焊接结构

第一章绪论1、焊接相对铆接的优缺点优点：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型⑥焊接结构的成品率高缺点：①存在较大的焊接应力和变形②对应力集中敏感③焊接接头的性能不均匀第二章焊接热过程1、焊接热过程的复杂性变现在以下几个方面：（1）焊接热过程的局部性或不均匀性（2）焊接热过程的瞬时性（非稳态性）（3）焊接热源的相对运动2、焊接温度场：是指在焊接过程中，某一时刻所有空间各点温度的总计或分布。

可以方便地用等温面或等温线来表示。

3、焊接热循环及其主要参数焊接热循环：在焊接过程中，工件上的温度随着瞬时热源或移动热源的作用而发生变化，温度随时间由低而高，达到最大值后，又由高而低的变化成为焊接热循环。

主要参数：加热速度、加热最高温度、相变温度以上停留时间、冷却速度（或冷却时间）第三章焊接应力与变形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。

2、内应力分类：宏观内应力：和物体的尺度相比较微观内应力：相当于晶粒尺寸超微观内应力：可与晶格尺寸来比量（还可分为：热应力、装配应力、相变应力、残余应力）3、（1）自由变形：没有受到外界的任何阻碍而自由变形（2）外观变形（可见变形）：当杆件的伸长受到阻碍，使其不能完全自由变形时，变形量只能部分变现出来，则将变现出来的部分变形称为外观变形或可见变形。

（3）内部变形：未表现出来的那部分变形4、应力应变图：作业题+完全刚性约束5、铝合金和钛合金的σx分布规律与低碳钢基本相似，但焊缝中心的纵向应力值比较低。

在焊接过程中，铝合金受热膨胀，实际收到的限制比平面假设时的要小，因此压缩塑性变形量降低，残余应力也因而降低，一般σx只能达到0.6-0.8σs。

对于钛合金来说，由于其膨胀系数和弹性模量都比较低，大约只有低碳钢的1/3，所以造成其σs比较低，只能达到0.5-0.8σs。

见P63图3-186、焊接残余应力的影响（1）内应力对静载强度的影响只要材料具有足够的塑性，能进行塑性变形，则内应力的存在并不影响构件的承载能力，因而对静载强度没有影响。

当材料的塑性变形能力不足时，内应力的存在将影响构件的承载能力，使其静载强度降低。

（2）内应力对刚度低影响（3）内应力对杆件受压稳定性的影响（4）内应力对构件精度和尺寸稳定性的影响7、焊接残余变形分类（1）纵向收缩变形（2）横向收缩变形（3）挠曲变形（4）角变形（5）波浪变形（6）错边变形（7）螺旋形变形8、P85 例3-19、影响焊接变形的因素1)焊接方法2)焊接规范3)构件截面几何特性4)焊缝偏离截面型心的距离—焊缝位置—弯曲—角变形5)焊缝长度6)施焊方法7)装配焊接顺序线能量决定变形量多层焊比单层焊的变形量小，因为热输入小10、对接角变形影响因素（1）坡口角度（2）坡口形状11、堆焊角变形影响因素1)压缩塑变区大小：与电流有关，电流越大，变形越大2)压缩塑变区分布3)板厚影响抗弯强度12、焊接残余应力的测量（1）应力释放法：切条法、盲孔法、逐层铣削法（2）物理方法（非破坏法）：X射线衍射法、磁测法、超声波法、硬度法13、（1）焊前调控焊接残余应力与变形的措施：反变性法、刚性固定法、限制热场法、装焊次序控制法（2）焊后调控焊接残余应力与变形的措施：整体高温回火、局部高温回火、机械拉伸法、温差拉伸法、振动法（3）随焊调控焊接残余应力与变形的措施：采用合理的焊接顺序和方向、反变形法、锤击或碾压法、在结构适当部位加热使之伸长（加热减应区法）14、16Mn钢（作业题）第四章焊接接头1、焊接接头分为四个区：焊缝金属、熔合区、热影响区、母材2、焊接接头大致分为：对接接头、搭接接头、T型（十字）接头、角接接头、端接接头3、热应变脆化：在焊接冷却过程中，特别是在200-300℃范围内的塑性变形会消耗金属的一部分塑性，对金属在室温和低温下的塑性有较大的影响，使其发生延性耗竭。

这种现象在低碳钢，特别是封腾钢中变现的更为明显。

4、热塑变脆化在400-200℃内可能发生因热塑性变形而引起的强度升高，塑性、韧性下降的情况，这种现象被称为热塑变脆化，该区域被称为蓝脆区。

5、高组配焊接接头：焊缝金属的强度高于母材的强度低组配焊接接头：焊缝金属的强度低于母材的强度低组配焊接接头：焊缝金属的强度等于母材的强度6、低组配焊接接头的优缺点：优点：抗裂性能高，工人的劳动强度小缺点：具有脆断倾向7、工作焊缝：当焊缝与被连接的元件串联时，他承担着传递全部或绝大部分载荷的作用，一旦焊缝发生断裂，结构就立即失效，这种焊缝被称为工作焊缝，其应力称为工作应力。

联系焊缝：当焊缝与被连接的元件并联时，它仅传递很小的载荷，主要起元件之间相互联系的作用，即使焊缝发生断裂，结构也不会立即失效，这种焊缝称为联系焊缝，其应力称为联系应力。

8、焊接接头产生应力集中的原因1)焊缝中的工艺缺陷（气孔、夹渣、裂缝、未焊透等），其中裂纹和未焊透引起的应力集中最严重2)焊接接头的焊缝外观不合理3)接头设计不合理9、对接接头的应力集中系数的影响因素板厚越厚、余高越小、过渡半径越大，应力集中系数越小10、十字接头的KT最大大约是3.2降低KT的办法：开坡口焊透10、P162 例4-111、P164 例4-212、P167 例4-3第五章焊接结构的脆性断裂1、韧性断裂：在断裂前有较明显的塑性变形脆性断裂：在断裂前没有货只有少量塑性变形2、韧性断裂的微观特征形态是韧窝脆性断口是河流花样3、影响脆性断裂的主要因素（1）内部因素（2）外部条件①应力状态的影响：应力状态软性系数αα较大的是软的应力状态，α较小的是硬的应力状态α=α越小，则应力状态越危险，材料更易发生脆性断裂②温度的影响温度越低，脆性断裂倾向越大（前提是钢铁材料）③加载速率的影响应变速率的影响等同于温度，应变速率越大，脆性断裂倾向越大④材料状态的影响4、动态应变时效：变形和时效同时发生发生的过程5、脆性断裂的转变温度评定方法转变温度法试验包括两大类，第一类是抗裂试验，第二类是止裂试验。

抗裂试验包括：冲击韧性试验、爆炸膨胀试验、落锤试验、缺口试样静载试验、韦尔斯宽板拉伸试验、断裂韧性试验、尼伯林克试验止裂试验包括：罗伯逊止裂试验、双重拉伸试验6、夏比冲击标准：能量标准、断口标准、延性标准7、K判据：用于判定结构安全性断裂标准KI ≥KIC8、K判据的基本步骤是：根据探伤实验测定构件中的缺陷尺寸，计算出构件的受力状态，这样可计算出裂纹尖端的应力场强度因子KI，将其与材料的断裂韧度KIC 比较，若KI<KIC，则结构是安全的，否则将有脆断的危险，反过来可以确定选材是否合理。

9、预防脆性断裂的措施（1）正确选用材料①按照缺口韧性和试验检验材料②用断裂韧度评定材料（2）采用合理的焊接结构设计和制造工艺①设计中尽量减少结构或焊接接头部位的应力集中②设计中避免密集的焊缝布置③避免焊接高应力区域与结构几何突变位置（应力集中区）重叠④不采用过厚的截面设计⑤对于附件或联系焊缝的设计，应和主要承力焊缝一样给予足够重视⑥制造中避免和减少焊缝的缺陷⑦制造中采用调整和控制结构焊接残余应力的措施（3）用断裂力学方法评定结构安全性10、断裂力学评定结构安全性步骤：首先，把各种缺陷简化成表面的、深埋的、贯穿的裂纹，根据这种简化，计算当量裂纹尺寸或计算应力强度因子；其次，通过对材料的实际测定，获得材料的断裂韧度，并根据结构实际受载情况进行应力分析，计算出临界裂纹尺寸；最后，将当量裂纹尺寸和临界裂纹尺寸进行比较，如前者小于后者则是安全的，否则是危险的，需要进行返修或报废。

第六章焊接结构的疲劳强度1、影响焊接结构疲劳强度的因素（1）应力集中对接接头、十字接头与T形接头、搭接接头、材料强度级别对应力集中的敏感性（2）残余应力（3）焊接接头区域金属性能变化（4）焊接缺陷2、提高疲劳强度的工艺措施（1）降低结构应力集中及减少接头缺陷①从设计制造方面控制结构或接头的应力集中②从焊后加工处理进一步降低应力集中③从控制缺陷方面降低应力集中（2）调整残余应力场①结构或接头热处理消除残余应力②局部加热获得有利的残余应力场重分布状态③对应力集中处实施局部超载（过载）拉伸获得压应力（3）对构件的表面实施强化处理超声冲击等处理3、疲劳断裂三阶段：裂纹萌生、裂纹稳定扩展、快速失稳断裂4、疲劳按疲劳周期大小、旋转次数大小如何划分高周疲劳：10^5以上循环次数低周疲劳：10^5以下循环次数5、表征应力参量：σmax：变动载荷或应力循环内的最大应力σmin：变动载荷或应力循环内的最小应力σm=（σmax+σmin）/2：平均应力σa=（σmax-σmin）/2：应力振幅或应力半幅r=σmin/σmax：应力循环特性系数或应力循环对称系数，或称应力比6、帕瑞斯公式：d a/dN=C（ΔK）n字母含义：ΔK为应力强度因子幅值（ΔK=Kmax -Kmin）C和n是由材料决定的常数两缺点：首先它未考虑平均应力对da/dN的影响，平均应力会影响应力比，或者说不通应力比下的疲劳扩展速率在帕瑞斯公式中没有体现，试验证明平均应力或应力比对裂纹扩展速率是有显著影响的；其次是它未考虑当裂纹尖端的应力强度因子趋近其临界值KIC时，裂纹的加速扩展效应。