，用于焊接含碳量较高的钢如45
号钢和部分低合金结构钢的焊接。

焊条的直径主要有φ2.5mm、φ3.2mm、φ4.0mm、φ5.0mm等
几种。

焊件厚度(mm) ≤1.5 2 3 4~5 6~12 ≥13 焊条直径(mm) 1.6 2.5 3.2 3.2~4 4~5 5~6
I=（33~55）d
式中，I为焊接电流（A），d为焊条直径（mm）
引弧方式：接触引弧
在电弧焊中有相应的两种引弧方法，即非接触引弧法和接触引弧法。

在非熔化极电弧焊中，广
泛采用非接触引弧法，如钨极氩弧焊常用高频振荡器引弧，其电压高达2000V以上。

在熔化极电弧
焊中，如手工电弧焊、埋弧焊和熔化极气体保护焊中都采用接触引弧法。

电弧的引燃过程如图3-2
所示。

四、实验内容和方法
1. 实践练习手工电弧焊引弧过程；
2. 焊条类型的选择及焊接规范的正确预置：实验中焊条直径为2.5mm，钢板厚度为5.0mm。

3. 变换焊接位置操作，调整焊接规范观察不同焊接规范对焊接成型的影响；
4. 多批次操作练习手工电弧焊至熟练掌握。

五、实验结果分析
成功引弧，顺利完成焊接过程。

但由于焊接速度过快，使得焊缝太窄太浅，并且由于我没有将焊条下压，飞溅比较严重，使得最终焊缝成型很一般，下次焊接时要多加注意。

六、实验心得体会
这次实验操作总的来说比较简单，只需要在一块铁板上引弧、焊接、收弧等，并且进行两块板之间的焊接，相信老师主要让我们体会一下焊接的感受。

动手能力是很重要的，但是在别人焊接的过程中我们一定要细心地观察，看看别人在焊接的时候有哪些不足，这能为我们更好地提高自己的水平，从而达到满意的效果。

在整个焊接的过程中，速度一定要均匀，速度也不能过快，否则会导致焊不透等缺陷，电弧要尽量压低以减少飞溅等，飞溅不仅会浪费金属和能源，还会使得焊缝质量下降，强度降低，要尽量避免。

另外我们需要注意安全，保护好自己，避免发生操作事故。

总之，掌握了具体技术以后多练习几次会得到理想的效果。

实验三对接焊缝考核
一、实验目的
1. 了解并掌握焊接的定义、各种焊接方法的分类；
2. 进一步了解手工电弧焊工艺方法的电弧物理和焊接特点；
3. 对焊接缺陷的种类、常见缺陷的产生原因有进一步的了解；
4. 能够运用所学焊接知识，完成焊接一条对接焊缝；
二、实验所用设备及原材料
1. 实验设备：焊机、手工电弧焊枪、焊接工作台、焊条烘干炉；
2. 面罩、手套、防护服；
3. 实验材料：焊条，低碳钢试板若干。

三、实验内容和要求
手工电弧焊实验。

调整焊机，选择焊机操作模式为JOB模式条件下的手工电弧焊（或动铁心式交流弧焊机），连接好手工电弧焊枪和输出电源线，准备好试板，打磨试样待焊处成金属光泽，并根据焊条直径选择焊接电流。

按手工电弧焊操作要领进行焊接对接焊缝，实验过程中，详细观察焊条的焊接工艺性能，如引弧性能、电弧稳定性、脱渣性、烟尘量等。

四、实验结果分析
下图为我焊接对接焊缝宏观照片
通过宏观照片可以获得以下信息：
1. 两块板有一定程度的不平整，主要原因是前期定点不到位，或者两个点确定时时间太久导致高温让板发生了变形；
2. 走弧过程住高度和速度把握不到位，所以最后形成的焊缝粗细不均匀，焊接前期速度可能过快，而中后期没能有效地压低电弧。

；
3. 收弧时没有进行回弧等操作使得收尾处焊缝成型明显不如中间部分，并且产生了个小泡泡；
焊接规范为：焊接电流为86A，焊接电压40V。

该规范并不是稳定不变，而是随着焊接过程中一些因素的影响小幅度波动。

焊接过程分析：
1. 引弧性能：引弧在试板的外面，因此引弧时可能产生的一系列缺陷都未在试板上体现出来；
2. 飞溅情况：在焊接过程中，电弧的长度控制不是很稳定，中间部分电弧过长，使得焊缝成型不
甚良好，后期电弧长度合适焊缝成型良好，但收尾时电弧控制不会使得收尾时的焊缝成型不良；
3. 焊接速度：焊接速度不稳定，前期速度过快，焊缝H值太好，成型一般，中间段速度控制得当，
成型良好；
4. 收弧性能：收弧时没有进行回弧等操作，使得焊缝成型不佳，且电弧长度过长，吹弧现象严重。

心得体会：
焊接里面最常见的就是手工电弧焊，想要掌握一门它光看是不够的，实际的操作能让我们更好地知道哪里做的不到位。

很感谢施政、顾荣海给我们提供了这次实践的机会，这次实验的实施和两位老师的悉心付出离不开，在此特别感谢他们。

在焊接的过程中老师先给我们进行了示范，然后在自己出本操作中老师指出了哪里不足，这为我们焊接水平的提高起到了决定性的作用。

在焊接之前我们了解了母材的性能，为了能得到更好地焊缝还需要在两端打点固定了两块板的相对位置，这也决定了焊缝的好坏。

在焊接过程中我们进行了很多次练习，当中毕竟次数有限，我们对焊接速度和高度的把握还是不够完善，所以最后每个人的作品都有一定程度的缺陷。

想得到好的焊缝焊接过程中速度一定要慢，这样能很好的焊穿；另外电弧高度要低，不然焊缝也不过关。

最后敲掉焊渣整个过程就完成了。

掌握焊接的技术很重要，但在我们这次实验过程中更为重要的是安全问题。

这次试验是在老师的指导下完成的，但我们应该时刻注意安全，防止电火花烫伤等，对于这种实验安全问题总是最重要的。

这次实验让我们从课本走到了实际操作，锻炼了自己的动手能力，为我们以后的路奠定了很好的基础。