焊接结构

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：所谓焊接结构就是全焊结构铆焊接构栓焊结构的总称

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

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，并且缺乏可靠的令人满意的无损探伤方法

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？

在没有外载荷作用时，平衡于物体内部的应力叫内应力。自身平衡、不稳定性、由此可以得出一个推论；内应力的波形图至少应该是三波形的

2.内应力的分类？热应力和组织应力概念。

按内应力平衡的范围分

第一类内应力：在较大的范围内平衡，其范围可与物体尺寸相比，故称之为宏观内应力。第二类内应力：它的平衡范围大小可与晶粒尺寸相比，称为微观内应力。第三类内应力：它的平衡范围更小，只能与晶格尺寸相比，也叫超微观内应力。按内应力产生的原因来分：有热应力和组织应力。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。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。

3.何谓自由变形、外观变形、内部变形？搞懂他们的相互关系。

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。外观应变εe：受拘束条件决定的，构件能够表现出来的实际变形。也就是能够看的见，摸的着的变形。内部应变ε：受拘束条件约束，未能表现出来的变形。

4.研究焊接应力与变形的基本假设。（2个，一个是热物理性能的假设，另一个是屈服极限与温度的假

定关系。）

1、热物理性能的简化：T↑——→α↑、Cρ↑——→α/Cρ不变、T↑——→α↑、E↓——→Eα不变

2、屈服极限与温度的假定关系：在５００℃度以下认为屈服极限σs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：该假设就是认为构件的某截面如果在加热前是个平面的话，那么在加热变形后仍然保持平面．

5.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？

6.纵向或横向收缩是以什么为参照系的？（焊缝）

7.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。

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。(1)线能量、线能量qn↓――→变形↓。（2）焊缝层数、多层焊的焊接纵向变形比单层焊小。3）预热、预热温度上升,纵向收缩变形上升. （4）间断焊的纵向收缩变形比连续焊小, 原因是它的当量线能量小.（5）热膨胀系数大的变形也大,如奥氏体钢的变形大于低炭钢6）构件中心与焊缝中心距离大的，弯曲变形也大。

横向收缩变形：1、堆焊、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。线能量q n：q n↑→ΔB↑。板厚δ：δ↑→ΔB↓2、对接接头、一方面热膨胀↑→间隙↓→横向收缩↑。无间隙时：热膨胀↑→挤压使厚度↑→横向收缩↑另一方面：焊缝的纵向收缩亦能影响横向变形。纵向变形→间隙↑→横向收缩↓影响因素：坡口形式：坡口角度↑、间隙↑——→横向收缩↑。焊缝金属量↑——→横向收缩↑。一般地说：线能量↑——→横向收缩↑

角变形：原因：横向收缩变形在厚度方向上的不均匀分布。

影响因素：（1）堆焊：线能量：q n↑——→正反面塑性变形量的差值↑——→角变形↑q n↑↑——→正反面塑性变形量的差值↓——→角变形↓

板厚：δ↑——→正反面塑性变形量的差值↑——→角变形↑。。δ↑↑——→刚度↑——→角变形↓

2）对接接头

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形。最好是在垂直位置两面同时施焊。

波浪变形：原因：（焊接残余压应力）σw≥σcr（薄板的抗失稳临界压应力）

降低焊接残余压应力σw的方法：

1. 采用小的焊接线能量：

2. 采用间断焊

3.

采用能量密度高的焊接方法，二氧化碳气体保护焊的能量密度要比手工焊高,变形也比手工焊小,气焊的能量密度最低,所以变形大.

增大薄板的抗失稳临界压应力σcr 的方法： 1. 增加板厚：浪费材料，经济性差。

2. 增加骨架，减小骨架间距：浪费材料，增加焊缝使得焊接残余应力增加。 焊接错边：原因：装配不善

对接边的热不平衡，刚度不等。受热大的一边变形大，受热小的一边变形小，所以产生错边。 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。

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

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 8. 预防焊接变形的设计措施，工艺措施各有那些？

1、设计措施（1）合理地选择焊缝尺寸和形式2）尽可能减少不必要的焊接3）合理地安排焊缝的位置

2、工艺措施（1）严格对加工装配工序的要求（2）预留收缩余量（3）反变形法4）刚性固定法（5）合理地选择焊接方法和规范6）合理地选择装配焊接顺序 9. 能分析不同的装配焊接顺序对焊接变形的影响。

10. 用机械和火焰矫正焊接变形的原理各是什么？

1、机械矫正法：机械矫正法是利用外力使构件产生与焊接变形相反的变形，使两者抵消。

焊接变形是由于塑性区缩短而造成的，而机械矫正法就是通过外力使那些缩短的部分拉长，以此来矫正焊接变形，外力通常是采用压力机。

2、火焰矫正法：该法是利用火焰局部加热时产生的压缩塑性变形使较长部位的金属缩短来达到矫正变形的目的。所以说本法的基本原理与前者正好相反，前者是使短的部分拉长而后者是使长的部位缩短。 11. 纵向焊接残余应力的分布特点及数值大小。

12. 横向焊接残余应力的分布特点及与施焊方式的关系。

13. 残余应力对机械加工精度的影响，对受压杆件稳定性的影响？

机械切削加工把一部分材料从工件上切去的同时，把原先在那里的焊接残余应力也一起去掉了，从而破坏了工件中原来的内应力的平衡，在这个不平衡的内应力的破坏下，工件将出现变形在变形的同时，使内应力达到新的平衡。

对于受压的焊接杆件来说，残余应力中的压应力区受压载荷后，很快屈服，这就减少了承受压力的有效截面，增大了长细比，从而使бcr 下降，这就降低了杆件的抗失稳能力， 14. 残余应力对静载强度及尺寸稳定性的影响。

结论一、焊接残余应力对塑性材料的静载强度没有影响.

结论二: 焊接结构焊后经过一个加卸载循环,结构内的焊接残余应力将减小到原来的( 1－β)倍 ,如果在该循环中，β= 1的话，则可完全消除残余应力.

结论三:焊接结构焊后经过一个加卸载循环,结构的尺寸将发生变化，出现了二次变形.

15.在焊后的加卸载过程中，焊接残余应力及应变的变化。

焊接结构焊后经过一个加卸载循环,结构内的焊接残余应力将减小到原来的( 1－β)倍。加载时的应变ε

Ⅰ

与卸载时的应变ε

Ⅱ

是不相等的，s s s m

m m

εβ

βεεβ

ε

ε-=

--=+∏

I 11它们的差值为

s m

m εε

-1 15. 二次变形及其原理。

焊接结构焊后经过一个加卸载循环,结构的尺寸将发生变化，也就是说卸载后构件的尺寸没有恢复到加载前，而是产生了新的变形,我们把这个变形叫二次变形