焊接结构学复习

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0.焊接结构优点：焊接接头强度高、焊接结构设计灵活性大、焊接接头密封性好、焊前准

备工作简单、易于结构的变更和改型、焊接结构成品率高。

1.焊接结构缺点：存在较大的焊接应力和变形、对应力集中敏感、焊接接头的性能不均匀。

2.影响构件焊接性的因素：与材料有关的因素、与设计有关的因素、与制造有关的因素。

3.焊接热复杂性表现：焊接热过程的局部性或不均匀性。焊接热过程的瞬时性、焊接热源

的相对运动。

4.焊接热循环的主要参数：加热速度、加热最高温度、在相变温度以上停留时间、冷却速

度。

5.内应力：指在没有外力的条件下平衡于物体内部的应力。热应力是由于构件不均匀受热

所引起的。

分类：按作用时期分: 焊接过程中出现的称瞬时应力(热应力或温度应力);焊接后保留下来的称残余应力。

按分布范围分:宏观内应力(范围一般与结构尺寸相当)、微观内应力(晶粒尺寸)

和超微观内应力（晶格)。

6. 自由变形、外观变形和内部变形的区别。

，所得的变形称之为自

1)自由变形: 一端固定的直杆均匀加热时，杆件将自由伸长△L

T

由变形。

2）外观变形: 假如杆件受到约束，实际只能伸长△Le，这是可见的变形，称之为外观变形。

3）内部变形 :由于存在约束，杆件在自由状态下所应有的变形与实际存在的变形有所不同，构件内部由于压缩而未表现出来的那部分变形△L，称为内部变形。

7.焊接残余变形有哪些种类？角变形产生的原因。

1）纵向变形：---焊后沿焊接方向发生收缩。

2）横向变形：---焊后垂直于焊接方向发生收缩。

3）挠曲变形：─在穿过焊缝线并与板件垂直的平面内变形。

─非对称结构、焊缝不在构件中性线上时发生。

4）角变形：─焊后构件的平面围绕焊缝产生的角位移。

─厚度方向的非均匀热分布造成紧靠焊缝线的变形。

5）波浪变形：焊后构件呈波浪形，当板件较薄时，热热压缩应力造成失稳。

6）错边：长度、厚度方向

7）扭转（螺旋形变形）

原因：厚度方向温度分布不均匀─横向塑性变形不均匀→角变形

加热时─焊接面高温，产生压缩塑变;背面低温，甚至产生拉伸变形。

冷却后，产生弯曲变形，即角变形.

8.残余应力的影响：对静载强度的影响、对刚度的影响、对杆件受压稳定性的影响、对构

件精度和尺寸稳定性的影响、对应力腐蚀开裂的影响。

9.焊后调控焊接残余应力与变形的措施：机械方法、加热方法。

10. 在焊接过程中如何调节内应力?焊后消除焊接内应力的主要方法?

在焊接过程中调节内应力的措施

（1）采用合理的焊接顺序和方向尽量使焊缝能自由收缩，先焊收缩量比较大的焊缝。

先焊工作时受力较大的焊缝。

（2）在焊接封闭焊缝或其它刚性较大，自由度较小的焊缝时，可以来用反变形法来增加

焊缝的自由度。

（3）锤击或碾压焊缝每焊一道焊缝用带小圆弧面的风枪或小手锤锤击焊缝区，使焊缝得到延伸，从而降低内应力

（4）在结构适当部位加热使之伸长

焊后消除焊接内应力的方法

a.整体高温回火

b.局部高温回火处理

c.机械拉伸法（过载法）

d.温差拉伸法（又称低温消除应力法）

e.振动法

11.如何从设计上预防焊接变形？如何从工艺上预防焊接变形。

设计：

1) 合理的焊缝尺寸和形状

2) 减小焊缝长度件.

3) 合理选择结构形式和安排焊缝位置

工艺：

1) 反变形(预防角变形和挠曲变形)改变构件焊前的形状，使其朝焊接变形相反的方向变形，焊后由于焊接变形而获得设计所要求的形态──利用变形消除变形。

2) 刚性固定采用胎夹具或其它临时支承等方法，增加结构在焊接时的刚性，限制焊接变形。

12.影响焊接接头性能的主要因素。

（A）在力学方面影响焊接接头性能的因素 :

接头形状的不连续性;

焊接缺陷;

残余应力;

焊接变形.

焊接接头的加强高和施焊中可能造成的接头错位等接头形状的不连续性，都是应力集中的根源。特别是焊接缺陷中的未焊透和焊接裂纹，往往是接头破坏的起点。

（B）在材质方面影响焊接接头性能的因素:

热循环引起的组织变化;

焊接过程中的热塑性变形循环所产生的材质变化;

焊后热处理和矫正变形等工序，都可能影响接头性能。

13.焊缝和焊接接头的类型

焊缝主要有对接焊缝和角焊缝---是焊缝的基本形式。

（A）对接焊缝：对接焊缝的焊接边缘可分为卷边、平对或加工成为V形、X形、K形和U 形等坡口。

（B）角焊缝 a.角焊缝的分类(a)按其截面形状可分为四种(b)按其承载方向可分为三种：焊缝与载荷相垂直的正面角焊缝；焊缝与载荷倾斜的斜向角焊缝；焊缝与载荷相平行的侧面角焊缝b.与对接焊缝比较，在力学性能方面具有许多特点。

接头的基本型式有四种：对接接头、搭接接头、丁字接头、角接头

a)对接接头从力学角度看是比较理想的接头型式。在焊接结构上和焊接生产中，常见的对接焊缝方向是与载荷方向垂直的；也有与载荷方向成斜角的斜缝对接接头。

b)搭接接头有多种型式，如一般搭接接头、开槽焊和塞焊（或称电铆焊）以及锯齿状搭接等。

c)丁字（十字）接头是将相互垂直的被连接件用角焊缝连接起来的接头。丁字（十字）接头是典型的电弧焊接头，能承受各种方向的力和力矩。

d)角接头多用于箱形构件上最简单的角接头，但承载能力差；采用双面焊缝从内部加强的角接头，承载能力较大.

14.焊接接头中产生应力集中原因：焊缝中存在工艺缺陷、焊缝外形不合理、焊接接头设计不合理。

15.开坡口的目的、依据和应考虑的主要问题。

对接焊缝开坡口的根本目的是为了确保接头的质量及其经济性。坡口型式的选择主要取决于板材厚度、焊接方法和工艺过程。对接焊缝开坡口必须考虑以下几个问题：

（a）焊接材料的消耗量，对于同样厚度的焊接接头，采用X形坡口比V形坡口能省较多的焊接材料、电能和工时，构件越厚节省的越多。

（b）可焊到性，它是选择坡口型式的重要条件之一。通常要根据构件能否翻转，翻转难易，或内外两侧的焊接条件而定。对不能翻转的和内径较小的容器、转子及轴类的对接焊缝，为了避免大量的仰焊和不能或不便从内侧施焊，都宜采用V形或U形坡口。

（c）坡口加工，V形和X形坡口可用气割或等离子切割，亦可用机械切削加工。但，U形和双U形坡口，一般需用刨边机加工。

（d）焊接变形，采用不适当的坡口型式容易产生较大的焊接变形，如果坡口型式适宜，工艺合理，则可有效地减小焊接变形。

16.工作焊缝和联系焊缝

工作焊缝：一种与被连接的元件是串联的，它承担着传递全部载荷的作用，一旦断裂，结构就立即失效。这种焊缝称为工作焊缝，其应力称为工作应力。

联系焊缝：另一种焊缝与被连接件是并联的，它传递很小的载荷，主要起元件之间相互联系的作用，焊缝一旦断裂，结构不会立即失效。这种焊缝称为联系焊缝，对应的应力称为联系应力。

在设计时无需计算联系焊缝的强度，工作焊缝的强度必须计算。对于具有双重性的焊缝，它既有工作应力又有联系应力，则只计算工作压力，而不考虑联系应力。

17.金属断裂的类型和特点

1）按照断裂前塑性变形大小将断裂分为

延性断裂（亦称为塑性断裂和韧性断裂）断裂前有较大（或明显的）的塑性变形。

断口特征:

宏观：纤维状，色质灰暗;

微观：大小不等的韧窝。

韧窝的实质是材料微区塑性变形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。

脆性断裂：断裂前没有或只有少量塑性变形，断裂突然发生并快速发展（裂纹扩展速率可高达1500~2000米/秒）。

断口特征：

宏观：结晶状，平齐而光亮，有闪亮小刻面。

微观：平坦的解理台阶与河流花样。

2）按断裂路径,断裂可分为穿晶或沿晶;