毕业设计论文-不锈钢与铜焊接工艺及金相分析

毕业设计论文-不锈钢与铜焊接工艺及金相分析内容摘要：

活泼金属和异种金属的焊接。 2. TIG 焊焊接工艺 （ 1）．焊前清理 焊前对焊件及焊丝必须清理干净，不应残留油污、氧化皮、水分和灰尘等。 如果采用工艺垫板，同样也要进行清理，否则它们就会从内被破坏氩气的保护作用，这往往是造成焊接缺陷（如气孔）的重要原因。 TIG 焊常用的清理方法有： 清除油污、灰尘 常用汽油、丙酮等有机溶剂 清洗焊件与焊丝表面。 也可按焊接生产说明书规定的其他方法进行。 清除氧化膜 常用的方法有机械清理和化学清理两种，或者两者联合进行。 机械清理主要用于焊件，有机械加工、吹沙、磨削及抛光等方法。 对于钢或高温合金的焊件，常用砂带磨或抛光法，将焊件接头两侧 3050mm 宽度内的氧化膜清除掉。 化学法对于铝、镁等有色金属的焊件与焊丝表面氧化膜的清理效果好，且生产率高。 不同金属材料所采用的化学清理剂与清理程序时不一样的，可按焊接生产说明书的规定进行。 清理后的焊件与焊丝必须妥善放置与保管，一般应在 24h 内焊接完。 如果存放 中弄脏或放置时间太长，其表面氧化膜仍会增厚并吸附水分，因而为保证焊缝质量，必须在焊前重新清理。 3. 焊接工艺参数的影响及选择 TIG 焊的焊接主要工艺参数有：焊接电流、电弧电压（电弧长度）、焊接速度、填丝速度等。 合理的焊接工艺参数是获得优质焊接接头的重要保证。 4. 焊接工艺参数对焊缝成形和焊接过程的影响 TIG 焊时，可采用填充焊丝或不填充的方法形成焊缝。 不填充焊丝法， 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 12 主要用于薄板焊接。 如厚度在 3mm 以下的不锈钢板，可采用不留间隙的卷边对接，焊接时不加填充焊丝，而且可实现单面焊双 面成形。 （ 1） 焊接电流 焊接电流是 TIG 焊的主要参数。 在其他条件不变的情况下，电弧能量与焊接电流成正比；焊接电流越大，可焊接的材料厚度越大。 因此，焊接电流时根据焊件的材料性质和厚度来确定的。 当焊接电流太大时，易引起焊缝咬边、焊漏等缺陷。 反之，焊接电流太小时，易形成未焊透焊缝。 （ 2） 电弧电压（或电弧长度） 当弧长增加时，电弧电压即增加，焊缝熔宽和加热面积都有增大。 但弧长超过一定范围后，会因电弧热量的分散使热效率下降，电弧力对熔池的作用减小，熔宽和母材熔化面积均减小。 同时电弧长度还影响到气体保护效果的 好坏。 在一定限度内，喷嘴到焊件的距离越短，则保护效果就越好。 （ 3） 焊接速度 焊接时，焊缝获得的热输入反比于焊接速度。 在其它条件不变的情况下，焊接速度越小，热输入越大，则焊接凹陷深度、熔透深度、熔宽都相应增大。 反之上述参数减小。 当焊接速度过快时，焊缝易产生未焊透、气孔、夹渣和裂纹等缺陷。 反之焊接速度慢时，焊缝有易产生焊穿和咬边现象。 故在 TIG 焊时，采用较低的焊接速度比较有利。 （ 4） 填丝速度与焊丝直径 焊丝的填送速度与焊丝的直径、焊接电流、焊接速度、接头间隙等因素有关。 一般焊丝直径大时送丝速度慢，焊 接电流、焊接速度接头间隙大时，送丝速度快。 送丝速度选择不当时，可能造成焊缝出现未焊透、烧穿、焊缝凹陷、焊缝堆高太高、成形不光滑等缺陷。 5．焊接参数的选择 在焊接过程中，每一项参数都直接影响焊接质量，而且各参数之间有相互影响，相互制约。 为了获得优质的焊缝，除注意各焊接参数对焊缝成形和焊接过程的影响外，还必须考虑各参数的综合影响，即应使各项参数合理匹配。 TIG 焊时，首先应根据焊件材料的性质与厚度参考现有资料确定适当的焊接电流和焊接速度进行试焊。 再根据试焊结果调整有关参数，直至符合要求。 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 13 6. TIG 焊操作技术 TIG 焊可分手工 TIG 焊和自动 TIG 焊两种，其操作技术的正确与熟练时保证焊接质量的重要前提。 由于焊件厚度，施焊姿式，接头形式等条件不同，操作技术也不尽相同。 下面介绍手工 TIG 焊基本操作技术。 (1)引弧 引弧前应提前 510s 送气。 引弧有两种方法：高频振荡和接触引弧，最好采用非接触引弧。 采用非接触引弧时，应先使钨极端头与焊件之间保持较短距离，然后接通引弧器电路，在高频电流或高压脉冲电流的作用下引弧。 这种引弧方法可靠性高，且由于钨极不与焊件接触，因而钨极不致因短路而烧损，同 时还可防止焊缝因电极材料落入熔池而形成夹钨等缺陷。 在用无引弧器的设备施焊时，需采用接触引弧法。 即将钨电极末端与焊件直接短路，然后迅速拉开而引燃电弧。 接触引弧时，设备简单，但引弧可靠性较差。 由于钨极与焊件接触，可能使钨极端头局部熔化而混入焊缝金属中，造成夹钨缺陷。 为了防止焊缝夹钨，在用接触引弧法时，可先在一块引弧板上引燃电弧，然后再将电弧移到焊缝起点处。 (2)焊接 焊接时为了得到良好的气保护效果，在不妨碍视线的情况下应尽量缩短喷追到焊件的距离，采用短弧焊接，一般弧长 47mm。 焊枪与焊件角度的选择也应以获得好 的保护效果，便于填充焊丝为准。 平焊，横焊或仰焊时，多采用左焊法。 厚度小于 4mm 的薄板立焊时，采用向下焊 或 向上焊均可，板厚大于 4mm 的焊件，多采用向上焊。 要注意保持电弧一定高度和焊枪移动速度的均匀性，以确保焊缝熔深、熔宽的均匀，防止产生气孔和夹杂等缺陷；为了获得必要的熔宽，焊枪除作匀速直线运动外，允许作适当的横向摆动。 在需要填充焊丝时，焊丝直径一般不得大于 4mm，因为焊丝太粗易产生夹渣和未焊透现象。 填充焊丝在熔池前均匀地向熔池送入，切不可扰乱氩气气流。 焊丝的端部应始终置于氩气保护区内，以免氧化。 焊接时为了 加强 气保护效果，提高焊缝质量，还可以采取：加挡板、扩大正面保护区、 反面保护。 焊缝在收弧处要求不存在明显的下凹以及产生气孔与裂纹等缺陷，为 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 14 此，在收弧处应该添加填充焊丝多使弧坑填满，这对于焊接热裂纹倾向较大的材料时，尤为重要。 此外，还可采用电流衰减方法和逐步提高焊枪的移动速度或工件的转动速度，以减少对熔池的热输入来防止裂纹。 在焊接拼板接缝时，通常采用引出板将收弧处引出焊件，使得易出现缺陷的收弧处脱离焊件。 熄弧后，不要立即抬起焊枪，要使焊枪在焊缝上停留 35s，待钨极和熔池冷却后，再抬起焊枪，停止供气，以防止焊缝 和钨极受到氧化。 至此焊接过程便告结束，应关断焊机，切断水、电、电路。 实验设备的选择 试验中将使用的设备如图 2 2 24 所示： 图 22数码金相显微仪 (XJP6A) 图 23 P1型金相试样抛光机 图 24 钨极氩弧焊焊机 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 15 本章总结 1. 焊接方法的选择，本试验焊接方法选用钨极氩弧焊（ TIG）焊。 2. 对应焊接方法的工艺介绍及焊接材料的选择，试验中主要的焊接材料有纯铜（ T2）、奥氏体不锈钢、焊丝 HS201。 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 16 第 3 章 实验结果及分析 焊接接头金相组织分析内容 金相分析是金属材料试验研究的重要手段之一，采用定量 金相学 原理，由二维金相试样磨面或薄膜的金相显微组织的测 量和计算来确定合金组织的 三维空间 形貌，从而建立合金成分、组织和性能间的定量关系。 将计算机应 用于 图像处理 ，具有精度高、速度快等优点，可以大大提高工作效率。 焊 接接头金相组织分析，一般先进行宏观分析，再进行有针对性的显微金相分析。 宏观组织检查的主要内容是，观察焊接接头的各部组织宏观形态，如柱状晶、等轴晶、树枝晶的结构及分布，焊缝及热影响区的宽度，过热区的宽度，可以从中了解焊接工艺变动时，对热影区宽度的影响，对钢的结晶组织的影响。 观察焊缝凝固过程形成的缺陷，如裂缝、气孔、夹渣及母材的融合的 非金属夹杂物，或焊后热处理产生的各种缺陷。 通过宏观组织的检查、研究焊接接头结晶过程中引起的成分偏析情况。 检查焊缝金属与母材的融合情况，显露焊接接头的熔合线的位置。 低倍分析，可以了解焊缝柱状晶生长变化形态、宏观偏析、焊接缺陷、焊道横截面形状、热影响区宽度和多层焊道层次情况；断口分析，可以了解焊接缺陷的形态、产生的部位和扩展的情况。 化学试剂侵蚀显示方法是在金相组织显示中是最常用的。 主要应用化学药品作为溶质，分为有机或无机酸类，各种碱类、盐类溶剂的主要是应用甘油、酒精、蒸馏水。 这些配制 的试剂都有一定的腐蚀作用。 使用、配制时应当小心谨慎，按操作规程在腐蚀实验室进行。 对有毒药品要严加管理。 化学侵蚀显示金属组织 方 法，使用简便，试剂配制 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 17 容易。 试验中选用的金相腐蚀液为氯化高铁盐酸水溶液：氯化高铁：盐酸：水为 30g： 100ml： 50ml，如图 31 所示，应用范围：不锈钢、 R4 HK40 等耐热钢、铜及铜合金焊件。 侵蚀剂配制时需要严格按组分及组分次序加入。 腐蚀时间为：不锈钢 7~10s，紫铜 4~5s。 图 31 氯化高铁盐酸水溶液 试验结果及分析 异种材料焊接的熔合区组织：异种材料焊接由于化学成分和组织差别很大，在熔合区存在着化学成分的过渡，在焊接过程热处理及运行中熔合线两侧化学成分会发生变化 碳迁移和合金元素扩散再分配，使得熔合线两侧组织发生了复杂变化。 TIG 焊实验结果及分析 焊时所用的实验数据： 材料板厚： 2~3mm，预热温度： 300℃ ， 钨 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 18 极直径： 2~3mm，焊丝直径： ，喷嘴直径： 8~10mm，焊接电流： 175~225A，氩气流量： 6~10（ L∕ min），电源极性：直流正接，焊接速度： ∕ s，送丝速度： 2mm∕ s，破口形式：不开坡口。 所得焊件不开坡口背面成形如图32 所示。 图 32 不开坡口背面成形 图 32 为焊件不开坡口背面成形图，从图片上可以看出焊缝处不是很均匀，并且没有焊透，使之力学性能下降。 可见，虽然是薄板焊接，开坡口也是需要的。 所以焊缝坡口形式就是焊接过程中重要的工艺参数之一。 开坡口的目的在于使焊接生成顺利进行，确保焊接质量的接头性能，减小焊接变形和焊接材料的消耗，带来良好的经济效益。 坡口形式的选择，不仅直接影响到焊接结构的生成成本，而且将直接影响到接头的化学成、 组织和力学性能。 因此，正确选择合理坡口形式，对焊接 生产 质量将有重大的现实意义。 焊时所用的实验数据： 材料板厚： 2~3mm，预热温度：不预热 ，钨极直径： 2~3mm，焊丝直径： ，喷嘴直径： 8~10mm，焊接电流： 175~225A，氩气流量： 6~10（ L∕ min），电源极性：直流正接，焊接速度： ∕ s，送丝速度： 2mm∕ s，破口形式：不锈钢 45176。 、铜 45176。 所得焊件铜不预热背面成形如图 33 所示。 图 33 铜不预热焊件背面成形 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 19 图 33 焊件铜不预热背面成形图，从图片上可以看 出母材很难熔化，填充焊丝也与母材不易熔合，这个和铜的物理性能有关。 铜的导热率比铁大711 倍，厚度越大，散热越快，越难达到熔化温度。 因此，焊接操作时，铜件要高温预热后才可以焊接。 焊时所用的实验数据： 材料板厚： 2~3mm，预热温度： 300℃ ， 钨极直径： 2~3mm，焊丝直径： ，喷嘴直径： 8~10mm，焊接电流： 175~225A，氩气流量： 6~10（ L∕ min），电源极性：直流正接，焊接速度： ∕ s，送丝速度： 2mm∕ s，破口形式：不锈钢 45176。 、铜 45176。 所得焊件正面成形如图 34 所 示；背面成形如图 35 所示。 图 34 焊件正面成形 图 35 焊件背面成形 图 34 和图 35 为焊件正面和背面成形图，从图片上可以看出这组焊接参数得到的焊缝是最好的，焊缝表面成形很好，没有气孔、未融合、未焊透等焊接缺陷。 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 20 TIG 焊焊接接头组织微观显示图 a） b） c） d） 图 36 TIG 焊的焊缝组织金相 显微图 图 36 中， a）、 b）和 d）均为放大 100 倍的金相组织图， c）图为放大400 倍的焊缝组织金相图。 由图片可以看出 TIG 焊的焊接接头组织缺陷较少，紫铜与不锈钢组织熔合比较均匀， a）为不锈钢侧熔合线组织图，图中不锈钢与焊。