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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： 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。 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。 1 ; :.:::::::::::＿????????m ??、........,. .....玉 ···.·,? ?..??....?. ; :.:::::::::::＿ 焊接实验架 ＿—? m~um .. .. . .. ..., .. .., .,, .., ,. .,...,“”一.I..../........ 管......+ .._ t LJ t 图 B 始焊后 f=f1 ..一:·:L· ·  焊接实验架 -- ＋图C 焊后 冷却 f=f2 ＋ ； ， 三·：·····”“””“` 矿·· ， 三 ·：·····”“””“` 矿····, 鹏． ··:::l： ：··厂： 干 焊接试验架 图 D 实验接线示意图 图 B、C、D 为沿板边缘堆焊时板条弯曲变形示意图 2 图 E 板条宽度h 对弯曲变形的影响示意图 三、实验内容： 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。 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。 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： 3 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2.3.4.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 2.3.4.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 4 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 1 线段长