焊接结构学复习要点

1.内应力：在没有外力的条件下平衡于物体内部的应力；p49

2.内应力产生原因：热应力是由于构件不均匀受热所引起的； p49

3.引起焊接应力与变形的机理及影响因素：焊接时焊件受到不均匀加热并使焊缝区熔化，

与焊接熔池毗邻的高温区材料的热膨胀则受到周围冷态材料的制约，产生不均匀的压缩塑性变形。在冷却的过程中，已经发生压缩塑形变形的这部分材料（如长焊缝两侧）同样受到周围金属的制约而不能自由收缩，并在一定程度上受到拉伸而卸载。与此同时，熔池凝固，焊缝金属冷却收缩也因受到制约而产生收缩应力和变形。这样，在焊接接头区域就产生了缩短的不协调应变，即残余应变，或称之为初始应变或固有应变。

焊接应力与变形是由多种因素交互作用而导致的结果。焊接时的局部不均匀热输入是产生焊接应力与变形的决定性因素，热输入是通过材料因素、制造因素和结构因素所构成的内拘束度和外拘束度而影响热源周围的金属运动，最终形成了焊接应力和变形。影响热源周围金属运动的内拘束度主要取决于材料的热物理参数和力学性能，而外拘束度主要取决于制造因素和结构因素。

p56

4.横向残余应力的分布：横向残余应力产生的直接原因是来自焊缝冷却时的横向收缩，间

接原因是来自焊缝的纵向收缩。另外，表面和内部不同的冷却过程以及可能叠加的相变过程也会影响横向应力的分布。p64

5.内应力对静载强度的影响：在一般焊接结构中，焊缝区的纵向拉伸残余应力峰值较高，

对于某些材料来说，可以接近材料的屈服强度σs。对外载工作应力与其方向一致而相互叠加时，这一区域会发生塑性变形，并因而丧失了继续承受外载的能力，减小了构件的有效承载面积。

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。

塑性变形产生的必要条件是存在切应力。材料在单轴应力σ作用下，最大切应力τmax=σ/2。在三周等值拉应力的作用下，最大切应力τmax=0，在这种情况下，不可能产生塑性变形。p72

6.内应力对构件精度和尺寸稳定性的影响：要保证焊接件的机械加工精度，可以先对焊接

件进行消除焊接残余应力的处理，然后再进行机械加工。

焊件在长期存放和使用过程中逐渐发生的尺寸变化被称为焊接件的尺寸稳定性。造成构件尺寸不稳定的原因主要有两方面：蠕变和应力松弛、不稳定组织的存在。p77

7.内应力对应力腐蚀开裂的影响：当材料处于持续的拉应力作用，同时又与材料敏感的腐

蚀戒指相接触，经过一定时间后，就会发生开裂，这就是所谓的应力腐蚀开裂，简称应力腐蚀。

应力腐蚀可分为三个阶段：第一阶段，局部腐蚀造成小腐蚀坑和其他形式的应力集中，并逐渐发展成为微裂纹，即裂纹的萌生阶段；第二阶段，在腐蚀介质的作用下，金属在裂纹尖端处被腐蚀掉，进而在拉应力的作用下裂纹扩展，产生新的表面，新表面又进一步被腐蚀，这样在应力和腐蚀的交替作用下裂纹逐渐扩展，即裂纹的扩展阶段；第三阶段，当裂纹扩展到临界值是，在拉应力的作用下，裂纹迅速扩展造成脆性断裂，即断裂阶段。应力腐蚀开裂的必要条件是同时存在腐蚀介质和拉应力。

如果残余拉应力与工作应力叠加，就会促进应力腐蚀。当只有残余应力的作用时，裂纹扩展到其尖端处的拉应力为屈服强度的30%左右时就停止扩展。如果存在工作应力，会使裂纹尖端处因缺口效应而产生很大的三向拉应力，裂纹深度越大，裂纹尖端的应力强度因子就越大，因而裂纹的扩展也进一步加速。

要防止应力腐蚀开裂，可以采取消除残余应力的方法，也可以采用保护图层、添加缓蚀

剂或选用耐蚀性好的材料。p78

8.焊接残余变形的主要表现形式：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；p79

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；p112

10.随焊调控焊接应力与变形的措施：刚性固定法、减小焊缝的热输入、合理安排装配焊接

的顺序、预拉伸法、焊时温差拉伸法、随焊激冷法、随焊碾压法、随焊锤击法、随焊冲击碾压法；p118

11.焊缝的基本形式：对接焊缝、角焊缝；p135

12.焊接接头的基本形式：对接接头、搭接接头、T形（十字）接头、角接接头；p137

13.应力集中：指接头局部区域的最大应力值（σmax）比平均应力值（σav）高的现象。应力

集中的大小，以应力集中系数K

T 表示，即K

T

=σ

max

/σ

av

；p144

14.脆性断裂：金属材料受力后没有或只有少量的塑性变形，突然发生并快速发展的断裂。

P179

15.金属材料断裂的形态特征：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；微观特征形态是韧窝，韧窝的实质是材料微区塑形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。解理断裂的宏观断口平整，一般与主应力垂直，没有可以觉察到的塑性变形，断口有金属光泽；微观特征形态常出现河流花样、舌状花样、扇形花样等；p182

16.影响金属脆性断裂的主要因素：应力状态的影响、温度的影响、加载速度的影响、材料

状态的影响；p184

17.预防焊接结构脆性断裂的措施：正确选用材料（按照缺口韧性和试验检验材料、用断裂

韧度评定材料）、采用合理的焊接结构设计（尽量减少结构或焊接接头部位的应力集中、尽量减小结构强度、不采用过厚的截面、重视附件或不受力焊缝的设计、减小和消除焊接残余拉伸应力的不利影响）、用断裂力学方法评定结构的安全性；p210

18.疲劳断裂的物理过程：疲劳断裂的过程一般由三个阶段组成：在应力集中处产生初始疲

劳裂纹—裂纹萌生、裂纹稳定扩展、失稳断裂。当然在这三个阶段之间没有严格界限。

疲劳断口特征从断裂开始点向四周射出类似贝壳纹的疲劳裂纹。对于塑形材料，宏观断口为纤维状，暗灰色；对于脆性材料则是结晶状；p225

19.影响焊接接头疲劳强度的因素：应力集中的影响、近缝区金属性能变化的影响、残余应

力的影响、缺陷的影响；p232

20.提高焊接接头疲劳强度的措施：降低应力集中、尽量采用应力集中系数小的焊接接头、

当采用角焊缝时（有时不可避免）须采取综合措施（机械加工焊缝端部，合理选择接板形状，焊缝根部保证熔透等）来提高接头的疲劳强度，采用这些措施可以降低应力集中并消除残余应力的不利影响。p243