武汉理工大学2011级《焊接结构课》复习题

焊接结构课复习题（）

第一章序论

1.什么是焊接结构?它有何优缺点?

答：全焊结构，铆焊接构，栓焊结构3种结构的总称就叫焊接结构。

焊接结构的优点：1、连接效率高2、水密性和气密性好3、重量轻4、成本低、制造周期短5、厚度不受限制

缺点：1.应力集中变化范围大2.有较大的应力和变形3.有较大的性能不均匀性，且对材料敏感4.焊接接头的整体性导致止裂困难

5.焊接接头缺陷难以避免,具有隐蔽性。

第二章焊接应力与变形

1.何谓内应力？内应力有何性质及推论？

答：在没有外载荷作用时，平衡于物体内部的应力叫内应力。

性质：自身平衡，不稳定性

推论：内应力的波形图至少应该是三波形的，因为单波形，两波形都不能满足合力为零，合力矩为零。

2.内应力的分类？热应力和组织应力概念。

答：按内应力产生的原因来分：有热应力和组织应力。焊接应力的平衡范围较大，属于宏观内应力。

热应力：也叫温度应力，是由于构件受热不均匀而引起的应力。

组织应力：金属冷却时，在刚性恢复温度之下产生相变导致体积变化而引起的应力叫组织应力。（对于低碳钢，刚性恢复温度是600度，而它的奥氏体转变温度是600~700度之间，600度以下没有相变发生，所以低碳钢不存在组织应力）

按内应力平衡的范围分第一，二，三类内应力。

按内应力产生的时间来分：有瞬时应力和残余应力

3.何谓自由变形、外观变形、内部变形？搞懂他们的相互关系。利用三等份板条中间

板均匀加热的模型理解焊接应力与变形产生的原因？

答：1.自由应变εT：当某一金属物体的温度有了改变，或发生了相

变，它的尺寸和形状就要发生变化，如果这种变化没有受到外界的

任何阻碍而自由地进行，这种变形称之为自由变形。如果增加一个

一个约束条件，自由应变εT就不能完全表现出来，表现出来的部分为外观应变εe，而未表现出来的部分就叫内部应变ε。（弹性内部应变ζS和塑性内部应变εp）在温度恢复到T0之后，塑性内部应变将保留下来，这样原杆件将缩短εp 。

三等分板条的力学模型:如果中间部分的温度上升小，出现的不可见变形处于弹性范围内，当温度恢复到原始状态，则刚才出现的应力和变形都会消失,不会有残余应力和变形出现. 如果中间部分的温度上升大，温度恢复后，中间部分受拉应力而两侧部分则受压应力。

4.研究焊接应力与变形的基本假设。

答：1.热物理性能的简化:设材料的热物理参数不随温度变化 2.在500℃度以下屈服极限ζs为常量，500～600℃之间，线性下降到０.大于600℃度认为材料丧失弹性。

3.平截面假设:构件的某截面在加热前是平面，那么加热变形后仍然保持平面。

5.焊缝的纵向收缩和横向收缩是以焊缝为参照系的,而与焊件的纵横无关。

6.各种焊接变形（收缩变形，弯曲变形，角变形、波浪变形、焊接错边、扭曲变形）

的产生原因，影响因素和控制措施。

答：①纵向收缩变形：不均匀加热→压缩塑性变形→相当于力Ｐ→缩短→力Ｐ偏离构件中心→弯曲

影响纵向变形的因素（6点）：多层焊的焊接纵向变形比单层焊小,间断焊的纵向收缩变形比连续焊小(与线能量有关);构件中心与焊缝中心距离大的，弯曲变形也大，因为距离大，促使焊件变形的力的力矩也越大。

②横向收缩变形:1.堆焊原因：加热不同时→前后各点温度不同→膨胀受阻→压缩塑变→横向收缩

影响因素：线能量q，板厚δ：板厚增加，使得板的刚度增加抵抗变形的能力增加。横向变形沿焊缝长度上的分布是不均匀的，沿着焊接方向从小到大逐渐增长，到一定长度后趋于稳定，因为先焊的焊缝的横向收缩对后焊的焊缝产生一个挤压作用，使后者产生一个更大的横向压缩变形。

2.对接接头：一方面：有间隙时：热膨胀↑→间隙↓→横向收缩↑

无间隙时：热膨胀↑→挤压使厚度↑（冷却后向外侧膨胀的部分恢复，厚度方向的变形不可恢复）→横向收缩↑

另一方面：焊缝的纵向收缩影响横向变形，纵向变形→间隙↑→横向收缩↓

影响因素：坡口角度↑、间隙↑→横向收缩↑，焊缝金属量↑—→横向收缩↑，

线能量↑—→横向收缩↑

③角变形原因：横向收缩变形在厚度方向上的不均匀分布，正面的横向收缩大，背面的横向收缩小。

影响因素：堆焊角变形随线能量q n变化的关系是随线能量q n的上升，角变形由小到大，达到峰值后又下降。角变形随板厚δ的变化也如此。对接接头影响角变形的主要因素是坡口角度、焊接层数以及焊缝截面形状。

坡口角度α↑—→上下收缩差↑—→角变形↑，对于同样的坡口形式多层焊比单层焊角变形大，焊接层数越多，角变形越大。用对称坡口如：X型坡口、双U型坡口取代型坡口有利于减少角变。

④波浪变形：板架结构焊后是否失稳的判据为：（焊接残余压应力）ζw≥ζcr（薄板的抗失稳临界压应力）

降低焊接残余压应力ζw的方法：采用小的焊接线能量，采用间断焊，采用能量密度高的焊接方法。增大薄板的抗失稳临界压应力ζcr的方法：增加板厚，增加骨架，减小骨架间距，但这些效果都不好，所以对薄板框架结构很难做到焊后不失稳，应当寻找一种新型来取代薄板框架结构，这就是新型的压筋结构。

⑤焊接错边：分为厚度上的错边和纵向错边

原因：装配不善，对接边的热不平衡，刚度不等。焊接错边在长焊缝上有逐步积累作用，所以一般不宜用直通焊焊长焊缝，可采用跳焊、分段退焊；对于环形焊缝应当对称施焊，跳焊,而不是顺着一个方向焊,以防错边积累。

⑥螺旋形变形（扭曲变形）原因：角变形沿焊缝长度方向分布不均匀以及工件的纵向错边。措施：改变焊接顺序和方向。将俩条相邻的焊缝同时同方向焊接。

7.预防焊接变形的设计措施，工艺措施各有那些？

答：设计措施：（1）合理地选择焊缝尺寸和形式：在保证结构的承载能力的条件下，设计时应尽量采用小的焊缝尺寸（2）尽可能减少不必要的焊缝（3）合理地安排焊缝的位置：焊缝应尽可能安排在接近结构中和轴的地方，并尽可能对称于截面中和轴。