Q345钢埋弧焊综合训练报告

材料性能分析综合

训练报告

指导老师：纪秀林、严春妍

姓名：侯耀

学号：1061410214

专业：金属材料

2013/12/17

综合训练提要

∙试验前言

∙埋弧焊工艺制定及焊接操作

∙金相样品的制备

∙焊缝区域显微组织观察与分析

∙金属材料维氏硬度试验

∙试验过程总结

一、试验前言

试验材料选用δ=16mm的Q345（16Mn）钢板，对钢板进行焊接性分析并参照标准制定合理的埋弧焊焊接工艺，在其上堆焊一层埋弧焊焊缝，待焊后冷却之后用钢锯条手工锯出一合适大小的焊缝试样，进行金相试样的制备，经磨光、抛光、浸蚀、烘干操作后，借助于金相显微镜观察显微组织，并且进行焊缝截面的硬度测量，以此评定焊缝性能。

试验采用相关试验设备如下：

二、埋弧焊工艺制定及焊接操作

1、埋弧焊（Submerged Arc Welding，SAW）原理简介

埋弧焊是以电弧作为热源的一种机械化焊接方法，埋弧焊实施过程如图1所示，它由4个部分组成：

①焊接电源接在导电嘴和工件之间用来产生电弧；

②焊丝由焊丝盘经送丝机构和导电嘴送入焊接区；

③颗粒状焊剂由焊剂漏斗经软管均匀地堆敷到焊缝接口区；

④焊丝及送丝机构、焊剂漏斗和焊接控制盘等通常装在一台小车上，以实现焊接电弧的移动。

埋弧焊焊缝形成过程如图2所示。埋弧焊时，连续送进的焊丝在一层可熔化的颗粒状焊剂覆盖下引燃电弧。当电弧热使焊丝、母材和焊剂熔化以致部分蒸发后，在电弧区便由金属和焊剂蒸气构成一个空腔，电弧就在这个空腔内稳定燃烧。空腔底部是熔化的焊丝和母材形成的金属熔池，顶部则是熔融焊剂形成的熔渣。电弧附近的熔池在电弧力的作用下处于高速紊流状态，气泡快速溢出熔池表面，熔池金属受熔渣和焊剂蒸气的保护不与空气接触。随着电弧向前移动，电弧力将液态金属推向后方并逐渐冷却凝固成焊缝，熔渣则凝固成渣壳覆盖在焊缝表面。焊接时焊丝连续不断地送进，其端部在电弧热作用下不断的熔化，焊丝送进速度和熔化速度相互平衡，以保持焊接过程的稳定进行。依据应用场合和要求的不同，焊丝有单丝、双丝和多丝，有的应用中还以药芯焊丝代替裸焊丝，或用钢带代替焊丝。

图2.埋弧焊电弧和焊缝的形成示意

1-焊剂2-焊丝3-电弧4-熔池5-熔渣6-焊缝7-焊件8-渣壳

2、优缺点分析

∙优点：

∙生产效率高

∙焊接质量高而且稳定

∙节省材料和电能消耗

∙改善劳动条件，降低劳动强度

∙缺点：

∙埋弧焊采用颗粒状焊剂进行保护，一般只适合于平焊和平角焊位置的焊接，其他位置的焊接，则需采用特殊装置来保证焊剂对焊缝区的覆盖和防止熔池

金属的漏淌。

∙埋弧焊焊接时不能直接观察电弧和坡口的相对位置，故必须保证坡口的加工和装配精度，或者采用焊缝自动跟踪装置来保证焊炬对准焊缝不焊偏。

∙埋弧焊使用电流较大，电弧的电场强度较高，电流小于100A时，电弧稳定性较差，因此不适合焊厚度小于1mm的薄件。

3、δ=16mm Q235钢板埋弧焊焊接工艺制定

Q345（16Mn）化学成分及力学性能

表1 Q345（16Mn）化学成分及力学性能

依据国际焊接学会（IIW）推荐的碳当量公式：

CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15 (%)

由上式可计算出Q345碳当量：CE=0.18+1/6(%)≈0.35%。

一般认为CE<0.4%的钢材在焊接中基本无淬硬倾向，冷裂敏感性小。所以Q345拥有良好的焊接性，因此适用的焊接方法比较多。

●焊前准备

对于δ=16mm钢板，由于是表面堆焊，因此不必开坡口，焊前需将钢板表面清理干净，除去将焊接部位表面的锈蚀、油污、水分、氧化皮等清除干净。一般采用喷丸喷砂处理将焊丝表面的油污、铁锈等污物清除干净。此外，焊剂也要求烘干，如HJ431，要求在250℃下烘干两个小时。焊件清理干净之后就要进行焊件装配，本试验中焊件钢板待焊位置应置于埋弧焊焊丝的正下方，焊缝的走向同焊车的运动方向一致。

●焊接材料的选择与匹配

选择焊接焊丝和焊剂一般遵循以下三个要点：

①根据“等强匹配”原则，一般要求焊缝的强度性能与母材等强或稍低于母材。焊缝

中碳的质量分数不应超过0.14%，焊缝中其他合金元素也要求低于母材中的含量，

以防止裂纹及焊缝强度过高。

②考虑熔合比和冷却速度的影响

③考虑焊后热处理对焊缝力学性能的影响

依据《熔焊方法与设备》教材第五章“埋弧焊”P107表5-7：

这里我们选用HJ431与H10Mn2焊丝相匹配。相关化学成分如下图所示

表2 H10Mn2焊丝标准化学成分（GB/T 14957—1994）

表3 HJ431焊剂的化学成分（GB/T 14957—1994）

●焊接参数的选择

针对本试验不开坡口埋弧堆焊，板厚16mm Q345钢板，查阅相关资料确定如表4所示的焊接参数：

表4 10mmQ345钢板对接埋弧焊时所用焊接参数

●焊接具体操作过程

本实验所用的埋弧焊机型号为MZ-1000(A310-1000)。焊接的具体操作过程如下：

1)在焊料斗内装上HJ431焊剂；

2)在焊机上安装H10Mn2焊丝；

3)将经过表面清理过的钢板在埋弧焊工作台上放置好；

4)将埋弧焊机上的送丝按钮轻轻按下，之后手动推动焊接小车，确保小车运动轨迹

同焊缝位置线重合；

5)轻轻按下送丝按钮，待焊丝与工件刚刚将要接触时停止，之后向焊机焊料斗中加

入HJ431焊剂；

6)向工件上覆盖一层焊剂，需覆盖整块钢板；

7)按照表4的标准设置焊接参数；

8)将焊料斗上的闸门打开；

9)按下焊机上的启动按钮，埋弧焊机自动引弧和焊接；

10)在焊接小车移动到焊缝末端位置时关闭按钮，焊接过程结束；

11)清理钢板上的焊剂，敲去渣科，冷却后进行后续操作。

三、金相样品的制备

1、原理

用金相显微镜观察经过特别磨制的金相试样以研究金属和合金组织及其内部缺陷的方法，叫做显微分析法。金属样品是在显微镜下进行分析和研究的试样。用金相显微镜观察和研究金属内部组织的步骤为：首先制备所取试样的表面，使其观察面为光洁程度很高的平面；然后选用合适的腐蚀剂，通过浸蚀是不同的相呈现出来，即可在显微镜下观察显微组织的特征。试样表面比较粗糙时，由于对入射光产生漫反射，无法用显微镜观察及内部组织，因此要对试样表面加工，通常用磨光和抛光的方法，从而得到光亮如镜的表面。这个表面在显微镜下只能看到白亮的一片而看不到其组织的细节，因此要用合适的腐蚀剂对试样表面进行浸蚀，是表面有选择性的溶解掉某些部分（如晶界），从而显示出式样的组织形貌、大小和分布。

2、金相试样的制备过程

为了在金相显微镜下清楚地观察到金属内部的显微组织，金属试样必须进行精心的制备。式样的制备过程包括：取样、粗加工（磨平）、镶嵌（对于Q345试样来说，此步可以省略）、磨光、抛光和浸蚀。

●取样及粗加工

在钳工工作台上，用虎钳夹住，使用钢锯，截取一段试样。如下图，中间突起直线状的为焊缝。镶嵌步骤略去。

●粗磨：用砂轮机打磨试样表面，磨平观察金相的一面和其对面，同时磨平边角，以防抛

光时撕坏抛光布。（打磨时需用水冷却，防止组织变化）

●细磨：用400、800、1000、02、04、06号砂纸细磨金相观察面。磨制时需注意，在试

样上用力要均匀，试样在同一张砂纸上磨痕方向要一致。待前一道砂纸磨痕完全消失时才能更换用下一张砂纸。每次更换砂纸时，都要注意将试样、玻璃板清理干净，并把手冲洗干净，防止前一道砂纸的粗砂粒带到下一张砂纸上。磨制试样时用力要轻，同时要及时调整试样的受力点。

●抛光：抛光的目的是去除细磨后磨面上的细微磨痕，得到光滑的表面。

用水浸湿抛光布，并在试样抛光面上涂抹适量的抛光膏。抛光时要注意：试样要沿抛光盘径向往返缓慢移动，在抛光时要经常添加适量的水，以保持抛光布的湿度。抛光时间应尽量较短，防止试样表面产生严重变形层。

●浸蚀：将抛光后的试样用清水冲洗干净，再用棉签沾硝酸酒精涂抹在试样表面（3S左

右），腐蚀之后需用无水酒精擦拭干净，且用吹风机吹干，防止氧化。然后在显微镜下观察表面是否有划痕、污渍等。只有磨面上没有细微磨痕，在显微镜下观察平整光洁的试样才能在腐蚀后得到真实的显微组织。

经过以上多道工序，试样便制作完成，接下来进行试样金相组织观察工作。