《焊接结构》复习资料

《焊接结构学》

第一章 绪论

1、 焊接结构就是组成构件的各元件之间或构件之间采用焊接连接的结构。

、 焊接结构的特点是什么？

1）焊接接头强度高； 2）焊接结构设计灵活性大； 3）焊接接头密封性好； 4）焊前准备工作简单； 5）易于结构的变更和改形；

6）焊接结构的成品率高；

7）存在较大的焊接应力和变形；

8）对应力集中敏感；

9）焊接接头的性能不均匀。

2.构件焊接性包含哪几个方面？

答：构件焊接性包含以下几个方面：材料的焊接适应性、设计的焊接可靠性、制造的焊接可行性。

3、 构件焊接性的因素可分为哪几个方面？

答：可分为与材料有关的因素、与设计有关的因素、与制造有关的因素三个方面。

第三章 焊接应力和变形

1. 内应力是指在没有外力的条件下平衡于物体内部的应力。

热应力：当构件受热不均匀时结构内部产生的平衡于构件内部的应力。

2. 内应力分类：按照分布范围可分为宏观内应力、微观内应力和超微观内应力。

按产生机理可分为温度应力（热应力）、拘束应力、组织应力。

根据应力作用产生时间：瞬时应力、残余应力

3. 基本概念

（1）焊接瞬时应力：随焊接热循环过程而变化的应力。

（2）焊接残余应力：如果不均匀的温度场所造成的内应力达到材料的屈服极限，使构件局部

发生塑性变形（加热杆件中将出现压缩塑性变形），当温度恢复均匀后，

产生的内应力会残留在物体里。

（3）焊接瞬时变形：随焊接热循环过程而变化的变形。

（4）焊接残余变形：焊后在室温条件下，残留在工件上的变形。

自由变形：当某一金属物体的温度有了改变，或发生了相变，它的尺寸和形状就要发生变化，

如果这种变化没有受到外界的任何阻碍而自由地进行，这种变形称之为自由变形。

外观变形：受拘束条件决定的，构件能够表现出来的实际变形。

内部变形：受拘束条件约束，未能表现出来的变形。

自由变形为外观变形和内部变形的和。

4. 内部变形率：T εεε-e =

5. 影响焊接应力与变形的主要因素

（1）焊缝及其附近不均匀加热的范围和程度，也就是产生热变形的范围和程度。

影响因素包括焊缝的尺寸、数量、位置、母材的热物理性能（导热系数、比热及热膨胀系数）和力学性能（弹性模量、屈服极限）、焊接工艺方法（气焊、焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊、电子束焊等等）、焊接规范参数（电流、电压、速度、预热温度、焊后缓冷及焊后热处理等）、施焊方法（直通焊、跳焊、分段退焊等）。

（2）焊件本身的刚度和受到周界的拘束程度，也就是阻止焊缝及其附近产生热变形的程度。 影响因素包括焊件的尺寸和形状、胎夹具的应用、焊缝的布置及装配焊接顺序等。

焊接构件在拘束小的条件下，焊接应力大，变形小；反之，焊接应力小，变形大。

6. 焊接残余变形的种类：纵向收缩变形、横向收缩变形、挠曲变形、角变形、波浪变形、错

边变形、螺旋变形。

错边变形 焊接坡口两侧母材热变形不一致或受热状态不同所致（电弧偏吹、异质接头、不等

厚接头）

7. 长板条单侧加热 高温侧和低温侧受压，中温区受拉，而中心加热则相反

8. 焊接残余应力的影响

1 对静载强度的影响：材料有足够的塑性时，无影响，塑性变形能力不足时，降低静载强

度。塑性变形的必要条件是存在切应力，三轴残余应力阻碍塑性变形

2 对刚度的影响

tana=F/ L=EA/L 焊接构件经一次加载卸载后，若再次加载不超过前次载

荷则不影响内应力分布

3 对杆件受压稳定性的影响 降低杆件受压稳定性

4 対构件精度和尺寸稳定性的影响 蠕变和应力松弛和不稳定组织的存在（残留奥氏体）

5 对应力腐蚀开裂的影响 加剧

9. 影响纵向残余应力的因素：

（1）材料的热物理性能：热膨胀系数 相同条件下变形大小：铝>不锈钢>低碳钢

（2）焊接工艺方法 CO2（3（4）焊接层数 分层越多，每层线能量越小，变形越小，但角变形变大。

（5）施焊方法 直通焊的变形比分段退焊的要大。

（6）间断焊的变形比连续焊的要小。

10. 横向收缩变形的影响因素

堆焊条件下，线能量越大，变形越大；板厚越大，变形越小。

定位焊缝长，间距小，及装夹刚度大，则ΔB 小。多道焊时，每道焊缝产生的ΔB 逐层递减。 焊缝金属量增加，横向收缩变形增加；

对横向收缩变形的影响：V形坡口比同厚度的X形坡口大；坡口角和间隙越大，ΔB也越大；对接焊缝的ΔB大于堆焊焊缝和角焊缝；气焊ΔB>手工电弧焊>埋弧焊。

11.角变形的影响因素

坡口角度↑，角变形β↑；单层埋弧焊，电渣焊和电子束焊的β↓；多层焊的β>单层焊；多道焊>多层焊；道数、层数↑，β↑；焊接X形坡口，先焊的那面>后焊的那面；线能量越大，角变形越大。

△B横向收缩变形

12.焊接应力的产生

由于加热过程中，焊缝及其附近金属要膨胀，远离焊缝的金属要阻止其伸长，给他一个压缩的作用，产生压缩塑性变形和压缩弹性变形；冷却过程中，它要受到拉伸，他产生的拉伸变形不足以抵消加热过程中产生的压缩塑性变形，这样焊后焊缝及其附近的金属还残留一部份压缩塑性变形，它试图要缩短，而远离焊缝金属要阻止其缩短，所以说焊缝及其附近金属受到拉伸作用，而远离焊缝金属加热过程中没有产生塑性变形，焊缝金属要缩短的话，给远离焊缝金属一个压应力的作用，焊后焊缝及其附近金属受到拉应力作用。

13.焊接残余应力与变形的调整与控制有哪些措施？

答：（1）调控焊接应力与变形的焊前措施：

1）合理地选择焊缝的形状和尺寸

其应遵循的原则是：①尽可能使焊缝长度最短；尽可能使板厚小；尽可能使焊脚尺寸小；

断续焊缝和连续焊缝相比，优先选择断续焊缝；角焊缝与对接焊缝相比，优先选择对接焊

缝。

2）尽量避免焊缝的密集与交叉

3）合理地选择肋板的形状并适当地安排肋板的位置，可以减少焊缝，提高肋板加固的效果

4）采用压形板来提高平板的刚性和稳定性，也可以减少焊接量和减少变形。

5）联系焊缝可采用断续焊缝的形式以降低热输入总量，并且尽量把工作焊缝变为联系焊缝

6）预变形法或反变形法

（2）焊后调控焊接残余应力与变形的措施： 1）机械方法； 2）加热方法。

（3）随焊调控焊接应力与变形的措施：

1）刚性固定法；

2）减小焊缝的热输入

3）合理安排装配焊接的顺序4）预拉伸法

5）焊时温差拉伸法6）随焊激冷法

7）随焊碾压法

8）随焊锤击法

9）随焊冲击碾压法

13.矫正焊接变形的方法：

（1）机械矫正法：压力机矫正、锤击矫正、碾压矫正、三点弯曲矫正（2）火焰矫正法