焊接综合实验报告

图1 焊接机器人图2 焊接机器人操作图
1.2钨极氩弧焊焊接原理及操作
1.2.1钨极氩弧焊焊接原理
钨极氩弧焊是一种明弧焊，电弧稳定，热量比较集中，在惰性气体的保护下，焊接熔池纯洁，焊缝质量较好，但是在焊接不锈钢时特别是奥氏体不锈钢时，焊缝背面也需要进行保护，否则将产生严重氧化，影响焊缝成型和焊接性能。

1.2.1钨极氩弧焊焊接步骤
1.焊前准备：清理焊枪，焊丝，清除焊件焊缝周围的油脂油漆水分尘土等：检查设备是否正常
2.将焊机与氩气瓶，压力表接好，三相电接好，水箱接好（采用陡降特性电源，直流正接法）
3.将气管，氩气瓶，压力表接好待用
4.将不锈钢管打好坡口，取出毛刺待用
5.打开氩气瓶，将气管一端插入不锈钢管中，利用氩气排除管中空气
6.调节好电流大小，下坡时间，上坡时间，气流速度，放好焊接件。

如表1
7.工作人员穿好防护服，带好防护帽子，打开眼镜
8.将焊枪调节好钨极长度，接好焊机地线，将焊枪对准焊件，然后关闭眼镜。

左手拿住焊丝，右手启动开关，待火焰熔化焊件放入焊丝
9.重复8，至焊接完毕
1
2
图 3 唐山松下直流钨极氩弧
焊机
图4 手工钨极氩弧焊焊接技术
1.3埋弧焊焊接原理及操作 1.3.1埋弧焊焊接原理
埋弧焊是以连续送进的焊丝作为电极和填充金属。

焊接时,在焊接区 上面覆盖一层颗粒状焊剂,电弧在焊 剂层下面燃烧,将 焊丝端部和局部母 材熔化形成焊缝。

1.3.2埋弧焊焊接操作
一、焊前准备
1、准备焊丝焊剂，焊丝需去除污、油、锈等物，并有规则地盘绕在焊丝盘内，焊剂应事先烘干(250°C 下烘烤1-2小时)，并且不让其它杂质混入。

工件焊口处要去除油、污、水。

2、接通控制箱的三相电源开关。

电流 电压 焊丝直径 氩气流量 焊接速度 脉冲频率
25A 14V 0.8mm 15Lmin 0.2m/min 5Hz
表1 钨极氩弧焊机参数表
实训内容3、工艺参数设定
图5 埋弧焊机
1.4电阻焊焊接原理及操作
1.4.1电阻焊焊接原理
电阻焊是将被焊工件压紧于两电极之间,并通以电流,利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热将其加工到熔化或塑性状态,使之形成金属结合的一种方法。

利用焊接区金属本身的电阻热和大量塑性变形能量，使两个分离表面的金属原子之间接近到晶格距离，形成金属键，在结合面上产生足够量的共同晶粒而得到焊点、焊缝或对接接头。

1.4.2电阻焊焊接原理
步骤1;用风动锯切割掉原焊点。

步骤2:用钻削或磨削的方法将焊点清除并使焊件剥离，借助撬板等工具将残留部分从车身上拆下。

步骤3:整理车身上的接口部分。

步骤4:将焊接面两边的油漆除净并于焊接面上涂敷防锈剂。

步骤5:将新板件牢牢地夹紧在指定位置上后，用测量设备进行检测，保证位置准确。

步骤6:保证两片(或两片以上)嵌板或凸缘之间的接合面紧密。

步骤7:以厚度较薄的嵌板或凸缘作为决定电流大小的主要因素。

步骤8:调整电极夹臂接触压力。

步骤9:调整焊接电流的大小。

步骤10:选择点焊顺序。

步骤11：开始焊接
电流电压速度
方案1 300A 29.0V 24.9m/h
方案2 400A 29.1V 22.9m/h
图6 电阻点焊机
实
训
内
容
实训内容
第2部分焊接接头组织观察及硬度测定
金相学被认为是金属学的先导，是金属学赖以生存与发展的基础。

钢铁材料的微观组织结构是沟通材质、工艺和性能之间的桥梁，它与材质、工艺、性能之间关系的研究是贯穿百年钢铁材料研究和开发的主题。

1.1焊接接头试样制备
试验材料为60mm厚Q345低碳低合金钢板，退火态，其化学成分(质量分数/％)为0.18C，1.5Mn，0.03P，0.4Si，0.16Ti，0.03Nb，0.025S，余Fe。

图7 退火态Q345钢的显微组织
由图1可知，退火态Q345钢的显微组织由粗大铁素体和少量珠光体组成，晶粒大小不一，尺寸在20~40μm。

在退火态Q345钢上截取尺寸为300mm×100mm×60mm的试样，对试样进行机械打磨去除面氧化膜，然后用无水乙醇擦洗干净。

利用Probeam K110型高压真空电子束焊机对试样进行电子束焊接，采用对接接头形式，加速电压120kV，电子束电流99mA，聚焦电流2486mA，焊接速度1.8mm·s －1。

试验方法：在焊接接头上沿深度方向(从上表面至下表面)截取金相试样，用体积分数为4％硝酸酒精溶液腐蚀10s后，利用VHX-600型光学显微镜观察显微组织。

实训内容
利用HXD-1000TMC型显微硬度计测焊接接头的显微硬度，加载载荷为0.98N，保载时间15s，分别在如图2所示的A，B，C，D线上取点测试，其中：A线为焊缝中心线，方向从焊缝顶层到底层；B，C，D线分别位于焊缝顶层、中层和底层，方向为垂直于焊缝中心线从母材区到焊缝区再到母材区。

硬度测试时，将焊缝的各个区域利用体积分数为4％的硝酸酒精进行轻微腐蚀，以便于对焊缝区、母材和热影响区进行观察。

1.2 焊接接头组织观察及分析
图8 焊接接头上表面焊缝的宏观形貌图9 焊接接头的截面形貌
图10 焊缝截面不同位置(如图4所示)的显微组织
电子束焊接接头焊缝的硬度均高于母材的，但过高的硬度会降低焊接接头的韧塑性，一般而言，焊接接头焊缝的硬度不应比母材的高出110HV。

实测焊缝中心底层的硬度比母材的增加了60~110HV，其硬度略偏高，因此在进行电子束焊接大厚度钢板时，应注意控制其底层的硬度。

图11 焊接接头不同方向(如图2所示)的硬度分布
实训内容
第3部分焊接的模拟分析
1.1 焊接接头模型建立
采用 T型接头的模型如图 1所示。

其中腹板尺寸60mmX6mm X100mm,翼板尺寸 100mm ×20mm X100mm,腹板开55的单面坡口，留2mm的钝边，材料为Q345B。

为了描述“T型接头三维焊接温度场的分布,热分析单元中选取单元 SOL D87,在加热圆弧面上生成无中间节点的三维 4节点弧形的表面效应单元SURF152。

如图 2所示，在焊缝区域及近缝区细化网格，而远离焊缝区采用较粗的网格。

为获得一个良好的瞬态焊接温度场，本课题在焊缝区的单元网格取3mm，热源沿着T型接头z轴的方向匀速移动。

1.2 焊接接头模拟分析过程
在T型板焊接过程中，焊接材料不断填充而形成焊缝，这一过程可以通过ANSYS中“生死”单元技术生动体现(。

首先将焊缝部分的有限元单元设置为“死”状态，即这部分单元的刚度矩阵乘以一个微小因子，使之失效；当进行每道焊缝焊接时，将所对应部分的单元“激活”即可。

值得注意的是，在ANSYS中所有的单元只能在/prep7中完成，因此，焊缝部分的单元也需要在/prep7中生成，而不能在运用“生死”单元技术的时候凭空产生。

模型假设
(1)材料为各向同性；
(2)忽略金属的填充熔敷作用
(3)工件的所有外边界仅与空气发生对流换热，将辐射换热的影响考虑到对流换热中；
(4)忽略熔池内部的化学反应和搅拌、对流等现象
悍接熱源的处理与施加110-0由于加热电弧是移动的,对于移动利用ANSYS的APDL语言编写子程序，采用离散的思想，进行多步循环来实现具体思路如下：沿焊接方向将焊缝长度Ⅰ等分为
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实
训
内
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4。