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2.3 Q235焊接接头坡口设计
从两个方面来完成焊接破口的设计。
一方面从坡口的形式入手，考虑到实际生产中常用的坡口形式有“I”形“V”形“Y形”等，所以选择这三种形式的坡口；另一方面就是坡口的几何参数方面。
由于焊接方法选用手工电弧焊，其焊接时熔深较浅，在厚度比6mm大时，就应在焊缝处开坡口。而焊条电弧焊的焊条直径较粗，焊缝表面会有较厚的熔渣层，较大的坡口能使焊条伸进坡口底部，便于脱渣，所以坡口角度设计为60°、和90°。
把“I”形坡口，“Y”形坡口坡口角度设计为900，钝边高度为3mm和2mm两个，相互对比；“V”形坡口同样也设计两个，一个坡口角度600，另一个坡口角度900。
总共有5个不同的坡口，由于是在相同的焊接参数和设备下进行焊接，所以坡口自身的不同（形式和参数）就是影响焊缝质量的因素。I形坡口与V形、Y形坡口作比较时，可以得到有无坡口对焊缝质量的影响；Y形组坡口自相比较，可以得到钝边高度对焊缝质量的影响；V形组坡口自相比较时，可以得到坡口角度对焊缝质量的影响。
表2.4 坡口设计参数统计
Q235钢板300mm×50mm×8mm “I”形坡口 “V”形坡口 “Y”形坡口 ① ② ① ② 60° 90° 90° 90° 无 无 无 钝边高度2mm 钝边高度3mm
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2.4 Q235钢焊接工艺 2.4.1 焊前准备
(1)坡口准备：总共设计了5个坡口，把“I”形坡口作为一个标准，“Y”形坡口坡口角度设计为900，钝边高度为3mm和2mm两个，相互对比；“V”形坡口同样也设计两个，一个坡口角度600，另一个坡口角度900。使用线切割机，切出设计的5个坡口。
(2)焊条烘干：为保证焊条良好的焊接性，在焊条使用前应烘干，J422是酸性焊条烘干温度为15～200℃，保温1-2h，焊条应该随用随取，应注意焊条重复烘干次数不得超过2次 。 2.4.2 工作表面的清理
工作表面的清理：因为是线切割开的坡口，放置了一段时间，所以破口表面及其周围的铁锈、油污、水、油漆及其它杂物，必须进行清理。使用砂轮或砂纸打磨坡口表面能有效去除铁锈；必要时应对坡口用吹风吹干。 2.4.3 Q235钢焊接工艺的制定 (1) 焊条直径
焊条直径选择4.0焊条。根据以下原则，焊接8mm厚钢板时，使用4.0的焊条是符合标准的。
表2.5 焊件厚度与焊条直径的关系
焊件厚度 ≤4 4～12 >12
(2) 焊接电流
焊条直径 不超过焊件厚度
3.0～4.0 ≥4.0
焊接电流只要根据焊条直径和焊接位置来选择，在平焊位置焊接时，可根据下列经验公式选用电流：I=Kd
式中：I-焊接电流（A） d=焊条直径（mm） K=经验因数 通常取30～50 焊条直径d与经验系数K的关系如
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1~2 25~30
2~4 30~40
4~6 40~60
表2.6 焊条直径与经验系数K的关系 焊条直径d/mm 经验系数K
实际生产中电流大小的选择应考虑其他因素的影响，一般在使用碱性焊条是，焊接电流要比酸性焊条小些。此次焊接平焊缝，运条和控制熔池中的熔化金属比较容易，因此可以选择较大的焊接电流进行焊接。
焊接母材板厚为8mm，使用手工电弧焊时，熔深较浅，可能不容易一次性焊透，打底焊的电流应适当提高。打底焊焊接电流大小为110A，层间焊电流和封口焊电流160A。 （3） 电弧电压
在焊接时电弧电压是由电弧长度决定的，电弧越长，电弧电压越高；电弧越短电弧电压越低。在实际焊接过程中，一般要求短电弧施焊，因为焊接时电弧过长会导致电弧燃烧不稳定，增加熔化金属的飞溅，减小熔焊程度及易产生咬边等缺陷，而且还会使焊缝产生气孔的几率升高。 （4） 焊接速度
因为是Q235的焊接，其焊接性能较好，故而焊接速度不做特殊规定，通常焊接速度小于10m／h，然而工件越薄，焊接速度越大。在焊接时，可以根据试焊时焊缝成形质量来调节焊接速度，选择合理的焊接速度完成焊缝成形。试验中焊接钢板厚度为8mm,应该根据试焊的实际情况进行调整。 2.5 金相实验
金相制备主要有4个步骤，取样、磨制、抛光和浸蚀。
（1） 取样：使用金属线切割机，从5块已焊好的钢板上切取10mm×20mm×8mm的金相试块各一个，总共5个
（2） 磨制：金相试样的磨制分为两道工序，即粗磨和细磨。
①粗磨的目的：为了获得一个平整的表面。在砂轮上磨制时，应握紧试样，压力不宜过大，并随时用水冷却，以防受热引起金属组织变化。粗磨时应保证能获得一个平整的表面。粗磨使用的砂纸有200#和400#两种，按先粗后细的原则
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先用200#进行首道粗磨，再用400#进行下一道粗磨。
②细磨的目的：为了消除粗磨时留在试块表面的粗磨痕，以得到平整而光滑的磨面，并为进一步的抛光做好准备。 磨制时砂纸应平铺于厚玻璃板上，左手按住砂纸，右手握住试样，使磨面朝下并与砂纸接触，在轻微压力作用下向前推行磨制，用力要均匀，务求平稳，否则会使磨痕过深，而且造成磨面的变形。试样退回时不能与砂纸接触，以保证磨面平整而不产生弧度。细磨时使用600#、800#的砂纸细磨，秉承先粗后细的原则。
(3) 抛光：抛光的目的在于去除细磨时磨面上遗留下来的细微磨痕和变形层，以获得光滑的镜面。抛光后的试样应用清水冲洗干净，然后用酒精冲去残留水滴，再用吹风机吹干，以备浸蚀时使用。
（4）浸蚀： 经抛光后的试样磨面是一平整光滑镜面，如果直接放在光学显微镜下观察，除某些非金属夹杂物、石墨、孔洞、裂纹外，无法辨别出组织中各种组相及其形态特征。浸蚀的作用就是使金相组织能在显微镜下看到各种组成和它们的形态特征。
特别注意在使用高速运行器械时应该注意安全，防止试块飞出，造成不必要的伤害。
Q235钢金相试块使用4%硝酸酒精溶液浸蚀，浸蚀时，使用棉花球均匀涂抹浸蚀溶液于镜面，待浸蚀适度时，应及时用清水清洗镜面，搽拭干净用吹风机吹干，并保持浸蚀面干净清洁。如果不能及时观察金相应该干燥保存，保留过长时间后，浸蚀面依然会氧化生锈，这一点必须注意。生锈后的金相若要进行金相观察，必须重新完成以上步骤才能进行观察。
在金相制备过程中使用到的预磨机和抛光机分别如图
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图2.3 M--2型预磨机 图2.4 P--1型抛光机 2.6 硬度试验
硬度试验是一种简便的性能测试方法。一般情况下，材料的硬度高，就说明其强度也高，而抗拉强度与硬度大致呈线性关系。焊接接头的体积虽然小，但其中的性能梯度变化很大，通过常规力学性能测验方法很难测出其各个区域的性能。通过显微硬度测试的方法就可以测出其各区域的硬度值，从而了解整个焊接接头的性能分布情况。
本次试验采用的显微硬度仪器是HVS-1000型显微硬度仪。如图2.5所示。
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图2.5 HVS-1000型显微硬度仪