金属工艺学试验指导书

机械制造基础实验(铸造、锻压、焊接、切削加工)指导书浙江科技学院金相、焊接、切削实验室目录前言实验一先进焊接技术---------------------------------------------------------------------------1实验二焊接接头的组织和性能---------------------------------------------------------------4实验三焊接试样的显微硬度试验------------------------------------------------------------7实验四车刀几何角度的测量------------------------------------------------------------------10实验报告的撰写---------------------------------------------------------------------------------------12前言机械制造基础二(铸造、锻压、焊接、切削加工)是在若干基础科学和生产实践的基础上发展起来的一门学科，他的一些主要理论都是通过实验并总结了实验的规律而建立起来的。实验能力的培养，是工科各专业的主要教学任务之一。工程技术问题的研究，不外乎教学方法和实验方法，必须把两者有机地结合起来，才能取得理想的成果。机械制造基础二实验由三部分组成：实验一由李勇老师负责编写，在焊接实验室完成。实验二、实验三由喻彩丽老师负责编写，在金相实验室完成。实验四由凌伟老师负责编写，在切削实验室完成。浙江科技学院机电系2003年3月实验须知1．实验前必需预习实验指导书，了解实验目的、原理及实验步骤。2．按时叁加实验，不得迟到和缺席。因故不能叁加实验者，应事先向实验指导老师办理请假手续。3．进入实验室，应衣着端正，保持室内安静，不准随地吐痰、吸烟、乱抛纸屑。4．操作仪器前，应把仪器有关部分的功用及操作方法搞清楚。与本实验无关及未经指导教师同意操作的仪器，不得随意使用。5．要爱护仪器。要少用手直接接触精密表面，不要对精密表面或光学镜头呵气或咳嗽。6．实验报认真进行实验和填写告。1实验一先进焊接技术一、实验目的：1、学生了解气体保护焊的基本原理、分类、应用范围。2、使学生了解气焊、气割、等离子切割的不同机理和使用范围。3、使学生对目前先进的焊接方法如超声波焊接，电子束焊、激光焊接，高频焊接，电渣焊、爆炸焊、堆焊和热喷涂,有所了解。二、实验内容：1、用全功能焊机，焊接8mm钢板，（MIG焊）2、用氩焊焊接2mm不锈钢板。3、用氧一乙焊气割10mm钢板，用等离子切割机切割4mm铝板。4、讲解先进焊接方法原理、工艺及应用。三、实验原理：1、利用进口MIG350PULS全功能焊机，采用二氧化碳和氩气作为保护气体对不同的金属材料进行不同方法的焊接，同时利用计算机跟踪焊接工艺参数，使学生增加感性知识，并掌握气体保护焊基本技能。（1）、熔化有为气体保护孤焊，是应用十分广泛的焊接方法。在此方法中，焊接热量来自焊丝与工件间的电弧、实芯光焊丝被连续送进焊接区，焊丝金属熔化后时熔池成为填充金属。焊丝端头，电弧及熔池在焊接过程中的气体予以保护，以避免大气侵入。保护气体通过焊枪中的喷嘴送入焊接区。（2）、钨极氩弧焊就是以氩气作为保护气体的TIG（TungstenInerstGas）焊，借助产生在钨电极与焊件之间的电弧，加热和熔化材本身（在添加填充金属时也被熔化），而后形成焊接金属，钨电极熔池，电弧以及被电弧加热的接缝区域，受氩气流的保护而不被大气污染。2、通过学生实际操作气焊、气割、等离子切割，了解三者之间的不同机理。（1）、气焊：借助可燃气体与助燃气体与助燃气体混合后燃烧产生的火焰，接头部位母体金属和焊丝熔化，达到连接的目的，是一种由化学能转变为热能的熔化焊方法。（2）、气割：利用气体火焰（氧一乙炔等）将金属加热燃点，并在压氧气流下剧烈氧化，燃烧，生成的溶渣被高压气氧气射流吹掉，当燃烧发出的热量早足以把金属加热燃点。则加热—燃烧—吹渣过程连续进行，并随着割嘴的移动而形成割缝。由于切割过程是金属在纯氧中燃烧而不是熔化过程。所以能进行切割的金属必须满足以下条件：（1）金属的燃点必须熔点；（2）金属在燃烧时放出较多多的热量；（3）金属燃烧时产生的熔渣（氧化物）的熔点必须低于金属的熔点，且流动性要好，一般而言只有中、低碳钢能满足以上条件。（3）、等离子切割，等离子要割是利用高速高温和高能的等离子气流加热并熔化割件，再借助某种流体介质排除熔化的金属而形成割口。等离子弧切割可以切夏日几乎所有的金属材料，利用非转移型等离子弧，还可切割非金属。3、电子束焊接：电子束焊接是利用会聚的高能量电子束轰击件后，动能转化为热能，从而使焊件熔化，形成焊缝。4、激光焊接与切割：激光是利用原子受激辐射的原理，使工作物质受激而产生一种单色性纯、才向性强及光亮度大的光束。经透镜或反射镜高度聚焦后，供给焊接，切割或热处理而需的高能量密度热源。5、电渣焊：电渣焊是一种电流通过熔化状态渣池时而产生电阴热源的熔化焊方2法。6、高频焊：高频焊是利用高频电流加热件清合面而形成永久连接的方法，一般均需高。四、实验设备和材料：1、MIG350Puls全功能焊机一台。2、ZXT-100氩弧焊机一台。3、二氧化碳气体、氩气各一并瓶（带混配器一台）。4、586计算机一台。5、空气等离子切割机LGK8-100一台。6、半自动气割机CGI-30一台。7、空气压缩机V-0.3/10一台.8、乙炔、氧气各一瓶。9、8mmA3钢铁、2mm不锈钢板、铝板若干。10、焊丝若干。五、实验步骤：（1）、气保焊：a、开机：找开MIG350Puls焊机。（该机有自动搜索功能，台机器故障有提示）。b、试气：找开送丝机盖门，按下试气开关，检查气路。c、接通计算机，并调出软件。d、调整焊接参数：调整保护气体混合比。例：选择音接方法：直流、脉冲或交流。e、试焊。f、示范操作：实验指导售货员边示范边讲解操作要领。g、在计算机观察焊接参数的瞬间变化。h、结束，关机。（2）、等离子切割：a、接通空气压缩与等离子切割机。b、调整电流，根据器件调整切割电流大小。c、试气，找开试气开关。d、切割器件，并上试气开关，用割枪对器件进行切割。e、关机。（3）、所割：a、讲解安全注意事项。b、检查气体：分别找开氧化气和乙炔气体开关，检查气体压力和割嘴是否通气。c、点火：微微找开氧气开关，然后打开乙炔开关点火。d、调整火焰：开大氧气开关高速火焰大小与距离。e、预热：对器件进行预热使其达到燃点。f、切割：找开高压氧开关，对工件进行切割。g、关机。（4）、对实验结果进行点评。（5）、对其它一些不具备条件做的焊接方法进行讲解。六、实验完成。3说明：1、本实验指导书根据《机械制造基础》教学大纲要求自行编制。2、进行本实验必须有经验的实验教师在场指导帮助，需有良好的防护措施。3、每实验课时不得少于2小时。4实验二焊接接头的组织与性能一．实验目的：1．熟悉碳钢焊接接头各区域的组织和性能的变化。2．了解影响焊接接头组织和性能的因素二．实验原理：焊接的过程实际上是电弧（热源）产生的高温（4000~7000度）使被焊金属局部加热发生熔化同时加入填充的金属（焊条、焊丝）融化滴入，形成金属液体熔池。当电弧移开时，由于周围冷金属导热，使熔池的温度迅速降低，熔池凝固成焊缝。熔池周围的母材由于电弧的热作用，从室温以上一直加热到熔化温度范围，这部分被加热的母材金属也随着电弧的移开而被迅速冷却，于是形成一个焊接接头。焊接接头包括焊缝区、热影响区以及两边未受影响的母材金属。个部分在焊接使加热不均匀，导致不同位置的点所经历的焊接热循环是不同的（即被加热的最高温度不同），而且焊接后的冷却速度也不同。因此，各部分组织与性能变化也不同。以低碳钢为例，根据焊缝横截面的温度分布曲线，结合铁碳合金相图，对焊接接头各部分的组织与性能变化加以说明，见图2—1所示。图2—1低碳钢焊接接头的组织变化示意图1-熔合区；2-过热区；3-正火区；4-部分相变区1．焊缝金属焊缝金属结晶是从熔池底壁上许多未熔化的半个晶粒开始的。因结晶使各个方向冷却速度不同，垂直于熔合线方向冷却速度最大，所以晶粒由垂直于熔合线向熔池中心生长，最终呈柱状晶，如图2—2（a）所示。在结晶过程中，低熔点的硫磷杂质和氧化铁等易偏析，集中在焊缝中心，将影响焊缝金属的力学性能，如图2—2（b）所示。5图2—2焊缝金属结晶示意图2．热影响区热影响区是指焊缝两侧因焊接热作用而发生组织与性能变化的区域。各种不同的焊接方法和焊接时输入热量的多少，使热影响区区域的大小也有所不同。在热影响区，由于各点的热循环不同，热影响区可分为熔合区、过热区、正火区和部分相变区。（1）熔合区是缝和基本金属的交界区，其最高加热温度处于固相线和液相线之间的区域。由于该区域温度高，基体金属部分熔化，所以也称为“半熔化区”。熔化的金属凝固成铸态组织，未熔化金属体内温度过高而长大成粗晶粒。此区域在显微镜下一般为2~3个晶粒的宽度，有时难以辨认。该区域虽然很窄，但强度、塑性和韧性都下降；同时此处接头断面变化，将引起应力集中，很大程度上决定着焊接接头的性能。此区域见图2—1中的1区所示。（2）过热区是热影响区中最高加热温度在1100度以上至固相线温度区间的区域，见图2—1中的2区所示。该区域在焊接时，由于加热温度高，奥氏体晶粒急剧长大，形成过热组织，所以也称“晶粒区”。冷却以后形成粗大的铁素体和珠光体组织。因此使该区域的塑性和韧性大大降低，冲击韧性约下降25%~75%。对淬透性好的钢材，过热区冷却后得到淬火马氏体，脆性更大。所以过热影响区中力学性能最差的部位。（3）正火区是指热影响区中加热温度在A3~1100度之间的区间。该区温度虽较高，但加热时间较短，晶粒不容易长大。焊后空冷，金属将发生重结晶，得到晶粒较细的正火组织，所以该区域称为正火区，也称为细晶区或重结晶区。该区的组织比退火（或轧制）状态的母材组织细小，其力学性能优于母材。见图2—1中的3区所示（4）部分相变区是指热影响区中加热温度在A1~A3之间的区域。焊接加热时，首先珠光体向奥氏体转变，随着温度的进一步说升高，部分铁素体逐步向奥氏体中溶解，温度愈高，溶入愈多，至A3时，全部转变为奥氏体。焊接加热时由于时间较短，该区只有部分铁素体溶入奥氏体。焊后空，冷，该区域得到由经过重结晶的细小铁素体和珠光体与未经重结晶的铁素体组成不均匀组织。所以该区也称为不完全重结晶区，见图2—1中的4区所示。该区由于组织不均匀，力学性能稍差。如果焊前母材为冷扎状态，则在加热温度A1以下至500度的区域内，还存在一个再结晶区域，见图2—1中的5区所示。处于再结晶区的金属，在加热过程中，将发生再结晶消除冷变形强化现象。即经过冷变形后的金属在再结晶温度下形成新的细小的等轴晶粒。若母材未经过冷变形，则该区不存在。三．实验设备及试样：（1）金相显微镜金相砂纸抛光机6（2）焊接的低碳钢接头试样若干四．实验结果分析根据实验中金相观察所得的数据绘出碳钢焊接接头各区域组织示意图，分析其组织与性能。7实验三焊接试样的显微硬度试验一、实验目的1、了解显微硬度计的构造及使用方法。2、掌握显微硬度值的测定方法。3、掌握焊接接口处不同显微组织与硬度值之间的关系。二、实验概述：小件或薄面层工件（如渗氮层、渗碳层），应采用维氏硬度测定其硬度。维氏硬度的测定原理基本上和布氏硬度相同，本文讲述的显微硬度试验实质上就是小载荷的维氏硬度试验。本实验主要是用显微硬度计来测量焊接接口处的硬度值，由于焊接试样接口处的显微组织不同，可分为：焊缝区、熔合区、过热区、正火区、部分相变区和母材，实验用显微硬度计测量焊缝区、过度区和母材组织的硬度值，并分析显微组织的不同引起硬度值的变化。三、日本产M型显微硬度计结构简介：（1）主开关；（2）指示灯；（3）电机起动键；（4）测量指示灯；（5）保荷时间按键；（6）目镜；（7）观察物镜（