畢業(yè)論文-耐磨鋼nm360a鎢極氬弧焊接頭組織結(jié)構(gòu)性能分析

1、<p>　　存檔編號(hào) </p><p><b>　　華北水利水電大學(xué)</b></p><p>　　North China University of Water Resources and Electric Power</p><p><b>　　畢 業(yè) 論 文</b></p>

2、;<p>　　題目 耐磨鋼NM360A鎢極氬弧焊 接頭組織結(jié)構(gòu)性能分析</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b&g

3、t;　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1課題研究的目的和意義1</p><p>　　1.1.1課題研究?jī)?nèi)容1</p><p>　　1.1.2課題研究的意義1</p><p>　　1.2低合金高強(qiáng)度耐磨鋼3</p><p>　　1.2.1耐磨鋼的制備3</p>&l

4、t;p>　　1.2.2低合金高強(qiáng)度耐磨鋼的組織3</p><p>　　1.2.3低合金高強(qiáng)度耐磨鋼的化學(xué)元素成分4</p><p>　　1.3對(duì)低合金耐磨鋼的研究5</p><p>　　1.3.1對(duì)低合金耐磨鋼的組織性能研究5</p><p>　　1.3.2對(duì)低合金耐磨鋼的焊接及接頭性能的研究7</p><

5、p>　　1.4低合金高強(qiáng)度耐磨鋼的發(fā)展8</p><p>　　1.4.1國(guó)外低合金高強(qiáng)度耐磨鋼的發(fā)展[10]8</p><p>　　1.4.2國(guó)內(nèi)低合金高強(qiáng)度耐磨鋼的發(fā)展及和國(guó)外的差距[11]9</p><p><b>　　1.5小結(jié)10</b></p><p>　　第2章 耐磨鋼NM360A實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程

6、11</p><p>　　2.1耐磨鋼NM360A焊接性分析及焊接工藝確定11</p><p>　　2.1.1耐磨鋼NM360基本性能11</p><p>　　2.1.2焊接性分析12</p><p>　　2.1.3焊接工藝參數(shù)選擇[14～16]14</p><p>　　2.2觀察試樣不同部位金相組織19&l

7、t;/p><p>　　2.3測(cè)量試樣不同部位硬度23</p><p>　　2.3.1維氏硬度測(cè)量概述23</p><p>　　2.3.2使用顯微維氏硬度試驗(yàn)測(cè)量試樣硬度25</p><p><b>　　2.4小結(jié)26</b></p><p>　　第3章 實(shí)驗(yàn)分析27</p>&

8、lt;p>　　3.1金相組織觀察結(jié)果及分析27</p><p>　　3.1.1基體顯微組織及分析27</p><p>　　3.1.2熱影響區(qū)顯微組織及分析28</p><p>　　3.1.3焊縫區(qū)顯微組織及分析29</p><p>　　3.1.4不同區(qū)域交界處顯微組織29</p><p>　　3.2硬度

9、試驗(yàn)結(jié)果及分析31</p><p><b>　　3.3小結(jié)32</b></p><p><b>　　第四章 總結(jié)33</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)34</b></p><p><b>　　致 謝36</b></p>

10、<p>　　附錄Ⅰ 中文翻譯37</p><p>　　附錄Ⅱ 英文原文47</p><p>　　附錄Ⅲ 任務(wù)書(shū)58</p><p>　　附錄Ⅳ 開(kāi)題報(bào)告62</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　低合金高強(qiáng)耐磨鋼不僅具有高強(qiáng)度、高硬度特點(diǎn)，同時(shí)具有一定韌

11、性和良好的耐磨性能，它在大型機(jī)械設(shè)備中廣泛應(yīng)用，因此研究其焊接及接頭組織性能有重要意義。</p><p>　　本文所選擇的的材料為淬火+低溫回火狀態(tài)的NM360A，具有優(yōu)秀的耐磨性能。試驗(yàn)利用鎢極氬弧焊焊接方法得到接頭試樣，采用組織觀察分析和力學(xué)性能試驗(yàn)方法研究接頭試樣，得到接頭各部位顯微組織照片和顯微維氏硬分布，并分析組織生成的原因和對(duì)硬度分布的影響。</p><p>　　組織觀察表明材

12、料組織為回火馬氏體，在馬氏體基體上分布著碳化物顆?；蜇愂象w顆粒，在熱影響區(qū)的不同區(qū)域生成粗大的馬氏體晶粒、鐵素體組織、細(xì)小的馬氏體以及粒狀貝氏體等組織，在焊縫區(qū)，組織包括先共析鐵素體和黑色顆粒珠光體。</p><p>　　硬度測(cè)試表明，維氏硬度值大小關(guān)系：熱影響區(qū)＞母材＞焊縫，硬度分布曲線呈現(xiàn)典型“馬鞍形”，在熱影響區(qū)與母材臨近位置有明顯的硬度下降，出現(xiàn)熱影響區(qū)的軟化。</p><p>　

13、　關(guān)鍵詞：低合金高強(qiáng)度耐磨鋼，焊接性，金相組織，硬度，回火馬氏體</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Low alloy high strength wear resistant steel not only have the characteristics of high strength, high hardness, tou

14、ghness and good wear resistance at the same time, widely used in the large machinery and equipment, so the welding fittings and organization performance has important significance.</p><p>　　The material chos

15、en for this paper is NM360A whose heat treatment state is quenching + tempering at low temperature,it has excellent wear resistant performance. Tungsten electrode argon arc welding welding methods were used to get the jo

16、int specimens. To research the joint specimens，I use the structure analysis and mechanical property test method.Then I get the joint microstructure images and micro vickers hardened distribution, the next I analysed the

17、reason of tissue generated and the impact o</p><p>　　The result showed that the Organization of material is tempering martensite microstructure. The distribution of the carbide particles or bainite particles

18、 is on the martensitic matrix. In different areas of heat affected zone generated gross martensite and ferrite grains organization, fine martensite and other groups. In the weld zone, organizations including the proeutec

19、toid ferrite and black granular pearlite.</p><p>　　Hardness test showed that the vickers hardness value size relationships: weld heat-affected zone＞mother material＞welding line, the hardness distribution cu

20、rve presents the typical "saddle", in the heat affected zone and base near position showed a marked decline of hardness,it Appeared softening of heat affected zone.</p><p>　　Keywords: High strength

21、 low alloy wear-resistant steel，weldability，metallographic structure，hardness，tempered martensite</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><h3>　　1.1課題研究的目的和意義</h2><p>　　1.1.1課題研究?jī)?nèi)容<

22、;/p><p>　　選用鋼材NM360，它是近些年來(lái)國(guó)內(nèi)在耐磨鋼系列的新產(chǎn)品，NM360通過(guò)調(diào)整低合金鋼Q345中的合金元素而產(chǎn)生，課題涉及的NM360A對(duì)耐磨鋼要求的質(zhì)量等級(jí)A，對(duì)沖擊韌性沒(méi)有要求，一般情況下如果沒(méi)有特殊說(shuō)明，NM360即指代NM360A。本文從以下幾方面進(jìn)行分析研究：</p><p>　?。?）總結(jié)國(guó)內(nèi)外關(guān)于耐磨鋼研究的成果和進(jìn)展，簡(jiǎn)述國(guó)內(nèi)耐磨鋼的發(fā)展?fàn)顩r，并指出國(guó)內(nèi)在耐磨

23、鋼生產(chǎn)方面與國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品之間的差距以及產(chǎn)生差距的主要技術(shù)問(wèn)題和今后的努力方向。</p><p>　?。?）制定NM360鋼材焊接工藝，選定焊接參數(shù)，按照選定參數(shù)得到NM360鎢極氬弧焊焊接接頭試樣。</p><p>　　（3）打磨拋光試樣,腐蝕，采用光學(xué)顯微鏡觀察基體、熱影響區(qū)、焊縫及其不同部位的組織形態(tài)、組織分布和晶粒大小，分析這些結(jié)果可能對(duì)材料造成的影響。</p><

24、;p>　?。?）采用維氏顯微硬度計(jì)測(cè)量試樣不同部位維氏硬度值，由測(cè)得數(shù)據(jù)繪制硬度值曲線，分析試樣不同部位產(chǎn)生不同硬度現(xiàn)象的原因以及它和組織分布的關(guān)系。</p><p>　?。?）總結(jié)材料組織結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能之間的關(guān)系，得到耐磨鋼發(fā)揮耐磨性的一般結(jié)論。</p><p>　　1.1.2課題研究的意義</p><p>　　隨著工業(yè)化大生產(chǎn)的推進(jìn)和現(xiàn)代科技的發(fā)展，生產(chǎn)對(duì)

25、機(jī)械設(shè)備的功能和性能要求也愈加苛刻，特別是在越來(lái)越高的速度和越來(lái)越嚴(yán)格的精度和強(qiáng)度要求下，零部件之間的磨損問(wèn)題逐漸成為限制設(shè)備快速發(fā)展的一個(gè)障礙。目前在工業(yè)、生產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域由于磨損造成的能源和材料的消耗以及磨損造成的設(shè)備壽命和生產(chǎn)效率的降低非常巨大的。</p><p>　　據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示，世界發(fā)達(dá)工業(yè)化國(guó)家約30%的能源是以不同形式消耗在磨損上的。在美國(guó)，每年由于摩擦磨損和腐蝕造成的損失約1000億美元，占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總

26、收入的4%。國(guó)內(nèi)每年消耗金屬耐磨材料約達(dá)500萬(wàn)噸以上，各種破碎機(jī)襯板消耗近50萬(wàn)噸，軋輥消耗近60萬(wàn)，各種工程挖掘機(jī)、裝載機(jī)、輸送管道、破碎機(jī)錘頭和鄂板等消耗超過(guò)50萬(wàn)噸，不完全統(tǒng)計(jì)，每年由于工件磨損而造成的經(jīng)濟(jì)損失約400億元人民幣[1]。因此，研究和發(fā)展耐磨材料，以減少金屬磨損，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著重要的意義[2]。</p><p>　　高強(qiáng)度耐磨鋼廣泛應(yīng)用于礦山機(jī)械 、煤炭采運(yùn) 、工程機(jī)械及水泥設(shè)備等行業(yè)

27、領(lǐng)域，他們的高強(qiáng)度耐磨性能可以滿足大型工程機(jī)械在惡劣環(huán)境下工作時(shí)需要的長(zhǎng)壽命、高效率的使用要求。例如，在推土機(jī)、裝載機(jī)的鏟刀、鏟斗部位、煤礦開(kāi)采用的電鏟部位、自動(dòng)裝卸礦用車(chē)及刮板運(yùn)輸機(jī)槽底襯板等。應(yīng)該來(lái)說(shuō)，在機(jī)械中凡是有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的工件之間均會(huì)產(chǎn)生各種類(lèi)型的磨損，這都會(huì)要求提高工件材料耐磨性或使用耐磨鋼[2]。</p><p>　　近些年，低合金耐磨鋼在國(guó)內(nèi)礦山機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、港口機(jī)械等工程機(jī)械領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用

28、，尤其以級(jí)別NM360、NM400耐磨鋼的用量較大。在采煤、礦山、港口、車(chē)輛等機(jī)械的挖掘頭、鏟斗、履帶和裝載運(yùn)輸?shù)炔课?，因?yàn)樗鼈兺诠こ虣C(jī)械中磨損量最大，因而耐磨鋼NM360廣泛地應(yīng)用于此。</p><p>　　這些機(jī)械設(shè)備的零部件大量使用的是組合件，這就使得焊接成型在這些地方得到廣泛的應(yīng)用，在眾多焊接方法中，鎢極氬弧焊幾乎可以用于所有金屬和合金的焊接，而且它還有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p&g

29、t;　　(1)氬氣的保護(hù)效果非常好，它能有效屏蔽空氣和熔池，氬氣既不和金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也不溶于液態(tài)金屬，因此熔池的冶金反應(yīng)容易得到控制，可以得到高質(zhì)量的焊縫。</p><p>　　(2)由鎢極產(chǎn)生的電弧很穩(wěn)定，在施加很小的電流值時(shí)電弧也可以穩(wěn)定燃燒，這對(duì)電流大小要求不嚴(yán)格。</p><p>　　(3)電弧熱源和焊絲分離，他們可單獨(dú)控制，所以可以方便的控制輸入的熱量，可以很理想的實(shí)現(xiàn)單面焊

30、雙面成型。</p><p>　　(4)電流流經(jīng)鎢極端而不流經(jīng)焊絲，所以焊絲融化不會(huì)飛濺，焊縫成形美觀[3]。</p><p>　　因此采用鎢極氬弧焊焊接方法焊接NM360A，通過(guò)對(duì)接頭組織結(jié)構(gòu)及性能的分析來(lái)研究以NM360A為代表的低合金高強(qiáng)度耐磨鋼在焊接接頭中可能表現(xiàn)出來(lái)的性能，繼而可了解耐磨鋼焊接件在實(shí)際機(jī)械部件中的使用性能，這對(duì)實(shí)際應(yīng)用很有意義。</p><h3&

31、gt;　　1.2低合金高強(qiáng)度耐磨鋼</h2><p>　　1.2.1耐磨鋼的制備</p><p>　　目前，常用改善鋼材合金材料的抗磨損性能的途徑有兩種， 一種是增加表面的耐磨性，即在表面滲入微量元素或者對(duì)表面熱處理以及在表面附著涂層，另一種方式是改善整體材料的性能，即在合金鋼中調(diào)整合金元素成分，加入特定的適量的微量元素，如Ni，SI，V，Cr等元素。前種方式對(duì)材料耐磨性能確有改善，而且工

32、藝成熟，經(jīng)濟(jì)有效，但他有諸多缺陷，比如表面較大脆性、有大量微裂紋、內(nèi)應(yīng)力大、涂層和基體材料的結(jié)合強(qiáng)度低等等，這就使得在一些場(chǎng)合不能大量應(yīng)用。而后種方式是從材料的本質(zhì)上進(jìn)行改善，在不產(chǎn)生脆性應(yīng)力等缺陷情況下其機(jī)械強(qiáng)度和摩擦磨損性能也能得到提高。</p><p>　　應(yīng)用第二種辦法，在Q345鋼中通過(guò)調(diào)整合金元素而開(kāi)發(fā)出鋼種NM360，在應(yīng)用中這種鋼材表現(xiàn)出良好的抗沖擊性，此外合金元素的調(diào)整使其抗粘著磨損性能抗沖蝕磨

33、損性能都很高[4]。</p><p>　　1.2.2低合金高強(qiáng)度耐磨鋼的組織</p><p>　　低合金耐磨鋼中的產(chǎn)生的淬硬組織有馬氏體（包括板條馬氏休和片狀馬氏體）、貝氏體（上、下貝氏體）、殘余奧氏體和未溶碳化物等。板條馬氏體內(nèi)含有大量高密度位錯(cuò)，在準(zhǔn)解理斷裂時(shí)能消耗較多的斷裂功，從而提高了韌性；而片狀馬氏體斷裂時(shí)往往伴有微裂紋，這顯著地增加了鋼材的脆性，因此板條馬氏體的韌性高于片狀馬氏

34、體。下貝氏體中含有不同位向的鐵素體板條，在斷裂時(shí)以此為最小斷裂單元，這可能對(duì)吸收斷裂功也有明顯的效果，因此其韌性較高，高于相同硬度的回火馬氏體高和上貝氏體的；貝氏體板條較細(xì)，含有較多碳，碳化物大都以細(xì)小顆粒均布在基體上，抗變形能力較高，組織內(nèi)應(yīng)力較低，耐磨性方面，它高于組織為單一的回火馬氏體鋼的；在馬氏體組織間隙或者下貝氏體組織中存在著殘余奧氏體，殘余奧氏體較軟，它能使應(yīng)力松馳，阻礙裂紋發(fā)展擴(kuò)大，所以當(dāng)材料在斷裂時(shí)，如果有殘余奧氏體存在

35、，它能吸收大量能量從而改善韌性；未溶碳化物質(zhì)地較硬，它的存在會(huì)形成裂紋源，產(chǎn)生應(yīng)力集中，能加速裂紋擴(kuò)展，促進(jìn)脆斷從而降低韌性。</p><p>　　耐磨鋼的耐磨性與鋼材的硬度和韌性有關(guān)，當(dāng)鋼材具有較高硬度和足夠的韌性的時(shí)，材料才能表現(xiàn)出良好的耐磨性，硬度相當(dāng)時(shí)，材料韌性越好，耐磨性能越高[5]。由以上總結(jié)可知板條馬氏體的耐磨性能高于片狀馬氏體；下貝氏體的耐磨性能優(yōu)于同等硬度的回火馬氏體、上貝氏體。在不同的應(yīng)力大小

36、和不同沖擊下，殘余奧氏體對(duì)耐磨性能有不同的影響：低應(yīng)力磨損下，隨著殘余奧氏體的增多，基體的硬度會(huì)顯著的下降，耐磨性能也隨之降低；高應(yīng)力且低沖擊磨損下，隨著奧氏體的增多，它會(huì)對(duì)裂紋的形成和擴(kuò)大產(chǎn)生明顯的抑制作用，阻礙材料的變形和表層的磨損，從而提高耐磨性；在較大沖擊磨損下，間隙中較多的殘余奧氏體反而會(huì)對(duì)耐磨性能不利，這主要是因?yàn)樵诖鬀_擊下會(huì)發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，因?yàn)閵W氏體在轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時(shí)產(chǎn)生體積膨脹，從而會(huì)使內(nèi)部產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力；在分布位置不同

37、時(shí)，碳化物顆粒也不同程度的影響著材料的耐磨性：當(dāng)碳化物存在于基體中時(shí)，它本身可能增加應(yīng)力集中，同時(shí)在高應(yīng)力下可能成為裂紋的形成源，從而引起脆性斷裂，這事不利于耐磨性能的，但是當(dāng)碳化物彌散均布在馬氏體-奧氏體島中時(shí)，它能提高材料的耐磨性。</p><p>　　1.2.3低合金高強(qiáng)度耐磨鋼的化學(xué)元素成分</p><p>　　低合金高強(qiáng)度耐磨鋼通常采用微合金元素進(jìn)行合金化，如鉻鎳鉬等。通過(guò)淬火+

38、低溫回火熱處理工藝獲得馬氏體回火組織。鋼中的各種化學(xué)元素對(duì)耐磨鋼的組織性能有著不同的影響：碳是鋼鐵材料的常見(jiàn)元素，也是影響耐磨鋼組織的主要元素，它能有效提高材料硬度，一般來(lái)說(shuō)，抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度及硬度均隨碳含量的增加而增加，但過(guò)高的碳含量會(huì)增加鋼材的脆性，還須通過(guò)添加其它合金元素來(lái)進(jìn)一步提高硬度并改善韌性。錳能大幅提高鋼的強(qiáng)度和耐磨性，并能明顯提高淬透性，錳價(jià)格較為低廉，因此它是低合金高強(qiáng)度耐磨鋼的主加元素，碳與錳相配合(Mn/C=8～

39、11)，可以提高鋼的加工硬化能力，提高抗磨性，錳與硼配合可擴(kuò)大鋼的貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，在較大冷速范圍內(nèi)得到貝氏體和馬氏體的混合組織[6]。硅能夠在冶煉時(shí)脫氧，對(duì)于耐磨鋼的組織為淬火、回火馬氏體的可以提高馬氏體的回火穩(wěn)定性，獲得較好的綜合性能。鉻、鉬不僅能夠提高淬透性和回火穩(wěn)定性，對(duì)鋼的強(qiáng)度硬度和耐磨性也有很大有利作用。硼有助于提高材料的淬透性，質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小時(shí)（小于0.005%）作用較大，這時(shí)它能夠延緩多邊形鐵素體發(fā)生相變、促進(jìn)形成細(xì)小顆粒貝氏

40、體。</p><h3>　　1.3對(duì)低合金耐磨鋼的研究</h2><p>　　1.3.1對(duì)低合金耐磨鋼的組織性能研究</p><p>　　值得一提的是由東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和南京鋼鐵股份有限公司的曹藝，王昭東，姜在偉等人[7]在耐磨鋼研究方面的成果，他們采用Ti-Cr-B微合金化成分設(shè)計(jì)，并經(jīng)過(guò)軋后淬火+回火工藝生產(chǎn)了NM360、NM400低合

41、金耐磨鋼，耐磨鋼的特殊微觀結(jié)構(gòu)使鋼板具有良好的耐磨性能、焊接性及低溫沖擊韌性。以下是他們得到的結(jié)果。</p><p><b>　　(1)金相組織</b></p><p>　　熱處理后NM360、NM400光學(xué)顯微金相組織如下圖1.1</p><p>　　(a) (b)</p>

42、<p>　　(a)為NM360 (b)為NM400</p><p>　　圖1.1 NM360、NM400光學(xué)顯微金相組織</p><p>　　由圖可知它們的基體組織均為板條馬氏體的回火組織；NM360試樣中滲碳體彌散分布在板條狀基體組織上。</p><p><b>　　(2)磨損性能</b></p><p&g

43、t;　　將NM400、Q345和日本同級(jí)別J-400鋼板在MLD-10型動(dòng)載磨料磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行沖擊磨料磨損實(shí)驗(yàn)。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：</p><p>　　圖1.2 不同鋼種的磨損面形貌</p><p>　　a-Q345；b-J-40；c-NM400</p><p>　　不同鋼種的磨損面形貌如上圖1.2所示，NM400的顯微組織為高硬度馬氏體，因此在磨損時(shí)與其他結(jié)構(gòu)相比

44、，磨料何難磨損嵌入材料表面因而具有較好的沖擊韌性。不同鋼種的磨損量隨磨損時(shí)間變化曲線如下圖1.3所示，相比之下NM400磨損量較小，具有更好的耐磨性。</p><p>　　圖1.3 不同鋼種的磨損量隨磨損時(shí)間變化曲線</p><p>　　1-Q345；2-J-40；3-NM400</p><p><b>　　(3)焊接性能</b></p&

45、gt;<p>　　厚度32mm的NM400對(duì)接接頭工藝為：80%Ar+20%CO2氣體保護(hù)焊，X型坡口，Φ1.2mm BHG-3焊絲，電流270～300A，預(yù)熱溫度75℃，電壓30～32V，焊速5.5mm/s觀察焊縫及焊接熱影響區(qū)微觀組織。由微觀組織分析可知，焊縫組織為針狀鐵素體；熱影響區(qū)組織包括晶粒粗大的馬氏體，細(xì)小的馬氏體，極少量先共析鐵素體；板條貝氏體+粒狀貝氏體等。焊縫接頭熔合較好，無(wú)氣孔夾雜裂紋等宏觀缺陷。<

46、;/p><p>　　由上可知，NM360、NM400的基體組織均為板條馬氏體的回火組織；滲碳體彌散分布在耐磨鋼的板條馬氏體基體組織上，由此結(jié)構(gòu)可知道耐磨鋼具有較高耐磨性能的同時(shí)還具有較好的耐沖擊韌性，這也在試驗(yàn)中得到證實(shí)。對(duì)混合氣體保護(hù)焊的焊接接頭組織性能分析可知接頭狀況良好，各項(xiàng)性能也可滿足要求。</p><p>　　1.3.2對(duì)低合金耐磨鋼的焊接及接頭性能的研究</p>&l

47、t;p>　　在NM360高強(qiáng)耐磨鋼板焊接工藝探討中，李猛運(yùn)、孟清義等人[8]對(duì)NM360焊接工藝進(jìn)行一些研究，母材為NM360和ZG30SiMn的異種合金鋼焊接，采用混合氣體保護(hù)焊，為防止焊接裂縫，按照等強(qiáng)匹配原則使用GHS-70高強(qiáng)焊絲，預(yù)熱點(diǎn)固，并整體預(yù)熱120～150℃，焊接采取對(duì)稱(chēng)多層多道壓焊，焊接電流240～260A，電壓26～28V。他們使用的焊接應(yīng)力與變形的控制的方法：</p><p>　　(

48、1)將焊接后的工件放置在木板上從而降低冷卻速度，防止焊縫冷裂紋產(chǎn)生。</p><p>　　(2)為預(yù)防焊縫冷裂紋較小應(yīng)力，錘擊焊縫焊道。</p><p>　　(3)采取550℃整體高溫回火進(jìn)行焊后熱處理從而降低或消除焊后應(yīng)力。</p><p>　　耐磨鋼接頭性能研究包括觀察接頭金相組織、接頭硬度測(cè)試、接頭耐磨性能測(cè)試、接頭力學(xué)性能測(cè)試等等。</p>&

49、lt;p>　　在Q345鋼的MAG焊接接頭組織及力學(xué)性能分析文章中，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)的楊永建、張緒平等人[9]采用MAG焊對(duì)Q345鋼板焊接件的拉伸、沖擊、彎曲等力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，并觀察了焊縫區(qū)域顯微組織。Q345屬于低合金鋼，其化學(xué)成分如下表1.1 </p><p>　　表1.1 Q345化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)%)</p><p>　　文中實(shí)驗(yàn)用材料為12mm的Q345對(duì)接鋼板，45

50、76;V形坡口，1mm左右鈍邊，80%Ar+20%CO2氣體保護(hù)焊焊接，Φ1.2mm的焊絲ER50-6，采用如下表1.2焊接工藝：</p><p>　　表1.2 焊接工藝參數(shù)</p><p>　　使用OLYMPUS-BX51光學(xué)顯微鏡對(duì)Q345鋼焊接接頭組織進(jìn)行觀察。在CSS-44300型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行彎曲試驗(yàn)和單向拉伸試驗(yàn)。使用JBN-300型擺錘式?jīng)_擊機(jī)進(jìn)行室溫沖擊試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果

51、如下：</p><p>　　Q345鋼試樣MAG焊接接頭焊縫中心區(qū)顯微組織形貌如下圖1.4:</p><p>　　圖1.4 試樣焊縫中心區(qū)組織</p><p>　　由圖可看出焊縫中心區(qū)域?yàn)閴K狀晶粒，白色為先共析鐵素體，中間夾雜少量黑色珠光體組織。</p><p>　　下表1.3為試樣接頭各項(xiàng)力學(xué)性能測(cè)得值：</p><p&

52、gt;　　表1.3 試樣接頭力學(xué)性能</p><p>　　試樣接頭相對(duì)較高的力學(xué)性能和以下兩個(gè)因素有關(guān)：</p><p>　　(1)試樣焊縫組織為經(jīng)理細(xì)小先共析鐵素體與少量珠光體組織；</p><p>　　(2)當(dāng)裂紋穿過(guò)試樣焊縫中細(xì)小的鐵素體與珠光體組織時(shí)，組織可發(fā)生形變，形變的組織可以減弱裂紋前端的應(yīng)力集中，同時(shí)組織形變可使裂紋的擴(kuò)展呈波浪起伏狀，如果斷裂，可形

53、成韌窩狀斷口，吸收較大沖擊功，因此沖擊韌性比較高。</p><p>　　總結(jié)以上可知Q345鋼的MAG焊接接頭中心組織為先共析鐵素體和珠光體復(fù)合組織,它們的尺寸較小,因此具有較高的力學(xué)性能；組織可由變形削弱裂紋的擴(kuò)展延伸，從而使組織擁有一定耐沖擊韌性。</p><h3>　　1.4低合金高強(qiáng)度耐磨鋼的發(fā)展</h2><p>　　1.4.1國(guó)外低合金高強(qiáng)度耐磨鋼的發(fā)展

54、[10]</p><p>　　低合金高強(qiáng)度耐磨鋼具有高強(qiáng)度、高硬度 (強(qiáng)度不低于1000MPa，硬度不低于360HB)、較好的加工性能和耐磨性能的優(yōu)點(diǎn)，使用壽命較高，通常數(shù)倍于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)鋼板。另外這類(lèi)鋼材其生產(chǎn)工藝較為簡(jiǎn)單，一般采用軋后淬火+回火，或通過(guò)控軋、控冷工藝進(jìn)行強(qiáng)化。國(guó)外著名的生產(chǎn)此類(lèi)鋼板的廠家有日本的JFE、德國(guó)迪林根、德國(guó)蒂森克虜伯、瑞典奧克隆德等。</p><p>　　瑞典奧

55、克隆德的HARDOX系列鋼是多用途耐磨鋼板，它的韌性較高，焊接性尚可。HARDOX500是一種馬氏體和貝氏體復(fù)合組織耐磨鋼板，晶粒細(xì)小沒(méi)有碳化物，他能滿足對(duì)耐磨性能要求苛刻的場(chǎng)合。HARDOX550平均硬度為550HB，與HARDOX500具有相同的韌性，但硬度相比相對(duì)較高，因而也有較長(zhǎng)壽命；HARDOX600平均硬度600HB，它是目前硬度最高的耐磨鋼板。 </p><p>　　XAR系列耐磨鋼板由德國(guó)蒂森克虜

56、伯鋼鐵公司生產(chǎn)，它的特殊結(jié)構(gòu)具有較高的耐磨性能，它的組織熱處理方式為淬火或淬火加回火，形成馬氏體或馬氏體、貝氏體復(fù)合結(jié)構(gòu)。公司還成功地開(kāi)發(fā)了三種新級(jí)別鋼材：正火鋼XAR300用于中低磨損環(huán)境， XAR400W可滿足更高溫度使用要求，超硬級(jí)XAR600，它的硬度級(jí)別已處于世界一流。因此可鋼板硬度覆蓋范圍300～600HB,幾乎對(duì)任何使用環(huán)境均都提供適當(dāng)?shù)慕鉀Q方案。</p><p>　　德國(guó)迪林根DILLIDUR系列

57、耐磨鋼板按照其生產(chǎn)工藝和硬度值大小不同可分為不同級(jí)別。其中DILLIDUR400V、500V兩個(gè)級(jí)別的綜合性能更為突出。DILLIDUR400V耐磨鋼平均硬度400HB,廣泛應(yīng)用在高磨損條件下,此外它可加工性能、焊接性能良好。DILLIDUR400V應(yīng)用于自卸車(chē)、傳送設(shè)備、裝載機(jī)、挖掘機(jī)、卡車(chē)、刀口等等。產(chǎn)品尺寸范圍6～150mm。DILLIDUR500V耐磨鋼產(chǎn)品平均硬度500HB。供貨產(chǎn)品厚度為8～100mm。</p>

58、<p>　　日本JFE EVERHARD系列含有類(lèi)型較多的產(chǎn)品，含有不同類(lèi)型系列：①標(biāo)準(zhǔn)系列：主要側(cè)重硬度指標(biāo)。組成的化學(xué)元素相對(duì)簡(jiǎn)單,限制對(duì)B外的其它合金元素含量。②合金系列：很近元素的含量高于標(biāo)準(zhǔn)系列。最后的鋼板達(dá)到100mm,并能不影響硬度要求，與此同時(shí)也考慮具有一定的韌性。③超耐磨級(jí)EH-SP：能在不影響焊接和成型性能的前提下，其耐磨性能超過(guò)布氏硬度500級(jí)的鋼板，從而壽命更加持久。④高韌性耐磨鋼板：EH360LE和

59、EH500LE鋼板可保證在-40℃下的韌性。它們最適合在低溫和強(qiáng)沖擊條件下對(duì)韌性的要求。同時(shí)EH360LE和EH500LE還具有良好的防焊裂能力,可保證焊縫的質(zhì)量和安全性。</p><p>　　1.4.2國(guó)內(nèi)低合金高強(qiáng)度耐磨鋼的發(fā)展及和國(guó)外的差距[11]</p><p>　　我國(guó)在高強(qiáng)度耐磨鋼的開(kāi)發(fā)方面起步較晚，最近數(shù)十年的研究發(fā)展取得較大突破進(jìn)展，在經(jīng)濟(jì)性和高性能性有所突破。我國(guó)生產(chǎn)低合

60、金高強(qiáng)度耐磨鋼的廠家主要有舞鋼、武鋼、寶鋼、南鋼等，但國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品性能穩(wěn)定性和整體品質(zhì)與外國(guó)產(chǎn)品相比還存在一定差距。中國(guó)舞陽(yáng)鋼廠生產(chǎn)的WNM360～500系列耐磨鋼是國(guó)內(nèi)耐磨鋼的代表，具有500萬(wàn)t鋼、360萬(wàn)t寬厚板的生產(chǎn)能力。國(guó)外生產(chǎn)的耐磨鋼，布氏硬度覆蓋200～600HB，厚度規(guī)格覆蓋6～120mm；而舞鋼生產(chǎn)的耐磨鋼的厚度規(guī)格只有8～80mm，鞍鋼生產(chǎn)的耐磨鋼的厚度規(guī)格目前只有20～60mm，與國(guó)外先進(jìn)水平存在較大差距。</p

61、><p>　　國(guó)內(nèi)目前生產(chǎn)的多是單一組織的低合金耐磨鋼，組織幾乎都為回火馬氏體，而國(guó)外生產(chǎn)的是部分貝氏體和馬氏體復(fù)合組織的耐磨鋼，復(fù)合組織結(jié)合了兩者的優(yōu)勢(shì)，國(guó)外低合金耐磨鋼優(yōu)于國(guó)內(nèi)的重要原因也就在于此。另一方面我國(guó)耐磨鋼的純凈度、生產(chǎn)工藝穩(wěn)定性也與國(guó)外存在一定差距，使得鋼材組織和成分的均勻性較差[12]，這是耐磨鋼性能低于國(guó)外的另一主要原因。因此在合金鋼的冶煉過(guò)程中尋求合適的化學(xué)成分、優(yōu)化組織、提高設(shè)計(jì)生產(chǎn)工藝，獲得

62、均勻穩(wěn)定的貝氏體和馬氏體復(fù)合組織是低合金高強(qiáng)度耐磨鋼發(fā)展的一個(gè)努力方向。</p><p><b>　　1.5小結(jié)</b></p><p>　　本章提出課題研究的內(nèi)容、目的和意義，介紹了低合金耐磨鋼的研制、組織成分及化學(xué)元素成分，并說(shuō)明了組織成分和化學(xué)元素成分對(duì)耐磨性能的作用和影響，介紹了在低合金耐磨鋼研究方面有代表意義的研究結(jié)果，總結(jié)了國(guó)內(nèi)外低合金高強(qiáng)度耐磨鋼發(fā)展?fàn)顩r

63、及國(guó)內(nèi)低合金高強(qiáng)度耐磨鋼與國(guó)外先進(jìn)鋼種的差別。</p><h2>　　第2章 耐磨鋼NM360A實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程</h2><h3>　　2.1耐磨鋼NM360A焊接性分析及焊接工藝確定</h2><p>　　2.1.1耐磨鋼NM360基本性能</p><p>　　GB/T 24186——2009《工程機(jī)械用高強(qiáng)度耐磨鋼板》中NM360合金要求(

64、質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)：C≤0.25，Si≤0.7，Mn≤1.6，P≤0.025，S≤0.015，Cr≤0.80，Ni≤0.50，Mo≤0.50，Ti≤0.050，B=0.0005～0.0006，Al≥0.010。</p><p>　　中國(guó)舞陽(yáng)鋼廠生產(chǎn)的WNM360～500系列耐磨鋼是國(guó)內(nèi)耐磨鋼的代表。下表2.1表示舞鋼WNM360系列成分：</p><p>　　表2.1 NM360化學(xué)成分，鋼板

65、厚度≤50mm(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，不大于%)</p><p><b>　　續(xù)表2.1</b></p><p>　　交貨狀態(tài)為淬火+回火，它應(yīng)用在：推土機(jī)、自卸車(chē)、挖掘機(jī)、破碎機(jī)、給料機(jī)、裝載機(jī)、篩分機(jī)、裝載機(jī)、傳送設(shè)備、溜槽(刮扳機(jī))、刀刃和破斷刃具等等。</p><p>　　WNM360力學(xué)性能列于下表2.2</p><p>

66、　　表2.2 力學(xué)性能能：</p><p>　　上表中“Rp0.2”表示鋼板屈服強(qiáng)度；“Rm”表示鋼板抗拉強(qiáng)度；“A50”表示鋼板延伸率。鋼板實(shí)物性能屈服強(qiáng)度約在1000MPa，抗拉強(qiáng)度約在1100MPa。</p><p>　　在鋼中加入Si、Mn增加了鋼的強(qiáng)度及耐磨性，C與Mn相配合(Mn/C=8～11)，使鋼具有加工硬化能力，提高抗磨性。Cr、Mo等合金元素可以降低臨界冷卻速度，促使鋼

67、生成馬氏體組織，改善鋼的焊接性能[13]。WNM360耐磨鋼系列是平均布氏硬度360HBW，其機(jī)械性能是通過(guò)熱處理獲得。鋼板具備良好的抗裂性能，應(yīng)用于既要求抗磨損又必須有良好的韌性的工況。</p><p>　　2.1.2焊接性分析</p><p>　　根據(jù)國(guó)際焊接學(xué)會(huì)(IIW)推薦的碳當(dāng)量計(jì)算公式</p><p>　　CE=C+1/6Mn+1/5(Cr+Mo+V)+

68、1/15(Ni+Cu)(%)</p><p><b>　　計(jì)算碳當(dāng)量。</b></p><p>　　(1)當(dāng)CE<0.40%時(shí)</p><p>　　鋼材的淬硬傾向不顯著，焊接時(shí)不必預(yù)熱，直接施焊也可以得到優(yōu)良焊縫；</p><p>　　(2)當(dāng)CE=0.40～0.60%時(shí)</p><p>　

69、　屬于有淬硬傾向的鋼，其中CE不超過(guò)0.5%時(shí)，可焊性尚可，但隨板厚增加往往需要采取一定的預(yù)熱措施，當(dāng)CE大于0.5%時(shí)，它的冷裂敏感性較大，需采取焊前適當(dāng)預(yù)熱，焊后緩冷等工藝措施，控制其焊接線能量；</p><p>　　(3)當(dāng)CE>0.60%時(shí)</p><p>　　鋼材的硬傾向較強(qiáng)，可焊性較差，屬于較難焊接的鋼種，這時(shí)必須采取較高的預(yù)熱溫度和嚴(yán)格的工藝措施，選取合適的焊接材料。&

70、lt;/p><p>　　按照元素含量最大值計(jì)算得出，NM360鋼材的碳當(dāng)量值CE=0.82%。由此可見(jiàn)，這種材料的焊接性不良，焊接時(shí)其硬傾向較大，熱影響區(qū)熱裂和冷裂傾向都會(huì)較大，尤其在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接，熱影響區(qū)的冷裂傾向?qū)?huì)表現(xiàn)得很突出，所以應(yīng)在選取合適焊接材料的基礎(chǔ)上，采取恰當(dāng)?shù)暮盖邦A(yù)熱溫度、嚴(yán)格工藝措施和控制適當(dāng)?shù)膶娱g溫度的條件下，才能達(dá)到實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品焊接的目的。</p><p>　　為粗略確定

71、預(yù)熱溫度，采用下列三個(gè)公式計(jì)算得到：</p><p>　　Pcm=C+1/30Si+1/20Mn+1/20Cu+1/60Ni+1/20Cr+1/15Mo+1/10V+5B</p><p>　　Pc=Pcm+1/60[H]+1/600δ</p><p>　　T0=1440Pc-392</p><p>　　其中[H]為熔敷金屬擴(kuò)散氫量，在本焊接實(shí)

72、驗(yàn)中此項(xiàng)影響不大可以忽略，T0即為計(jì)算得到的預(yù)熱溫度。按照較大的成分含量得到預(yù)熱溫度約193℃，考慮到焊接時(shí)冷卻速度不大，拘束度不大等因素，在施焊操作中，預(yù)熱溫度選取113℃。</p><p>　　強(qiáng)度級(jí)別較低的低合金高強(qiáng)鋼，由于鋼中合金元素含量較少，其焊接性良好，接近與低碳鋼，隨著鋼中合金元素的增加，強(qiáng)度級(jí)別的提高，鋼的焊接性也逐漸變差。WNM360屈服強(qiáng)度在1000MPa以上，焊接性有所惡化，有以下表現(xiàn)：&l

73、t;/p><p>　　(1)熱影響區(qū)性能變化：</p><p>　　在母材的熱影響區(qū)容易出現(xiàn)以下問(wèn)題：①由于焊接冷卻速度快，焊后不進(jìn)行熱處理時(shí)，在過(guò)熱區(qū)內(nèi)易出現(xiàn)脆性組織從而誘發(fā)冷裂紋；②調(diào)質(zhì)狀態(tài)下的鋼材，只要加熱溫度超過(guò)它的回火溫度，性能就會(huì)發(fā)生變化。③粗晶區(qū)脆化：熱影響區(qū)中被加熱至1100℃以上的粗晶區(qū)，當(dāng)焊接線能量過(guò)大時(shí)，粗晶區(qū)的晶粒將迅速長(zhǎng)大或出現(xiàn)魏氏組織而使韌性下降，出現(xiàn)脆化段。因此基

74、本上所有的低合金高強(qiáng)鋼都會(huì)出現(xiàn)韌性下降的現(xiàn)象，并且材料隨著強(qiáng)度級(jí)別的提高韌性下降的越明顯。</p><p>　　(2)熱影響區(qū)淬硬傾向增加：</p><p>　　隨著低合金高強(qiáng)鋼強(qiáng)度級(jí)別的增加，焊接時(shí)會(huì)導(dǎo)致在熱影響區(qū)出現(xiàn)馬氏體組織，因而熱影響區(qū)的淬硬傾向增加。</p><p><b>　　(3)冷裂紋：</b></p><p

75、>　　產(chǎn)生冷裂紋的三個(gè)主要因素是：焊縫金屬內(nèi)殘留的擴(kuò)散氫，熱影響區(qū)或焊縫金屬的淬硬組織，焊接殘余應(yīng)力。焊接低合金高強(qiáng)鋼時(shí)，氫的主要來(lái)源是焊條藥皮中的水分和坡口表面的水分油污雜質(zhì)等。這些物質(zhì)在電弧高溫作用下分解出氫，溶解在熔池金屬內(nèi)，熔池冷卻凝固時(shí)氫來(lái)不及逸出，殘留在焊縫內(nèi)。在焊接過(guò)程中不可避免的是焊接熱循環(huán)熱量不均衡。脆硬組織出現(xiàn)概率隨高強(qiáng)鋼淬硬性增加而增加，當(dāng)焊后冷卻速度較快時(shí)出現(xiàn)晶格缺陷的幾率增加，這些因素都會(huì)極大的增加冷裂紋

76、的產(chǎn)生。焊接時(shí)由于不均勻的加熱和冷卻以及構(gòu)件本身的拘束作用，在焊縫內(nèi)會(huì)產(chǎn)生很大的殘余應(yīng)力所以，低合金高強(qiáng)鋼焊接時(shí)有較大的冷裂傾向。</p><p>　　需要指出的是，WNM360中C、S的含量較低，形成低熔點(diǎn)共晶的幾率減少，含Mn量較大，有利于和S反應(yīng)生成高熔點(diǎn)硫化錳。而且，雜質(zhì)含量控制嚴(yán)格，因此熱裂紋傾向較小。</p><p>　　由上分析，NM360的焊接應(yīng)該注意以下要點(diǎn)：</p

77、><p>　　(1)NM360淬硬傾向較大，因此應(yīng)該采用較慢的冷卻速度，這就要求使用低的焊接速度，需要焊前預(yù)熱。</p><p>　　(2)NM360冷裂傾向較大，應(yīng)限定焊接線能量的最低值，此外保持焊接材料的干燥，減少氫的來(lái)源，采用適當(dāng)方法減小產(chǎn)生焊接應(yīng)力。</p><p>　　(3)有粗晶區(qū)脆化可能性，這要求限制過(guò)高的線能量防止過(guò)熱。</p><p

78、>　　(4)為消除殘余應(yīng)力，改善組織，可進(jìn)行焊后熱處理，同時(shí)也有讓焊縫脫氫，預(yù)防延遲裂紋的目的。</p><p>　　2.1.3焊接工藝參數(shù)選擇[14～16]</p><p>　　(1)電源種類(lèi)與極性</p><p>　　鎢極氬弧焊采用的電源種類(lèi)與極性與被焊金屬的材料有關(guān)，各種金屬鎢極氬弧焊時(shí)電源種類(lèi)和極性選擇見(jiàn)下表2.3</p><p&g

79、t;　　表2.3 各種金屬鎢極氬弧焊時(shí)的電源種類(lèi)和極性選擇</p><p>　　NM360屬于低合金高強(qiáng)鋼，采用直流正極性。直流正極性焊接時(shí)，工件接正極，溫度較高，適用于焊接厚工件及散熱快的金屬。</p><p><b>　　(2)焊絲及直徑d</b></p><p>　　通常鎢極氬弧焊要求焊絲化學(xué)成分應(yīng)與母材化學(xué)成分相匹配，即等強(qiáng)匹配原則，同

80、時(shí)嚴(yán)格控制其化學(xué)成分的純度和質(zhì)量。在焊接時(shí)，由于存在化學(xué)成分的損失，在焊接時(shí)焊絲的主要合金成分要高于母材。根據(jù)等強(qiáng)匹配原則，鎢極氬弧焊焊絲選用GHS-70高強(qiáng)度焊絲。在中國(guó)船舶重工集團(tuán)第七二五研究所的馮兆龍，薛旭斌發(fā)表在《金屬制品》期刊的名為GHS70級(jí)氣體保護(hù)焊絲用盤(pán)條研制及焊接性能研究的文章中，他們對(duì)根據(jù)成分設(shè)計(jì)要求研制出的焊絲進(jìn)行熔敷金屬化學(xué)成分分析，結(jié)果見(jiàn)下表2.4</p><p>　　表2.4 GHS7

81、0焊絲熔敷金屬化學(xué)成分w/%</p><p><b>　　續(xù)表2.4</b></p><p>　　焊絲直徑與焊件厚度，接頭間隙有關(guān)，當(dāng)焊件厚度接頭間隙大時(shí)，焊絲直徑可選大些。選擇不當(dāng)可造成焊縫成形不好，余高過(guò)大或過(guò)小或未焊透。在本實(shí)驗(yàn)中選用GHS-70高強(qiáng)度焊絲的直徑規(guī)格為Φ1.2mm。</p><p>　　焊件厚度10mm，坡口形狀如下圖2.

82、1。</p><p>　　圖2.1 鋼板坡口示意圖</p><p>　　(3)焊接電流與鎢極直徑：</p><p>　　焊接電流通常由工件厚度，材質(zhì)以及焊接接頭的空間位置來(lái)選擇，焊接電流較小鎢極直徑較大時(shí)，電流密度較低，鎢極端部溫度不夠，會(huì)產(chǎn)生電弧漂移，破壞電弧穩(wěn)定性，破壞保護(hù)區(qū)，熔池被氧化。反之當(dāng)焊接電流較大鎢極直徑較小時(shí)，電流密度太大，鎢極端部溫度升高過(guò)高，可能

83、產(chǎn)生鎢極端部被熔化，破壞保護(hù)區(qū)使熔池氧化，同時(shí)還可能使熔池形成夾鎢缺陷。因此電流和鎢極直徑有著很密切的關(guān)系。同時(shí)，鎢極直徑直接決定焊槍尺寸和冷卻形式。選擇合適的焊接電流和鎢極直徑才能保證電弧的穩(wěn)定性。下表2.5列出鎢極直徑和直流正接的焊接電流的適用范圍</p><p>　　表2.5 推薦的焊接電流值</p><p><b>　　續(xù)表2.5</b></p>

84、<p>　　選擇鎢極直徑1.6mm，可選電流范圍70～150A。</p><p>　　(4)電弧電壓Uh與電弧長(zhǎng)度Lh：</p><p>　　電弧長(zhǎng)度與電弧電壓成正比例關(guān)系，電弧電壓隨電弧長(zhǎng)度的增加而增加，電弧長(zhǎng)度增加時(shí)，電弧的熱量也增大。但是當(dāng)電弧過(guò)長(zhǎng)時(shí)，隨著弧長(zhǎng)增加，電弧截面積也增加，熱輸入效率下降，這時(shí)氬氣保護(hù)效果變差。</p><p>　　焊接電

85、流和焊絲直徑也影響著電弧長(zhǎng)度，焊絲直徑較大、焊接電流增加時(shí)弧長(zhǎng)可適當(dāng)增加，焊縫夾鎢、接頭未焊透、氣體保護(hù)效果差等問(wèn)題都有可能與電弧長(zhǎng)度的選擇不當(dāng)有關(guān)。大多情況下鎢極氬弧焊弧長(zhǎng)Lh為1～3mm。采用短弧焊，即噴嘴到焊件的距離較短時(shí)，短小的電弧使熱量集中且氣體保護(hù)效果較好，短電弧對(duì)熔池的壓力較大，這時(shí)有利于做到單面焊雙面成形。對(duì)于某些焊接材料焊透性較差或者是在使用填充焊絲或者其他填充、物時(shí)可適當(dāng)增大電弧長(zhǎng)度，以便更好的操作施焊，選用電弧長(zhǎng)度

86、Lh=5mm。</p><p>　　(5)噴嘴直徑D與氬氣流量Q：</p><p>　　噴嘴直徑越大，保護(hù)區(qū)范圍越大，保護(hù)氣的流量也越大，可按下式選擇噴嘴的內(nèi)徑：</p><p>　　D=(2.5～3.5)dw</p><p>　　其中D——噴嘴的直徑或內(nèi)徑，mm；</p><p>　　dw——鎢極的直徑，mm。<

87、;/p><p>　　由于鎢極直徑dw=1.6mm，所以D=(4～5.6)mm</p><p>　　通常焊槍決定后，噴嘴直徑很少能改變，因此當(dāng)噴嘴直徑確定后，決定保護(hù)效果的是氬氣流量。氬氣流量，噴嘴直徑對(duì)保護(hù)效果影響(保護(hù)區(qū)直徑)的關(guān)系如下圖2.2所示</p><p>　　圖2.2氬氣流量，噴嘴直徑對(duì)保護(hù)效果影響</p><p>　　由上圖可知，氬

88、氣流量很小時(shí)保護(hù)效果不好，當(dāng)增大流量時(shí)，保護(hù)效果變好，但流量太大時(shí)候，容易產(chǎn)生紊流，保護(hù)效果隨之下降。此外，氬氣流量與焊接電流也有一定關(guān)系，如圖2.3所示：</p><p>　　圖2.3 氬氣流量與焊接電流關(guān)系</p><p>　　通常氬氣流量可按下式計(jì)算得到：</p><p>　　Q=(0.8～1.2)D</p><p>　　式中Q——?dú)?/p>

89、氣流量，L/min</p><p>　　D——噴嘴的直徑，mm。</p><p>　　由D=(4～5.6)mm，所以氬氣流量Q=(3.2～6.7) L/min。</p><p>　　在實(shí)際工作中，通常由操作人員通過(guò)試焊來(lái)確定氣體流量，流量合適時(shí)，熔池平穩(wěn)，表面明亮沒(méi)有渣，焊縫外形美觀，表面沒(méi)有氧化痕跡。此外還要考慮外界氣流，焊接速度和焊接接頭形式等因素的影響。<

90、;/p><p>　　(6)焊接速度Vh：</p><p>　　在焊接電流等參數(shù)不變的情況下，焊接速度越小，焊接的材料厚度越大；若焊速超出合適的范圍，就會(huì)產(chǎn)生未焊透、凹陷、燒穿等缺陷。在鎢極氬弧焊中采用較低的焊接速度更有利于保證焊接質(zhì)量，但過(guò)低的焊接速度會(huì)增大焊件變形，且降低生產(chǎn)效率。</p><p>　　此外焊接速度大小的確定還要考慮到保護(hù)氣體的保護(hù)效果。氬氣流量與焊接

91、速度的關(guān)系如圖2.4所示。</p><p>　　圖2.4 氬氣流量與焊接速度的關(guān)系</p><p>　　當(dāng)焊接速度達(dá)到120cm/min后，為了保證保護(hù)效果，氬氣流量的增量明顯加大，因此，鎢極氬弧焊的焊接速度一般控制在120cm/min內(nèi)為宜。</p><p>　　取焊接速度大約Vh=25cm/min。</p><p>　　(7)焊絲的送絲速

92、度Vs：</p><p>　　送絲速度的選擇應(yīng)該充分考慮焊絲的直徑、焊接速度、焊接電流、接頭間隙等數(shù)值。在焊接時(shí)，當(dāng)焊絲直徑大，應(yīng)該選擇較小的送絲速度；當(dāng)焊接電流、焊接速度、接頭間隙數(shù)值較大大時(shí)，應(yīng)選擇較大的送絲速度；送絲速度過(guò)大或者過(guò)小，會(huì)發(fā)生焊縫未焊透、融透、余高過(guò)大等缺陷。選擇送絲速度常常滿足下式：</p><p>　　Vs=(1.0～1.5)Vh</p><p&

93、gt;　　式中Vs——送絲速度，cm/min；</p><p>　　Vh——焊接速度，cm/min。</p><p>　　由于Vh=25cm/min，Vs=(25～37.5)cm/min</p><p>　　(8)電流衰減時(shí)間tsh</p><p>　　在焊接結(jié)束時(shí)，當(dāng)電流值仍然很高時(shí)焊縫尾部常會(huì)有弧坑形成，這就需要在焊接收尾時(shí)使電流逐步減小

94、。電機(jī)設(shè)備上的電流衰減裝置可以滿足對(duì)特定電流減小速率的要求，這就延長(zhǎng)了氣體對(duì)熔池的保護(hù)效果，這能有效的使熔融金屬及時(shí)填充弧坑縮孔，因而對(duì)避免弧坑缺陷有較好作用。目前對(duì)電流衰減裝置的要求是它的電流值能夠衰減到5A以下，對(duì)于厚度較小的材料則要求其電流值能衰減到更小。為防止電流衰減速率過(guò)大電流衰減時(shí)間應(yīng)大于3s。 此外，焊接時(shí)還應(yīng)該根據(jù)實(shí)際的工藝要求和電流大小選擇恰當(dāng)?shù)碾娏魉p時(shí)間參數(shù)。</p><p>　　(9)噴嘴

95、與焊件間距離和鎢極伸出長(zhǎng)度：</p><p>　　噴嘴到焊件的距離代表著氬氣到焊件的距離，數(shù)值越大保護(hù)效果越差；距離越近保護(hù)效果越好，但是距離過(guò)短會(huì)影響操作實(shí)驗(yàn)，一般情況下噴嘴到焊件的距離采用2～12mm。通常鎢極端部應(yīng)突出噴嘴以外以防鎢極電弧燒壞噴嘴，鎢極端頭到噴嘴端面的距離為鎢極伸出長(zhǎng)度。噴嘴與工件間距離越近即伸出長(zhǎng)度越小保護(hù)效果好，但距離過(guò)近會(huì)妨礙操作者觀察。在對(duì)接焊縫焊接時(shí)，鎢極伸出長(zhǎng)度通常3～4mm較好

96、。因?yàn)楹附舆€需要填充焊絲,取噴嘴到焊件的距離約為8mm,鎢極伸出長(zhǎng)度約3mm.</p><p>　　施焊時(shí)采用OTC焊機(jī)如下圖2.5。</p><p>　　圖2.5 OTC焊機(jī)</p><p>　　根據(jù)以上討論主要焊接參數(shù)如下表2.6</p><p>　　表2.6 主要焊接參數(shù)</p><p><b>　　續(xù)

97、表2.6</b></p><h3>　　2.2觀察試樣不同部位金相組織</h2><p><b>　?。?）試樣準(zhǔn)備</b></p><p>　　將按照2.1節(jié)確定的焊接工藝得到的焊接材料切割為合適大小的試樣快，為防止切割時(shí)產(chǎn)生大量的熱量而影響焊接材料的晶粒組織，同時(shí)為了兼顧得到的試樣具有規(guī)則的外形便于下一步的打磨拋光，切割步驟采用

98、線切割，利用線切割脈沖放電產(chǎn)生的整齊外形和熱影響范圍極小的特點(diǎn)切割制備試樣。</p><p>　　試樣應(yīng)包含母材基體、焊接熱影響區(qū)、熔合區(qū)及焊縫等需要觀察的區(qū)域，對(duì)焊接接頭試樣來(lái)說(shuō)，應(yīng)沿著焊縫橫向切割，是切割面較好的展現(xiàn)出基體、焊接熱影響區(qū)、熔合區(qū)及焊縫等。本課題試樣如下圖2.6。</p><p>　　圖2.6 線切割后試樣</p><p><b>　?。?/p>

99、2）試樣打磨拋光</b></p><p>　　觀察試樣顯微組織前首先要對(duì)觀察面打磨拋光，確保觀察面為一個(gè)平面，不能有顯眼的劃痕坑洞。</p><p>　　首先用較大顆粒砂紙打磨，使用180#砂紙將表面油污凹痕坑洞磨除，打磨時(shí)朝一個(gè)方向滑動(dòng)，等到表面污漬和凹痕都被去除，并且有金屬光亮的表面能顯示出朝一個(gè)方向的劃痕時(shí)，換一個(gè)與此方向垂直的方向繼續(xù)打磨，直到這個(gè)方向的劃痕被垂直方向打

100、磨出的劃痕全部覆蓋，并且新劃痕均一的按照新的方向排布，這時(shí)候換用320#砂紙繼續(xù)重復(fù)以上操作。</p><p>　　當(dāng)這兩個(gè)大顆粒砂紙完成后，檢查表面為一個(gè)平面，且沒(méi)有污漬銹跡和較深的凹坑，顯現(xiàn)出較為光亮的色澤，劃痕均一整齊，然后換用金相砂紙。金相砂紙打磨的目的是去掉大顆粒砂紙打磨出現(xiàn)的劃痕，并使待觀察面出現(xiàn)較為光亮的鏡面效果。使用400#金相砂紙沿著與現(xiàn)有劃痕垂直的方向打磨，打磨用力均勻，使用較大施加力會(huì)造成砂

101、紙表面砂粒脫落進(jìn)而在大的施加力的作用下劃傷表面，并對(duì)后續(xù)打磨造成困難。與上述一樣，朝一個(gè)方向打磨，當(dāng)新劃痕全部覆蓋原劃痕后，垂直調(diào)換方向繼續(xù)打磨。當(dāng)每號(hào)砂紙打磨兩個(gè)方向后更換砂紙，依次使用500#、600#之至800#金相砂紙。應(yīng)注意到的是，當(dāng)使用800#砂紙前，應(yīng)細(xì)心清理砂紙以及試樣表面，保證表面不能夾帶沙粒，即使小顆粒也可能對(duì)表面造成很深的劃痕，在用800#砂紙打磨中也應(yīng)該邊打磨邊清理表面沙粒雜質(zhì)。</p><p

102、>　　800#砂紙打磨后試樣表面如下圖2.7.</p><p>　　圖2.7 800#砂紙打磨后試樣表面</p><p>　　當(dāng)試樣表面沒(méi)有較大劃痕且表面呈現(xiàn)光滑的鏡面效果時(shí)，使用拋光機(jī)對(duì)試樣表面進(jìn)行拋光。試驗(yàn)中使用PG-1型金相試樣拋光機(jī)并添加氧化鋁粉拋光溶液對(duì)試樣進(jìn)行拋光，以去除掉試樣表面800#砂紙產(chǎn)生的細(xì)微劃痕，之后使用MP-2B型磨拋機(jī)并添加清水再次對(duì)試樣表面拋磨。需要注意

103、的是，①在磨拋過(guò)程中，施加力大小應(yīng)適當(dāng)略輕，因?yàn)檩^大的用力會(huì)造成拋光布和拋光粉對(duì)試樣表面的損傷，最明顯的就是試樣表面出現(xiàn)麻坑，影響光學(xué)顯微鏡下的觀察視野；②拋磨時(shí)間應(yīng)當(dāng)適中，過(guò)長(zhǎng)的拋磨時(shí)間同樣會(huì)對(duì)試樣表面造成傷害，可能會(huì)在表面產(chǎn)生黑色的類(lèi)似氧化物的物質(zhì)。試驗(yàn)用下圖2.8、圖2.9拋光機(jī).</p><p><b>　?。?）試樣腐蝕</b></p><p>　　純金屬及

104、單相合金的腐蝕是一個(gè)化學(xué)溶解的過(guò)程。由于晶界上原子排列不規(guī)則，具有較高自由能，所以晶界易受腐蝕而呈凹溝，使組織顯示出來(lái)，在顯微鏡下可以看到被腐蝕過(guò)的呈黑邊的晶粒外貌。晶體中晶粒的位向是不同的，腐蝕較嚴(yán)重時(shí)不同位相的晶面溶解程度不同，腐蝕后的各晶粒表面呈現(xiàn)不同的平面，由不同平面的晶粒表面反射進(jìn)入物鏡的光線不同，就可以看到明暗程度不同的晶粒。</p><p>　　兩相合金的腐蝕不同于單相。兩個(gè)組成相往往具有不同的電極

105、電位，在腐蝕液中會(huì)形成極多局部微小的原電池模型。其中充當(dāng)電池的陽(yáng)極的一相會(huì)在放電中逐步溶解進(jìn)腐蝕液，因而顯微鏡下表面變暗，充當(dāng)陰極的一相表面維持不變，因而顯微鏡下成亮面。所以可以通過(guò)觀察顯微金相確定兩相合金組織組成。多相合金的腐蝕和兩相合金腐蝕原理相類(lèi)似。在金屬腐蝕時(shí)，選擇合適的腐蝕劑是很重要的，合適的腐蝕劑和合適的腐蝕時(shí)間是得到明顯的顯微組織的前提。</p><p>　　試樣材料屬于為低合金鋼高強(qiáng)鋼，使用腐蝕液

106、：硝酸4mL，乙醇100mL。實(shí)驗(yàn)時(shí)間：3s～5s。腐蝕前用乙醇清洗干凈表面，腐蝕后應(yīng)盡量立即進(jìn)行組織觀察，因?yàn)檫^(guò)長(zhǎng)時(shí)間的放置會(huì)導(dǎo)致試樣表面的銹蝕，使組織不易觀察。</p><p><b>　　（4）試樣觀察</b></p><p>　　使用光學(xué)顯微鏡觀察試樣表面的組織形態(tài)，組織分布及不同位置晶粒大小。根據(jù)腐蝕后的試樣表面晶內(nèi)結(jié)構(gòu)與晶界不同面或試樣不同組成相被腐蝕后不

107、同面的特點(diǎn)，當(dāng)在垂直光線照射下，反射進(jìn)入物鏡的光線會(huì)有不同，依次來(lái)看到明暗不同的晶粒。</p><p>　　觀察時(shí)使用下圖2.10所示光學(xué)顯微鏡。分別從10×、20×、50×倍數(shù)大小的物鏡觀察不同位置，這時(shí)光路中總體放大倍數(shù)為100倍、200倍、500倍。首先將視野對(duì)準(zhǔn)母材，使用10×大小物鏡，調(diào)整粗準(zhǔn)焦螺旋和細(xì)準(zhǔn)焦螺旋得到清晰明亮的視野，再在水平面上前后左右尋找組織特征明

108、顯、污點(diǎn)劃痕最少的區(qū)域，找到清晰組織照片后標(biāo)記保存。接著依次換用20×、50×大小物鏡在視野內(nèi)尋找合適區(qū)域，拍照并標(biāo)記保存下來(lái)。然后更換觀察部位，分別將視野對(duì)準(zhǔn)焊接熱影響區(qū)和母材交界處、熱影響區(qū)、熱影響區(qū)和焊縫交界處、焊縫區(qū)，依次找到合適區(qū)域，拍照并記錄保存。拍照時(shí)應(yīng)該在用同一倍數(shù)物鏡觀察的同一部位處找到多張合適要求的照片，以供后續(xù)分析選擇。</p><p>　　圖2.10 光學(xué)顯微鏡<

109、/p><h3>　　2.3測(cè)量試樣不同部位硬度</h2><p>　　2.3.1維氏硬度測(cè)量概述</p><p>　?。?）硬度測(cè)量原理[17]</p><p>　　硬度用來(lái)表示材料軟硬程度。被測(cè)材料的微觀結(jié)構(gòu)如晶粒狀態(tài)、分子構(gòu)成、原子鍵及院子結(jié)合力結(jié)合力以及宏觀的力學(xué)性能如彈性模量和強(qiáng)度極限對(duì)硬度值的大小有著很重要的關(guān)聯(lián),此外，不同的計(jì)量方法和