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。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。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 600700 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？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 T：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 T 就不能完全表现出来，表现出来的部分为外观应变 e，而未表现出来的部分就叫内部应变。 （弹性内部应变 S和塑性内部应变 p）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 p 。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。（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（600650） ，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：纵向收缩变形：不均匀加热压缩塑性变形相当于力缩短力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。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 横向收缩影响因素：线能量 q，板厚 ：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。影响因素：堆焊角变形随线能量 qn 变化的关系是随线能量 qn 的上升，角变形由小到大，达到峰值后又下降。角变形随板厚 的变化也如此。对接接头影响角变形的主要因素是坡口角度、焊接层数以及焊缝截面形状。坡口角度 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。波浪变形：板架结构焊后是否失稳的判据为：（焊接残余压应力） wcr （薄板的抗失稳临界压应力）降低焊接残余压应力 w 的方法：采用小的焊接线能量，采用间断焊，采用能量密度高的焊接方法。增大薄板的抗失稳临界压应力 cr 的方法：增加板厚，增加骨架，减小骨架间距，但这些效果都不好，所以对薄板框架结构很难做到焊后不失稳，应当寻找一种新型来取代薄板框架结构，这就是新型的压筋结构。焊接错边：分为厚度上的错边和纵向错边原因：装配不善，对接边的热不平衡，刚度不等。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。9.预防焊接变形的设计措施，工艺措施各有那些？答：设计措施：（1）合理地选择焊缝尺寸和形式：在保证结构的承载能力的条件下，设计时应尽量采用小的焊缝尺寸 （2）尽可能减少不必要的焊缝 （3）合理地安排焊缝的位置：焊缝应尽可能安排在接近结构中和轴的地方，并尽可能对称于截面中和轴。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，事先估计好结构变形的大小和方向然后在装配时给一个相反方向的变形与焊接变形相抵消。 （4）刚性固定法用来防止角变形和波浪变形效果比较好。 （5）合理地选择焊接方法和规范，选用能量密度高的焊接方法可以有效的防止焊接变形，CO 2 焊就比手弧焊变形小，气焊变形最大，真空电子束焊和激光焊能量密度最大焊缝很窄变形极小。例：如图：对于这样一个不对称的工字型结构,如果用相同的焊接规范进行焊接，则焊缝1、2 造成的弯曲将大于 3、4，如果把 1、2 焊缝适当分层焊接，每层用小线能量,则有可能使上下绕曲变形相互抵消.(6) 合理地选择装配焊接顺序10、焊接残余应力与变形的调整与控制有哪些措施？答：（1）调控焊接应力与变形的焊前措施：1） 合理地选择焊缝的形状和尺寸其应遵循的原则是：尽可能使焊缝长度最短；尽可能使板厚小；尽可能使焊脚尺寸小；断续焊缝和连续焊缝相比，优先选择断续焊缝；角焊缝与对接焊缝相比，优先选择对接焊缝。2） 尽量避免焊缝的密集与交叉3） 合理地选择肋板的形状并适当地安排肋板的位置，可以减少焊缝，提高肋板加固的效果4） 采用压形板来提高平板的刚性和稳定性，也可以减少焊接量和减少变形。5） 联系焊缝可采用断续焊缝的形式以降低热输入总量，并且尽量把工作焊缝变为联系焊缝6） 预变形法或反变形法也是要优先考虑的重要措施之一（2）焊后调控焊接残余应力与变形的措施：1）机械方法； 2）加热方法。（3）随焊调控焊接应力与变形的措施：1）刚性固定法；2）减小焊缝的热输入3）合理安排装配焊接的顺序4）预拉伸法5）焊时温差拉伸法6）随焊激冷法7）随焊碾压法8）随焊锤击法9）随焊冲击碾压法11.例：工字梁的对接：1、2 两缝对结构来说是横向焊缝，它的横向收缩要比 3 缝的纵向收缩大，所以应先焊收缩量大的 1、2 缝。又面板上的 1 缝工作时受力较大，根据原则（2）应先焊 1 缝，这样在焊后面的 2、3 缝时它们的收缩能使 1 缝预先承受压应力，提高了结构的承载能力12.能分析不同的装配焊接顺序对焊接变形的影响。例：方案一先组合槽钢 (A) 和若干隔板(B) ，即先焊 3 缝，出现上绕 f3：再组合（A+B ）和 C，先焊 1 缝，出现上绕 f1；再焊 2 缝，出现上绕 f2；总变形 ：f 1+ f2+ f3方案二先组合 A、C，即先焊 1 缝，出现上绕 f1，不变；再组合（A+C）和 B，先焊 2 缝，出现上绕 f2，不变；再焊 3 缝，出现下绕 f3；由于此时的中和轴与 A、B 组合时相比下移了，所以 3 缝的中心可能变到中和轴的上方，f 3 将成为下绕度。总变形 ：f 1+ f2f 3方案三先组合 B、C，即先焊 2 缝，绕度 f2 = 0 ；此时焊缝中心和 B、C 的中性轴几乎重合，所以产生的绕度很小，几乎为 0。再组合（B+C）和 A，先焊 1 缝，出现上绕 f1；再焊 3 缝，出现下绕 f3；总变形 ：f 1 f3 最小。13.影响焊接接头性能的主要因素?焊缝金属（缺陷）:咬边、裂纹、未焊透、气孔、夹渣热影响区:裂纹、脆化14、什么是焊接接头？答：熔焊焊接接头是在高温移动热源局部加热、快速冷却条件下形成的，接头一般可分焊缝金属、熔合区、热影响区和母材四个组成部分。1、调制钢、低碳钢的热影响区的组成？1）调制钢热影响区由过热粗晶区、淬火区、不完全相变区组成；2）低碳钢的热影响区由过热粗晶区、完全正火区（细晶区） 、不完全正火区组成。15、坡口形式有哪几种？选择坡口形式时通常要考虑哪几个方面？答：坡口形式有：卷边、平对、V 形、U 形、X 形、K 形等。选择坡口形式时通常要考虑：1）可焊到性或便于施焊；2）降低焊接材料的消耗量；3）坡口易加工；4）减小或控制焊接变形。16、最理想的坡口形式时什么？为什么？答：最理想的坡口形式是 U 形坡口；因为同等厚度下 U 形坡口需要的填充金属量少，节省母材和焊材，并且在同种焊接方法的情况下，其热输入量最小。17、接头形式有哪几种？最理想的接头形式是什么？为什么？答：接头形式有对接接头、搭接接头、角接接头、 “丁” “十”字接头。其中，最理想的接头形式是对接接头。因为：1）对接接头的焊后残余应力较小；2）对接接头的焊接变形量较小；3）对接接头的应力集中系数较小；4）在工作过程中对接接头所受的应力状态较好。18能分析不同的装配焊接顺序对焊接变形的影响。答:方案一、a）先组合 A、B ，即先焊 3 缝，出现上绕 f3； b）再组合（A+B）和 C，先焊1 缝，出现上绕 f1；再焊 2 缝，出现上绕 f2；总变形 ： f1+ f2+ f3方案二、a）先组合 A、C，即先焊 1 缝，出现上绕 f1，不变； b）再组合（A+C）和B，先焊 2 缝，出现上绕 f2，不变：再焊 3 缝，出现下绕 f3；由于此时的中和轴与 A、B组合时相比下移了，所以 3 缝的中心可能变到中和轴的上方，f3 将成为下绕度。总变形 ：f1+ f2f3方案三、a）先组合 B、C，即先焊 2 缝，绕度 f2 = 0 ；此时焊缝中心和 B、C 的中性轴几乎重合，所以产生的绕度很小，几乎为 0。b）再组合（B+C）和 A，先焊 1 缝，出现上绕 f1；再焊 3 缝，出现下绕 f3；总变形 ：f1 f3 最小19用机械和火焰矫正焊接变形的原理各是什么？答：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。火焰矫正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。20纵向焊接残余应力的分布特点及数值大小。答：分布特点：在试件中部稳定区域内，焊缝附近焊接残余应力是拉应力，而且拉应力的值往往达到屈服极限。在焊缝塑性区以外，焊接残余应力是压应力，其值与拉应力相平衡。数值大小：在板的两端由于拘束条件的改变，纵向应力不同于中部稳定区，而是比中部低，越接近端面越低，到端面处等于零，板条较短时就不存在中部稳定区，焊缝上的 x 可能小于 s。21横向焊接残余应力的分布特点及与施焊方式的关系。答：横向应力 y 是垂直于焊缝方向的焊接应力，可分为两个组成部分：（1）是由于焊缝及其附近的塑性变形区的纵向收缩引起的，用 y表示。 （2）是由焊缝及其附近的塑性变形区横向收缩的不同时性引起的，用 y表示。由于 y与施焊的先后次序、方向、分段方法有关，所以对焊道施焊的方法不同，y的分布也不同，如：直通焊、由中间向两端焊、分段退焊等。虽然焊接的方向不同，y的分布不同，但只要掌握一点，就是焊接收尾的地方 y一定是拉应力。横向应力的两个组成部分 y和 y是同时存在的，最终的横向应力是它们两者的合成，即：y=y+y。22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？答：（1） 、对机械加工精度的影响。经过焊接工艺制造的零部件如果要进行机械加工的话，那么焊接过程产生的残余应力对机械加工精度会产生很大的影响，这是因为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。 （2）对压杆件稳定性的影响。由材料力学基本理论可知，压杆失稳的临界应力 cr 与长细比 成反比。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 cr 下降，这就降低了杆件的抗失稳能力，可见影响压杆稳定的主要是残余应力中的压应力区。23残余应力对静载强度及尺寸稳定性的影响。答：焊接残余应力对塑性材料的静载强度没有影响，而对尺寸稳定性却有很大影响。对脆性材料，焊接残余应力降低其静载强度。24在焊后的加卸载过程中，焊接残余应力及应变的变化。答：首先焊后焊接残余应力的的分布如下：拉应力区的应力大小为： s01压应力区的应力大小为： bbBs012sssmbB102（1）加载 P现在我们来看看残余应力与 P 产生的应力叠加以后构件各区域的实际应力又是怎样的呢？拉应力区： s01压应力区：ssss mm 1102加载 P 所产生的拉应变：ssE )(实（2）卸载P把卸载过程看着施加一个负的 P 载荷，由于卸载过程中构件的整个截面都参加工作，所以P 在构件内产生的名义应力和实际应力是一致的，都是ss 与构件内各区的原有应力叠加，结果是：拉应力区： sss11压应力区：022 111 ss ssssmmm卸载所产生的应变：ssE25. 二次变形及其原理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。原理：加载时的应变 与卸载时的应变 是不相等的， sssmm 11它们的差值为 s26.什么叫加热减应法？它有何作用？在结构的某些部位加热，使它产生的热膨胀带动焊接部位，产生一个与焊缝收缩方向相反的变形，在冷却时加热区的收缩和焊缝的收缩方向相同，使焊缝能自由的收缩，从而降低内应力。27.焊接残余应力的测定方法有那些？1、全破坏法（1）切条法（2）逐层铣削法2、微破坏法（1）小孔法（2）套孔法3、非破坏法（1）磁测法（2）X 射线衍射法28.各种接头的型式及特点。那种接头的受力是最好的？那种接头的装配要求最简单？.对接接头 特点：受力好，装配要求高。对接接头截面变化平缓，应力集中小，受力状态是各种接头中最好的。但是它的装配要求较高，如果两边母材上下错动，或间隙过大、过小都不行。.搭接接头 特点：受力差，装配要求简单。搭接接头的特点刚好和对接接头相反，应力分布很不均匀，疲劳强度低，但是它们的焊前准备工作及装配要求却很简单。.十字接头（丁字接头）特点：丁字（十字）接头的焊缝向母材过渡较剧烈，力线弯曲严重，应力分布极不均匀，在焊缝跟部和趾部有较大的应力集中.角接接头对接接头受力最好；搭接接头装配要求简单29.何为应力集中？它产生的原因有那些？对接头静载强度有无影响？为什么？应力集中指接头局部区域的最大应力值比平均应力值高的现象。产生原因:焊缝中有工艺缺陷； 焊缝外形不合理；焊接接头设计不合理。应力集中的存在表明焊接接头应力分布不均匀，使静载 e 强度降低30.对接、搭接、丁字（十字）接头降低应力集中的措施是什么？对接接头：在实际生产中只要我们保证焊缝熔透；减小加厚高，使焊缝向母材过渡平顺；提高装配质量，减小焊接错边；选用合适的焊接规范和坡口形式，减小角变形就可以有效的控制对接接头造成的应力集中。搭接接头：设计搭接接头时，采用联合角焊缝的搭接接头，不但可以改善应力分布还可以缩短搭接长度。丁字接头：对重要的丁字接头必须开坡口焊透或采用深熔焊接方法进行焊接。对接、搭接、丁字（十字）接头降低应力集中的措施是什么？答：对接接头：焊缝轮廓：焊趾和焊跟向母材过渡越平滑应力集中越小；其次是焊缝加厚越大应力集中越大。焊接错边：错边量越大应力集中越大。接头的角变形：角变形越大应力集中越大。搭接接头：在只用侧面角焊缝焊成的搭接接头中，不但沿焊缝长度上应力分布是不均匀的，而且在母材断面上应力分布也是不均匀的，为了改善断面上的应力分布，常增添一条正面角焊缝，形成了联合角焊缝的搭接接头，采用联合角焊缝的搭接接头，不但可以改善应力分布还可以缩短搭接长度。十字接头：开坡口焊透或采用深熔焊接方法进行焊接。31.铆焊联合接头和铆焊联合结构有什么不同？它们各自在结构中的作用是什么？答：既有焊接接头，又有铆接接头的结构称为铆焊联合结构；在同一个接头上既有铆钉又有焊缝，这样的接头叫铆焊联合接头。铆焊联合接头是一种不合理的接头形式，一般在需要对过去已有的铆接接头进行加固时采用。之所以采用铆焊联合结构是因为铆接也有焊接不能代替的特点：1）铆接接头比焊接接头刚度小，有较大的退让性。2）铆接接头的应力集中系数比某些焊接接头的应力集中系数小，对疲劳强度有利。3）铆接接头在结构中形成的内应力比焊接结构的内应力低。4）铆接结构有较高的止裂性 5）铆接还可以减少工地条件下的焊接，从而保证产品质量。32.何谓应变时效？何谓动应变时效（热应变脆化）？它们的差别是什么？ 答：钢材经冷加工（如剪切、冷作矫形、弯曲）产生塑性变形，随后又经过 150400加热引起脆化，这一过程叫应变时效；近缝区金属受焊接热循环作用，在某些刻槽尖端附近，及前道焊缝的缺陷附近，将产生很大的塑性变形，这一由热循环引起的塑变将引起更大的脆化，这一过程叫动应变时效，也叫热应变脆化。先产生塑变，后进行加热的叫应变时效；塑变和加热同时进行的叫动应变时效，也叫热应变脆化。何谓应变时效？何谓动应变时效（热应变脆化）？它们的差别是什么？答：塑性变形（剪切、冷作矫形）加热（150400）脆化叫应变时效。加热和塑变同时脆化叫动应变时效（热应变脆化） 。差别在于前者塑变和加热不是同时进行的，而后者却是同时的。33. 何谓高组配接头？何谓低组配接头？高组配接头：（焊缝金属强度大于母材强度）低组配接头：（焊缝金属强度低于母材强度也叫软层接头）34. 控制相对宽度提高软层接头强度的原理是什么？软层接头的焊缝金属受的是三向应力，而三向应力状态总是使材料变形困难，强度增加，焊缝宽度越小径向拉应力就越大，三向应力状态就越严重，强度提高的就越大，所以减少焊缝相对厚度提高接头强度的原因就是：高强的母材阻碍焊缝金属的变形，使之受三向应力状态而强化。35.焊接接头设计的强度原则是什么？答；接头和母材等强的原则36. 举例说明什么是工作焊缝，什么是联系焊缝？答：联系焊缝：只传递部分载荷，使被联结构件产生协调变形的焊缝。工作焊缝：传递全部载荷，一旦断裂，结构立即失效的焊缝。（一种焊缝与被连接的元件是串联的，承担着传递全部载荷的作用，一旦断裂，结构就立即失效，这种焊缝称为工作焊缝，其应力称为工作应力。另一种焊缝与被连接的元件是并联的，仅传递很小的载荷，主要起元件之间相互联系的作用，焊缝一旦断裂，结构不会立即失效，这种焊缝称为联系焊缝，其应力称为联系应力。 ）37.什么是脆性断裂？它有何特点？答：断裂前没有或只有少量塑性变形，断裂突然发生并快速发展的断裂形式称为脆性断裂特点：（1）断裂时工作应力很低，一般低于材料的屈服极限。 （2）脆断的裂纹源总是从内部的宏观缺陷处开始的。 （3）温度降低脆断倾向增加。 （4）脆性断口平齐而光亮且与正应力垂直38.试述延性断裂和解理断裂是如何发生的，断口形貌有何特点？延性断裂在断裂前有较大的塑性变形；脆性断裂在断裂前没有或这有少量的塑性变形，断裂突然发生并快速发展。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39.应力状态、温度、加载速度对脆性断裂影响的分析答应力状态：可见同一构件、同样大小的载荷用不同的方式加载,它产生的最大正应力 max 和最大剪应力 max 的数值及比值 max/max 是不同的,这些差别对材料的脆断是有影响的,这个就是看载荷造成的最大正应力 max 和最大剪应力 max 中是 max 先达到正断抗力 Sot,还是 max 先达到剪断抗力 tk,前者产生脆断，后者产生韧断.温度：温度主要影响材料本身的正断抗力 Sot、剪断抗力 tk 和剪切屈服限 tT值，随着温度的上升 Sot 基本不变，而 tT 却很快下降，这一结果就相当于改变了力学状态图的形状，使图形变矮了，使得原本可以先和 Sot 相交的应力状态变得先与 tk 相交了，使材料由原来的脆性断裂变为延性断裂。T tT Sot 不变 脆性 加载速度：加载速度主要影响材料的剪切屈服限 tT 值，随着加载速度的提高，剪切屈服限 tT 提高而正断抗力 Sot 基本不变，这就使得力学状态图变高了，使得本来先与 tT 相交的应力状态变得先与 Sot 相交了，材料将由韧性断裂变为脆性断裂。加载速度 tTSot 不变 脆性40、材料发生脆性断裂时有什么特点？答：1）脆性断裂一般都在应力不高于结构的设计应力和没有显著地塑性变形的情况下发生，不易事先发现和预防，因此往往造成人身伤亡和财产的巨大损失，所以通常称这类破坏为低应力脆性破；2）塑性材料也发生脆性破坏；3）脆性断裂总是有构件内部存在宏观尺寸（0.1mm 以上）的裂纹源扩展引起的。这种宏观裂纹源可能是在制造过程或使用过程中产生的；4）裂纹源一旦超过某个临界尺寸，裂纹将以极高的速度扩展，并顺势扩展到结构整体，直到断裂，具有突然破坏的性质；5）中、低强度钢的脆性断裂事故，一般发生在较低的温度，而高强度材料没有明显的温度效应41、影响金属脆性断裂的主要因素有哪些？答：1）应力状态的影响：单轴拉伸最好，双轴拉伸次之，三轴拉伸最差；2）温度的影响：温度越低越易发生脆断，温度越高越不易发生脆断，就材料自身而言，其脆性转变温度越低越好；3）加载速度的影响：加载速率越快越易发生脆断，加载速率越慢越不易发生脆断；4）材料状态的影响：厚度的影响：厚度越厚越易脆断，厚度越薄越不易脆断：a、后半在缺口处容易形成三轴拉应力；b、冶金因素：生产薄板时压延量大，轧制温度较低，组织细密；相反，后半轧制次数少，终轧温度较高，组织疏松，内外层均匀性叫差；晶粒度的影响：晶粒越细，其转变温度越低，越不易发生脆断；化学成分的影响：C、N、O、H、S、P 增加钢的脆性，Mn、Ni、Cr、V 有助于减少钢的脆性。42、预防结构脆性断裂的措施有哪些？答：1）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。2）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；减小结构的刚度，降低应力集中和附加应力的影响；不采用过厚的截面；重视附件或不受力焊缝的设计；减小或消除焊接残余拉伸应力的不利影响。3）用断裂力学方法评定结构安全性。43.用力学状态图分析为什么结构中不允许存在三向交叉焊缝？答：单轴拉伸时，max/max，而三轴拉伸时，主应力为 1、2、3 且30 则 max =1 ，可见比值 max/max 下降了，所以脆断的危险性加大了。当1 = 2 = 3 时 max/ max = 0 ，在力学状态图上为横轴，说明材料必然是脆断。三向交叉焊缝为三向等轴应力状态，结构中若允许存在三向交叉焊缝，结构必然脆断，故要避免。44.为什么在单向应力场中的裂纹尖端缺口根部会产生三轴应力状态呢？在受力过程中由于应力集中的原因，缺口根部的应力必然很大，在它的作用下缺口根部的材料将伸长，根据体积不变原理，材料在某方向上的伸长必然引起其他两个方向即宽度和厚度方向上的收缩，但由于缺口平面上不承受应力，所以没有横向收缩，缺口尖端以外的材料受到的应力较小，引起的横向收缩也较小，可见横向收缩是不均匀的，使得缺口较大的横向收缩受阻，结果产生横向和厚度方向的拉伸应力，这样就在缺口根部出现了三向应力。45.NDT（无延性转变温度） ，FTE （弹性断裂转变温度） ，FTP（延性断裂转变温度）的意义及相互的关系，测定方法。答：存在一个临界温度，低于它材料发生平裂，高于它发生凹裂，此温度称为无延性转变温度，简称 NDT存在一个临界温度，在这个温度以下，裂纹能够向低应力区扩展，高于这个温度，裂纹只能在应力达到屈服点范围内扩展，而不向低应力区扩展，此温度称为弹性断裂转变温度，简称 FTE。存在一个临界温度，在此温度之上，断裂完全是塑性撕裂的，此温度称为延性断裂转变温度，简称 FTP。 。如果找到无延性转变温度 NDT，则 FTE 和 FTP 可按下列经验公式算出：FTE = NDT + 33（60 F）FTP = FTE + 33（60 F） = NDT + 66 （120 F）测定方法：爆炸膨胀试验、落锤试验46.转变温度的概念，冲击试验中评定钢材韧性的标准有那些？答：一般来说随着温度的降低材料的脆性增加，当温度降至某个临界值时将出现延性断裂到脆性断裂的转变，这个温度称之为转变温度。 标准：能量标准，断口标准，延性标准47.防止断裂引发原则(抗裂原则 ): 要求结构的一些薄弱环节具有一定的抗开裂性能。止裂原则:一旦裂纹产生，材料应具有将其止住的能力。开裂临界温度 Ti：在此临界温度之上，不可能引发脆性裂纹。止裂临界温度 Ta：在这个临界温度之上脆性裂纹可以被止住或者不能扩展。在实际焊接结构的设计中：焊接接头用抗裂原则，母材用止裂原则。、防止结构脆性断裂的设计原则是什么？答：有两种：一为防止断裂引发原则；二为止裂原则。前者要求结构的薄弱环节具有一定的抗开裂性能；后者要求一旦裂纹产生，材料应具有将其止住的能力，即止裂性能。显然前者更重要。48.在实际焊接结构的设计中应当怎样应用这些原则？答: 抗裂临界温度：对一种材料来说，有一个裂纹引发临界温度，在此临界温度之上，不可能引发脆性裂纹。也叫开裂临界温度。止裂临界温度:止裂也有一个临界温度，在这个临界温度之上脆性裂纹可以被止住或者不能扩展。在焊接结构的实际设计中如果仅仅采用抗裂原则，那么一旦开裂，将无法止住，不够安全，如果全部用止裂原则，成本太高，所以实际焊接结构防止脆断的设计是焊接接头用抗裂原则，母材用止裂原则。这就要求设计人员能够掌握接头和母材的抗裂性能和止裂性能方面的资料，这些资料主要是指抗裂临界温度和止裂临界温度。49.正断抗力 SOT，剪断抗力 k，剪切屈服限 T，力学状态图，应力状态软性系数=max/max 概念。答：正断抗力 SOT： 试件中的最大正应力达到 Sot 时，出现正断，属于脆性断裂。剪断抗力 k : 试件中的最大切应力达到 tk 时，产生剪断，属于塑性断裂。剪切屈服限 T： 试件中的最大切应力达到 tT 时，材料屈服，出现塑性变形。力学状态图：若直线先与剪切屈服限 tT 相交，则表示该种加载方式将使试件内的最大剪应力 max 首先达到剪切屈服限 tT，产生塑性变形，达到剪断抗力 tk时产生延性断裂，若直线首先与 Sot 相交时，则表示该种加载方式将使试件内的 max 首先达到 Sot，故产生脆断 31max2应力状态软性系数= max/max： 表示一种加载方式的应力状态。（在裂纹尖端缺口根部会产生三轴应力状态）50.何谓金属的疲劳？疲劳和脆断的异同。答：结构在变动载荷下工作，虽然应力低于材料的但在较长时间工作后仍发生断裂的现象叫金属的疲劳。相同点 不同点 疲劳 脆断低应力作用下破坏 加载次数 多次 少次断裂时变形很小 裂纹扩展速率 慢 快断裂都具有突然性，危害大 温度影响 小 大影响断裂的因素大部分相同 断口 疲劳辉纹 结晶状51.疲劳的类型。答：1、高速疲劳（应力疲劳）： 载荷小（应力小） ，频率高，裂纹扩展速率小。2、低周疲劳（应变疲劳）： 应力高，频率低，裂纹扩展速率大。52.何谓变动载荷？ 答：变动载荷是指载荷的大小、方向或大小和方向都随时间发生周期性变化（或无规则变化）的一类载荷。对称交变载荷，脉动载荷，拉伸变载荷：max， mix， m， a，r何谓变动载荷？典型变动载荷及其特性。 （对称交变载荷，脉动载荷及其应力循环参量： max， mix， m， a， r）变动载荷是指载荷的大小、方向或大小和方向都随时间发生周期性变化（或无规则变化）的一类载荷。max ：应力循环内的最大应力min ：应力循环内的最小应力m =（ max + min）/2：平均应力a =（max min）/2 ：应力幅值r =mix /max ：应力循环特征系数，r 的变化范围是+11、对称交变载荷 应力波形如图，由图可见：这种变动载荷的min = max ； 应力循环特征系数 r = 1 。max、min 、平均应力m = 0 ，应力幅值 a = max 2、脉动载荷 应力波形如图，由图可见： min =0 r = 0 ；max、min ；平均应力m 与应力幅值相等，都等于max /2 ，m =a = max /2 3、拉伸变载荷 max、 min 均为拉应力，但大小不等，0 r 1由图可见： max、 min 、 m 、a ；53.疲劳曲线及各种疲劳图，能通过疲劳图求疲劳强度。（1）用 max 与 r 表示的疲劳图它直接反映 max 与 r 关系，可以明确的看出 r 上升，疲劳强度也上升，疲劳强度用 r表示，角标 r 表示 r 是对应于该应力特征循环系数下的疲劳强度。从图中我们可以看出：对称交变载荷下的疲劳强度 -1、脉动循环下的疲劳强度 0。当r=1 时是静载强度。（2）用 max 与 m 表示的疲劳图（已知 r 如何求 r）此图以 max 和 mix 为纵坐标， m 为横坐标，过原点作一直线与坐标轴成 45 度角，再将震幅的数值对称地绘再该斜线的的上下两侧，则该斜线及上下线所表示的应力为平均应力及在其上叠加的对称交变应力。当 m =0 时，表示对称应力循环，故纵轴上 ON 表示 -1；线段 ON 表示脉动循环时的疲劳强度 0 ;当 m = b 时，相当于静拉伸强度，这时材料已不能再承受交变应力，故 a = 0 。该疲劳图告诉我们，在不同的平均应力 m 下，材料所能承受的最大交变应力 max 及应力幅值 a，它直接表示的是疲劳强度 r 与平均应力 m 的关系，也就是说已知平均应力 m，就可以从该图上求得 r。但是如果我们知道 r 怎样求 r，也就是说怎样从该图上求某种循环系数 r 下的疲劳强度 r 呢？可用作图法，自 0 点作一与水平线成 角的直线，角 根据下式确定： rtgmixm122axax该直线与图形上部曲线的交点的纵坐标就是该 r 下的疲劳强度 r。（3）用 a 与 m 表示的疲劳图（已知 r 如何求r）图中横坐标为平均应力 m，纵坐标为应力幅值 a，曲线上各点的疲劳强度 r = m + a ，使用时只要知道平均应力 m 查出对应的应力幅值 a，或已知应力幅值 a，查出对应的平均应力 m，把它们的纵横坐标加起来就是疲劳强度 r 。曲线与纵轴交点 A 的纵坐标就是对称循环的疲劳强度 -1，曲线与横轴交点 B 的横坐标就是静载强度 b，此时 a = 0 、r = 1。若仅仅已知循环特征系数 r，怎样求疲劳强度呢？仍然用作图法，自 0 点作一与水平轴成 角的直线与曲线相交，并使 角满足下式： rtgmixixixma 1aaa则交点的纵横坐标之和 m + a =r，即为循环系数为 r 时的疲劳强度 r。例如：求脉动循环 r=0 的疲劳强度，把 r=0 代入上式，得 tg= 1 、=45，所以过原点作一条 45的射线，与曲线相交，交点的纵横坐标之和就是脉动循环的疲劳强度。（4）用 max 与 mix 表示的疲劳图（已知 r 如何求r）图中纵坐标表示循环中的最大应力 max，横坐标表示最小应力 mix，由原点发出的每一条射线代表一种循环特性，因为这些射线的斜率的倒数就是应力循环特征系数 r （= mix / max ） 。例如：由原点向左与横轴倾斜 45的直线，其斜率的倒数为负 1，即 r=-1 ，所以它表示交变载荷，它与曲线交点 B 的纵坐标 BB即为交变载荷的疲劳强度 -1。向右与横轴倾斜 45的直线，其斜率的倒数为 1，即 r=1 ，所以它表示静载情况，它与曲线交于 D 点，则 DD即为静载强度。纵轴本身又表示脉动载荷 r=0 , CC 即为 0 。）54.疲劳强度和疲劳极限的概念。答：曲线上对应于某一应力循环次数 N 的不破坏的最大应力为该循环次数下的疲劳强度；曲线的水平渐近线为疲劳极限。疲劳强度是进行有限寿命设计时使用。而疲劳极限是进行无限寿命设计时使用。55.疲劳曲线及各种疲劳图，能通过疲劳图求疲劳强度。答：疲劳曲线：构件在变动载荷作用下所能承受的最大应力循环次数。 r 是对应于该应力特征循环系数下的疲劳强度。（1）用 max 与 r 表示的疲劳图（2）用 max 与 m 表示的疲劳图（已知 r 如何求 r）注：线段 ON表示脉动循环时的疲劳强度 0自 0 点作一与水平线成 角的直线，该直线与上部曲线的交点的纵坐标就rtgmixm12aax是该 r 下的疲劳强度 r。（3）用 a 与 m 表示的疲劳图（已知 r 如何求r）注：曲线上各点的疲劳强度 r = m + a（4）用 max 与 mix 表示的疲劳图（已知 r 如何求r）rtgmixiixma 1a射线的斜率的倒数就是应力循环特征系数 r （= mix / max ） 。56.焊缝的种类，应力集中的部位对 r 的影响。( 不确定)对接焊缝： 对接焊缝由于形状变化不大，应力集中比其它接头形式要小，虽然如此，但要注意：加厚高上升，疲劳强度下降 r；焊缝向母材的过渡角上升，疲劳强度下降 r ；过渡圆弧半径上升， 疲劳强度上升 r； 机械加工焊缝表面， 应力集中下降，疲劳强度上升 r。十字接头：十字接头由于在焊缝向基本金属过渡处有明显的截面变化，其应力集中要比对接接头大，因此疲劳强度远低于对接接头，增大焊角只能有限的提高疲劳强度 r 。合金钢对应力集中敏感，所以采用合金钢对提高疲劳强度没有优越性。搭接接头:搭接接头的疲劳强度是很低的57.焊接残余应力，焊接缺陷对 r 的影响。焊接残余应力：拉伸残余应力降低疲劳强度；压缩残余应力提高疲劳强度；变动载荷的 m 大于 c 点应力时残余应力对结构的疲劳强度没有影响。小于 C 点数值时， m 越小，内应力的影响也就越显著。焊接缺陷：焊接缺陷对疲劳强度有很大的影响，影响程度与缺陷的种类，尺寸，方向，所在位置有关。 片状缺陷比圆角的影响大；表面缺陷比内部的影响大；与作用力方向垂直的片状缺陷比其他方向的影响大；拉应力场中的缺陷比压应力场中的影响大；应力集中区的缺陷比均匀应力场中的影响大。58.提高接头疲劳强度 r 的措施有那些？一、降低应力集中 1、采用合理的结构形式，减少应力集中：（1）避免三向交叉焊缝（2）焊缝离开受力最大的位置（3）不用单边角焊缝（4）尽量减少刚度（5）尖角改圆角（6）不用加盖板对接（7）采用中间夹板用间断焊和塞焊代替连续焊2、尽量采用对接接头:（1）采用复合结构把角焊缝改为对接焊缝(2)注意：对接焊缝只有在截面没有突然改变的情况下传力才是合理的。 (3）机械打磨焊缝过渡区是可采用的方法，但应顺着力线的方向，垂直力线方向打磨往往取得相反的效果。3、采用角焊缝时需采用综合措施：（1）焊缝根部熔透；(2)把角接板改成平滑过渡；(3)机械加工焊缝端部） 。4、开缓和槽使力线绕开应力集中部位5、机械加工焊缝及附近表面，6、还可电弧 TIG 或等离子束整形。二、调整残余应力场1、整体处理（1）整体退火；（2）超载预拉伸（原理：降低残余应力；扩大裂纹尖端塑性区尺寸，使之产生压应力）2、局部处理;使关键部位的残余拉应力转化为压应力，方法是局部加热，局部爆炸，碾压，锤击焊道等。三、改善材料的表面性能 表面强化处理：喷丸处理；小轮挤压，锤击焊道。四、特殊保护措施 上涂料可降低应力集中。59、选择题1、焊接接头由焊缝金属、熔合区、 （ ） 所组成。A 过渡区 B 热影响区 C 母材 D 焊缝 2、下面哪项是按接头形式分类的（ ）A 工作焊缝 B 联系焊缝 C 定位焊缝 D 组合焊缝3、将基本元件按照产品样图的要求进行组装的工序称为 （ ） 。A 生产准备 B 备料 C 装配 D 结构质量检验 4、钢材的矫正方法可分为：手工矫正、火焰矫正、 （ ） 。A 压力机矫正 B 高频热点矫正 C 拉伸机矫正 D 机械矫正5.下面哪个不是压力容器的部件（ ）A 筒体 B 封头 C 支座 D 阀门6.产生焊接应力与变形的因素很多，其中最根本的原因是焊件（ ） 。A 焊缝金属的收缩 B 受热不均匀 C 金相组织的变化7高压容器属于第（ ）类压力容器。A. B. C. D. 8在焊接缺陷的周围会引起应力集中，其中尤以（ ）引起的应力集中最严重。A 裂纹和咬边 B 裂纹和未熔合 C 裂纹和未焊透9. 选用夹紧机构的核心问题是如何正确施加夹紧力，以下哪个不是确定夹紧力的要素（ ）A 大小 B 方向 C 拘束度 D 作用点10. 火焰加热矫正法，加热的方式主要有点状加热、 （ ）和三角形加热。A 条形加热 B 线状加热 C 螺旋状加热11焊接加热时，焊件不能自由膨胀，冷却时焊件不能自由收缩，那么焊后焊件。A. 存在残余应力，不存在焊接变形 B. 存在残余变形，不存在残余应力C. 存在残余应力和残余变形 D. 既不存在残余应力也不存在残余变形12焊接残余应力按其产生的原因，可分为热应力、塑变应力和（ ） 。A. 相变应力 B. 拘束应力 C. 工作应力 D. 瞬时应力13手工电弧焊焊接长直焊缝时，若采用直通焊，焊缝的后焊部分比先焊部分的横向收缩（ ）A. 小 B. 大 C. 相同 D. 不定 14厚板弯曲变形火焰矫正通常采用（ ）加热。A 点状加热 B 线状 C 三角形15采用刚性固定法焊接，可减小（ ） 。A. 焊接应力 B. 焊材消耗量 C. 焊缝强度 D. 焊接变形16、焊接结束后残留在焊件中的焊接应力是（ ）焊接应力 焊接变形 残余变形 残余应力 17、按产生焊接应力的原因有相变应力、热应力和（ ）瞬时应力 塑变应力 体积应力 残余应力18、冷焊接法包括使用小的热输入、小直径焊条和（ ）小范围 小工件 快速焊 小心焊 19、焊缝与被连接的元件是串联的，它承担着传递全部载荷的作用，这种焊缝叫A 工作焊缝 B 联系焊缝 C 主要焊缝20、焊接结构的装配包括定位、夹紧和（ ）划线 对齐 检验 测量60、判断题1、焊件的焊接是一个局部的加热过程，焊件上的温度分布极不均匀。 （ ）2、线状加热可以矫正波浪变形、角变形和弯曲变形等等 （ ） 3、划线定位装配法在零件表面或装配台表面划出的工件中心线、结合线、轮廓线。 （ ）4、焊接结构装配过程中，将焊件装配成部分的过程称为总装。 （ ）5、按照安全规则，焊工必须经过安全技术培训并经过考试合格后才允许上岗独立操作。（ ）61、填空题1、决定焊接接头形式的因素有焊接方法、 、 焊接结构形式和几何尺寸。2、装配工序的三个基本条件是对焊件进行定位、 、测量。3、用于各种杆件和板件连接的方法是 接头。4、焊接粱按截面形式可分为 、 。5、 是能承受一定压力作用的密闭容器，广泛用于石油化工等行业。一 选择题1.B 2 .D 3 C 4 B 5 D 6.B 7 C 8.C 9C 10.B 11A 12 A 13B 14.C 15 D 16 17 18 19.A 20 二 判断1 2 3 4 5 三 填空1 焊接位置 焊接条件 2 夹紧 3 对焊 4 工字梁 箱型梁 5 压力容器62、判断题1、 焊接内应力是由于焊