焊接结构学复习题

焊接结构学

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。

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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。

2.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。

3.内应力的分类热应力和组织应力概念。

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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

4.焊接的残余应力分为哪几类

答：纵向残余应力、横向残余应力、厚度方向上的残余应力、拘束状态下焊接的内应力、封闭焊缝引起的内应力、相变应力。

5焊接残余变形有哪几种

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答：纵向收缩变形、横向收缩变形、挠曲变形、角变形、波浪变形、错边变形、螺旋形变形（其中前两者为平面内的变形，后五者为平面外的变形）

6.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σS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。

7.如何调节焊接残余应力消除焊接残余应力的方法有那些

调节焊接残余应力：1、采取合理的焊接顺序和方向

（1）尽量使焊缝能自由收缩，先焊收缩量大的焊缝。

（2）先焊工作时受力大的焊缝。

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（3）拼板时应先焊错开的短焊缝，再焊直通的长焊缝。

2、反变形

3、锤击或碾压焊道

4、加热减应法：

消除残余应力的方法

1、整体高温回火

将整个焊接件加热到一定的温度（600～650℃），保温一段时间再冷却。消除应力的效果主要取决于加热温度和保温时间，回火温度越高，保温时间越长，应力也就消除的越彻底。

2、局部高温回火

对整体回火有困难的大型结构，处理的方法是把焊缝周围的一个局部区域加热，其效果虽然不如整体处理，只能降低应力峰值，调整残余应力的分布，不能完全消除残余应力，有时还会由于部分加热产生新的内应力，所以处理的对象只限于简单的结构，但局部高温处理可以改善接头的机械性能。

3、机械拉伸法

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前面在内应力对静载强度及尺寸稳定性的影响中已经讨论了加卸载循环在降低和消除残余应力方面的作用和原理，这里就不多谈了。

4、温差拉伸法

本法的具体做法是：在焊缝两侧各用一个适当宽度的氧—乙炔焰矩加热，造成一个焊缝两侧温度高，焊缝区温度低的温度场，两侧金属受热膨胀对低温区域进行拉伸，抵消焊接时所产生的压缩塑性变形，从而降低应力。该法的原理与机械拉伸法相同，所不同的只是机械拉伸法用的是外载荷来进行拉伸，而本法是利用局部加热的温差来拉伸。

5、振动法

8.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

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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。

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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