實(shí)驗(yàn)25焊接熱循環(huán)曲線的測(cè)定(參考學(xué)時(shí)：課內(nèi)2學(xué)時(shí))一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模ㄒ唬┝私夂附訜嵫h(huán)曲線的特征和主要參數(shù)；（二）了解焊接規(guī)范對(duì)熱循環(huán)曲線的影響；（三）掌握測(cè)定焊接熱循環(huán)曲線的方法。二、實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)材料（一）鎢極自動(dòng)氬弧焊機(jī)1臺(tái)(二）電容儲(chǔ)能式熱電偶焊機(jī)1臺(tái)（三）鎳鉻鎳硅或鉑銠鉑熱電偶絲(0.30.5mm)3對(duì)（四）氬氣1瓶（五）XY函數(shù)記錄儀1臺(tái)（六）試件30020020mm低碳鋼板2塊（可用A3、A5、09Mn、16Mn等材料）（七）0300(A)直流電流表、秒表、5mm鉆頭、5mm平頭鉸刀、深度尺等三、實(shí)驗(yàn)原理焊接熱循環(huán)是指焊件上某點(diǎn)經(jīng)歷焊接過程時(shí)的溫度變化，它可以用（）這一函數(shù)關(guān)系來描述。按此關(guān)系所畫出的曲線稱為該點(diǎn)的熱循環(huán)曲線。焊接過程中，焊件上直接被熱源加熱的部位將被熔化形成熔池。連續(xù)相接的熔池冷卻凝固后即成為焊縫。焊縫以遠(yuǎn)的部位則保持固態(tài)，焊件上各點(diǎn)由于在焊件上所處位置不同，受到焊接熱的作用不同而經(jīng)歷著不同的熱循環(huán)，它們的熱循環(huán)曲線也就不同。圖圖低合金鋼手弧堆焊時(shí)焊縫附近各點(diǎn)的熱循環(huán)（從電弧通過測(cè)溫點(diǎn)正上方時(shí)開始算起的時(shí)間）l為低合金鋼手弧焊時(shí)焊件上熱影響區(qū)不同點(diǎn)的焊接熱循環(huán)曲線。從該圖可以看出：離焊縫熔合線越近的點(diǎn)，加熱速度越大，峰值溫度越高，冷卻速度也越大，并且所有各點(diǎn)的加熱速度都比冷卻速度要大得多。這表示焊接接頭熱影響區(qū)的金屬都經(jīng)歷了一個(gè)自發(fā)的、特殊的熱處理過程，產(chǎn)生了相變、晶粒長大、應(yīng)力和變形等變化，從而對(duì)焊件金屬的組織和性能發(fā)生強(qiáng)烈的影響。因此，測(cè)量并正確控制焊接熱循環(huán)對(duì)于控制接頭熱影響區(qū)金屬的組織和性能具有重要意義。焊接熱循環(huán)曲線固然可以借助焊接熱過程的理論公式（，）計(jì)算出來，但由于計(jì)算時(shí)所采用的假定條件與實(shí)際焊接條件出入較大，計(jì)算所得的理論熱循環(huán)曲線對(duì)比實(shí)際測(cè)得的曲線仍有很大誤差，故在實(shí)際上多用實(shí)測(cè)的方法來獲得熱循環(huán)曲線。測(cè)定焊接熱循環(huán)的方法，大體上可分為接觸式和非接觸式兩類。在非接觸式測(cè)定法中，近年來發(fā)展了紅外測(cè)溫及熱成象技術(shù)。這種方法的實(shí)質(zhì)是從弧焊熔他的背面，攝取溫度場(chǎng)的熱象(紅外輻射能量分布圖)，然后把熱象分解成許多象素，通過電子束掃描實(shí)現(xiàn)光電和電光轉(zhuǎn)換，在顯象管屏幕上獲得灰度等級(jí)不同的點(diǎn)構(gòu)成的圖象，該圖象間接反映了焊接區(qū)的溫度場(chǎng)變化，經(jīng)過計(jì)算機(jī)圖象處理和換算，便可得出某一瞬間或動(dòng)態(tài)過程的真實(shí)溫度場(chǎng)。這種測(cè)定方法的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)定裝置不直接接觸被測(cè)物體，不會(huì)攪動(dòng)和破壞被測(cè)物體的溫度和熱平衡，響應(yīng)時(shí)間快、靈敏度高，并且可以連續(xù)測(cè)溫和自動(dòng)記錄。目前在國內(nèi)已開展了這方面的研究，但由于這種測(cè)定法需要較復(fù)雜的設(shè)備和技術(shù)，所以尚未大量推廣。另一種方法為接觸式測(cè)溫，例如目前最常用的熱電偶測(cè)溫。它是建立在熱電偶兩端由于溫度差而產(chǎn)生熱電勢(shì)的基礎(chǔ)上。測(cè)溫時(shí)把熱電偶的熱結(jié)點(diǎn)焊在被測(cè)點(diǎn)上，熱電偶的另一端接在XY函數(shù)記錄儀上，焊接時(shí)由于熱結(jié)點(diǎn)受熱產(chǎn)生熱電勢(shì)，并把這個(gè)電勢(shì)作為XY函數(shù)記錄儀的輸入信號(hào)，經(jīng)放大后由記錄儀表筆自動(dòng)記錄下來，然后利用熱電勢(shì)溫度換算表進(jìn)行換算，即可得到被測(cè)點(diǎn)的熱循環(huán)曲線。這種測(cè)溫方法由于熱電偶的聯(lián)接，會(huì)影響到被測(cè)物體的溫度及熱平衡，有時(shí)將降低測(cè)溫的精確度，而且由于記錄儀的機(jī)械惰性等原因，對(duì)于微小體積的快速溫度變化響應(yīng)速度也慢。但是，它的突出優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、直觀、測(cè)出的溫度有一定的精確性，因而仍是目前最主要的測(cè)溫方法，本實(shí)驗(yàn)也是利用熱電偶測(cè)溫方法來獲得熱循環(huán)曲線。四、實(shí)驗(yàn)方法及步驟（一）實(shí)驗(yàn)方法焊接熱循環(huán)的測(cè)定方法如圖所示。測(cè)定前，把熱電偶絲的端頭焊入試件背面的測(cè)圖焊接熱循環(huán)曲線測(cè)定方法示意圖弧焊整流器；電壓表；電流表；試件；測(cè)溫孔；焊炬；熱電偶；函數(shù)記錄儀。溫孔，當(dāng)TIG電弧在試件表面上移動(dòng)時(shí)，在XY函數(shù)記錄儀上即可繪出工件上離熔合線不同距離的A、B、C三點(diǎn)的“熱循環(huán)”曲線。他們實(shí)際上為熱電勢(shì)時(shí)間曲線。第一個(gè)測(cè)溫小孔離起弧處的距離應(yīng)不小于80，以便測(cè)定時(shí)該點(diǎn)已處于準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)的溫度場(chǎng)。測(cè)溫孔的深度越大，表示該點(diǎn)離熔合線越近，則該點(diǎn)在焊接過程中所達(dá)到的最高溫度也越高。表1給出了采用手工電弧焊時(shí)離熔合線不同距離的各點(diǎn)所達(dá)到的最高溫度Tm，以供參考。表鋼焊接時(shí)測(cè)溫點(diǎn)位置與最高溫度的關(guān)系最高溫度Tm（）熔點(diǎn)12001000800600測(cè)溫點(diǎn)離熔合線的距離（）00.81.73.04.7焊接規(guī)范：板厚20mm，焊接電流170A，電弧電壓28V，焊接速度2.5mm/s，焊條直徑4mm。（二）實(shí)驗(yàn)步驟1焊接熱電偶分別把每對(duì)鎳鉻鎳硅或鉑銠鉑熱電偶絲的端頭用電容儲(chǔ)能式熱電偶焊機(jī)焊合，以形成熱結(jié)點(diǎn)。在試件待焊焊道的中心線背面鉆三個(gè)的測(cè)溫孔。孔底錐角要大于120，可用平頭餃刀將孔底鉸成平端面，孔深各為16、17及18，用深度尺實(shí)測(cè)深度，并記錄下來。然后將三對(duì)熱電偶的熱結(jié)點(diǎn)分別焊到測(cè)溫孔A、B及C的底部（如能將熱電偶一端的兩根單絲分別焊在被測(cè)點(diǎn)上十分挨近的位置，則其測(cè)溫結(jié)果比焊在一起的熱結(jié)點(diǎn)時(shí)更為準(zhǔn)確），要仔細(xì)檢查焊接點(diǎn)的質(zhì)量，務(wù)必保證焊牢。熱電偶的正負(fù)極之間要隔開，以防短路影響測(cè)量。2接XY函數(shù)記錄儀把熱電偶的另一端分別接到XY記錄儀上，注意把鎳鉻絲或鉑姥絲接正極，鎳硅絲或鉑絲接負(fù)極。鎳硅絲有磁性，可用磁鐵或磁性材料加以鑒別。鉑銠絲比鉑絲更硬，略加彎曲便可以區(qū)分開來。注意選擇函數(shù)記錄儀各旋鈕所置定的量程及走紙速度。3焊接規(guī)范的調(diào)節(jié)建議采用表2所列的焊接方法及規(guī)范參數(shù)。施焊時(shí)當(dāng)焊接電弧經(jīng)過被測(cè)點(diǎn)正上方時(shí)，即可先后得到某焊接電流下離熔合線不同距離的A、B、C三點(diǎn)的“熱循環(huán)”曲線。表測(cè)溫用的焊接方法和規(guī)范參數(shù)試板編號(hào)焊接規(guī)范焊接方法焊接電流（）電弧電壓（）焊接速度（）鎢極自動(dòng)氬弧焊（不加填充絲）同上五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的整理與分析，根據(jù)記錄紙上獲得的三條“熱循環(huán)”曲線，查熱電勢(shì)溫度換算表，把縱坐標(biāo)所代表的電勢(shì)換算成溫度，經(jīng)過整理將有關(guān)數(shù)據(jù)記入表3中。畫出以溫度時(shí)間為坐標(biāo)軸的A、B、C三點(diǎn)的熱循環(huán)曲線。應(yīng)該注意：在用XY函數(shù)記錄儀記錄熱電偶的熱電勢(shì)時(shí)，因?yàn)闊犭娕嫉睦涠耸墉h(huán)境溫度的影響，往往達(dá)不到0，因而對(duì)所測(cè)得的熱電勢(shì)應(yīng)該進(jìn)行修正。表試板編號(hào)測(cè)溫孔號(hào)測(cè)溫孔深度（）m（）加熱至m所需時(shí)間（s）900以上停留時(shí)間（s）800500冷卻時(shí)間（s）550瞬時(shí)冷卻速度（/s）焊接線能量（J/）例如，冷端溫度為30，熱電偶分度號(hào)為LB3（鉑銠鉑分度號(hào)為LB3，鎳鉻鎳硅分度號(hào)為EU2），由Xy函數(shù)記錄儀表示的熱電勢(shì)為8.421mV，試求所測(cè)點(diǎn)的溫度T。解：由LB3熱電偶分度表查得：LB（30，0）0.176mVELB（2，0）ELB（T，30）十ELB（30，）8421十01768597mV查LB3分度表得T916如果不進(jìn)行修正，根據(jù)8.421mV查表得T900結(jié)果會(huì)產(chǎn)生16的誤差。但是，實(shí)驗(yàn)時(shí)如果采用冷端補(bǔ)償器，則可自動(dòng)消除誤差，因而測(cè)得的熱電勢(shì)可不必進(jìn)行修正。六、思考題（一）焊接規(guī)范的其它參數(shù)（如焊接時(shí)間t、電弧電壓U、焊接速度v和預(yù)熱溫度T0等)對(duì)熱循環(huán)曲線有何影響？（二）從熱循環(huán)曲線可以得出什么判據(jù)，并用這些判據(jù)預(yù)測(cè)試板上，B和C點(diǎn)在熱循環(huán)過程中所發(fā)生的組織變化；（三）試以理論公式計(jì)算離熔合線最近的某一測(cè)溫點(diǎn)上的最高加熱溫度、900以上高溫停留時(shí)間以及550的瞬時(shí)冷卻速度。將計(jì)算所得的數(shù)值與實(shí)驗(yàn)測(cè)定的結(jié)果加以比較，并說明產(chǎn)生誤差的原因。七、附錄：LZ3系列XY函數(shù)記錄儀(一)工作原理XY函數(shù)記錄儀是一種采用自動(dòng)平衡原理的記錄儀，它的測(cè)量電路由橋式電位差計(jì)線路組成（圖）。圖XY函數(shù)記錄儀測(cè)量回路原理圖圖中為調(diào)零電位器，R為測(cè)量電位器。R及R所組成的橋路由一穩(wěn)定的參考電源供電。為了降低R電位器的動(dòng)觸點(diǎn)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的熱電勢(shì)，橋路的輸出采用分壓形式，以提高儀表的動(dòng)態(tài)性能。被測(cè)電壓與進(jìn)行比較，當(dāng)兩者不相等時(shí)，產(chǎn)生偏差電壓。此差值輸入到放大器中，經(jīng)放大后使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)測(cè)量電位器R的滑動(dòng)觸頭移動(dòng)，使電橋輸出電壓發(fā)生改變。當(dāng)和之差值為零時(shí)，放大器沒有信號(hào)輸出，電機(jī)便停止轉(zhuǎn)動(dòng)，R的滑動(dòng)觸頭也就不再移動(dòng)，電橋便在新的位置達(dá)到了平衡。儀表的記錄筆和測(cè)量電位器R的滑動(dòng)觸頭相連，因此記錄筆隨滑動(dòng)觸頭移動(dòng)，并在記錄紙上描繪出相應(yīng)的曲線。LZ3系列函數(shù)記錄儀是一種通用的函數(shù)記錄儀。它可在直角坐標(biāo)軸上自動(dòng)描繪兩個(gè)電量的函數(shù)關(guān)系，即y（）。另外，記錄儀在軸方向帶有走紙機(jī)構(gòu)，因此記錄儀能自動(dòng)描繪一個(gè)電量對(duì)時(shí)間的函數(shù)關(guān)系，即Y（）。（二）LZ3系列函數(shù)記錄儀使用方法1在儀器通電前做好下列準(zhǔn)備：（）將“電源”及“記錄”開關(guān)置于斷開位置。（）將“XT、”開關(guān)置于“X”位置，將“記錄”開關(guān)打向“抬筆”的位置；將“測(cè)量”開關(guān)斷開（多筆記錄儀）。（）將量程開關(guān)置于短路位置。（）將“”接線柱用聯(lián)接板與“一”接線柱聯(lián)接。（）將信號(hào)接到控制箱面板接線柱上。2接通電源，稍待片刻，將測(cè)量開關(guān)接通。3作運(yùn)用時(shí)，將“X”開關(guān)打向“”的位置并將的量程開關(guān)選擇至所需要的記錄紙速度。4根據(jù)對(duì)位移傳感器標(biāo)定時(shí)所用的量程，選定軸的量程，同時(shí)根據(jù)輸入信號(hào)的變化情況，再將零位進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。5確定運(yùn)行正常后，將記錄開關(guān)打向“記錄”位置，即可開始實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行自動(dòng)記錄。附錄 熱電勢(shì)與溫度對(duì)照表溫度（）熱電勢(shì)（）溫度（）熱電勢(shì)（）鎳鉻鎳硅鉑銠鉑鎳鉻鎳硅鉑銠鉑025507510012515017520022525027530032535037540041042043044045046047048049050051052053054055056057058059060001.002.023.064.105.136.137.138.139.1410.1511.1812.2113.2514.3015.3516.4016.8317.2517.6718.0918.5118.9419.3719.7920.2220.6521.0821.5021.9321.3522.7823.2123.6324.0524.4824.9000.1430.2990.4660.6430.8301.0251.2281.4361.6501.8672.0892.3152.5452.7773.0133.2503.3643.4413.5383.6343.7313.8283.9254.0234.1214.2204.3104.4184.5174.6174.7174.8174.9185.0195.1215.22261062063064065066067068069070071072073074075076077078079080081082083084085086087088089090091092093094095096097025.3225.7526.1826.6027.0327.4527.8928.2928.7129.1329.5529.9730.3930.8131.2231.6432.0632.4632.8733.2933.6934.1034.5134.9135.3235.7236.1336.5336.9337.3337.7338.1338.5338.9339.3239.7240.105.3245.4275.5305.6335.7355.8395.9436.0466.1516.2566.3616.4666.5726.6776.7846.8916.9997.1057.2137.3227.4307.5397.6487.7577.8677.9788.0888.1998.3108.4218.5348.6468.7588.8718.9859.0989.212溫度（）熱電勢(shì)（）溫度（）熱電勢(shì)（）鎳鉻鎳硅鉑銠鉑鎳鉻鎳硅鉑銠鉑98099010001010102010301040105010601070108010901100111011201130114040.4940.8841.2741.6042.0442.4342.8343.2143.5943.9744.3444.7245.1045.4845.8546.2346.609.3269.4419.5569.6719.7879.90210.01910.13610.25210.37010.48810.60510.72310