焊接结构.ppt
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焊接结构(完整)
2.1.4 焊接应力与变形机理分析
• 提要：这里通过对小试件均匀线性加热与冷却过
程热循环中的热变形与热应力循环 的分析，使我 们深刻理解焊接应力与变形的产生过程及残余应 力与变形的产生机理。 • 方法：利用应力、应变循环图直观分析。 • 基本概念：自由变形，外观变形，内部变形。
• 基本符号： △ L T
第一章 绪论
1.1.2 焊接结构的分类、应用领域
梁 柱 桁架和塔桅结构 板壳结构 运输装备用板壳结构 机器结构
第一章 绪论
1.1.2 焊接结构的分类、应用领域
汽车、铁路车辆、船舶、航空、航天、 锅炉、压力容器、石油化工、建筑、 公交、家电、电子、核能、军工等诸 多领域都有应用。
—可见焊接工程师也会大有用武之地！
1.2 焊接结构的优点—技术优势
• 工艺灵活，适应性强 • 大型复杂结构 采用分部件装焊、现场装焊 -船舶、锅炉、桁架结构、石油管线、桥梁 • 特殊产品 空心球、水箱、电子束焊加工齿 轮、水泥电线杆 • 工艺方法灵活，选择范围宽；操作位置及焊
接方法
• 成本低廉，质量可靠。
第一章 绪论
1.3 焊接结构的特点—扬长避短
焊接结构应用的领域
焊接结构应用的领域
埋弧焊——自动焊接锅炉汽包
焊接结构应用的领域
• 水电装备 • 三峡水利枢纽的应用 • 导水管、蜗壳、转轮、大轴、发电机机座 等 • 其中马氏体不锈钢转轮直径10.7m 高 5.4m 重440t，为世界最大的铸－焊结 构转轮
焊接结构应用的领域
• 加氢反应器 • 2005年底由第一重型机械集团为神华公 司制造的中国第一个煤直接液化装置的加 氢反应器，直径5.5m长62m厚 337mm重2060t，为当今世界最大、最 重的锻－焊结构加氢反应器 • 采用国内自主知识产权的全自动双丝窄间 隙埋弧焊技术，每条环焊缝需连续焊接5 天。
《焊接结构学(第2版)》教学课件-第4章
(5)端接接头 端接接头是将两板件平行叠放,并在板件一端将其 焊在一起所形成的接头形式(见图4-9)。
图4-9 端接接头
对于钎焊接头来说,由于钎料的强度通常都会低于母材的强度 ,因此,钎焊接头多采用搭接接头形式,希望通过增大搭接面积 来使钎焊接头具有与母材相近的承载能力,图4-10给出了一些 钎焊接头搭接化设计的例子。
图4-6 常见Τ形(十字)接头
a)单侧角焊缝
图4-7 T形接头的承载能力
T形接头无法承载 b)双侧角焊缝 T形接头可承受各种载荷 c)具有自身对称性的管板接头
(4)角接接头 将相互构成直角的两板件端面焊接起来所构成 的焊接接头称为角接接头,多用于箱形构件上,常见的角接接 头形式如图4-8所示。
图4-8 各种形式的角接接头
焊接结构学
（第2版）
第4章 焊接接头
主要内容
4.1 焊接接头的基本特性 4.2 焊接接头的非均质特性 4.3 焊接接头工作应力的分布与 承载能力 4.4 静载荷条件下焊缝强度的计 算 4.5 焊接接头设计概述
4.1 焊接接头的基本特性
4.1.1 焊接接头的概念及定义
将两个或两个以上的构件以焊接的方法来完 成连接,使之成为具有一定刚度且不可拆卸的整 体,其连接部位就是所谓的焊接接头。依据焊接 方法的不同,可以将其区分为熔焊接头、钎焊接 头和压焊接头等。
图4-12 各种不同的焊接节点
a)管件连接节点 b)管板连接节点 c)球形节点 d)铸件节点
图4-13 焊接坡口的 基本形式
a)I形坡口 b)V形坡口 c)单边V形坡口 d)U形坡口 e)J形坡口
2.焊接坡口 由于焊接工艺的需要以及结构设计的要求,常常将被焊工件的待焊部位 加工装配成具有规定尺寸的几何形状,这种焊前连接部位的几何形状关系 通常称为焊接坡口。焊接坡口的基本形式包括I形坡口、V形坡口、单边V 形坡口、U形坡口和J形坡口(见图4-13)。
第五章工程机械焊接结构图[1]
![第五章工程机械焊接结构图[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/80ab1c0ca1c7aa00b42acb9d.png)
第五章工程机械焊接结构图[1]
第二节 推土机焊接结构
1.推土机的分类 2.推土机的机构组成
图5-10 推土机的机架 1—左、右架 2—平衡梁架 3—后桥箱
第五章工程机械焊接结构图[1]
第二节 推土机焊接结构
二、常用材料及主要焊接结构 1.常用材料 2.主要焊接结构
图5-11 后桥箱的三视图 1—半梁 2—凸缘 3—左、右隔板 4—右内壳体
第三节 起重机械简介
图5-23 桥式吊车运动与结构示意图
第五章工程机械焊接结构图[1]
第三节 起重机械简介
二、吊车梁结构及分解 1.主梁结构 1)梁式起重机桥架：结构简单，节省材料，多用于小型起重 机用。
图5-24 吊车轨道梁与立柱的焊接、连接关系
第五章工程机械焊接结构图[1]
第三节 起重机械简介
第三节 起重机械简介
图5-32 空腹梁桁架结构图
第五章工程机械焊接结构图[1]
第三节 起重机械简介
3.端梁结构
图5-33 梁的组焊工艺示意图
第五章工程机械焊接结构图[1]
第三节 起重机械简介
图5-34 端梁的两种结构形式 a)受垂直载荷 b)无垂直载荷 1—连接板 2—端梁 3—主梁
第五章工程机械焊接结构图[1]
第五章工程机械焊接结构图[1]
第二节 推土机焊接结构
5)直推杆：工作中主要承受压应力，通过安装在上面的油缸， 调节铲刀角度。 6)平衡梁：此件虽然简单，但起着平衡推土机两侧重心的作 用，承担整机重量并传递给行走部分，因此焊接要求高， 焊缝形式如图5-15所示。 7)松土器横梁：分为三齿和单齿松土器，是推土机根据用户 要求配备的工作装置，如图5-16所示。 3.典型焊接件及局部结构设计
第二节 推土机焊接结构
1.推土机的分类 2.推土机的机构组成
图5-10 推土机的机架 1—左、右架 2—平衡梁架 3—后桥箱
第五章工程机械焊接结构图[1]
第二节 推土机焊接结构
二、常用材料及主要焊接结构 1.常用材料 2.主要焊接结构
图5-11 后桥箱的三视图 1—半梁 2—凸缘 3—左、右隔板 4—右内壳体
第三节 起重机械简介
图5-23 桥式吊车运动与结构示意图
第五章工程机械焊接结构图[1]
第三节 起重机械简介
二、吊车梁结构及分解 1.主梁结构 1)梁式起重机桥架：结构简单，节省材料，多用于小型起重 机用。
图5-24 吊车轨道梁与立柱的焊接、连接关系
第五章工程机械焊接结构图[1]
第三节 起重机械简介
第三节 起重机械简介
图5-32 空腹梁桁架结构图
第五章工程机械焊接结构图[1]
第三节 起重机械简介
3.端梁结构
图5-33 梁的组焊工艺示意图
第五章工程机械焊接结构图[1]
第三节 起重机械简介
图5-34 端梁的两种结构形式 a)受垂直载荷 b)无垂直载荷 1—连接板 2—端梁 3—主梁
第五章工程机械焊接结构图[1]
第五章工程机械焊接结构图[1]
第二节 推土机焊接结构
5)直推杆：工作中主要承受压应力，通过安装在上面的油缸， 调节铲刀角度。 6)平衡梁：此件虽然简单，但起着平衡推土机两侧重心的作 用，承担整机重量并传递给行走部分，因此焊接要求高， 焊缝形式如图5-15所示。 7)松土器横梁：分为三齿和单齿松土器，是推土机根据用户 要求配备的工作装置，如图5-16所示。 3.典型焊接件及局部结构设计
《焊接结构识图》课件
根据检验结果，对符合要求的焊接结 构进行验收，对不符合要求的进行返 修或报废处理。
04
焊接结构的缺陷与预防措施
焊接结构的主要缺陷
气孔
在焊接过程中，熔池中的气体在金属冷却凝固之前未能完全逸出，形成的气孔。
夹渣
焊接过程中，焊缝内残留的熔渣或其他杂质。
未焊透
焊接接头根部未完全熔透的现象。
裂纹
焊接过程中，由于热应力、材料缺陷等原因，在焊缝中产生的缝隙。
下安全可靠。
工艺可行性
焊接结构设计应考虑制造工艺 的可行性，包括焊接方法的选 用、焊接顺序的安排、焊缝位 置的确定等。
经济性
焊接结构设计应注重经济性， 尽可能减少焊接工作量，优化 材料利用，降低制造成本。
美观性
焊接结构应尽量保持表面平整 、光滑，减少焊接缺陷和变形
，以达到美观的效果。
02
焊接结构图的识读
焊接工艺的制定与实施
焊接方法的确定
根据焊接要求和材料特性，选择合适的焊接方法 ，如电弧焊、气体保护焊、激光焊等。
焊接操作的实施
按照制定的焊接工艺进行操作，确保焊接质量。
ABCD
焊接参数的设定
根据焊接方法和材料特性，设定合适的焊接参数 ，如电流、电压、焊接速度等。
焊接过程中的监控
在焊接过程中对焊接质量进行实时监控，及时发 现并处理问题。
焊接缺陷的预防措施
选用合适的焊接工艺和材料， 控制焊接参数，如电流、电压
、焊接速度等。
焊前清理焊缝，去除杂质、油 污等。
采取合适的焊接顺序和方向， 减少热应力和收缩应力。
焊后进行质量检测，及时发现 并处理缺陷。
焊接缺陷的修复方法
01
对于气孔和夹渣，可采用打磨、补焊等方法进行修 复。
04
焊接结构的缺陷与预防措施
焊接结构的主要缺陷
气孔
在焊接过程中，熔池中的气体在金属冷却凝固之前未能完全逸出，形成的气孔。
夹渣
焊接过程中，焊缝内残留的熔渣或其他杂质。
未焊透
焊接接头根部未完全熔透的现象。
裂纹
焊接过程中，由于热应力、材料缺陷等原因，在焊缝中产生的缝隙。
下安全可靠。
工艺可行性
焊接结构设计应考虑制造工艺 的可行性，包括焊接方法的选 用、焊接顺序的安排、焊缝位 置的确定等。
经济性
焊接结构设计应注重经济性， 尽可能减少焊接工作量，优化 材料利用，降低制造成本。
美观性
焊接结构应尽量保持表面平整 、光滑，减少焊接缺陷和变形
，以达到美观的效果。
02
焊接结构图的识读
焊接工艺的制定与实施
焊接方法的确定
根据焊接要求和材料特性，选择合适的焊接方法 ，如电弧焊、气体保护焊、激光焊等。
焊接操作的实施
按照制定的焊接工艺进行操作，确保焊接质量。
ABCD
焊接参数的设定
根据焊接方法和材料特性，设定合适的焊接参数 ，如电流、电压、焊接速度等。
焊接过程中的监控
在焊接过程中对焊接质量进行实时监控，及时发 现并处理问题。
焊接缺陷的预防措施
选用合适的焊接工艺和材料， 控制焊接参数，如电流、电压
、焊接速度等。
焊前清理焊缝，去除杂质、油 污等。
采取合适的焊接顺序和方向， 减少热应力和收缩应力。
焊后进行质量检测，及时发现 并处理缺陷。
焊接缺陷的修复方法
01
对于气孔和夹渣，可采用打磨、补焊等方法进行修 复。
《焊接结构学(第2版)》教学课件-第5章
解理面中部向四周放射的河流花样。
图5-8 解理断裂微观断口
a）微观断口—河流花样 b）河流花样形成示意图
图5-9 工业纯铁室温 夏比冲击沿晶脆性断口 图5-10 典型准解理断口
影响焊接结构脆性断裂的因素包括内部因素和外部条件。内部因素有材料晶格类型、
组织成分、缺陷、结构制造特征、焊接残余应力状态等，外部条件包括外加应力状 态、温度、加载速率、环境介质等。
(4)裂纹源一旦超过某个临界尺寸，裂纹将以极高速扩展，并瞬时扩展到 结构整体，直到断裂，具有突然破坏的性质；
(5)中、低强度钢的脆断事故，一般发生在较低的温度，而高强度材料没 有明显的温度效应。
5.2.1 断裂的分类
断裂过程包括裂纹的萌生和扩展，断裂属性有多种角度的分类方法
（1）按断裂塑性应变分类 断裂可分为韧性断裂和脆性断裂两种。
5.2.2金属材料断裂的形态特征 韧性宏观特征：延性断裂的断口一般呈纤维状，色泽灰暗，边缘有剪切唇，断口附近有 宏观的塑性变形。杯锥状断口是一种常见的韧性断口。 韧性断裂的微观特征形态是韧窝，韧窝的实质是材料微区塑性变形成空洞聚集和长大 导致材料断裂所留下的圆形或椭圆形凹坑 。
图5-5 典型韧性拉伸断口示意图a）及外观形貌b） 图5-6 韧性断裂的韧窝花样（TC4钛合金）
（1）应力状态的影响
单轴拉伸时:
max
/
max
1 2
三若轴1 拉2伸时3，：max /max 0,必然发生脆断。
1 3
max 2 1 (1 3 ) 1
ma x
1
2 1 2
图5-11 Я.Б.Фридман力学状态图
如按第二强度理论 ：
max
1 2
(
1
3
图5-8 解理断裂微观断口
a）微观断口—河流花样 b）河流花样形成示意图
图5-9 工业纯铁室温 夏比冲击沿晶脆性断口 图5-10 典型准解理断口
影响焊接结构脆性断裂的因素包括内部因素和外部条件。内部因素有材料晶格类型、
组织成分、缺陷、结构制造特征、焊接残余应力状态等，外部条件包括外加应力状 态、温度、加载速率、环境介质等。
(4)裂纹源一旦超过某个临界尺寸，裂纹将以极高速扩展，并瞬时扩展到 结构整体，直到断裂，具有突然破坏的性质；
(5)中、低强度钢的脆断事故，一般发生在较低的温度，而高强度材料没 有明显的温度效应。
5.2.1 断裂的分类
断裂过程包括裂纹的萌生和扩展，断裂属性有多种角度的分类方法
（1）按断裂塑性应变分类 断裂可分为韧性断裂和脆性断裂两种。
5.2.2金属材料断裂的形态特征 韧性宏观特征：延性断裂的断口一般呈纤维状，色泽灰暗，边缘有剪切唇，断口附近有 宏观的塑性变形。杯锥状断口是一种常见的韧性断口。 韧性断裂的微观特征形态是韧窝，韧窝的实质是材料微区塑性变形成空洞聚集和长大 导致材料断裂所留下的圆形或椭圆形凹坑 。
图5-5 典型韧性拉伸断口示意图a）及外观形貌b） 图5-6 韧性断裂的韧窝花样（TC4钛合金）
（1）应力状态的影响
单轴拉伸时:
max
/
max
1 2
三若轴1 拉2伸时3，：max /max 0,必然发生脆断。
1 3
max 2 1 (1 3 ) 1
ma x
1
2 1 2
图5-11 Я.Б.Фридман力学状态图
如按第二强度理论 ：
max
1 2
(
1
3
《焊接结构力学》课件
焊接结构的疲劳强度
疲劳强度定义
焊接结构在交变载荷作用下所能承受的最大 应力。
影响因素
交变载荷的频率、幅值、波形以及材料的抗 疲劳性能等。
评估方法
通过疲劳试验和疲劳寿命预测模型进行评估 。
实践应用
提高焊接结构的疲劳强度，延长其使用寿命 ，降低因疲劳断裂而引发的安全事故。
焊接结构的稳定性分析
稳定性定义
[ 感谢观看 ]
通过焊接结构力学的研究，可以优化 焊接工艺、提高焊接结构的性能和寿 命，从而降低生产成本和维护成本。
焊接结构力学的发展历程
20世纪初，焊接技术开始广泛应用于工 业生产，但当时的焊接结构力学研究尚 处于起步阶段。
20世纪中叶，随着材料科学和力学的不断发 展，焊接结构力学逐渐形成独立的学科领域 。
进入21世纪，随着计算机技术和数 值模拟方法的快速发展，焊接结构 力学的研究更加深入和广泛，为实 际工程应用提供了更加可靠的依据 。
CHAPTER 04
焊接结构的强度与稳定性
焊接结构的静载强度
静载强度定义
在静力载荷作用下，焊接结构所能承 受的最大应力。
影响因素
材料种类、焊接工艺、结构形式等。
评估方法
通过实验测试和有限元分析进行评估 。
实践应用
确保焊接结构在静载条件下具有足够 的强度和稳定性，防止结构发生脆性 断裂或塑性变形。
影响因素
焊接结构在受到外力作用时保持其原有平 衡状态的能力。
结构的几何形状、载荷类型和大小、材料 的弹性模量和泊松比等。
评估方法
通过稳定性分析和失稳实验进行评估。
实践应用
确保焊接结构在受到外力作用时具有足够 的稳定性，防止结构发生屈曲或失稳现象 ，造成结构破坏或倒塌。
焊接结构全套课件
2）焊接结构对于脆性断裂、疲劳破坏、应力腐蚀和蠕变 破坏等都比较敏感,
3）焊接结构中存在残余应力和变形， 4）焊接会改变材料的部分性能，使焊接接头附近变为一 个不均匀体’
5）对于一些高强度的材料，因其焊接性能较差，更容易 产生焊接裂纹等缺陷。
(3)减小焊接不足的措施 1）合理的设计结构，正确的选择材料， 2）采用适宜的焊接设备和制定正确的焊接工艺， 3）良好的焊接技术及严格的质量控制。 2．焊接结构在工业发展中的作用 （1）焊接结构被广泛地应用于工业生产的各个部门。
（2）加强现场教学和参观，加深学生的感性认识，还可 以通过多媒体教学等手段开阔学生的视野，培养学生分析 问题和解决问题的能力。
第一章 焊接结构基本知识
1.1 焊接结构基本构件 1.2 焊接接头的基本知识
第一节 焊接结构基本构件
一、机器零部件焊接结构
1 ．切削机床的焊接机身, 2．减速器箱体焊接结构。
1．焊接接头的组成 焊接接头由焊缝金属、熔合区和热影响区组成，如图1-
11所示。 2．焊接接头的基本形式 （1）对接接头 两板件端面通过焊接形成135°～180°夹角， （2）搭接接头 两板件部分重叠起来进行焊接所形成的接
头, （3）T形（十字）接头 将一个焊件的端面与另一焊件的表
面构成直角或近似直角，用角焊缝连接起来的接头，
2．焊缝金属的收缩 当焊缝金属冷却，由液态转为固态时，其体积要收缩。
产生焊接应力变形。
3．金属组织的变化 钢在加热及冷却过程中发生相变，可得到不同的组织，
这些组织的比容各不相同，由此也会造成焊接应力与变形。
4．焊件的刚性和拘束 焊件自身的刚性及受周围的拘束程度越大，焊接变形
越小，焊接应力越大；反之，焊件自身的刚性及受周围的 拘束程度越小，则焊接变形越大，而焊接应力越小
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简图
2020/2/10
允许偏差mm
1 b 80
2、矫正原理 矫正是通过采用加压或加热的方式进
行的，其过程是把已伸长的纤维缩短， 把缩短的纤维伸长。最终使钢板厚度方 向的纤维趋于一致。
2020/2/10
3、型材的矫正方法 （1）钢板的矫正
2020/2/10
2020/2/10
(2) 型钢的矫正
2020/2/10
第10章 钢结构零件备料加工工艺 10.1 型材的矫正 1、型材变形的原因:
（1）轧制过程中引起的变形; （2）型材因运输和不正确堆放产生的变形; （ 3）型材在备料过程中引起的变形.
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名称 钢板、扁钢变形
≥ ≤ ＜
角钢、槽钢、工 字钢、钢管变形 角钢两翼变形
工字钢、槽钢翼 缘变形
2
轮廓线
±0．5～1
3 样板和样条
+1
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10.4 号料
1、号料的方法 根据图纸上的图样或样板(草图，样杆等)在
钢板和型钢上划线的过程称为号料。 号料时，要求把所有结构零件的真实形状、
加工要求、装配用线、孔洞等均标记在钢板上 面，并用文字和符号注写清楚。
号料的质量直接影响下道工序的质量，必 须十分认真。
2020/2/10
（2） 展开放样 把各种立体表面摊平的几何作图称为展开
放样。 构件的表面能全部平整地摊平在一个平面
上，而不发生撕裂或皱折，这种表面称为可 展表面。属于这类表面的有平面立体和柱面、 锥面等。
构件表面不能自然平整展开摊在一个平 面上的称为不可展表面。不可展表面有球面、 正圆柱螺旋面等。 可展表面的展开放样方法有： 平行线展开法、放射线展开法和三角形展开法。
2020/2/10
（2）直角形弯曲圆钢、钢管的展开长度计算
L——圆钢、钢管展开长度，/mm； A、B——直段长度，/mm；
d——圆钢、钢管直径，/mm； R——内圆角半径，/mm。
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(3)型钢弯曲的展开长度计算 是以型钢的重心层作为中性层来计算的。
L ——角钢展开长，/mm； R——角钢圈内径，/mm； Z0——角钢重心距离，/mm。
2020/2/10
2、材料的合理利用 为了表示材料的利用程度，将零件的总
面积与板料总面积之比称为材料的利用率。 用百分数表示，即
η ——材料的利用率； Ai——板料上某个零件的面积； A——板料的面积。
排料的方法可以采用集中号料、长短搭 配法、零料拼整法、排样套料法。
2020/2/10
2020/2/10
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H型钢抛丸清理机
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设备系统
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10.3 加工前的准备
1、钢结构施工图 钢结构图一般比较复杂，图中线条
较多，但基本上是由钢板、型钢组成。 首先应按图号检查核对一下图样是
否齐全，如果存在模糊不清或缺图现象 时应更换或补齐，然后，按顺序依次通 读，对钢结构有一个总的认识，随后再 对各图样依次进行详读。
板材、型材其它的弯曲形状及型材弯曲切 口展开长度计算公式较多，使用时可查阅有关 手册。
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5、 样板与样杆
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6、 放样余量 （1）气割余量 ；
（2）机械加工余量 ；
（3）焊接结构件的收缩余量 ；
（4）放样误差 。
常用放样允许误差值
序号 名 称
允许误差值／mm
1 平行线和基准线 ±0．5～1
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利用平行线展开法展开
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天圆地方
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三角形展开方法
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展开图绘制
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（3）板厚处理 在实际生产中，钢板厚度大于
1.5mm时，将直接影响工件表面展开的 长度、高度以及相关构件的接口尺寸。
考虑钢板厚度而改变展开作图的图形 处理称为板厚处理。
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焊接钢结构图特点 1、同一图可以用不同比例； 2、型钢等投影可以省略虚线； 3、焊接符号标注重点标注加辅助说明； 4、技术要求中要注明焊接坡口类型。
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2、放样 放样工具： 放样平台、量具 、 其它工具。 具放样方法： （1）实尺放样
根据图样的形状和尺寸，用基本的作图 方法，以产品的实际大小划到放样台上的 工作，称为实尺放样。
2020/2/10
2020/2/10
式中 R ——中性层半径，/mm；
•
r——弯板内弧半径，/mm；
• δ——钢板厚度，/mm；
•
k——中性层移动系数见表5-4
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4 、钢材展开长度的计算 （1）U形板材的展开长度计算 • •
L——板料展开长度，/mm； • l1\l2——直边长度，/mm； • r ——弯曲弧的内半经，/mm； • а——弯曲角度，/°； • k——中性层移动系数(查表5-4)。
(3) 型钢撑直机矫正
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（4）压力机矫
10.2 材料的预处理 采用机械或化学的方法对型材的表
面进行清理称为预处理。 预处理的目的是把型材表面的铁锈、
油污、氧化皮等清理干净，为后序加工 做准备。常用的预处理方法有机械除锈 法和化学除锈法。
计算材料利用率
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讨论题
1. 焊接加工材料为什么要预处理？ 2. 材料变形的原因有哪些？变形矫正方法
是什么？ 3. 什么是板厚处理？ 4. 常用排样方法有哪些？
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