焊接结构.doc

1、 焊接结构的特点是什么？答：1）焊接接头强度高；2）焊接结构设计灵活性大；3）焊接接头密封性好；4）焊前准备工作简单；5）易于结构的变更和改形；6）焊接结构的成品率高；7）存在较大的焊接应力和变形；8）对应力集中敏感；9）焊接接头的性能不均匀。2、构件焊接性包含哪几个方面？ 答：构件焊接性包含以下几个方面：材料的焊接适应性、设计的焊接可靠性、制造的焊接可行性。3、 构件焊接性的因素可分为哪几个方面？答：可分为与材料有关的因素、与设计有关的因素、与制造有关的因素三个方面。4、 焊接热过程的复杂性主要表现在哪些方面？答：主要表现在：1）焊接热过程的局部性和不均匀性； 2）焊接热过程的瞬时性（非稳态性）； 3）焊接热源的相对运动。5、什么是内应力？什么是热应力？ 答：内应力：在没有外力的条件下平衡于物体内部的应力； 热应力：当构件受热不均匀时结构内部产生的平衡于构件内部的应力。6、 当金属物体的温度发生变换或发生相变时，它的形状和尺寸就要发生变化。如果这种变化没有受到外界的任何阻碍而自由进行，这种变形称为自由变形。自由变形的大小称为自由变形量；单位长度上的自由变形量称为自由变形率。当杆件的伸长受阻碍，使其不能完全自由变形时，变形量只能部分表现出来，则将所表现出来的部分变形称为外观变形或可见变形；外观变形的大小称为外观变形量；单位长度上的外观变形量称为外观变形率。而未表现出来的那部分变形，称为内部变形；内部变形的大小称为内部变形量；单位长度上的内部变形量称为内部变形率。7、 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。8、 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）。9、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 P130-图4-2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10、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。11、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。12、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。13、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。14、什么是应力集中及应力集中系数？造成应力集中的原因是什么？ 答：所谓应力集中，是指接头局部区域的最大应力值（max）比平均应力值（av） 高的现象。而应力集中的大小常以应力集中系数KT表示，即：KT=max /av， （式中，max为截面中最大应力值；av为截面中平均应力值。） 造成应力集中的原因主要有：1）焊缝中存在工艺缺陷； 2）焊缝外形不合理； 3）焊接接头设计不合理。15、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16、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。17、什么是NDP、FTE、FTP？它们之间的温差是多少？ 答：在平裂和凹裂情况之间存在着一临界温度，低于该临界温度，材料发生平裂， 高于它发生凹裂，此温度有称为无延性转变温度，简称NDP。在凹裂与凹陷和局部断裂情况之间也存在着一个弹性断裂转变温度，简称FTE。在凹陷和局部断裂与膨胀撕裂情况之间也存在一个延性转变温度，简称FTP。根据经验：NDP比FTE小30，FTE比FTP小30。18、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。19、Ti和Ta指什么？抗开裂性能试验主要测哪个？其主要有哪些试验？止裂试验主要测哪个？其主要有哪些试验？答：对一种材料来说有一个引发临界温度Ti，在此温度之上不可能发生脆性断裂； 止裂也有一个临界温度Ta，在此温度以上脆性断裂裂纹可以被止住。 抗开裂性能试验主要测Ti，有： 1）韦尔斯宽板拉伸试验； 2）断裂韧度试验（也叫COD试验）； 3）尼伯林克试验。 止裂试验主要测Ta，有： 1）罗伯逊止裂试验； 2）双重拉伸试验。20、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。21、疲劳断裂由哪三个阶段组成？答：1）在应力集中处产生初始疲劳裂纹裂纹萌生； 2）裂纹稳定扩展； 3）失稳断裂。22、疲劳强度设计的一般原则是什么？答：1）承受拉伸、弯曲、和扭转的构件应采用长而圆滑的过渡结构以减少刚度的 突然变化； 2）优先选用对接焊缝、单边V形焊缝和K形焊缝，尽可能不用角焊缝； 3）采用角焊缝时最好用双面焊缝，避免使用单面焊缝； 4）采用带有搭接板（盖板）的搭接接头和弯搭接接头，尽可能不用偏心搭接； 5）使焊缝（特别是焊趾、焊缝根部和焊缝端部）位于低应力区（例如弯曲时 的中性带、承受小弯矩的区域、孔边缘上使缺口应力为零的地方、过渡段 和转角以外的部位）使缺口效应分散而避免其叠加；6） 在焊趾缺口、焊缝根部缺口和焊缝端部缺口之前或之后（处于力流之中）设置一些缓冲缺口以消除或降低上述缺口部位的应力；7） 承受横向弯曲的构件应缩短支撑间距以减小弯矩；8） 横向力应作用于剪切中心之上以减小扭矩；9） 承受拉伸与弯曲的构件如需加强，则加强件长度应小，以减小加强件对于构件变形的拘束；10）承受扭转的构件，为避免横截面翘曲受阻可采用切除翼缘端部、翼缘端斜接等形式以及采用横截面不产生翘曲的型材；11） 使焊缝能包围较大的面积或局部增加构件壁厚以减轻外力作用于薄壁构件上时引起的局部弯曲；12）在薄板范围内合理布置焊缝以减轻弯曲变形；13）避免能扰乱力流的开口（或切口），但与力流垂直的加劲肋板角部应切除（加劲肋板切角）；14）在特别危险的部位以螺栓接头或铆接接头、锻造连接件或铸造连接件代替焊接接头（尤其当这样做更便于装配时）；15）消除能引腐蚀的根部间隙。23、提高疲劳强度的工艺措施有哪些？答：1）降低应力集中：采用合理的结构形式； 尽量采用应力集中系数小的焊接接头形式； 当采用角焊缝时，须采取综合措施； 开缓和槽使力线绕开焊缝的应力集中处； 用表面接卸加工的方法，消除焊缝及其附件的各种刻槽； 采用适当的焊接方法。 2）调整残余应力场：整体处理；局部加热处理；预先超载法。 3）改善材料的表面性能，采用表面强化处理； 4）特殊保护措施。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。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？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。2. 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1. 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。2. 研究焊接应力与变形的基本假设。答：1.热物理性能的简化:设材料的热物理参数不随温度变化 2.在500度以下屈服极限s为常量，500600之间，线性下降到.大于600度认为材料丧失弹性。3.平截面假设:构件的某截面在加热前是平面，那么加热变形后仍然保持平面。1. 焊缝的纵向收缩和横向收缩是以焊缝为参照系的,而与焊件的纵横无关。2. 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。1. 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，CO2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1. 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 ：f1+ 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，f3将成为下绕度。总变形 ：f1+ f2f3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 ：f1 f3 最小。1. 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（使那些缩短的部分拉长）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。1. 纵向焊接残余应力的分布特点及数值大小。1. 横向焊接残余应力的分布特点及与施焊方式的关系。答：分为两个组成部分：一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。存在着两端部分为压应力，中间部分为拉应力的横向内应力。另一个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。y与施焊的先后次序、方向、分段方法有关。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。2. 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：对机械加工精度会产生很大的影响：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，工件将出现变形使内应力达到新的平衡。要减小变形，提高加工精度，可以减小每次的加工量，分几次加工，每次加工量递减，这样可以提高加工精度，但不能彻底消除焊接应力对加工精度的影响。要想彻底消除焊接应力对加工精度的影响，只能先消除焊接残余应力然后再进行机械加工。对受压杆件稳定性的影响：降低了杆件的抗失稳能力，且影响压杆稳定的主要是残余应力中的压应力区。1. 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。因为要使构件全面屈服,不管有无残余应力需要的外载荷都是一样的。对脆性材料，焊接残余应力降低其静载强度。1. 在焊后的加卸载过程中，焊接残余应力及应变的变化。答：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)倍 ,如果在该循环中，= 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.1. 二次变形及其原理。1. 如何调节焊接残余应力？消除焊接残余应力的方法有那些？（教材P61）答：调节内应力的措施：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。消除残余应力：1.整体高温回火2.局部高温回火3.机械拉伸法4.温差拉伸法5.振动法1. 什么叫加热减应法？它有何作用？答：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。1. 焊接残余应力的测定方法有那些？答：焊接残余应力的测定方法按对结构损坏的程度分为全破坏法、微破坏法和非破坏法。1. 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答：对接接头：受力好，装配要求高，加厚高越大应力集中越大。搭接接头：受力差，装配要求简单。在搭接接头中根据搭接角焊缝受力的方向可以将搭接角焊缝分为正面角焊缝、侧面角焊缝和斜向角焊缝。丁字（十字）接头：在焊缝跟部和趾部有较大的应力集中，角减小应力集中系数减小，焊角尺寸增大应力集中系数也减小。角接头，铆焊联合结构与铆焊联合接头1. 什么是焊接结构?它有何优缺点?所谓焊接结构就是全焊结构、铆焊接构、栓焊结构3种结构的总称。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，并且缺乏可靠的令人满意的无损探伤方法。1. 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？2. 研究焊接应力与变形的基本假设。共两种;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. 纵向或横向收缩是以什么为参照系的？（焊缝）1. 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。a、纵向收缩变形产生机理：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：(1)线能量 （2）焊缝层数（3）预热（4）间断焊的纵向收缩变形比连续焊小, （5）热膨胀系数大的变形也大,（6）构件中心与焊缝中心距离大的，弯曲变形也大。b、横向收缩变形1、堆焊（1）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qn：qnB 板厚： B 2、对接接头（1）原因一方面：焊接时随热源的移动，焊件被加热膨胀，使焊接间隙减小,单位厚度焊接线能量越大,热膨胀越大,间隙变化也越大。冷却过程中焊缝金属由于很快凝固，随后又恢复弹性，因此阻碍试件的焊接边收缩到原来的位置，这样冷却后就产生了横向收缩变形。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 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c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： a）塑性变形区的大小及其沿厚度方向上的分布，b）板的刚度（厚度）板厚： 正反面塑性变形量的差值角变形刚度角变形线能量：qn 正反面塑性变形量的差值角变形qn 正反面塑性变形量的差值角变形（2）对接接头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形。最好是在垂直位置两面同时施焊。d、波浪变形波浪变形是一种超出板面的失稳变形是否失稳的判据为：（焊接残余压应力） wcr （薄板的抗失稳临界压应力）由上式可以看出，若想提高板架结构的抗失稳能力就必须降低焊接残余压应力w，增大薄板的抗失稳临界压应力cr 降低焊接残余压应力w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增大薄板的抗失稳临界压应力cr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。e、焊接错边原因：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。f、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。将两条相邻的焊缝同时同方向焊接。9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10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。11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。12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。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？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。14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。15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：压应力区的应力大小为： （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：压应力区：加载P所产生的拉应变：（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：压应力区：卸载所产生的应变：16.二次变形及其原理 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，它们的差值为17.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18.什么叫加热减应法？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。19. 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 2.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3.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4.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。5.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。6.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。7. 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）8. 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。9.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10. 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。）11. 焊接接头强度计算的假设。答： 1、焊趾处和加厚高等处的应力集中，对接头强度没有影响。 2、残余应力对于接头强度没有影响 3、接头的工作应力是均布的，以平均应力计算。 4、正面角焊缝与侧面角焊缝的强度没有差别。 5、焊脚尺寸的大小对于角焊缝的强度没有影响。 6、角焊缝是在切应力的作用下破坏的，按切应力计算强度。 7角焊缝的破断面（计算断面）在角焊缝截面的最小高度上。 8、加厚高和少量的熔深对接头的强度没有影响。12. 各种焊接接头及受力形式的静载强度计算。掌握表3-2中所有公式的应用，第四章 焊接结构的脆性断裂1.什么是脆性断裂？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2.影响金属脆性断裂的主要因素是什么？答：1、应力状态2、温度3、加载速度4材料状态3.正断抗力Sot，剪断抗力tT，剪切屈服限tk，力学状态图，应力状态软性系数a=tmax/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。剪切屈服限tT ：试件中的最大切应力达到tT时，材料屈服，出现塑性变形。剪断抗力tk ： 试件中的最大切应力达到tk时，产生剪断，属于塑性断裂。力学状态图：设纵轴表示切应力，横轴表示正应力，当一种材料确定了，也就知道了正断抗力Sot、剪断抗力tk和剪切屈服限tT则可做出右图，在该图上通过点的任一条直线其斜率都为max/max，表示一种加载方式的应力状态，应力状态软性系数a=max/max4.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 tTSot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5.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。6.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。7.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