焊接结构学(绪论)

论文荣获省三等奖一项
课程教学大纲的介绍-课程主要内容
1.绪论 4.焊接接头 焊接接头的一般性能
焊接结构的特点
构件焊接性含义 失效事故危害性的概述 2.焊接热过程 介绍基本概念及基本原理 焊接温度场及焊接热循环 3.焊接应力与焊接变形 内应力的产生 焊接应力与变形的形成过程 焊接应力与变形的类型
非标准型材组焊 异种材料 焊接还可与其他工艺方法联合使用
(3)焊接接头密封性好 优于其他方法，特别是在高温、高压容器上，最
理想的连接形式。
(4)焊前准备工作简单 一般不用再进行机械加工就可投人装配焊接 (5)易于结构的变更和改型 无需铸型和模具，因此成本低、周期短。
特别适合制作大型或重型、单件或小批量生产。
绪论-焊接结构的重要性
制造难度
KM6 真空容器是空间环境模拟器的核心设备。其结构复杂，建 设周期短，制造安装技术难度大。KM6真空容器结构庞大，无法整 体运输，主要大件最终成形和组焊，机械加工必须在现场进行。
变形控制方案
采用预留间隙控制周长、分段退焊、短段加分段退焊及下厚 上薄的焊接工艺控制法兰面外变形和面内角变形的方案。为制定 正确的容器装配焊接顺序和工艺过程，进行了相应的数值模拟， 最终成功地控制了焊接变形。保证了容器的精度和真空密封，焊 接变形控制技术方面达到了国际先进水平，真空试验一次调试合 格，真空度指标优于美国和俄罗斯，经三次“神舟”号飞船测试 实际证明，完全满足使用要求。其中，直径12m精加工大法兰焊后 平面度小于 0.10mm/m ，法兰整体平面度 1.57mm/m ，其焊接精度达 到国际领先水平。
焊接结构学
授课教师：王佳杰 授课时间：2010年秋季学期 所在单位：材料与化学工程系
自我简介
1975年8月出生 职称：工程师
资质：国际焊接工程师、ISO国际质量认证内部审核员及中国金属 材料金相检验员
2008年3月-至今 攻读哈尔滨工业大学焊接博士研究生
负责参与省部级科研课题项目三项,约500万 负责和参与实际工程项目，约1000万 在EI及国家核心期刊发表过的论文10余篇 科研成果荣获省部级一等奖一项，三等奖一项
绪论-焊接结构的重要性
“921”工程
存在的问题 529 厂焊制的返回舱初样 C1 焊接变形严重超差，使 其重返大气层的隔热层无法与其粘合，控制焊接变 形及焊接应力分布成为921－3返回舱研制过程中重 大技术关键。 变形控制方案 •将整体结构合理划分为部件焊接
•优化部件组焊次序
•采用低应力少变形焊接技术 •采用合理的工装夹具、板组件整体热处理 •焊后采用焊缝逐点挤压、风动锤击等矫形技术 •焊接变形控制质量达到俄罗斯“联盟”号飞船的 先进 水平，即研究工作达到国际先进水平。
度210mm，采用机器人焊接
•工程机械：汽车、摩托车、自行车
绪论-焊接结构的重要性
KM6真空容器制造安装技术
绪论-焊接结构的重要性
(1)材质为0Cr18Ni9 (2) 主容器 : 立式圆柱形，直径 12m ，高 22.4m 。壁厚 22mm 。 (3)辅容器:卧式圆柱形，直径7.5m，长15m，壁厚20mm。
焊接接头工作应力分布和工作 性能
焊接接头的静载强度计算 5.焊接结构的脆性断裂 金属材料断裂及其影响因素 材料断裂的评定方法 焊接结构抗裂和止裂评定方法
预防焊接结构脆断的措施
焊接应力与变形的测量和调控
课程教学大纲的介绍-课程主要内容
6.焊接接头与结构的疲劳强度 7.焊接结构的类型及其力学特点
9.焊接结构的失效分析(补充的内容) 失效分析的思路与分析方法 焊接结构失效特征及分析
焊接缺欠的评定实例
课程教学大纲的介绍-主要参考文献
•《焊接结构学》方洪渊编著，机械工业出版社，2008.4 •《焊接工程师》方洪渊编著，机械工业出版社，2008.4 《焊接工程缺欠分析与对策》陈伯蠡编著，机械工业出版社， 1998.1 •《焊接结构断裂行为及评定》霍立兴编著，机械工业出版 社，2000.6 •《断裂韧性测试》褚武扬等编著，科学出版社，1979
疲劳失效特征
疲劳试验及疲劳图 疲劳强度的物理过程和断口特 征 疲劳强度的计算标准 影响疲劳强度的因素 提高焊接接头疲劳强度的措施 断裂力学在疲劳裂纹扩展研究 中的应用
焊接结构的基本类型
焊接结构的力学特征 焊接结构事例分析 8.焊接结构设计 焊接结构设计的一般原则 焊接结构设计实例
(6)焊接结构的成品率高 一旦出现缺陷可以修复，因此很少产生废品。
1.1焊接结构的特点
(1)存在较大的焊接应力和变形
焊接结构也存在如下不足之处:
由于焊接过程是一个局部不均匀加热的过程，不均匀的温度场会导致热应 力的产生，并由此造成残余塑性变形和残余应力，以及引起结构变形。由此 而引发的工艺缺欠会影响到结构的刚度、强度和稳定性，从而导致结构承载 能力降低。为避免这类问题，常需要进行消除应力处理和校正变形，因而会 增加工作量和生成本产本。
发动机-钛合金，KM6-不锈钢）
•航空：波导、雷达、铝合金、铜合金、高温合金 •舰船：超高速舰艇45-50m/s（采用钛合金或15-5PH，氩弧焊） •核潜艇：高强钢大量使用（980钢，300m）；俄国，钛合金，1000m •桥梁：九江长江大桥、西陵长江大桥、南浦大桥、杨浦大桥等为高强钢结构
•压力容器：如600MW核电站压力壳，壁厚256mm，热壁加氢反应器壳体，厚
绪论-焊接结构的重要性
“联盟”号载人飞船结构
轨道舱结构
绪论-焊接结构的重要性
装甲厚板铝合金炮塔
1.1焊接结构的特点
优点:与铆接、螺栓联接、铸造和锻造的结构相比
(1)焊接接头强度高 达到或高于母材 钻孔 工作截面 承载下降20%
(2)焊接结构设计灵活性大 几何形状 壁厚 外形尺寸 现场组焊 标准或
•《焊接结构无损检测技术》李生田编著，机械工业出版社， 2000.5
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第一章 绪论
—焊接的重要性
重要的先进制造技术
焊接已在金属结构制造中几乎全部取代了铆接。
机械制造业，以整铸整锻大型毛坯改成了焊接结构 目前，世界主要工业国家生产的焊接结构占到钢产量 的50-60％。
绪论-焊接结构的重要性
•航天：不锈钢、铝合金、钛合金制造发动机、高压容器（前苏联大推力火箭