焊接科学与工程1焊接科学与工程-第一章

4、应力集中对结构强度和寿命的影响

应力集中影响结构的精度、强度和寿命，特别低温 冲击和疲劳载荷的结构，对高碳钢和高强钢影响更大， 对高速和重载的结构强度和寿命影响突出。 焊接结构的断裂多起于焊缝与母材交界的焊趾应力 集中处或焊接缺陷应力集中处。 措施：1、结构设计中避免结构和焊接接头的不连续性 引起的应力集中 2、选择焊接性能好的母材、焊接材料、焊接方法和焊 接工艺，避免焊接工艺和缺陷引起的应力集中 因此，只有从焊接结构的设计、选材、焊接工艺多 方面进行质量控制才能确保结构的安全

1.2.1 焊接过程与焊接方法

加热时的加热温度、加热对象、加热金属状态和连接过程不同

1.2.2 焊接运动与焊接方法
焊接运动是由焊接材料送给运动和热源与工件的相 对运动来完成焊接。 手工焊 自动焊

半自动焊

1.2.3 焊接能源与焊接方法

1.3 焊接技术的学科领域及应用
焊接科学技术的发展依托于物理和能源科学的发展， 形成了几十种各具特性的焊接新方法。由于不同焊接 热源作用于不同金属的结构，产生了不同的热力学、

铸件、锻件

铸—焊、锻—焊

大中型工程结构、运载工具结构、容器结构

1.1.2 焊接连接与连接形式

1.1.3 焊接接头形式在结构图上的标注

1.1.4 接头形式与应力集中
1、应力集中

a  max KT  2   b  a  垂直于受力方向的孔径 b  平行于受力方向的孔径 KT  应力集中系数

冶金学和力学相互交叉和依存的焊接过程，形成了独
具特色的焊接物理学、焊接冶金学和焊接热力学等科 学理论，并由此指导焊接工艺、焊接设备和焊接结构 工程的发展，形成了有科学基础有广泛应用范围和发 展前景十分广阔的焊接科学与工程。

1.3.1焊接能源物理学与焊接方法
焊接能源物理学包括各种能源的本质及其在焊接 过程中的作用以及应用。焊接能源主要包括：化学

响结构强度。
接头形式和焊接缺陷产生应力集中，影响结构强 度 焊接力学是焊接结构强度分析和控制基础

1.3.4焊接控制学与焊接工程控制
 焊接能源的控制：对焊接能源的性能和特性的控 制，焊接参数的控制

 焊接设备工程控制：焊接过程执行和协调的控制
 焊接过程的自动控制：焊接过程稳定性和变化规

律的自适应控制

1.1.5 焊接结构与其他结构的比较
2、与锻压和铸造相比较  比铸铁节省材料50-60%，比铸钢节省30%

 减轻结构重量—运载装备多装快跑，工程结构减轻基
础压力  节约固定资产投资  减少劳动量和制模工作量，缩短生产周期，提高效率  降低劳动强度，改善劳动条件，环保节能

1.1.5 焊接结构与其他结构的比较
焊接结构和机械产品设计，焊接接头品质及焊接材料选 择，焊接工艺方法、过程及其参数，焊接自动化方案及 其系统设计，工厂及车间布置，生产计划、材料库存及 运输，焊接材料配方设计

焊接是金属连接的最重要方法。

1.1.1 机械连接与连接形式
 螺栓连接——可拆卸和重装  铆接——可拆卸、不能重装

承载截面传力、适用搭接接头

1.1.2 焊接连接与连接形式
 可直接连接成各种 永久性接头、不可拆卸  常拆装修理，小空间、多零件——螺栓

 不常拆卸：大型机械的机体和大型部件
焊接件

反应产生的热源、光学能源、电能（电弧和电阻
热）、机械能。 能源加热最高温度、集中程度、保护状态影响焊接 质量和应用范围。 是选用、发展和研究焊接工艺和设备的基础。
源自文库
1.3.2焊接冶金学与材料焊接
 熔化焊过程的熔池的凝固结晶相当于化学冶金过程 （铸造） 相邻的区域材料被加热到不同温度以不同速度冷却

相当于物理冶金过程（热处理）
在压力焊时是加热到材料塑性状态加以压力产生塑 性变形再结晶，相当于力学冶金过程（压力加工） 是各种材料焊接性能研究、焊接材料选择、焊接方 法及工艺选择和相应焊接参数选择的基础

1.3.3焊接力学与焊接结构强度
加热区域小，温度梯度大，加热速度、最高温度 和冷却速度不均，致使接头区域产生大（残余）变 形和（残余）应力，其峰值可能达到屈服极限，影
3、混合结构  压型--焊接联合结构

 锻压--焊接结构
 铸钢—焊接结构  表面复合结构  栓焊--结构  金属—非金属的复合结构

1.2 焊接过程与能源及焊接方法
材料（同或异）通过原子或分子之间的结合和扩散 形成永久连接的工艺过程—焊接

宏观、微观连接

接头可是共同熔化结晶，也可表面紧密接触，经扩 散、再结晶等物理化学过程实现焊接
 焊接系统控制：整个焊接系统的综合和集中控制

1.3 焊接技术的学科领域及应用

1.3.5焊接与再制造过程

实现耐磨、耐冲刷、耐蚀、耐

热、隔热、导电、绝缘等特殊
功能

1.3.6焊接技术的发展
1. 焊接新能源及其方法设备的应用
高能密度等离子、电子束和激光；低耗能摩擦和搅拌摩擦

2. 焊接高效化和智能化 3. 焊接过程的计算机模拟和仿真 4. 最优化技术

2、接头形式的应力集中

c KT  1  2 k sin  r c  焊缝余高 r  焊缝到母材的过渡半径 k  焊缝宽度系数，一般取0.7-0.8   焊缝余高过渡面与母材面的夹角

3、焊接缺陷的应力集中

a KT  1  2 r a  裂纹与受力垂直方向的 半长 r  与受力垂直方向裂纹的 尖端半径

1.1.5 焊接结构与其他结构的比较
1、与铆接及栓接结构比较  可节省金属材料15-20%  无需钻孔加工和铆钉及螺栓螺母，节省加工和材料  密封性好  减轻结构重量—运载装备多装快跑，工程结构减轻基 础压力  结构形式设计的自由度大，应力集中小；整体性强， 现场安装工作量少，脆性整体破坏倾向大  可目测检测性低  维修难
焊接科学与工程

第一章 材料连接与焊接
1.1 接头形式与连接方法

1.2 焊接过程与能源及焊接方法
1.3 焊接技术的学科领域及应用 1.4 材料及焊接接头性能
返回

1.1 接头形式与连接方法

 材料连接是通过适当的手段，使两个或两个以上分 离的固态物体产生形成一个整体，从而实现物理量

的传导。
 材料连接方法包括机械连接、焊接和胶接等，其中