焊接结构生产教案

授课过程：相互认识，介绍教学方式和考核方式：考核：平时40％，包括作业、课堂纪律、课堂提问等；考试60％。

学习的五个步骤：1、初步了解；2、重复为学习之母；3、开始使用；4、融会贯通；5、再次加强。

教学的五大步骤：解释；示范；开始演练；纠正错误；重复演练。

绪论（1）一、《焊接结构生产》是一门什么课程？《焊接结构生产》是中等职业学校焊接专业的一门主干课程，是一门实践性很强的专业课程。

通过学习，我们要具备焊接生产的基础知识和基本技能，为今后从事焊接专业或相关专业的工作打下基础。

二、本课程的教学内容和学习要求我们要学习的基本内容和要达到的能力要求有以下几个方面（学生参看课本目录）1、焊接会产生应力和变形，是影响焊接结构质量的重要因素，要求掌握焊接应力与变形的概念，产生的原因、分布的规律，知道减少应力和变形的方法、措施，能够对简单的焊接变形进行矫正；2、焊接接头是焊接结构的基本元素，通过学习焊接接头的组成、焊缝的种类和焊接接头的基本型式，掌握焊接接头的工作应力分布和接头设计要点，并了解脆性断裂与疲劳破坏的基本知识；在了解焊接结构的基础上，学习焊接结构生产过程的第一步，掌握常用的备料和成型加工方法，能根据产品图样和生产规律分析备料和成型加工的工艺，并能根据工况选用相应的焊接设备和工艺装备；（第五、六章焊接结构装配和焊接工艺及其装备）理解其工艺过程，具备根据现场生产条件，选择工艺装备，分析和实施一般焊接结构装配，焊接工艺规程的能力；3、焊接结构工艺过程的制定，要进行工艺性分析和审查后方可执行，所以要求理解其工艺性审查目的、内容和基本步骤，（第七、八、九章）通过典型焊接工艺的举例，使我们能够对一般焊接结构进行工艺性分析和制订焊接工艺；4、（第十章）了解一般焊接生产车间的平面布置、生产组织的环节和安全生产、质量管理方面的基本知识。

怎么学：（通过学习五个步骤讲解也可）1、理论联系实践，捕捉焊接结构的实际问题，学习分析、解决工程问题的基本方法；2、摸索总结焊接结构生产的共同特点和规律，3、亲自动手，结合实训，广泛参与多种焊接结构的生产实践。

三、焊接结构的概念及其应用（绪论）（一）焊接的概念（提问回顾）焊接：通过加热或加压或两者并用，并且用或者不用填充材料，使工件达到原子间的结合的一种方法。

（二）焊接结构的概念焊接结构是将各种经过轧制的金属材料及铸、锻等坯料采用焊接方法制成能够承受一定载荷的金属结构。

（三）焊接结构的广泛应用国民经济的各个领域：石油与化工机械、重型与矿山机械，冶金建筑；交通运输业；能源工业；国防工业；航空航天；海上平台、海底作业机械等。

焊接结构用钢量，各国均已占钢材消费量的40～60％。

四、焊接结构的特点：优点其他结构无法比拟的优点：1、焊接可方便地实现：（1）多种不同形状和不同厚度的钢材（或其他金属材料）的连接；（2）不同种类的金属材料（铸钢件、锻压件）的连接；（3）使焊接结构的材料分布合理，不同性能材料应用更恰当；举例：A 大型齿轮轮缘（节约钢材）B 半轴（简化工艺）2、是金属原子间的连接，刚度大、整体性好，外力作用不会产生过大的变形焊接接头的强度、刚度可达到与母材相近，能承受载荷；保证产品的气密性和水密性3、焊接结构的零件或部件可直接通过焊接方法连接，不需附加任何连接件4、与其他加工方法相比，焊接结构的生产一般不要大型、特殊和昂贵的设备，生产厂投资少，见效快5、焊接结构特别适用于几何尺寸大而形状复杂的产品，结构分解分别加工然后，以小拼大总体装配焊接成一个整体结构（船体、桁架、球形容器等）6、使用一些型材时。

焊接结构比轧制经济五、焊接结构的不足和获得优质焊接结构的方法不足：1、焊缝的各类焊接缺陷如果修复不当或缺陷漏检，会产生过大应力集中，降低承载2、焊接结构是整体大刚度结构，如果裂纹扩展，将难以制止；对脆性断裂、疲劳、应力腐蚀和蠕变破坏较敏感3、有焊接残余应力和变形，将影响外观质量和外形尺寸，后续加工困难，强度影响4、焊接会改变材料性能，使焊接接头附近变为焊接不均匀体，包括有：几何不均匀体（截面改变和焊接变形）力学不均匀体（应力集中和焊接残余应力）化学不均匀体（成分不均匀）金属组织不均匀体（金相组织结构不均匀）5、高强度和特种材料，焊接性能差，易产生焊接裂纹等缺陷。

问题：怎样获得优质焊接结构?获得优质焊接结构的方法：合理的结构设计；正确的材料选择；合适的焊接设备；正确的焊接工艺；良好的焊接技艺；必要的质量检测。

课堂小结：1、本次课主要是了解本课程学习的主要内容和要求；分析焊接结构的概念、特点（包括优点和缺点），同时了解了获得优质焊接结构的方法。

2、重点是掌握焊接结构的概念及其特点。

课堂复习题：1、学习的五个步骤？2、焊接结构的优点（6个方面）和缺点（5个方面）？课后作业：1、焊接结构的优点和缺点有哪些？怎样获得优质的焊接结构？授课过程：复习回顾：1、学习方法的重复。

2、预习情况的提问。

授新过程：§1第一章焊接应力与变形A 结构件在焊接时，由于局部加热而造成温度分布不均匀，进而造成不均匀分布的塑性变形，最终导致焊件在焊后产生残余应力和残余变形。

B 本章内容简介及要点，学习时间的安排以及学习方法。

§1－1 焊接应力与变形的产生一、焊接应力与变形的基本概念：（一）内应力与焊接应力1、内应力：A 概念：指结构上在没有外力作用的情况下，平衡于物体内部的应力。

B 特点：内应力在物体内部构成一平衡力系。

C 形成原因：由于物体内部成分不均匀、金相组织及温度变化等因素造成物体内部的不均匀变化而引起的应力。

D 存在环境：E 分类：（1）根据内应力所涉及的范围，分为：宏观内应力、微观内应力和超微观内应力。

宏观内应力：分布范围较大，范围与结构尺寸相当，相对于工件轴线有明显方向性；微观内应力：在一个或几个晶粒范围内平衡，相对于工件轴线没有明显的方向性；主要由于金相组织的变化所引起的；超微观内应力：范围大小用晶格尺寸来衡量。

（2）按其产生的原因分为：温度应力、装配应力和残余应力。

温度应力：又称：热应力或温差应力。

由于构件受热不均匀而存在温度差异，各处的膨胀变形或收缩变形不一致，互相约束而产生的内应力。

装配应力：多发生在结构装配或安装过程中。

残余应力：由于结构受热不均匀所造成的应力达到材料的屈服极限，使局部区域产生塑性变形，当温度恢复原始均匀状态后，构件中仍然残存的部分内应力。

2、焊接应力：A 焊接应力：是在没有外力作用时的内应力，它在构件中自身平衡。

B 包括：焊接瞬时应力和焊接残余应力焊接瞬时应力：金属件在焊接过程中存在的温度应力；焊接残余应力：焊接终止时，构件冷却后保留下来的残余应力。

（二）焊接变形：几个基本概念：变形：物体受外力作用，出现形状、尺寸的变化。

弹性变形和塑性变形：在外力去除后，物体能恢复原来形状和尺寸的称弹性变形。

自由变形和非自由变形：按物体变形的拘束条件来分。

焊接变形：在焊接过程中，没有外力作用，也造成物体变形。

1、自由变形、外观变形和内部变形：（1）自由变形：――自由变形率εT金属物体在无拘束条件下，由于某种原因使它的尺寸和形状发生变化。

（2）外观变形（可见变形）：――可见变形率εe能够用肉眼直接观察到的变形。

（3）内部变形（真正变形）：――内部变形率ε金属内部原子间的相对位移。

2、焊接变形：焊接变形：焊接而引起焊件尺寸和形状的改变。

瞬时变形：焊接过程中产生的变形。

焊接残余变形：焊后残存于焊件中的变形。

（三）确定金属材料焊接应力和变形的工作假设：1、焊接温度场假设：温度场：将焊接过程中的某一瞬间，焊接接头中各点的温度分布。

假设：达到某一极限热状态后，温度场不再改变，这时温度场称为极限温度场。

2、力学和物理性能的假定：（1）平截面假设：（2）金属性能的假设：（3）金属屈服点假设：（4）应力应变关系的假设：课堂小结：1、内应力和焊接应力：内应力：根据内应力所涉及的范围，分为：宏观内应力、微观内应力和超微观内应力。

按其产生的原因分为：温度应力、装配应力和残余应力。

焊接应力包括：焊接瞬时应力和焊接残余应力2、焊接变形：焊接而引起焊件尺寸和形状的改变为焊接变形。

其中，焊接过程中产生的变形为瞬时变形；焊后残存于焊件中的变形为焊接残余变形。

3、确定金属材料焊接应力和变形的五个工作假设。

授课过程：复习回顾：1、焊接过程中，按应力分布的范围可分为哪几种？按应力形成的原因分，应力可分为哪几种？2、什么是焊接变形和焊接残余变形？3、在分析焊接应力与变形时有何假设？授新过程：§1第一章焊接应力与变形§1－1 焊接应力与变形的产生二、焊接应力和变形产生的原因1、受拘束杆件在热循环过程中的应力与变形：一般杆件（钢棒）在均匀加热和温度变化时，它的尺寸和形状要发生变化，分为四种状态。

（1）自由状态下：加热－延伸；冷却－恢复；不存在内应力。

（2）自由延伸－限制收缩的状态下：加热－自由延伸；冷却－收缩受到限制；钢棒内产生压应力。

（3）限制延伸－自由收缩状态下：受热――不能自由延伸；产生压应力；冷却――自由收缩－钢棒缩短；不存在残余应力。

（4）限制延伸－限制收缩状态下：加热――延伸受限制－产生压应力；冷却――收缩受限制－钢棒内产生拉应力（收缩应力）。

四种情况要绘图讲解，说明压缩塑性变形和拉伸塑性变形产生残余现象的状况。

加热过程中产生的压缩塑性变形是产生残余变形和应力的主要原因。

图2－1 钢棒加热时的变形情况2、焊接应力与变形的产生：焊接过程的加热是移动的热源，也不是沿焊件方向同时加热，且热量在焊件内的传播速度低于焊接速度，因此沿焊件长度方向上各个截面的温度都是不相同的。

设有一块低碳钢平板条，沿中心线堆焊一条焊缝，其焊接应力和变形分析如下：（1）温度分布不均匀产生焊接应力与变形：A 焊接加热时：板条沿焊缝长度产生伸长变形，在焊缝及其附近产生压缩应力；远离焊缝区的两侧产生拉应力。

B 焊接结束后：板条产生缩短的残余变形，同时在焊缝及其附近产生残余拉应力；远离焊缝的两侧产生残余压应力。

（2）焊缝金属收缩引起焊接应力与变形：焊接结束后，焊缝由液态冷却凝固为固态的焊缝金属，由于体积收缩受阻，将会在焊缝中引起残余应力，同时由于焊缝金属的收缩也将引起整个焊接件的变形。

同一条焊缝的先后冷却相互影响，也会导致焊接应力与变形的产生。

另外，焊件的刚性和约束，以及焊缝尺寸、数量、焊缝在结构中的位置、材料物理性质、焊接工艺参数和焊接方法等，也将对焊接应力和变形的产生起到一定的影响作用。

由此可知：（1）焊后焊件必然有焊接残余应力和焊接残余变形：对构件进行不均匀加热，加热过程中构件产生压缩塑性变形，冷却后，构件必然由残余应力和残余变形；（2）通常，焊接过程中焊件的变形方向与焊后焊件的变形方向相反；（3）焊接加热时，焊缝及其附近区域将产生压缩塑性变形，冷却时压缩塑性变形区要收缩；收缩充分，焊接残余应力小，收缩不充分，焊接残余应力大；（4）焊接过程中及焊接结束后，焊件中的应力分布都是不均匀的；焊接结束后，焊缝及其附近区域的残余应力通常是拉应力。