焊接结构综合实验指导书.

焊接结构综合实验

指导书

材料成型及控制工程系

2013年8月

焊接结构综合实验

实验一、焊接加热及冷却过程中弯曲变形及焊后纵向变形测定

（参考学时4学时）

一、实验目的：

通过在低碳钢板条形钢板边缘堆焊，加深理解焊接时纵向变形、弯曲变形的动态过程，深入了解焊接加热及冷却过程中弯曲挠度的变化规律。分析总结钢板在进行焊接的加热、冷却过程中纵向及弯曲变形规律。

一、实验原理：

（1）将板条形钢板固定在专用的焊接实验架上（钢板能自由变形），形成焊接回路。如图A、D所示。在板条上边缘纵向堆焊焊道，焊接在加热、冷却过程中、板条将产生纵向弯曲变形，且弯曲挠度的大小和方向也随之变化。

（2）在板条长度L保持不变时，板条宽度h对于焊接加热及冷却过程中的弯曲挠度f 的变化有明显影响（焊接线能量不变）。板宽h增大时板条的抗横向弯心矩增大，因而使板条无论在加热过程中还是冷却后的最大纵向弯曲挠度都减小。

焊接试验架

图A焊前f=0

S B始焊后

f=f】

图B、C、D为沿板边缘堆焊时板条弯曲变形示意图

图E 板条宽度h 对弯曲变形的影响示意图

三、实验内容：

（1） 选用低碳钢Q235材料，实验材料尺寸：板厚 5~6mm,板宽55~60mm ,长 度

370mm 。在板条两边缘处分别作焊接前标距线段（打钢印点或记号笔），焊接 前测量实验

钢板板条上标记间线段的长度并记录数据。施焊前在板条未焊侧边缘 中部安装百分表，以便在堆焊过程中，通过百分表读数的变化，观察弯曲变形（挠 度）的大小及方向。完成焊接后取下板条，待冷却后测出焊缝侧及另一侧（未焊 侧）线段长度，判断板条纵向变形量的大小。

（2） 板条另一边的堆焊如上所述，完成板条两条边堆焊后，根据记录数据分析 钢板中残余变形（挠度）的大小及方向。

（3） 板条宽度h 增加（大约10mm ，称该板为宽板条，板厚、长度不变），用相 同的线能量在板边堆焊，记录焊接加热及冷却过程中的弯曲挠度 f 的变化。如图 B~E 所示。对比第一试板（窄板条）的第一次堆焊数据，两者弯曲挠度 f 有何不 同？纵向变形两者差别如何？

四、实验仪器、设备及材料:

弯曲

挠度

mm

2

h 时间t (s)

1、直流电焊机1台

2、百分表、秒表各1只

3、大型游标卡尺1把

4、焊接实验架（自制），碳钢实验板条

5、焊条、碳棒、431焊剂、工具若干

五、实验步骤：

1、取二块实验钢板（窄、宽板各一条），如图A中，aa, bb处用冲头在板上做出标记。焊接前测量板条上二组标记间线段aa, bb和11, 22的长度，将结果记于表1。

2、将实验钢板装于焊接实验架上，百分表装在板条下边缘中点，并将百分表调至中间刻度，指针调至零位。注意钢板不得有被卡住的现象，保证实验中可自由变形。

3、安装好焊条，堆敷焊剂（主要目的盖住焊条弧光）。

4、检查焊接回路接线是否正常（绝缘良好），焊条接正极、钢板接负极。如图D 所示。开启电焊机，用碳棒进行引弧（短路引弧），在钢板边缘进行自动堆焊，焊接开始后每隔10秒钟记录一次变形数据（即百分表读数），到120秒钟以后，每隔30秒钟断续记录变形，直到变形停止。数据记录于表2。

5、从焊接实验架上取下板条，敲掉焊缝上渣壳，重新测量aa，bb二条线段

长度，同时算出二条线段纵向变形量的大小（保留小数后两位），结果列于表1。

6将板条反转，未焊边朝上，重复2.34步骤。第二条焊缝堆焊完毕，取下板条。

7、焊宽板条试板的一边，重复2.34步骤。测量11, 22二条线段长度，同时算出二条线段纵向变形量的大小（保留小数后两位），结果列于表1。（注意：该板条只需焊一道焊缝。）

六、实验报告要求：

1、按实验报告格式写实验报告

2、列出同组合作人员姓名。

3、根据记录数据表1、2中测得的数据画出弯曲挠度随时间变化曲线，并在

图中标出（窄板条）第一条、第二条焊道焊后的残余变形，及最后的总的残余变形（挠度）的大小及方向。

4、在另一坐标系里将窄板条第一条焊道、宽板条第一焊道焊后的残余变形用不同的线段表示，并注明。

表2

5、通过实验结果，总结：

（1）钢板边缘堆焊时，焊接加热、冷却过程中纵向收缩变形的规律及挠度变化规律。

（2）相同焊接线能量钢板边缘堆焊时，板条宽度h对弯曲变形的影响规律。6回答思考题。

七、实验注意事项：

1、用大型游标卡尺读数时，以毫米为计数单位并保留估算位。

2、用碳棒快速接触引弧，焊接过程不能中断，否则应重新换试件进行实验。

八、思考题:

1、在相同焊接线能量条件下，窄板条第一焊道与宽板条第一焊道焊后纵向变形、纵向弯曲挠度有何差别？原因是什么？

2、本实验焊接加热、冷却过程中纵向收缩变形的规律及挠度变化规律有无异常？出现异常的原因？

3、窄板条第二焊道焊后弯曲变形对第一焊道弯曲变形能否消除？为什么？

实验二、焊接接头残余应力测定

（参考学时4学时）

一、实验目的：

1、通过采用小孔释放法测定焊接残余应力及焊接接头残余应力分布，学习采用应力释放法测量焊接残余应力的原理，初步掌握测定接头中焊接残余应力的操作技能。

2、加深对于焊接接头中残余应力分布规律的理解。

3、了解焊接方法对于焊接残余应力的峰值及分布规律的影响。

二、实验原理：

焊接残余应力的测定方法，按其原理可分为应力释放法、X射线法、磁性法等。在应力释放法中又可分为小孔法（盲孔法）、套孔法与梳状切条法，其中以小孔法对于接头的破坏性最小。

小孔释放法就是在钢板的应力场中钻出一个小孔（盲孔）以后，应力场原来的平衡状态将被破坏，使小孔周围的应力分布发生变化，应力场产生新的平衡。如果测出钻孔前后小孔附近的应变量的差值，就可以根据弹性力学理论计算出小孔处的内应力值。