1、成人高等教育 畢業論文 題 目：低碳鋼表面電弧堆焊耐磨層工藝 及組織性能分析 專 業 焊接技術與工程 類 別 專升本 層 次 本科 學 生 孔偉 函 授 站 濟寧函授站 學 號 C1002492101 指導教師 苗現華 開題報告日期 2012年4月20日 哈爾濱工業大學 2012年4月目 錄摘 要·························&

2、#183;·················································&

3、#183;·················································&

4、#183;·············ABSTRACT···································

5、;··················································

6、;··········································1 前 言1.1 堆焊技術的發展及應用····

7、3;·················································

8、3;·················································

9、3;·1 基本概念···············································

10、3;·················································

11、3;·························1 我國堆焊技術的發展狀況······················

12、83;·················································

13、83;······················3 堆焊技術在生產中應用·························

14、83;·················································

15、83;·······················41.2 堆焊方法·························

16、··················································

17、··················································

18、·····4 焊條電弧堆焊···········································

19、3;·················································

20、3;·····················4 埋弧堆焊···························

21、3;·················································

22、3;··············································6 鎢極氬弧堆焊··&#

23、183;·················································&#

24、183;·················································&#

25、183;············71.3 課題內容及目的···································&#

26、183;·················································&#

27、183;································82 實 驗2.1 實驗材料···············

28、··················································

29、··················································

30、···············9 母材及其性能·································

31、3;·················································

32、3;·······························9 焊材成分及其性能·················

33、··················································

34、········································92.2 實驗設備········

35、83;·················································

36、83;·················································

37、83;····················10 焊接設備····························&#

38、183;·················································&#

39、183;···········································10 金相實驗設備·····

40、;··················································

41、;··················································

42、;·········11 熱處理設備·······································

43、83;·················································

44、83;····························13 硬度實驗設備····················

45、··················································

46、············································132.3 實驗方法····&#

47、183;·················································&#

48、183;·················································&#

49、183;························13 焊接實驗························&

50、#183;·················································&

51、#183;···············································13 熱處理實驗·

52、;··················································

53、;··················································

54、;·················14 金相實驗·······························

55、3;·················································

56、3;········································15 硬度試驗········

57、83;·················································

58、83;·················································

59、83;·············173 實驗數據分析3.1 金相組織分析·································&

60、#183;·················································&

61、#183;·····································193.2 焊接線能量對顯微組織的影響·········

62、··················································

63、··································223.3 堆焊層顯微硬度分析·············

64、83;·················································

65、83;·············································223.4 熱處理影響分析··&#

66、183;·················································&#

67、183;·················································&#

68、183;··············244 結 論··································&

69、#183;·················································&

70、#183;·················································&

71、#183;·27謝 辭···············································&#

72、183;·················································&#

73、183;··········································28參考文獻······&#

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76、183;··························29摘 要 焊條堆焊技術早已在實際生產中廣泛應用，然而堆焊工藝對堆焊層組織和性能影響很大。本課題選用D212焊條在Q235B材料表面進行堆焊，通過調整焊接工藝參數及焊后不同熱處理工藝處理，研究堆焊層的組織和性能。實驗結果表明，隨著焊接線能量的增加，第一層堆焊層的稀釋率加大，堆焊層

77、硬度較低，堆焊兩層后母材的稀釋作用明顯減小，硬度能達到HRC50。同時熱處理工藝對堆焊層組織影響較為明顯，去應力退火不會改變堆焊層組織和性能，完全退火后堆焊層硬度顯著降低。關鍵詞：堆焊；堆焊金屬；顯微組織；顯微硬度；焊接線能量Analysis on Microstructure and Hardness of Deposited Metals on Substrate Low-carbon Steel by Shielded Metal Arc Welding ProcessABSTRACTElectrode surfacing technology has wide application

78、in practical production.Surfacing process test is made on Q235B steel substrate by shielded metal arc welding process using electrode D212 at different welding current condition.In this article,the microstructure and micro-hardness of deposited weld metals are analyzed separately by optical microsco

79、pe and micro-hardness instrument,and the effect of the welding heat input on the formation of the deposited metals is also considered, hardness can achieve HRC50.The results show that the micro-hardness of the deposited layers depends on the microstructure whice is related with the value of the weld

80、ing heat input. And hardfacing layer is effected by heat treatment process obviously, the organization to stress relieving won't change hardfacing layer on the microstructure and properties, and the hardness to completely annealing surfacing layer significantly reduced.Key Words:surfacing proces

81、s; deposit metal; microstructure; micro-hardness; welding heat input11前 言1.1 堆焊技術的發展及應用 基本概念堆焊是用焊接的方法把填充金屬熔敷到基體金屬表面，以增大或恢復尺寸，以獲得具有特殊性能的熔敷金屬層而進行的焊接。.1 堆焊的分類 堆焊的分類方法很多。按使用的焊接方法分，堆焊技術有氣體火焰堆焊、電弧堆焊、等離子弧堆焊、電阻堆焊、電渣堆焊、激光堆焊等。若按堆焊層的性能分，堆焊通常分為四種類型：包覆層堆焊、耐磨層堆焊、堆積層堆焊和隔離層堆焊。（1）包覆層堆焊 把填充金屬熔敷在低合金鋼或碳鋼的基體表面，提供抗腐蝕或抗磨保

82、護層的工藝過程。要求包覆層較厚，表面完整、光滑，并完全包住基體。包覆堆焊層主要是用于堆焊不銹鋼、鎳基合金和銅基合金。常用手弧堆焊和埋弧堆焊，氣體保護電弧堆焊用的較少。填充材料有焊條、焊絲和帶極等。包覆層除耐均勻腐蝕外，還要抗局部腐蝕，因而應嚴格控制堆焊層的稀釋率，確保包覆層所需要的合金含量。（2）耐磨層堆焊 把填充金屬熔敷在基體表面以提供抗磨損、沖擊、腐蝕、擦傷和氣蝕等保護層的工藝過程。只要在需要的部位熔敷耐磨層，節省了貴重材料。因所受載荷由韌度基體承受，設計時不在考慮耐磨層強度，所以很可能使用很硬的、耐磨性很好的堆焊層。抗磨料磨損是耐磨層堆焊最重要的應用之一。（3）堆積層堆焊把填充金屬熔敷到

83、基體表面、坡口邊緣或以前堆焊過的堆焊層上以增大或恢復焊件尺寸的工藝過程。堆積層金屬的性能和成分一般與基體相似。（4）隔離層堆焊焊接異種材料或有特殊要求的材料時，為防止基體成分對焊縫金屬的不利影響，以保證接頭質量和性能，預先在基體表面或坡口邊緣上熔敷一定成分的金屬層的工藝過程。隔離層又稱過渡層。這主要出于冶金因素的要求。有的是為防止不利成分的擴散，有的是解決不同膨脹系數或不同熱處理制度的要求。.2 堆焊的冶金特點堆焊是一種異質材料的融化焊，因此需要考慮的冶金問題和異種鋼焊接時相類似。其中最突出的是稀釋率、熔合區和污染、熱循環、熱應力和堆焊層外貌等問題。堆焊層被稀釋，熔合區變脆，熱影響的結果，導致

84、堆焊層及熱影響區成分、組織、性能變化是堆焊的明顯特點。考慮冶金問題是綜合評價堆焊技術選擇是否得當，堆焊工藝是否正確，以及堆焊質量是否符合工況要求的重要指標。（1）稀釋率堆焊時基體和堆焊金屬融化，相互溶解，可用稀釋率來表示。稀釋率是堆焊金屬被稀釋的程度，用基體的融化面積占整個熔池面積的百分比來表示。堆焊金屬的稀釋率大小對堆焊層的成分和性能影響很大。稀釋率增加使堆焊金屬的合金元素比例下降，引起堆焊層硬度下降，堆焊材料消耗量增加。通常的話，堆焊材料中含有較多的合金元素，而基體往往是碳鋼和低合金鋼。為了獲得所需要的表面堆焊層組織，節約合金元素，必須盡量降低稀釋率。堆焊時，稀釋作用的大小與選用的堆焊方法

85、以及堆焊工藝有關。稀釋率高的堆焊方法只有在堆焊層較厚時才能用。采用含有較高合金的堆焊材料，可以對單層堆焊層的稀釋率進行補償，但堆焊層的成分和性能的穩定性卻比多層堆焊差。多層堆焊能降低稀釋率的影響，一般堆焊三層后性能就趨于穩定。（2）熔合區的成分、組織和性能堆焊金屬和基體熱影響區之間存在一個融合區，其化學成分介于基體和堆焊層之間，性能也不同于基體，形成過渡層。堆焊的熔合區和堆焊層之間，性能也不同于基體，形成過度層。堆焊的熔合區和異種焊接相似，有時會出現延性下降的脆性交界層，在沖擊載荷作用下易出現堆焊層剝離。而且當工件在高溫環境下長期工作或堆焊后熱處理時，沿熔合線有時出現碳的遷移現象，使高溫持久強

86、度和抗蝕性能下降。有些對含鐵量有嚴格要求的有色金屬堆焊材料，如果堆在鋼質基體上，將受到鐵的嚴重污染。如果基體與堆焊層熱膨脹系數差別較大時，在堆焊過程、焊后熱處理或使用過程中，可能發生裂紋。熔合區的成分和性能通常通過選擇堆焊材料和選擇正確的堆焊工藝來控制，必要時可在工作層堆焊前在基體上堆焊隔離層。如在鋼基體上堆焊銅合金時，常采用鎳、鋁、青銅等作障礙層。（3）熱循環堆焊層的化學成分除了受到基體稀釋的影響外，還受到熱循環的影響。堆焊層常采用多道焊或多層焊。后續焊道使先焊的焊道反復多次加熱。另外，為了防止堆焊層開裂或剝離，有時還需要對工件進行預熱、層間保溫或焊后緩冷等措施。因此，堆焊層經受的熱循環比一

87、般焊縫復雜得多，在這種復雜的熱循環作用下，堆焊層和熔合區的成分和組織變得很不均勻。不同的堆焊方法，熱循環狀況不同，對堆焊層的影響也不同。如氧-乙炔火焰堆焊鈷鉻鎢合金時，由于加熱、冷卻速度都較慢，因此，堆焊層中碳化物顆粒較粗大。使用還原性火焰堆焊有增碳的作用，碳量增加使堆焊層耐磨性提高，但抗裂性下降。不銹鋼和鎳基合金堆焊層在490870高溫退火時，可能析出碳化物和相沉淀物，這將引起堆焊層變脆，并降低抗腐蝕能力。（4）熱應力堆焊應用的成功與否有時取決于內應力的大小和外應力的類型（剪力、拉伸或壓縮應力）。堆焊件的殘余應力將加大或減小堆焊層開裂的傾向。當堆焊層和基體線膨脹系數差別較大，在焊后的冷卻、熱

88、處理和運行中將產生很大的熱應力，甚至出現裂紋。減小殘余應力，除對堆焊工藝采取必要的措施外，還可以減小堆焊金屬與基體的線膨脹系數差、增設過渡層以及改進堆焊層金屬的塑性來控制2。 我國堆焊技術的發展狀況堆焊技術的顯著特點是堆焊層與母材具有典型的冶金結合，堆焊層在服役過程中的剝落傾向小，而且可以根據服役性能選擇或設計堆焊合金，使材料或零件表面具有良好的耐磨、耐腐蝕、耐高溫、抗氧化、耐輻射等性能，在工藝上有很大的靈活性。我國堆焊專家圍繞提高堆焊質量和效率開展了大量工作。堆焊方法方面，相繼開發了電弧堆焊（單絲、多絲、單帶極、多帶極）、電渣堆焊（窄帶極、寬帶極、躺極）、MIG 堆焊、等離子弧粉末堆焊、高能

89、光束（激光、聚焦光束）粉末堆焊等，就熔敷效率而言，已從單絲電弧堆焊的11 kg/h 發展到多帶極電弧堆焊的70 kg/h3，而稀釋率從電弧堆焊的30 %60 %降低到等離子弧、激光、聚焦光束堆焊的5 左右4。堆焊材料方面，針對被修復零件的服役要求，相繼開發了耐磨的硬質合金復合堆焊材料（包WC 的管狀焊條以及含碳化物的鈷基合金、鎳基合金、鐵基合金粉末），耐冷熱疲勞的CrNiWMoNb 及鎳馬氏體時效鋼等模具堆焊材料，以及用于軋輥修復的低合金鋼堆焊材料(30CrMnSi，40CrMn)、熱作模具鋼堆焊材料(3Cr2W8，Cr5Mo)、彌散硬化鋼堆焊材料(15Cr3Mo2MnV，25Cr5WMoV，

90、27Cr3Mo2W2MnVSi)、馬氏體不銹鋼堆焊材料（1Cr13NiMo 配SJ11 燒結焊劑5，0Cr14Ni2Si 配SJ11 燒結焊劑）3等。在堆焊材料的使用形式方面，已從堆焊發展初期的以焊條為主轉向焊條、實心焊絲配焊劑、焊帶配焊劑、藥芯焊絲及粉末等多種使用形式，而且藥芯焊絲的使用比例呈逐年增長趨勢。與堆焊技術的國際發展前沿相比較，我國在堆焊基礎理論方面（如堆焊合金的設計、堆焊缺陷的形成機理等）并不落后于工業發達國家，但堆焊材料和設備的工業發展水平與發達國家存在較大差距，我國堆焊材料方面的突出特點是“焊條多焊絲少、熔煉焊劑多燒結焊劑少、實心焊絲多藥芯焊絲少”，而堆焊設備方面的現狀則是“

91、改裝設備多專用設備少、機械化設備多智能化設備少”，因此，無論是堆焊材料的品種和質量，還是堆焊設備的自動化、智能化水平等方面均亟待發展和提高6。 堆焊技術在生產中應用隨著工業的發展，在工作參數日益提高的條件下，很多零件會因其表面局部損壞而導致失效，因此對零部件表面的性能提出了更高的要求，而且這種要求往往和對基體的要求相矛盾。如，高耐磨的表面材料一般較脆，不能滿足基體對韌性的要求。為了解決這類矛盾，各種表面技術應運而生，堆焊技術則是近年來得到廣泛應用的表面技術之一。目前，堆焊技術主要應用在以下兩個方面。（1）制造新零部件 用堆焊工藝可制成雙金屬零部件。這種零部件的基體和堆焊層，可采用不同性能的材料

92、，所以能分別滿足兩者的不同技術要求。這樣，既能使零部件獲得很好的綜合技術性能，也能充分發揮材料的工作潛力。由于堆焊零部件具有耐磨、耐熱、耐蝕等性能的表面層，所以使用壽命可大幅度提高達幾倍甚至幾十倍，并能大大減少貴重金屬的消耗。（2）修復舊零部件 機械維修伴隨著機械制造，有制造就有維修。如軋輥、軸類、工模具、農機零件、采掘機件等易磨損零部件，都大量采用堆焊工藝修復。有的國家統計，用于修復舊件的堆焊金屬占堆焊金屬總量的72.2%。修復舊件的費用很低，而使用壽命新零部件短，有的甚至比新零部件還長。因此，廣泛采用堆焊工藝修復舊件，對節約鋼材，節省資金，彌補配件短缺等意義很大。由于堆焊技術的優異性能，因

93、而在冶金機械、礦山機械、農業機械、石油化工機械、交通運輸、原子能工程、航天工業部門等部門的零件制造和修復中，獲得了廣泛應用。在一些國家，每年堆焊在零件上的金屬總量多達數萬噸。1.2 堆焊方法 焊條電弧堆焊焊條電弧堆焊是手工操縱焊條，用焊條和基體表面之間產生的電弧熱作熱源，使填充金屬熔敷在基體表面的一種堆焊方法。（1）特點及應用范圍手工焊條電弧堆焊的特點是設備簡單且通用性強，所使用的電源有弧焊變壓器、弧焊整流器、直流弧焊發電機和逆變式焊接電源等。堆焊在焊工直接觀察和操縱下進行，工藝靈活，不受焊接位置及工件表面形狀的限制，是一種常見的堆焊方法。電弧溫度高，熱量集中，工件變形小，熔深大，稀釋率高，堆

94、焊層硬度和耐磨性下降，所以通常要焊23層，但多層堆焊易導致開裂。焊條電弧堆焊勞動條件差，生產率低，不易獲得薄而均與的堆焊層。目前這種方法仍然是一種應用最廣的堆焊方法，重要用于生產小批量難焊件和修復已磨損的零部件。（2）堆焊材料堆焊焊條多為涂料焊條，焊芯一般為冷拔焊絲，也可以采用鑄芯或管狀芯。根據堆焊件工作要求選擇堆焊焊條。我國堆焊焊條根據其主要用途分：D10×24× 不同硬度常溫堆焊焊條D25×29× 常溫高猛鋼堆焊焊條D30×49× 刀具、工具堆焊焊條D50×59× 閥門堆焊焊條D60×69×

95、 合金鑄鐵堆焊焊條D70×79× 碳化鎢堆焊焊條D80×89× 鈷基堆焊焊條其中×的數字代表藥皮類型，如2為鈦鈣型，6為低氫型，3為鈦鐵礦型，8為石墨型（3）堆焊工藝焊條電弧堆焊所需電源及其極性取決于焊條藥皮的類型。鈦鈣型、鈦鐵礦型和低氫型藥皮的焊條最好采用直流反接進行堆焊，交流次之；石墨型藥皮的焊條堆焊時以直流正接為宜，但交流電源也可用。堆焊前，焊條的烘焙溫度參考焊條說明書。一般酸性焊條需在150烘焙0.51.0 h，堿性焊條需在250350烘焙12h。表1.1是堆焊工藝參數與堆焊層厚度的關系。表1.1 堆焊工藝參數與堆焊層厚度的關系堆焊層厚

96、度/mm<1.5<55焊條直徑/mm3.24556堆焊層數112>2堆焊電流80100140200180240（4）堆焊層缺陷的防止堆焊過程最常見的問題是開裂和剝離，為了防止堆焊層和熱影響區產生裂紋，減小工件的變形，需在焊前對工件預熱和焊后緩冷。表1.2是當堆焊材料為碳鋼或低合金鋼時，工件的預熱溫度與堆焊材料碳當量的關系。表1.2 堆焊材料碳當量與預熱溫度的關系碳當量/%0.40.50.60.70.8預熱溫度/100150200250300預熱溫度還與工件的材質和大小、堆焊面積及堆焊部位的剛度有關。當工件所需預熱溫度與堆焊材料要求的預熱溫度有矛盾時，則應采用其中最高的預熱溫度

97、。當堆焊層硬度高、而且預熱有困難時，常采用延性好、強度不高的低碳鋼或不銹鋼焊條堆焊過渡層，對防止裂紋和剝離也有一定作用。堆焊時，通常采用后傾焊，這有利于消除氣孔和不融合缺陷。電弧太長會增加合金成分的燒損。堆焊后的緩冷在爐中或石棉灰坑中進行，也可適時補充加熱，使其緩冷。此外，還應注意防止堆焊層硬度不符合要求、堆焊零件變形和提高堆焊效率。為防止堆焊層硬度偏低，在正確選定堆焊材料的條件下，要防止過分稀釋和合金元素的燒損。為此盡量采用小電流、短弧焊。對于細長及大直徑小壁厚的零件，為了防止基體變形一般可采用夾具或焊上臨時支撐鐵，以增大剛度，也可采用預先反變形法、對稱焊法或跳焊法。 埋弧堆焊（1）特點及應

98、用范圍由于熔渣的保護，減少了空氣中氫氣、氮氣、氧氣侵入熔池，保護效果好，堆焊層質量好。焊道的化學成分均勻，成型美觀。埋弧堆焊采用的電流較大，熔敷速度較快，生產率高，適于自動化生產。此外,無弧光輻射，金屬飛濺和有害氣體少，勞動條件得到改善。埋弧堆焊的缺點是設備較復雜，移動不方便，且焊接電流大，工件的熱影響區也大。傳入工件的熱量多，稀釋率高，一般堆焊23層才能保證所需的性能。堆焊時溫度梯度大，易引起開裂。為防止開裂，常需要預熱、緩冷等措施。主要用于水平堆焊，對比較大且不易變形的零件的堆焊最適用，不適合堆焊體積小，容易變形的機械零件。（2）堆焊材料埋弧堆焊的堆焊用材料主要指焊絲和焊劑。焊絲和焊劑都直

99、接參與熔池冶金反應，對堆焊層的化學成分、組織性能有直接影響。為了獲得合乎要求的堆焊層，必須選擇能基本滿足堆焊層性能要求的焊絲。實心焊絲用得最普遍，藥芯焊絲由于具有易調整合金成分、稀釋率低、堆焊質量好等優點也得到廣泛應用。一種焊絲配不同的焊劑，可以得到不同類型的堆焊層。（3）堆焊工藝 埋弧堆焊可用直流電源也可用交流電源。埋弧堆焊時堆焊工藝參數（電流、電壓、堆焊速度）可單獨調節，但對稀釋率有很大的影響。增加焊接電流，稀釋率、熔深和堆焊層厚度也會增大，提高堆焊速度也會增加稀釋率，一般采用較低的焊速為宜。電弧電壓對稀釋率的影響不太明顯，一般電弧電壓取3035。焊絲伸出長度對熔深和稀釋率有很大影響，如果

100、工件表面凹凸不平，或者焊絲伸出長度不能精確控制，都會造成稀釋率不勻，甚至產生不熔合，一般取值為焊絲直徑的8倍左右。為了獲得理想的生產率和堆焊質量，應使堆焊工藝參數之間達到最佳的組合。 鎢極氬弧堆焊 鎢極氬弧堆焊是在氬氣的保護下，利用鎢電極與基體之間產生的電弧熱使填充金屬熔敷在基體表面的一種堆焊方法。鎢極氬弧堆焊設備主要由焊接電源、控制箱、焊槍、供氣系統和水冷系統等組成。 （1）特點及應用范圍 鎢極氬弧堆焊時電弧穩定、飛濺少、可見度好，操作方便，堆焊層形狀容易控制，雖然熔敷速度不高，但堆焊層質量好。但消耗氬氣，堆焊成本高。 主要適合于堆焊面積小、質量要求高、形狀復雜的工件，如在汽輪機葉片上堆焊很

101、薄的鈷基合金。同時還適合在一些焊接性差的工件上堆焊，如用鈦作為穩定劑的不銹鋼件、含有鋁的鎳基合金件、不允許有碳的吸附的材料或者在氧-乙炔焰加熱時容易蒸發的材料。 （2）堆焊材料 堆焊材料有絲狀、管狀、鑄條狀和粉末狀。由于連續鑄造方法的出現，更多的堆焊材料能制成優質長鑄條，有利于實現鎢極氬弧焊自動化。 （3）堆焊工藝 鎢極氬弧堆焊保護氣體采用氬氣作為保護氣體，為了減少鎢極對堆焊層的玷污，最好采用直流正接。采用絲狀材料堆焊時，通過嚴格控制電流、堆焊速度、送絲速度和焊槍的擺動等工藝參數，能得到重復性很好、質量高的堆焊層。用衰減電流的辦法控制堆焊層末尾的凝固速度，可以減少縮孔和弧坑裂紋。采用擺動焊槍、

102、脈沖電流、盡量減小電流或將電弧主要對著熔敷層等方法降低稀釋率。采用粉末狀材料，如碳化鎢粉堆焊時，將其輸送到熔池表面，在碳化物顆粒基本不溶解的情況下，隨著融化金屬的凝固，得到碳化鎢顆粒均勻分布的堆焊層。堆焊鈷管接頭時就采用這種方法。1.3 課題內容及目的 堆焊是用焊接的方法將具有一定性能的材料堆敷在工件表面的一種工藝過程。其目的不是為了連接工件，而是為了在工件表面獲得耐磨、耐熱、耐蝕等特殊性能的熔敷金屬層，或是為了恢復或增加工件的尺寸。應用堆焊工藝方法不僅可顯著提高工件的使用壽命、節省制造及維修費用，還可縮短修理和更換零件的時間、減少停機的損失，從而提高生產率，降低生產成本。另外應用堆焊還能更合

103、理地利用材料，以獲得優異的綜合性能，對改進產品設計也有重大意義。因此，堆焊作為機械工業中的一種重要的制造和維修工藝方法，已廣泛地應用于礦山、冶金、農機、建筑、電站、鐵路、車輛、石油、化工設備、核動力及工具、模具等領域。 為了在Q235鋼表面獲得性能良好的堆焊層，本實驗采用焊條電弧焊工藝方法，選用D212堆焊焊條在Q235鋼基體上以不同的焊接電流，不同的堆焊層數進行了堆焊試驗及焊后熱處理。對堆焊熔敷金屬的顯微組織進行了分析，測試了堆焊熔敷金屬的顯微硬度，討論了焊接線能量和熱處理在堆焊層金屬顯微組織的形成中起的作用以及對堆焊金屬硬度的影響。結果表明，堆焊金屬的顯微硬度分布取決于其顯微組織，焊接線能

104、量的大小對顯微組織的形成有影響。2 實 驗2.1 實驗材料 母材及其性能根據實驗的要求，本實驗采用了性能良好的Q235B作為實驗的母材，1-4號試樣的尺寸為20mm×10mm，5-8號試樣的尺寸為100mm×50mm×4mm7。表2.1是母材的化學成分，表2.2是母材的機械性能 8。表2.1 Q235B化學成分牌號CSiMnPS其它元素Q235B0.120.20%0.30%0.300.670%0.045%0.045%-表2.2 Q235B的機械性能牌號抗拉強度（b/MPa）伸長率5/%Q235B375-50026（a16mm）， 25（a>16-40mm）

105、24（a>40-60mm）， 23（a>60-100mm） 22（a>100-150mm），21（a>150mm）注：其中 a 為鋼材厚度或直徑 焊材成分及其性能 實驗采用的是4.0mm的D212耐磨堆焊焊條，D212符合GB EDPCrMo-A4-03。D212是鈦鈣型藥皮的CrMo型堆焊焊條，可交直流兩用。堆焊時電弧穩定，脫渣容易。焊條常用于單層或多層堆焊各種受磨損的機件表面，如齒輪、挖斗、礦山機械等。表2.3、表2.49 是D212焊條的標準化學成分、參考電流，數字化低真空掃描電鏡下D212熔敷金屬的化學成分如圖2.1和表2.5所示：表2.3 D212堆焊焊條的化

106、學成分牌號標準CCrMoD212GBEDPCrMo-A4-030.30.60%5.00%4.00%表2.4 D212堆焊焊條參考電流焊條直徑(mm)3.24.05.0參考電流(A)90120150180190230圖2.1 D212熔敷金屬峰值圖表2.5 熔敷金屬化學成分元素（KeV）含量合金質量百分數誤差%原子數分數化合物合金質量百分數正離子CrK5.4111139.864.810.035.130.7905SiK1.739200.420.350.150.690.3260FeK6.39817779.494.840.0094.181.0000總量100.00100.002.2 實驗設備 焊接設備

107、（1）直流焊機本次實驗采用的是ZX5-400可控硅整流弧焊機，焊機的外形如圖2.2。ZX5系列可控硅整流弧焊機，用于所有牌號焊條的直流手工電弧焊接，特別適用于堿性低氫型焊條焊接重要的低碳鋼、中碳鋼以及普通低合金鋼的構件，有利于進行全位置的焊接。 焊機采用固體控制技術，利用可控硅元件快速控制的特點，焊機動特性優良，性能柔和、電弧穩定，熔池平靜。飛濺小、焊縫成型好，有利于克服堿性焊條在焊接過程中產生氣孔的傾向。焊機具有引弧電流及推力電流，使引弧容易及焊條不易粘住，焊機對電網電壓波動進行補償，并在焊機冷熱狀態時都能保持焊接電流的穩定。焊機操作方便，可遠距離調節焊接電流。結構:：焊接主要部件都安裝在焊

108、機底盤上、外殼通過8只 M8螺釘與底盤聯結，焊機起吊時，外殼通過螺栓承受焊機重量，焊機裝有四只鐵輪可便于移動。可控硅散熱器采用整塊鉛板、既利元件散熱，也有利于主變壓器冷卻。 圖2.2 直流焊機（2）自動遠紅外焊條烘干爐 實驗采用的是ZYH-10自動遠紅外焊條烘干爐，程序自動控制，操作簡便；不銹鋼抽屜，耐腐蝕，延長使用時間；保溫時間特長（20小時），連續工作方便；溫度、時間數字顯示，一目了然；遠紅外加熱，節約能源；廣泛應用于機械、電力、冶金、化工、石油等行業，用于各種焊條的烘干。 金相實驗設備（1）金相試樣切割機實驗采用的是Q-3A型金相試樣切割機，如圖2.3，Q-3A試樣切割機是用于切割一般金

109、相、巖相試樣材料，機身設有冷卻通道及開關，在切割時可通過配置好的冷卻液來帶走在切割中所產生的熱量，避免試樣過熱而燒傷組織。對巖石、陶瓷等試樣材料的切割，必須用金剛石砂輪片才可切割（金剛石砂輪片需特殊訂貨）。該機操作使用方便、安全可靠，是實驗室制樣必備設備之一。 （2）250mm立式砂輪機 實驗采用了S3ST-250mm立式砂輪機，外觀和技術參數如圖2.4和表2.9：表2.9 技術參數功    率1.1KW電    壓380V電    流1.7A頻    率50Hz轉 

110、;   速2800r/min砂輪尺寸250×32×20mm砂輪粒度46/60 圖2.4 S3ST-250mm立式砂輪機（3）P-2型金相試樣拋光機P-2金相試樣拋光機（以下簡稱拋光機）適用于對經磨光后的金屬材料進行拋光，可獲得光亮如鏡的金屬表面，供在顯微鏡下觀察與測定金相組織。外觀如圖2.5所示： 圖2.5 P-2型金相試樣拋光機（4）GSM-C289A金相顯微鏡 儀器特點：將可視影像數字化，直接輸入到計算機再作繪圖、測量及發送。 儀器功能：可將實時影像中的實際工件進行拍照，并可以JPEG格式儲存于計算機中；可以在鳥瞰全圖中進行標注尺寸；可按客戶需要輸入

111、標準的圓或線，再以標準的圓、線與影像中的實物比較；可按客戶需要以極坐標的方式輸入標準線段；可以根據客戶本身的需要，自行在實時影像上設定坐標原點（0，0）。（5）數字化低真空掃描電鏡JSM-6380LV是具有3.0nm高分辨率的高性能，低成本掃描電子顯微鏡。通用擁護接口使儀器操作更直觀，Smile Shot軟件保證最佳的操作設置。可由點擊鼠標獲取低真空方式，對在高真空下由于過份含水或絕緣材料表面而無法觀察的標本進行觀察。它的標本室可容納直徑6英寸的標本。標準自動化的特點包括自動聚焦/自動stigmator 、自動槍(飽和度和對準線)和自動對比度和明暗設置。 熱處理設備實驗用到的是SX2-6-13箱式電阻爐，SX2-6-13箱式電阻爐系周期作業式，供實驗室、工礦企業、科研單位作元素分析測定和一般小型鋼件淬火、退火、回火等熱處理時加熱用，高溫爐還可作金屬、陶瓷的燒結、熔解、分析等高溫加熱用。 硬度實驗設備硬度試驗用到的是HVS-1000型數顯顯微硬度計，這種顯微硬度計的特點是測完兩