（1）实验目的与任务
比较不同类型焊条的焊接工艺性及对焊缝成型的影响；观察、分析低碳钢熔化焊接头金相组织的变化情况；分析焊接接头组织变化对机械性能的影响。
（2）实验原理
焊条电弧焊采用的焊条药皮类型有酸性、碱性、纤维素型和金红石型等。不同药皮的焊条在焊接时表现出不同的工艺性。
酸性药皮中含有较多的稳弧物质和脱渣物质，易于引弧，电弧稳定，飞溅小，脱渣能力强，焊缝成型美观。但焊缝中氢的含量不易控制，焊缝金属的冲击韧性一般。碱性药皮焊条稳弧物质较少，不易引弧，电弧不稳，易于断弧，飞溅较大，脱渣能力差，焊缝成型也稍差。但焊缝金属中氢含量低，属低氢型焊缝，冲击韧性高。
低碳钢电弧焊焊接接头包括焊缝金属、熔合区（熔合线）和热影响区三个主要区域。其中，焊缝金属为液态熔池结晶而成，位于接头断面的中心，其显微组织是典型的柱状晶。熔合区为半熔化的母材结晶和冷却而成，位于焊缝金属两侧，与之紧密相连，焊缝金属的柱状晶“镶嵌”于此。热影响区是母材受到焊接热输入影响产生了组织形态变化的固态区，紧邻熔合区，向着远离焊缝中心的方向分别是过热区、正火区、部分相变区和再结晶区。过热区是母材在焊接时温度处于奥氏体区的高温区，奥氏体严重长大，冷却后得到的组织为粗大的铁素体＋珠光体等轴晶，其间夹杂着针状的魏氏组织；正火区是母材在焊接时温度处于奥氏体均匀化的温度区间，在空冷条件下发生相变，相当于进行了一次正火热处理，为均匀细小的铁素体＋珠光体等轴晶；部分相变区是母材在焊接时温度处于奥氏体—铁素体两相区的温度区间，一部分铁素体发生了奥氏体相变，冷却后得到组织不均匀的铁素体＋珠光体组织；再结晶区是母材在焊接时温度处于再结晶温度区，轧制的带状组织发生了回复和再结晶，成为均匀细小的等轴晶。
由于接头各部分组织形态的不同，其力学性能也存在差异，从焊缝中心向两侧测量其硬度，硬度曲线将出现一个峰值，峰值位置位于正火区，说明该区域的力学性能指标较高。
（3）实验仪器、设备及材料
仪器、设备及工具：火焰切割机、刨床、交（直）流电弧焊机、电火花线切割机、光学金相显微镜、金相试样抛光机、吹风机、显微硬度计。
材料：8～10mm厚Q235钢板、直径4.0mm的J422和J507焊条、4%硝酸酒精溶液、无水酒精、Cr2O3粉末、水、0～5号金相砂纸、呢子布。
（4）实验步骤
1）取厚8～10mm、宽50mm的Q235钢带，用火焰切割机切割成200mm×50mm的板条，简单清理熔渣和氧化皮。
2）用刨床在板条中心加工出纵向V形槽，代替V形坡口，开口角60°，深度6～8mm。
3）分别选用直径4.0mm的J422焊条和J507焊条，采取如表14-4所示的焊接工艺在V形槽处进行连续焊接，观察并记录电弧稳定性和飞溅情况，清理药皮。
表14-4 焊接工艺参数
4）观察焊缝成型波纹，测量焊缝成型参数（熔宽和余高），分析产生区别的原因。
5）用电火花线切割机横向切取金相试样，将引弧端和收弧端各25mm舍弃，余下部分切成50mm×10mm长条。
6）磨制金相试样：依次采用0～5号金相砂纸打磨，用Cr2O3粉与水的混合物作为抛光剂抛光，用4%硝酸酒精溶液浸蚀，用无水酒精冲洗，用吹风机吹干。
7）在光学金相显微镜下观察接头各区域的显微组织形貌，绘制其示意图，标注于温度—组织坐标系中。
8）用显微硬度计从焊缝中心开始，每1.5mm测量一个硬度值，记录在距离—硬度坐标系中。分析硬度变化的规律及其原因。
（5）实验报告要求
1）得出不同类型焊条工艺性、焊缝成型的区别及其原因。
2）手工绘制焊接接头各区域的距离—温度—组织图。(www.xing528.com)
3）绘制距离—硬度曲线，分析硬度变化的原因。
2.焊接变形测量实验
（1）实验目的
了解不同焊接接头焊接变形的形式和特点；了解焊接方法和焊接工艺对焊接变形大小的影响；掌握测量接头变形量的方法。
（2）实验原理
若焊接收缩应力超过了材料的屈服强度就会导致焊件（结构）变形。焊接变形是焊接应力释放的一种表现。焊缝加热膨胀及焊后的冷却都是连续且局部进行的。焊接变形分为瞬时变形和残余变形。瞬时变形在焊接过程中出现，在焊接结束后消除，对焊接制造过程产生影响。焊接残余变形是焊接结束后永久残留在结构中的变形，对结构质量产生影响。
不同结构（接头）形式、不同板厚、不同的焊接方法和工艺参数对焊接变形影响很大，会导致焊接变形的形式、大小均不相同。比如，平板对接接头最容易发生的变形是尺寸缩短、角变形和弯曲变形；T形接头最容易产生角变形和弯曲变形。薄板接头除了上述变形外，还会产生波浪翘曲变形。
焊接热输入越大，焊接时的热膨胀越大，随之焊接收缩变形也越大。电渣焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊和焊条电弧焊等焊接方法，其热输入较大，焊接的热膨胀与冷收缩较大，导致其变形也较大。等离子弧焊、激光焊和电子束焊等焊接方法，热源能量集中，焊接速度快，热输入小，变形也较小，甚至可以忽略不计。
拘束度对焊接变形也有很大影响。拘束来自结构本身，也可能来自工装卡具。拘束越大，变形量越小，但是残余应力值增加，会提高结构在使用过程中产生变形乃至破坏的风险。
各种焊接变形的大小通过测量获得数据。可以比较不同接头形式、板厚、焊接方法、焊接工艺参数产生变形的大小，为制定合理的焊接工艺提供参考。长度方向的变形和波浪变形可以用直尺测量，角变形用角度尺测量。
（3）实验仪器、设备及材料
仪器、设备及工具：剪板机、火焰切割机、砂轮机、弧焊机、直尺、角度尺。
材料：4mm及10mmQ235钢板、3.2mm及4.0mm的J422焊条。
（4）实验步骤
1）接头准备：按照表14-5中的尺寸，分别采用剪板机和火焰切割机进行下料。磨去切口处的毛刺、熔渣和氧化皮。
2）定位焊接：4mm接头预留间隙1～1.5mm，10mm接头预留间隙2.5～3mm。按照表14-5中的工艺参数焊接。4mm钢板单侧均布3个焊点，每个焊点5mm；10mm钢板单侧均布4个焊点，每个焊点8～10mm。
3）焊接：按照表14-5的工艺参数焊接，每个接头双面焊接。
表14-5 焊接工艺参数
4）测量变形量：焊缝完全冷却至室温，用直尺测量长度变形量，用角度尺测量角变形量。数据填入表14-6。
表14-6 焊接变形量
（5）实验报告要求
1）得出各种接头的变形量数据，并填入表14-6中。
2）分析变形差异及其影响因素。
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