開放性綜合實驗指導書
天津大學材料學院2023年2月
前言材料成型原理是高等學校原焊接專業的一門主要專業基礎課程，也是專業改革以後的材料加工工程專業的一門重要專業基礎課．該課程的知識體系圍繞著焊接接頭的形成過程、從焊接傳熱，焊接材料，熔池凝固，焊縫及熱影響區組織效能和焊接裂紋等各個角度論述了非平衡條件下熱與材料間的互動作用過程(即化學冶金和物理冶金過程)、具有很強的系統性和實用性。該課程教學大綱中安排的教學實驗「焊條的配製」，「焊縫中的氣孔及焊條工藝效能的鑑定」』、「焊接熱迴圈測試」、「焊縫金屬中擴散氫的測定」，「焊接接頭的金相分析」，「焊接接頭的硬度實驗」也是圍繞著焊接接頭形成過程中的幾個重要環節和現象而設定的，因而也具有很強的系統性。為適應目前教學改革面向素質教育和能力培養的需要，強化學生科研素質的培養和動手能力的鍛鍊，進一步提高學生對課程知識認知的系統性，本課程的實驗教學依據大綱所規定的實驗內容的特點，進行從傳統的分散的示範性實驗向系統的開放性實驗的改革，改變以往實驗以教師示範為主的做法，讓學生自己去做，老師只負責提出實驗要求，教授主要儀器裝置的操作方法，提供實驗條件，驗收實驗報告，一切實驗過程包括焊條配方設計，施焊，工藝效能評價，焊縫及熱影響區組織效能分析都必須由學生自己參照實驗指導書獨立完成，最後寫出系統完整的實驗報告。
焊接冶金開放性綜合實驗主要包括六部分內容：1．焊條設計與製造2．焊條工藝效能評價3.焊接熱迴圈測試分析
4．熔敷金屬中擴散氫的測定5．焊接接頭的金相分析6．焊接接頭的硬度測定
材料成型原理實驗要求
一、給出設計的配方，並寫出設計思想，分析主要物質的作用。二、計算出焊條配方的化學成分，焊條的酸鹼度。三、設計的烘乾規範。
四、確定焊接規範，觀察並記錄焊條的工藝效能，綜合評定自製焊條工藝
效能的優劣，分析藥皮成分及焊接工藝引數對焊條工藝效能的影響。五、學習焊接熱迴圈的測方法，記錄不同條件下的焊接熱迴圈曲線。六、學習擴散氫測定方法，記錄焊條熔敷金屬擴散氫含量。
七、觀察金相組織，畫出焊縫及熱影響區各區段組織變化示意圖，標出組
織及其特徵。
八、記錄顯微組織硬度值，以及自製焊條試件整個焊縫上的硬度，繪製硬
度分布曲線圖，分析組織與硬度的關係。
九、根據工藝效能、擴散氫含量、金相組織及硬度分布綜合判斷自製焊條
的效能，找出其優缺點，提出配方改進思路，寫出改進後的配方。十、寫出綜合實驗**（或實驗報告）。
一、焊條設計與製造
1、實驗目的
(1)掌握焊條配方設計原則、設計方法，能參考資料設計出e4304、e5015
配方。(2)了解焊條生產工藝過程，掌握實驗室焊條試製方法。2、實驗方法及步驟(1)配方設計與計算
每人按要求設計配方，並計算出焊條配方的化學成份、焊條的酸鹼度。(2)焊條製造
i．按照設計好的配方，稱取藥粉。ii.幹混：將配好的藥粉混合均勻。
iii.溼混：選擇合適的水玻璃，調理好比重，按量逐漸加入藥粉中，攪拌均勻。iv．將焊條鋼絲去油、去鏽、校直。
v．裝機壓制，磨頭磨尾。(注意調整焊條偏心)按設計要求的藥皮重量係數，選擇焊條直徑vi．烘乾。按設計的溫度、時間進行。
vii．檢驗。焊條表面質量檢查及偏心度檢查，保留合格焊條，用於下一
步實驗。
3、實驗用主要裝置、儀表材料（1）天平
（2）瓷缽、瓷捧（3）比重計(波美計)（4）量筒（5）焊芯（6）藥粉（7）烘乾爐
4、實驗要求。
(1)到實驗室前設計計算好配方、烘乾規範，經教師檢查後，方可進行。(2)焊條製造過程中注意不同型別焊條塗壓效能的差別
二、焊條工藝效能評價
1、實驗目的
（1)掌握工藝效能鑑定的主要內容及方法。(2)能確定合適的工藝引數施焊。
(3)了解藥皮成分及工藝引數對焊條工藝效能的影響。2、實驗方法及步驟
(1)確定合適的工藝引數(電流、電壓、極性)。
(2)連線線路，施焊，評定工藝效能。(可與教師準備焊條的工藝效能對
比)評定內容及方法參見附錄3。
(3)找出工藝效能好的焊條，堆焊試件，留作後一部分實驗用。3、實驗用主要裝置、儀器和材料（1）焊機
（2）低倍放大鏡（3）焊工面罩
（4）自製和對比用焊條（5）q235試板(200×300)（6）電流錶（7）電壓表（8）鋼板尺（9）秒錶
（10）藥物天平（11）焊條支架（12）1kg落錘4、實驗要求
(1)實驗前確定工藝引數。
(2)線路連線完畢經教師檢查後方可進行。(3)工藝評定方法參見附錄3。
三、焊接熱迴圈測試分析
1、實驗目的
（1）掌握焊接熱迴圈的測試方法。
(2)理解焊接工藝引數對焊接熱迴圈的影響。
2、實驗方法及步驟
(1)採用自製的試驗焊條；
(2)準備好試板、焊機和熱迴圈測試儀；
(3)確定對比焊接工藝引數(電流、電壓、極性)；（4）焊接熱電偶；
（5）連線線路，開電腦，啟動專用測試記錄程式；（6）施焊
(3)找出工藝效能好的焊條，堆焊試件，留作後一部分實驗用。3、實驗用主要裝置、儀器和材料電火花脈衝焊接機手工電弧焊電源
多路溫度記錄分析系統4、實驗要求
（1）測試焊接熱影響區不同位置的焊接熱迴圈曲線；
（2）測試同一點位置在不同焊接電流、不同焊接速度、不同板厚、單層焊
和多層焊情況下的焊接熱迴圈變化。
四、熔敷金屬中擴散氫的測定
1．實驗目的
(1)掌握熔敷金屬中擴散氫測定方法
(2)了解不同烘乾溫度，不同焊條熔敷金屬擴散氫含量的不同。2．實驗原理
被實驗的焊條在試樣上熔敷一條單道焊縫後，迅速冷卻，置於45℃甘油介質中48h，從收集器上讀出擴散氫體積，最後換算成標準狀態下每100g熔敖金屬中擴散氫含量(的)。3．實驗方法及步驟
1)試樣材質應選擇與試驗焊條強度等級相近的鋼材，尺寸為135×25×12mm,預先作去氫處理(650℃保溫1h或250ilo℃保溫6-8h，隨爐冷卻)。試驗前，試樣去除氧化皮、油、鏽、水。稱取重量以g0表示。
(2)焊條烘乾。按照預定的溫度烘乾焊條。
(3)開啟熔敷金屬擴散氫測定儀，施焊前甘油必須恆溫45℃。
(4)焊接。按照選定的電流、電壓,焊100mm長焊縫，熔化直徑為4mm，長150mm左右的焊條。焊接時，採用短弧，焊接過程中若滅弧，則該試件報廢。
(5)停焊後2s內，試樣進入0-20℃的冷卻水裡擺動冷卻，冷卻l0s立即取
出。(6)試樣取出後清除飛濺物和渣皮，丙酮清洗，迅速吹乾後放入收集器內
收集氣體。
(7) 48h後，將殘留在收集器管壁和試樣上的氣泡收集上去，準確讀取氣
體量，以v(m1)表示。
(8)取出試樣，用水洗淨，吹乾，冷卻稱重以g1表示。
(9)熔敷金屬的重量為焊後試樣的重量減去焊前試樣的重量(g1-g0),以w
表示。(10)擴散氫含量計算
式中vo一收集的氣體體積換算成標準狀態下每100g熔敷金屬中氣體的體積數(m1)．
v一收集氣體的體積數(創)w一熔敷金屬重量
to一273(k)，t一(273十t)(k)，t一恆溫收集箱中環境溫度p。一7600pa，p一實驗室氣壓(pa)四個試樣一組，四個試樣測定值的平均值為該試驗焊條的擴散氫測定值。
4、實驗用主要儀器、裝置及材料（1）測氫儀（2）紫銅夾具（3）焊機（4）天平（5）烘乾爐（6）秒錶（7）吹風機（8）試件
（9）自製和對比用焊條5、實驗要求
(1)嚴格按實驗步驟操作
(2)實驗操作過程必須準確、快速。
五、焊接接頭金相分橋
1、實驗目的
(1)學會金相試樣的製備
(2)掌握焊接接頭巨集觀及微觀組織分布特徵。
(3)了解不同材料，不同焊接方法對組織分布的影響2、實驗方法及步驟
(1)切取金相試片，注意保留焊接接頭的完整性。
(2)在預磨機上，用100並到1000並的水砂紙逐步磨製金相試片，並在
拋光機上拋光，之後用4％的硝酸酒精溶液腐蝕。
(3)將光學顯微鏡接通電源，注意光學顯微鏡接到6v的變壓器上，裝好
目鏡、物鏡，一般放大400倍即可。巨集觀調到視野光亮，然後微調直到可觀察到清晰的組織。
(4)觀察16mn和30cr她si焊接接頭金相組織。掌握典型不易淬火鋼、
易淬火鋼焊接接頭不同區段的組織特徵。
(5)觀察自製試樣焊接接頭不同區段的組織，畫出組織特徵示意圖。3、實驗用主要儀器和材料（1）金相顯微鏡（2）預磨機（3）拋光機（4）切割機（5）拋光布（6）金相砂紙（7）硝酸（8）酒精（9）脫脂棉
（10）16mn和30crmnsi試樣4、實驗要求
(1)切取試樣時要用水冷，不允許試樣過熱。(2)試樣的腐蝕要能清晰分辯各類組織。
六、焊接接頭的硬度實驗
1、實驗目的
(1)了解不同顯微組織的硬度
(2)了解焊接接頭硬度與顯微組織區段的相互關係2、實驗方祛及步驟
(1)在顯微硬度計上對30crldlllsi試件進行金相組織觀察，並測出該試
件的鐵素體、珠光體、淬火馬氏體組織的顯微硬度值.
(2)將上一部分實驗觀察過金相組織的試樣從焊縫中心向母材每隔
0.5mm測乙個硬度值，繪製硬度曲線圖。(3)分析硬度分布與組織區段的關係。3、實驗用主要裝置、儀器及材料(1）顯微硬度計(2)維氏硬度計4、實驗要求
(1)測硬度時必須嚴格按操作規程進行。(見附錄4)(2)如實記錄測試結果。
實驗**正文內容要求
一、實驗內容和實驗目的
二、主要實驗材料和實驗器材
三、主要實驗過程和步驟
四、實驗結果及分析
1、焊條配方及設計思想
2、焊條主要特性：型號、酸鹼度、渣系、工藝效能等3、焊條配方與其渣系冶金效能、工藝效能之間的關係分析
4、焊縫金屬及熱影響區組織、效能測試與分析及其與焊條配方、施
焊工藝規範之間的關係分析
五、實驗總結及其焊條配方的改進思路
實驗**總篇幅要求在3000-左右。
材料成型原理複習題
第二章材料成形熱過程 1 與熱處理相比，焊接熱過程有哪些特點？答 1 焊接過程熱源集中，區域性加熱溫度高 2 焊接熱過程的瞬時性，加熱速度快，高溫停留時間短 3 熱源的運動性，加熱區域不斷變化，傳熱過程不穩定。2 影響焊接溫度場的因素有哪些？試舉例分別加以說明。熱源的性質 焊接工藝引數 被焊金屬的熱...
材料成型基本原理期總結
名詞解釋 1溶質平衡分配係數 特定溫度t 下固相合金成分濃度c s與液相合金成分c l達到平衡時的比值。2縮孔 純金屬火共晶合金鑄件中最後凝固部位形成的大而集中的孔洞 縮松 具有寬結晶溫度溫度範圍的合金鑄件凝固中形成的細小而分散的縮孔 3沉澱脫氧 將脫氧元素 脫氧劑 溶解到金屬液中以feo直接進行反...
材料成型原理 上 考試重點複習題
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