山东建筑大学 钢结构焊接制造 考试重点

焊接应力与变形

1、焊接残余应力与焊接瞬态应力的区别？

答：焊接残余应力是焊接后留下的应力，焊接瞬态应力是焊接过程中出现的应力。

2、试分析板中心堆焊及板边缘堆焊的焊接应力的形成过程。并用图表示其形成过程。

答:①中心堆焊:

在板堆焊时，在板厚和长度方向可视为均匀温度，根据平截面假设板条保持平面，内部中间变形率为负值，产生压应力，两侧变形率为正值，产生拉应力。

②板边堆焊

板右边缘堆焊时:按平板假设时，堆焊时，堆焊部位不可能单独伸长，而保持平面，此时两侧受压应力，中间受拉应力，受拉与受压面积相等，整个平板产生了伸长并向左发生弯曲变形。板左边缘冷却时，冷却后两侧受拉应力，中间受压应力并缩短产生向右的弯曲变形。

3、举例说明焊接应力在生产中主要危害。

答：①对静载强度的影响：焊接残余应力的存在，将明显降低脆性材料钢结构的静载强度。

②对构件加工尺寸精度的影响

③对受压杆件稳定性的影响：残余压应力的存在使工字梁的稳定性明显下降，使局部或整体失稳，产生变形。

④对应力腐蚀裂纹的影响：残余拉应力大小对腐蚀速度有很大的影响，当焊接残余应力与外载荷产生的拉应力叠加后拉应力值越高，产生应力腐蚀裂纹的倾向就越高，发生应力腐蚀开裂的时间就越短。

4、除加热不均匀引起焊接应力外，还有什么因素会引起焊接应力？

答：①在加热过程中，金属局部发生相变，使比容增大或减小而引起。

②金属局部发生拉伸或压缩塑性变形后引起

5、分析焊接纵向残余应力是如何形成的？

答:焊缝冷却时，由于温差不均匀使各部位产生的收缩量不同，焊缝温差大的，产生的收缩量大于周围温差小的部位，但受到周围板的约束产生残余拉应力，而周围两侧温差小产生残余压应力。

板板对接

T型接头

圆筒环缝对焊

6、分析焊接横向应力是如何形成的有何特点。

答:横向残余应力垂直于焊缝，由两部分组成，一是由焊缝及其附近塑性区的纵向收缩引起的横向应力，二是由焊缝及其附近塑性变形区的横向收缩引起的横向应力。纵向应力会使板件两端存在横向压应力而中间部位存在横向拉应力，先冷却的焊缝限制后冷却焊缝的横向收缩，从而产生了横向应力。

（纵向收缩引起）（横向收缩引起）

特点:①横向应力应力值小②横向应力与焊接顺序有关③横向应力合成后两端受压中心受拉。

焊接残余变形

1、焊接变形有哪几种？影响因素有哪些？

答：纵向收缩、横向收缩、挠曲变形、角变形、波浪变形、扭曲变形、错边变形等。

影响变形的主要因素：①工艺参数：电参数、热参数；②焊件几何形状；③坡口形式与装配间隙；④施焊工艺。（焊接层数等）

2、焊接角变形产生的原因是什么？角变形沿焊缝长度有何变化？

答：原因是横向收缩变形在厚度方向上的不均匀分布。

焊缝长度对角变形影响不大，但随着焊缝的增长而变大。

3、引起挠曲变形的因素有哪些？

答：①纵向收缩引起的挠曲变形

（1）线能量E↑→∆L↑。

（2）T始↑→∆L↑、T始↑↑→∆L↓；

（3）间断焊∆L＜连续焊∆L；

（4）多层焊∆L＜单层焊∆L；

（5）装配间隙、坡口形式等。

②横向收缩引起的挠曲变形

（1）Q=q/v↑→∆B↑；

（2）δ↑→∆B↓；

（3）装配间隙越大，横向收缩越大；

（4）横向收缩沿焊缝长度方向分布不均，先焊∆B<后焊∆B；

（5）对接接头的横向变形大小与焊接线能量、焊接坡口形式、焊缝截面积以及焊接工艺有关。

4、减少焊接应力与变形的设计措施是什么?

答：①合理选择构件截面提高构件的抗变形能力；②合理选择焊缝的截面和坡口形式；③尽量减少不必要的焊缝

5、减小焊接应力与变形的工艺措施是什么?

答：①选择合理的焊接线能量②合理的焊接顺序③合理装配顺序④通过调整线能量减少变形⑤刚性固定⑥反变形法⑦合理的装配-焊接顺序⑧焊接方向与次序⑨散热法(减少线能量)

焊接接头

1、什么是焊接接头？由哪几部分组成？各部分性能如何？

答：指两个或两个以上零件用焊接方法连接的接头叫做焊接接头。由焊缝金属、熔合线、热影响区和母材组成。熔合区是部分母材熔化部分未熔化形成的，此处晶粒不均匀，性能不稳定。

2、什么是工作焊缝？什么是联系焊缝？

答：直接处于工作状态下的焊缝为工作焊缝。与工作相联但未支持工作焊缝而发挥作用的焊缝称联系焊缝。

3、什么是应力集中？焊接接头产生应力集中的原因有哪些？为什么说应力集中对塑性材料的静载强度无影响？

答：各类钢结构中，由于焊缝的形状、焊缝的布置和焊接成形的特点，使实际的钢结构焊接接头工作应力的分布不均匀，当截面中最大应力值比截面中平均应力高时称为应力集中。

应力集中的原因：①焊缝中的工艺缺陷如气孔、夹渣；②不合理的焊缝外形；

③设计不合理。

接头在塑性变形的过程中能发生应力均匀化，只要接头材料具有足够的塑性，应力集中对静载强度就没有影响。

4、画图说明搭接接头应采用联合角焊缝形式。

答:采用联合角焊缝后正应力有较大的改善，正应力分布较为均匀，最大切应力降低在B–B截面两端点上的应力集中得到改善，采用这种焊缝改善了应力分布，还缩短了接头的搭接长度。

钢结构的断裂失效与防治

1、什么是疲劳断裂？其断口特征如何？

答:金属材料及其结构因受交变载荷而发生损坏或断裂的现象，称为疲劳断裂。断口特征:宏观形貌:疲劳断口由疲劳裂纹源区，疲劳裂纹扩展区，瞬时断裂区组成，形状具有“贝壳”状或“海滩”状花样。微观形貌:具有一定间距的垂直于裂纹扩展方向的相互平行的条状花样，即疲劳条带。

防止措施:①降低应力集中和危险部位上的实际应力。②进行表面强化处理③减少焊缝中的缺陷④超声波冲击焊接接头。

2、脆性断裂的微观特征如何？防止脆性断裂的措施？

答:宏观特征:断口平直，断面与正应力垂直，断口平齐光亮，常呈放射状、人字状或结晶状。

微观特征:①解理断口:常呈河流状花样、扇形花样、舌形花样等。②准解理断口:断口上常见到许多不连续的解理面，并在局部形成孤立的裂纹进行扩展③沿晶断口:晶界面相当平滑，多面体感很强，无明显塑性变形。

产生原因:①应力集中以及拉伸应力的作用②使用温度低于材料临界脆性转变温度③加载速度过高④焊接质量存在缺陷⑤化学成分及组织的影响

防止措施:选择材料时应保证材料具有良好的强韧性及工艺性能②在进行零件结构和钢结构焊接工艺设计时应使缺陷所产生的应力集中降至最低限度③控制有害元素和杂质元素的含量，细化晶粒，提高钢材的塑性、韧性。④对钢材进行适当的热处理。

3、应力腐蚀机理是什么？

答：两种机理：①电化学应力腐蚀机理②机械破裂应力腐蚀开裂

钢结构焊接生产工艺

1、焊接工艺评定的目的和意义？

目的：①证实焊接工艺规程的正确性和合理性②确定焊接工艺规程是否能提供合乎技术要求的焊接接头③检验焊工的技术水平

2、焊接工艺评定检测内容有哪些？

答：焊接方法、母材金属、焊接填充金属和电极、预热和层间温度、焊接电参数、保护气体、坡口形式和尺寸、焊接位置、母材金属的规格等

3、重新评定焊接工艺的原则是什么？

答：焊接工艺规程规定的各重要工艺参数只要有一项超出了法规容许的范围，必须重作焊接工艺评定。

4、钢结构焊接制造工艺文件有哪些？

答：①工艺过程卡片：主要用于单件小批生产的产品示例。

②工艺卡片：用于各种批量生产的产品。

③工序卡片：主要用于大批量生产的产品和单件小批生产中的关键工序。

④操作指导卡片（作业指导书）：用于建立工序质量控制点的工序。

⑤工艺守则：某一专业应共同遵守的通用操作要求。

⑥检验卡片：用于关键工序检查。

⑦装配系统图：配合装配的工艺过程或工序卡片使用，以便于复杂产品的装配。

⑧热处理、成形、锻造工艺卡片等。

5、钢结构焊接工艺评定试验项目有哪些？

答:有目视检查、无损检验、弯曲试验、拉伸试验、缺口冲击试验、宏观金相检验。