焊接结构教案

1、绪论及第一章第一节焊接应力与变形授课内容：焊接应力与变形的产生教学目标：1、掌握焊接应力与变形的基本知识 2、掌握焊接应力与变形产生的原因。重 点：焊接应力与变形产生的原因难 点：几个名词课 型：新授课 绪 论知识目标对于焊接结构的的应用与发展及优缺点只需要做简单了解。1、焊接结构：是将各种经过轧制的金属材料及铸、锻等坯料采用焊接方法制成能承受一定载荷的金属结构。2、焊接结构的应用与发展3、焊接结构的特点：（一）焊接结构的优点 焊接结构具有一系列其他结构无法比拟的优点，主要体现在以下几个方面： 通过焊接，可以方便地实现多种不同形状和不同厚度的钢材(或其他金属材料)的连接，甚至可以将不同种类的金

2、属材料，如铸钢件、锻压件连接起来，从而使焊接结构的材料分布更合理，不同性能的材料应用更恰当。由于焊接是一种金属原子间的连接，刚度大、整体性好。焊接结构的零件或部件可以直接通过焊接方法进行连接，不需要附加任何连接件。与其他加工方法相比，焊接结构的生产一般不需要大型、特殊和昂贵的设备，结构牛产厂投资少，见效快。焊接结构特别适用于几何尺寸大而形状复杂的产品。在使用一些型材时，采用焊接结构比轧制更经济。（二）焊接结构的不足焊接结构的不足之处，集中表现在以下几个方面：由于焊接接头要经历冶炼、凝固和热处理三个阶段，所以焊缝中难免产生各类焊接缺陷 由于焊接结构是整体的大刚度结构，如果裂纹一旦扩展，就难以被制

3、止住。因此焊接结构对于脆性断裂、疲劳、应力腐蚀和蠕变破坏都比较敏感。由于焊接过程是一个不均匀的加热和冷却过程，焊接结构必然存在焊接残余应力和变形，这不仅影响焊接结构的外形尺寸和外观质量，同时给焊后的继续加工带来很多麻烦，甚至直接影响焊接结构的强度。焊接会改变材料的部分性能，使焊接接头附近变为一个不均匀体。 对于一些高强度的材料，因其焊接性能较差，容易产生焊接裂纹等缺陷。 根据以上这些特点可以看出，若要获得优质的焊接结构，必须做到合理地设计结构，正确地选择材料，采用合适的焊接设备，制定正确的焊接工艺和进行必要的质量检验。学习本课应达到的能力目标 本教材是根据高等职业学校焊接技术专业三年制焊接结构

4、生产课程的教学大纲编写的，通过本教材的教学，学习者应达到以下能力目标要求： 1)掌握焊接应力与变形的概念、产生的原因、分布规律以及防止措施，能对简单的焊接变形进行矫正。 2)了解焊接接头的组成、焊缝的种类以及焊接接头的基本形式，能够识读焊缝代号和焊接结构图。 3)了解焊接结构生产中常用的备料和成形加工方法，能够根据产品图样及生产规模分析备料及成形加工工艺，并会选用相应的焊接设备和工艺装备。 4)具有理解焊接结构的装配一焊接工艺规程的能力。 5)能理解焊接结构的工艺性分析(审查)及典型的焊接工艺规程，能够对一般焊接结构进行工艺性分析。 6)了解一般焊接生产车间的平面布置、生产组织和安全生产方面的

5、基本知识。学习本教材的方法和教学建议 焊接结构生产是一门实践性很强的专业课程，学习本教材除了综合应用本专业已经学过的有关知识外，还应调整和总结自己的学习方法。首先是要注意理论与实践的联系，在认识理解基础知识的基础上，善于捕捉焊接结构中的每一个实际问题，从中学习分析解决工程实际问题的基本方法；其次，注意总结焊接结构生产的共同特点和规律，逐步提高自己的认知水平；最后，要特别注意动手能力的训练，结合实训要求，广泛参与多种焊接结构的生产实践。教学过程中，一是要针对基础知识的教学，组织学生进行现场参观教学，或通过多媒体教学手段，让学生对焊接结构生产的全过程有一定的感性认识；二是在理论教学中，根据每一种能

6、力目标要求，精心进行课堂设计，加强对学生实践意识和应用能力的培养。除此以外，还应结合专业知识的教学，加强与焊接结构有关的新知识、新技术、新工艺和新设备的介绍，以开阔学生的视野和开发学生的创新思维。第一章第一节焊接应力与变形导入：焊接时，由于局部高温加热而造成焊件上温度分布不均匀，最终导致在结构内部产生了焊接应力与变形。焊接应力是引起脆性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂和失稳破坏的主要原因。另外，焊接变形也使结构的形状和尺寸精度难以达到技术要求，直接影响结构的制造质量和使用性能。因此，本章主要讨论焊接应力与变形的基本概念及其产生原因；焊接变形的种类，控制焊接变形的工艺措施和焊后如何矫正焊接变形；焊接

7、应力的分布规律，降低焊接应力的工艺措施和焊后如何消除焊接残余应力。正式授课：1、焊接应力与变形产生的原因：焊件在焊接过程中受到局部加热和冷却是产生焊接应力和变形的主要原因。2、焊接应力是引起脆性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂和失稳破坏的主要原因。补充3、各个名词解释：1）脆性断裂钢材或钢结构的脆性断裂是指应力低于钢材抗拉强度或屈服强度情况下发生突然断裂的破坏。钢结构尤其是焊接结构,由于钢材、加工制造、焊接等质量和构造上的原因,往往存在类似于裂纹性的缺陷。脆性断裂大多是因这些缺陷发展以致裂纹失稳扩展而发生的，当裂纹缓慢扩展到一定程度后, 断裂即以极高速度扩展,脆断前无任何预兆而突然发生,破坏。2）

8、疲劳破坏钢材在连续反复荷载作用下，其应力虽然没有达到抗拉强度，甚至还低于屈服强度时，也可能发生突然破坏，这种现象称为疲劳破坏。钢材在疲劳破坏之前，没有明显的变形，是一种突然发生的脆性断裂，所以疲劳破坏属于反复荷载作用下的脆性破坏。3）应力腐蚀断裂和氢脆 金属材料的两种经常有关而又有别的被破坏（或断裂）的现象。 应力腐蚀断裂(SCC) 是应力与腐蚀介质协同作用下引起的金属断裂现象（见金属腐蚀）。它有三个主要特征:应力腐蚀断裂是时间的函数。拉伸应力越大,则断裂所需时间越短；断裂所需应力一般都低于材料的屈服强度。这种应力包括外加载荷产生的应力、残余应力、腐蚀产物的楔形应力等。腐蚀介质是特定的，只有某

9、些金属-介质的组合情况下，才会发生应力腐蚀断裂。若无应力，金属在其特定腐蚀介质中的腐蚀速度是微小的。断裂速度在纯腐蚀及纯力学破坏之间，断口一般为脆断型。4）失稳破坏： 一、焊接应力与变形的基本知识1焊接变形定义：物体在外力或温度等因素的作用下，其形状和尺寸发生变化，这种变化称为物体的变形。2、焊接变形分类：弹性变形：当使物体产生变形的外力或其他因素去除后变形也随之消失，物体可恢复原状，这样的变形称为弹性变形。塑性变形：当外力或其他因素去除后变形仍然存在，物体不能恢复原状，这样的变形称为塑性变形。3、内力：存在于物体内部，受外力作用或其他因素引起物体内部之间的相互作用力。4、应力：物体单位面积上

10、的内力。二、焊接应力与变形产生的原因：最根本的原因是焊件受热不均匀。 1、焊件的不均匀受热金属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。变形。 实际生产中的焊件，就与上述的第三种情况相同，焊后既有焊接应力存在，又有焊接变形产生。举例 1、长板条中心加热(类似于堆焊)引起的应力与变形长板条，材料为低碳钢，在其中间沿长度方向上进行加热。（一）原始状态：将板条上的温度分为两种：中间为高温区，其温度均匀一致；两边为低温区，其温度也均匀一致。（二）加热时：如果板条的高温区与低温区是可以分离的，高温区将伸长，低温区不变，如图13b所示，但实际上板条是一个整体，所以板条将整体伸长，此时高温区内产

11、生较大的压缩塑性变形和压缩弹性变形，如图13c所示。冷却时，如果高温区与低温区是可分离的，由于压缩塑性变形不可恢复，高温区应缩短，低温区恢复原长，如图13d所示。但实际上板条是一个整体，所以板条将整体缩短，这就是板条的残余变形，如图13e所示。同时在板条内部也产生了残余应力，中间高温区为拉应力，两侧低温区为压应力。 高温区：压应力1、 加热时 低温区：拉应力 高温区：拉应力 2、冷却时： 低温区：压应力3、补充：拉应力取正值；压应力取负值例2 长板条一侧加热(相当于板边堆焊)引起的应力与变形1）在其上边缘快速加热。变形原理：钢板由许多互不相连的窄条组成，各个窄条在加热时将按温度高低而伸长。但实

12、际上，板条是一个整体，各板条之问是互相牵连、互相影响的，上一部分金属会带动下一部分金属，使其受拉，其自身因不能自由伸长而受压，产生了压缩变形，甚至压缩塑性变形。由于钢板上的温度分布自上而下逐渐降低，因此，钢板产生了向下的弯曲变形，如图所示。2）钢板冷却后：实际上钢板是一个整体，上一部分金属要受到下一部分的阻碍而不能自由收缩，所以钢板产生了与加热时相反的残余弯曲变形，如图所示。同 2焊缝金属的收缩 3金属组织的变化4焊件的刚性和拘束：焊件的刚性和拘束对焊接应力和变形也有较大的影响。刚性是指焊件抵抗变形的能力；拘束是焊件周围物体对焊件变形的约束。思考题焊件的刚性与拘束与焊接变形及应力的关系。焊件自

13、身的刚性及受周围的拘束程度越大，焊接变形越小，焊接应力越大；反之，焊件自身的刚性及受周围的拘束程度越小，则焊接变形越大，而焊接应力越小。小结本章主要讨论焊接应力与变形的基本概念及其产生原因；焊接变形的种类，控制焊接变形的工艺措施和焊后如何矫正焊接变形；焊接应力的分布规律，降低焊接应力的工艺措施和焊后如何消除焊接残余应力。后记对于学生来讲，焊接应力是一个比较难于理解、比较抽象的概念，因此对于教学目标的制定不能太高，只要求学生掌握其基本知识即可。焊接变形授课内容：焊接变形教学目标：1、掌握焊接变形的种类 2、掌握控制焊接变形的措施重 点：控制焊接变形的措施课 型：新授课 复习提问：1、焊接变形产生

14、的根本原因2、焊件的刚性与拘束对焊接变形的影响导入：焊接变形在焊接结构中的分布是很复杂的，对整个焊件的影响也很大，因此，掌握各种变形的成形规律和影响因素，对整个焊件具有至关重要的作用。正式授课：焊接变形一、焊接变形的分类：1、按变形对整个焊接结构的影响程序分为：局部变形和整体变形2、按变形的外观形态：收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形、扭曲变形。二、各种变形的形成规律及影响因素：知识目标及能力目标1、掌握各种变形的形成规律2、掌握减小各种变形的有效措施。3、能识别各种变形，会区分各种变形的类型。（一）收缩变形：1、定义：尺寸比焊前缩短的现象称为收缩变形。2、分类：分为纵向收缩变形和横向收缩变

15、形3、纵向收缩变形：沿焊缝轴线方向尺寸的缩短。知识要点1、与纵向收缩变形相关的因素：截面积越大（焊件越厚），纵向收缩越小：即越厚的板越不容易变形焊缝越长，纵向收缩越大：热输入量越大，越容易变形。2、纵向收缩变形的解决办法：在受力不大的焊接结构中，采用间断焊缝代替连续焊缝。4、横向收缩变形：产生横向收缩变形的过程比较复杂，影响因素很多，如热输人、接头形式、装配间隙、板厚、焊接方法以及焊件的刚性等，其中以热输入、装配间隙、接头形式等的影响最为明显。知识要点 与横向收缩变形相关的因素：1）横向收缩的大小还与装配后定位焊和装夹情况有关，定位焊缝越长，装夹的拘束程度越大，横向收缩变形量就越小。2）角焊缝

16、的横向收缩要比对接焊缝的横向收缩小得多。同样的焊缝尺寸，板越厚，横向收缩变形越小思考题为什么焊接时两端间隙取值不同？横向收缩量沿焊缝长度方向分布不均匀，因为一条焊缝是逐步形成的，先焊的焊缝冷却收缩对后焊的焊缝有一定挤压作用，使后焊的焊缝横向收缩量更大。一般地，焊缝的横向收缩沿焊接方向是由小到大，逐渐增大到一定程度后便趋于稳定。由于这个原因，生产中常将一条焊缝的两端头间隙取不同值，后半部分比前半部分要大13mm。（二）角变形： 1、角变形产生的根本原因是由于焊缝的横向收缩沿板厚分布不均匀所致。2、解决方法：（重点掌握对接接头）对接接头角变形主要与坡口形式、坡口角度、焊接方式等有关。坡口截面不对称

17、的焊缝，其角变形大，因而1）用X形坡口代替V形坡口，有利于减小角变形；2）坡口角度越大，焊缝横向收缩沿板厚分布越不均匀，角变形越大。3）同样板厚和坡口形式下，多层焊比单层焊角变形大，4）焊接层数越多，角变形越大。5）多层多道焊比多层焊角变形大。3、T形接头：1）变形存在于立板与水平板2）措施：开坡口或减小焊脚尺寸来减小焊缝金属量，从而减小变形。（三）弯曲变形：1、产生原因：弯曲变形是由于焊缝的中心线与结构截面的中性轴不重合或不对称，焊缝的收缩沿构件宽度方向分布不均匀而引起的2、种类：焊缝纵向收缩引起的弯曲变形和焊缝横向收缩引起的弯曲变形。3、解决措施：焊缝位置对称或接近于截面中性轴，则弯曲变形

18、比较小。补充挠度构件向上或向下的变形称为挠度。上挠：向上弯曲下挠：向下弯曲（该部分补充知识可以通过以前学过的变形原理解决）（四）波浪变形：1、波浪变形常发生于板厚小于6mm的薄板焊接结构中，又称之为失稳变形2、防止措施：1）降低焊接残余应力2）提高焊件失稳临界应力。（五）扭曲变形：1、产生原因：主要是焊缝的角变形沿焊缝长度方向分布不均匀2、解决措施：改变焊接顺序和方向，使两条相邻的焊缝同时向同一方向焊接，就会克服这种扭曲变形。 小结焊接变形对于整个焊接构件有着重大的破坏作用，因此，掌握几种常见焊接变形的有效控制措施对于焊工来讲极其重要。 后记对于焊接变形这一节，讲解时注意了重、难点的确定，学生

19、接受起来比较容易。控制焊接变形的措施授课内容：控制焊接变形的措施教学目标：1、掌握控制焊接变形的设计措施 2、掌握控制焊接变形的工艺措施重 点：控制焊接变形的设计及工艺措施课 型：新授课 复习提问：1、焊接变形的类型 2、如何减小收缩变形 3、如何减小T形接头的变形导入： 从焊接结构的设计开始，就应考虑控制焊接变形可能采取的措施。进人生产阶段，可采用预防焊接变形的措施，以及在焊接过程中适当的工艺措施。正式授课：一、设计措施：知识要点及目标1、掌握各种变形的有效控制措施2、识读各种图形：会判断变形及针对于变形的改进方法1、选择合理的焊缝形状和尺寸 1)选择最小的焊缝尺寸。在保证结构有足够承载能力

20、的前提下，应采用尽量小的焊缝尺寸。对受力较大的T形或十字形接头，在保证强度相同的条件下，采用开坡口的焊缝比不开坡口的一般角焊缝可减少焊缝金属，对减小角变形有利(见图1-41)。（提示）该部分知识可与以往所学手弧焊知识进行联系，从保证焊透，不存在焊接缺陷的角度进行分析、理解。 2)选择合理的坡口形式。相同厚度的平板对接，开V形坡口焊缝的角变形大于双V形坡口焊缝。具有翻转条件的结构，宜选用两面对称的坡口形式。T形接头立板端开J形坡口比开单边V形坡口角变形小(见图1-42)。2、减少焊缝的数量 只要条件允许，多采用型材、冲压件；在焊缝多且密集处，采用铸一焊联合结构，就可以减少焊缝数量。此外，适当增加

21、壁板厚度，以减少肋板数量，或者采用压形结构代替肋板结构，都对防止薄板结构的变形有利。3、合理安排焊缝位置合理的设计应尽量把焊缝安排在结构截面的中性轴上或靠近中性轴，力求在中性轴两侧的变形大小相等方向相反，起到相互抵消作用。举例图1-43所示的箱形结构，图1-43a的焊缝集中于中性轴一侧，弯曲变形大，图1-43b、c的焊缝安排合理。图1-44a的肋板设计使焊缝多数集中在截面的中性轴下方，肋板焊缝的横向收缩将引起上挠的弯曲变形。改成图1-44b的设计，就能减小和防止这种变形。 二、工艺措施1、留余量法 留余量法主要是用于防止焊件的收缩变形。2、反变形法 1）反变形量与焊接变形量相等、2）主要应用于

22、控制角变形和弯曲变形。反变形法主要用于控制角变形和弯曲变形。 3、刚性固定法：采用适当的方法来增加焊件的刚度或拘束度，（该部分知识略讲）1)将焊件固定在刚性平台上。薄板焊接时，可将其用定位焊缝固定在刚性平台上，并且用压铁压住焊缝附近，如图1-48所示，待焊缝全部焊完冷却后，再铲除定位焊缝，这样可避免薄板焊接时产生波浪变形。2)将焊件组合成刚度更大或对称的结构。3)利用焊接夹具增加结构的刚度和拘束。4)利用临时支撑增加结构的拘束。小结从焊接结构的设计开始，就应考虑控制变形可能采取的措施。进入生产阶段，可采用焊接变形预防措施，以及在焊接过程中的工艺措施。对于控制焊接变形的措施，希望同学们郑重待。

23、后记本节课重点选择得当，难点处理合适，对于内容的删减处理合适，学生掌握得还可以。选择合理的装配焊接顺序授课内容：合理的装配焊接顺序的确定教学目标：1、掌握合理的装配焊接顺序的确定 2、掌握典型构件的合理的装配焊接顺序重 点：合理的装配焊接顺序的确定课 型：新授课复习提问： 1、合理的坡口形式对焊接变形的影响？ 2、合理安排焊缝位置对焊接变形的影响？导入： 装配焊接顺序对焊接结构变形的影响是很大的，因此，在无法使用胎夹具的情况下施焊，一般都须选择合理的装配和焊接顺序，使焊接变形减至最小。为了控制和减小焊接变形，装配焊接顺序应按以下原则进行正式授课： 一、大型而复杂的焊接结构，1、焊接方案：“化整

24、为零，集零为整”只要条件允许，把它分成若干个结构简单的部件，单独进行焊接，然后再总装成整体。这种的装配焊接方案，2、优点是：1）交叉对称施焊，焊件翻转与变位也变得容易；2）把影响总体结构变形最大的焊缝分散到部件中焊接，把它的不利影响减小或清除。二、正在施焊的焊缝应尽量靠近截面的中性轴。 合理的焊接顺序：应先将各肋板与上盖板装配，焊A焊缝，然后同时装配两块腹板，焊C和B焊缝。这时产生的下挠弯曲变形最小。三、对于焊缝非对称布置的结构：装配焊接时应先焊焊缝少的一侧。解决的方法：是先由两人对称地焊接1和1 焊缝(见图1-53b)，此时将产生较大的上拱弯曲变形并增加了结构的刚度，再按图1-53c的位置焊

25、接焊缝2和2，产生下挠弯曲变形2，最后按图1-53d的位置焊接焊缝3和3，产生下挠弯曲变形3，这样，近似等于2与3的和，并且方向相反，弯曲变形基本相互抵消。四、焊缝对称布置的结构，应由偶数个焊工对称地施焊。如图1-54所示的圆筒体对接焊缝，应由两名焊工对称地施焊。讲授重点如图示焊接顺序的设置，主要考虑到在圆筒体上的对称。五、长焊缝(1m以上)焊接时，可采用图1-55所示的方向和顺序进行焊接，以减小其焊后的收缩变形。六、合理地选择焊接方法和焊接参数 1、不对称截面梁：因焊缝1、2离结构截面中性轴的距离s大于焊缝3、4到中性轴的距离s，所以焊后会产生下挠的弯曲变形。如果在焊接1、2焊缝时，采用多层

26、焊，每层选择较小的热输入；焊接3、4焊缝时，采用单层焊，选择较大的热输入，这样焊接焊缝1、2时所产生的下挠变形与焊接焊缝3、4时所产生的上挠变形基本相互抵消，焊后基本平直。七、热平衡法 对于某些焊缝不对称布置的结构，焊后往往会产生弯曲变形。如果在与焊缝对称的位置上采用气体火焰与焊接同步加热，只要加热的工艺参数选择适当，就可以减小或防止构件的弯曲变形。如图1-57所示，采用热平衡法对箱形梁结构的焊接变形进行控制。 八、散热法 散热法就是利用各种方法将施焊处的热量迅速散走，减小焊缝及其附近的受热区，同时还使受热区的受热程度大大降低，达到减小焊接变形的目的。图1-58a是水浸法散热示意图，图1-58

27、b是喷水法散热，图1-58c是采用纯铜板中钻孔通水的散热垫法散热。上述为控制焊接变形的常用方法。在焊接结构的实际生产中，应充分估计各种变形，分析各种变形的变形规律，根据现场条件选用一种或几种方法，有效地控制焊接变形。备注六、七、八几部分知识略讲小结合理的装配焊接顺序涉及到焊工正式操作，因此掌握这一部分内容对于焊工来讲有些非同一般意义。 后记由于与日常生活中的实例相结合，并且自制模型的利用也起到了有效的解决问题的作用。矫正焊接变形的方法授课内容：矫正焊接变形的方法教学目标：1、掌握矫正焊接变形的方法 2、了解火焰法矫正的有关基本知识课 型：新授课复习提问：1、T型梁的装配焊接顺序2、焊缝对称布置

28、的结构的焊接顺序3、长度在1米以上的长焊缝的焊接顺序导入： 三、矫正焊接变形的方法在焊接结构生产中，应采取各种措施来防止和控制焊接变形。影响焊接变形的因素太多，生产中无法面面俱到，难免产生焊接变形。当焊接残余变形超出技术要求时，必须矫正焊件的变形。正式授课：当焊接残余变形超出技术要求时，必须矫正焊件的变形。常用的矫形方法有： 1手工矫正法 手工矫正法虽是一个原始古老的方法，但其简单实用，至今仍是一个常见的矫形方法。主要用于矫正薄板、薄壁壳体焊件和小型焊件的弯曲变形、角变形和薄板的波浪变形等。首先用手锤、大锤、风动气锤等工具锤击焊缝附近，以消除焊件的不直度，在用平板、靠模等衬垫，用三点弯曲的原理

29、消除角变形或壳体的不圆度。 2机械矫正法机械矫正法是利用机械工具，如千斤顶、拉紧器、压力机等，来矫正焊接变形。具体做法，如图1-59所示，将焊件顶直，或压平。手工矫正法和机械矫正法，一般适用于形状简单、材料塑性较好的焊件。3火焰加热矫正法火焰加热矫正法是利用火焰局部加热，有点状加热、线状加热和三角形加热等形式，使焊件产生反向变形，抵消焊接变形。火焰加热矫正法在生产中应用广泛，主要用于矫正弯曲变形、角变形、波浪变形、扭曲变形等。(1) 点状加热如图1-60所示，加热点的数目应根据焊件的结构形状和变形情况而定。对于厚板，加热点的直径应大些；薄板的加热点直径则应小些。变形量大时，加热点之间距离应小一

30、些；变形量小时，加热点之间距离应大一些。(2) 线状加热火焰沿直线缓慢移动或同时作横向摆动，形成一个加热条带，称为线状加热。线状加热有直通加热、链状加热和带状加热三种形式，如图1-61所示。线状加热可用于矫正波浪变形、角变形和弯曲变形等。(3) 三角形加热 三角形加热即加热区域呈三角形，一般用于矫正刚度大、厚度较大的结构的弯曲变形。加热时，三角形的底边应在被矫正结构的拱边上，顶端朝焊件的弯曲方向，如图1-62所示。三角形加热与线状加热联合使用，对矫正大而厚焊件的焊接变形效果更佳。 火焰加热矫正焊接变形的效果取决于下列三个因素：(1) 加热方式 加热的方式取决于焊件的结构形状和焊接变形的形式，一

31、般薄板的波浪变形应采用点状加热凸起、折皱的地方；焊件的角变形可选择线状加热角变形凸起面楞角线附近区域；三角形加热矫正弯曲变形，如图1-62所示。(2) 加热位置 应选取凸起、折皱、金属纤维相对较长的地方(3) 加热温度和加热区面积 应根据焊件的变形量及焊件材质确定，当焊件变形量较大时，加热温度应高一些，加热区的面积应大一些。小结该部分内容由于日常实践中涉及不太多，所以希望同学们只作基本知识的了解即可。第三节 焊接残余应力授课内容：焊接残余应力教学目标：1、掌握焊接残余应力的相关知识 2、掌握控制焊接残余应力的措施重 点：控制焊接残余应力的措施课 型：新授课复习提问： 1、矫正焊接变形的方法2、

32、火焰加热的方法分类正式授课： 一、焊接残余应力的分类： 备注该部分知识仅做为了解1、按产生应力的原因分 (1)热应力 它是在焊接过程中，焊件内部温度有差异引起的应力，故又称温差应力。热应力是引起热裂纹的力学原因之一。 (2)相变应力 它是焊接过程中局部金属发生相变，其比体积增大或减小而引起的应力。 (3)塑变应力 是指金属局部发生拉伸或压缩塑性变形后所引起的内应力。对金属进行剪切、弯曲、切削、冲压、锻造等冷热加工时常产生这种内应力。焊接过程中，近缝区高温金属热胀、冷缩受阻时便产生塑性变形，从而引起焊接的内应力。 2、按应力存在的时间分 (1)焊接瞬时应力：是指在焊接过程中，某一瞬时的焊接应力，

33、它随时间而变化。它和焊接热应力没有本质区别，当温度也随时间而变时，热应力也是瞬时应力。(2)焊接残余应力 是焊件焊完冷却后残留在焊件内的焊接应力，焊接残余应力对焊接结构的强度、耐蚀性和尺寸稳定性等使用性能有影响。二、控制焊接残余应力的措施：知识要点1、设计措施的记忆2、相关图形的分析及图形上数据的理解记忆1、设计措施 1)尽量减少结构上焊缝的数量和焊缝尺寸。2)避免焊缝过分集中，焊缝间应保持足够的距离焊缝过分集中不仅使应力分布更不均匀，而且还能出现双向或三向复杂的应力状态。3)采用刚度较小的接头形式 例如，图1-18所示的容器与接管之间连接接头的两种形式，插入式连接的拘束度比翻边式的大，前者的

34、焊缝上可能产生如图1-13所示的双向拉应力；而后者的焊缝上主要是纵向残余应力(见图1-15)。 图1-19所示的两个例子，左边的接头刚度大，焊接时引起很大拘束应力而极易产生裂纹；右边的接头已削弱了局部刚度，焊接时不会开裂。（即通过人工的形式，减小了焊件的刚度，从而减小的焊件的焊接残余应力。2工艺措施知识要点1、掌握减小焊接残余应力的工艺措施2、针对各个焊接实例，注意掌握合理的焊接顺序。(1)采用合理的装配焊接顺序和方向 所谓合理的装配焊接顺序就是能使每条焊缝尽可能自由收缩的焊接顺序。具体应注意以下几点：A同一平面上的焊缝，焊接时应保证焊缝的纵向和横向收缩比较自由。如图1-20所示的拼板焊接，合

35、理的焊接顺序应该是先焊接相互错开的短焊缝17，后焊长焊缝810。B收缩量最大的焊缝应先焊。因为先焊的焊缝收缩时受阻较小，因而残余应力就比较小。如图1-21所示的带盖板的双工字梁结构，应先焊盖板上的对接焊缝1，后焊盖板与工字梁之间的角焊缝2。C工作时受力最大的焊缝应先焊。如图1-22所示的大型工字梁，应先焊受力最大的翼板对接焊缝1，再焊腹板对接焊缝2，最后焊预先留出来的一段角焊缝3。D焊接平面交叉焊缝时，在焊缝的交叉点易产生较大的焊接残余应力。如图1-23所示为几种T形接头焊缝和十字形接头焊缝，应采用图1-23中a、b、c的焊接顺序，才能避免在焊缝的相交点产生裂纹及夹渣等缺陷。图1-23d为不合

36、理的焊接顺序。E为对接焊缝与角焊缝交叉的结构。对接焊缝1的横向收缩量大，必须先焊对接焊缝1，后焊角焊缝2。反之，如果先焊角焊缝2，则焊接对接焊缝1时，其横向收缩不自由，极易产生裂纹。（这个实例也可以从是否有利于施焊角度进行考虑）小结焊接残余应力在整个焊件结构中破坏极其严重，因此对于控制焊接残余应力的措施，希望同学们做重点掌握。 后记要记忆的知识点比较多,再之部分同学实习是的不积极不认真也直接导致了理论与实践难以结合起来,所以无论在理论和实践方面都要加强指导与督导. 第一章综合练习授课内容：第一章综合练习教学目标：通过复习系统掌握第一章内容，使知识更加系统、有条理课 型：复习课复习重点：1、焊接

37、应力与变形的基本知识2、焊接应力与变形产生的原因3、焊接变形的种类及其影响因素4、控制焊接变形的措施5、矫正焊接变形的方法6、焊接残余应力的分类7、焊接残余应力的分布8、控制焊接残余应力的措施9、消除或减小焊接残余应力的方法附：第一章练习题焊接结构生产第一章焊接应力与变形练习题 08级1、2班一、填空题：1、焊接结构是将各种金属材料、锻件等坯料采用 制成能承受一定载荷的金属结构。2、焊接过程是不均匀的加热和冷却过程，焊接结构必须存在 和 。3、焊接结构内部产生焊接应力与变形的原因是： 。4、物体在外力或温度等因素的作用下其形状和尺寸发生变，称为物体的 。5、当使物体产生变形的外力或其他因素去除

38、后变形也随之消失，物体可恢复原状，这样的变形称为 ；当外力或其他因素去除后变形仍然存在，物体不能恢复原状，这样的变形称为 。（弹性变形，塑性变形）6、存在于物体内部的、受外力作用或其他因素引起物体内部之间相互作用力，叫做 （内力、应力）7、内应力的显著特点是：在物体内部，内应力是自成平衡的，形成一个 。8、影响焊接应力与变形的最根本原因是焊件 。9、在长板条的中心加热时，板条内部会产生残余应力，中间高温区为 ，两侧低温区产生的 。冷却时，中间高温区为 ，两侧低温区为 。10、焊件的钢性是指焊件 的能力。焊件的 是指焊件周围物体对焊件变形的约束。11、焊件的刚性越大，焊接变形 ，焊接应力 。焊件

39、受周围的拘束程序越大，焊接变形 ，焊接应力 。12、按照焊接变形的外观形态恶化发，可将变形分为 、 、 、 、 。13、焊接应力是引起 、 、 和失稳破坏的主要原因。14、焊件尺寸比焊前缩短的现象称为 变形。15、收缩变形分为 和横向收缩变形。16、在受力不大的焊接结构内，采用 是减小焊件纵向收缩变形的有效措施。17、焊件的装配间隙对横向收缩变形量的影响也较大，一般来说，随着装配间隙的增大，横向收缩也 。18、横向收缩的大小还与装配后定位焊和装夹情况有关，定位焊焊缝越长，装夹的拘束程度越大，横向收缩变形量 。19、角变形产生的根本原因是由于焊缝的横向收缩尚板厚分布 所致。20、对接接头角变形主

40、要与坡口形式、坡口角度、焊接方式等有关。1）坡口截面不对称的焊缝其角变形 ，因而用 形坡口代替 坡口。2)坡口角度越大，焊缝横向收缩沿板厚分布越不均匀，角变形 。3）同样板厚和坡口形式下，多层焊比单层焊角变形 ；焊接层数越多，角变形 ；多层多道焊比多层焊角变形大。21、减小T形接头角变形的方法是 或 。22、变曲变形是由于焊缝的中心线与结构截面的中性轴 或 、焊缝的收缩沿焊件宽度方向分布不均匀而引起的。23、焊缝位置对称或接近于截面中性轴，则弯曲变形比较 。24、产生扭曲变形的主要原因是焊缝角变形沿焊缝长度方向分布 。25、对受力较大的T形或十字接头，在保证强度相同的条件下，采用开坡口的焊缝比

41、不开坡口而用一般角焊缝可减少焊缝金属，对 有利。26、为控制焊接变形，我们应选择合理的坡口坡式：相同厚度的平板对接，开单面V形坡口的角变形 双面V形坡口；T形接头立板端开半边U形坡口比开半边V形坡口角变形 。27、合理的设计应尽量把焊缝安排在结构截面的 或靠近 。28、留余量法控制焊接变形主要是用于防止焊件的 变形；反变形法主要应用于控制 和 变形。29、对于焊缝非对称布置的结构，装配焊接时应先焊焊缝 的一侧。30、焊缝对称布置的结构，应由 数焊工对称地施焊。31、利用火焰加热矫正焊接变形时火焰加热的方式有 加热、 加热、 加热。32、利用点状加热来矫正焊接变形时，加热点的数目应根据焊件的结构

42、开头和变形情况而定：对于厚板，加热点的直径应 ；对于薄板的加热点的直径应 ；变形量大时，加热点之间距离应 ；变形量小时，加热点之间距离应 。33、线状加热有 加热、 加热、 加热三种形式。34、火焰加热用于矫正刚度大，厚度较大的结构的弯曲变形时，一般用 加热法。35、平面交叉焊缝焊接时，在 易产生较大的焊接应力。36、对接焊缝的收缩量 角焊缝的收缩量。37、在进行焊接操作中，受力最大的焊缝应 。二、识图题：1、依据焊接方向标注焊接时的高温区、低温区。2、下图钢板条中心加热和冷却时的应力与变形，试说明对应的过程及在此过程中产生的应力。3、图示容器接管焊缝，试在图中标注焊缝间距离要求。4、图示焊件

43、试说明哪种焊接形式合理，为什么？5、图示9处焊缝，试根据合理的焊接顺序将1-9道焊缝排序。6、按照合理的焊接顺序，将数字1、2、3在图中进行标注。7、按照合理的焊接顺序，将数字1、2、在图中进行标注8、试说明下列各种变形的名称。9、要克服下图工字梁的焊后的扭曲变形，应在焊接顺序及焊接方向上做何调整？第二章第一节焊接接头的基本知识授课内容：焊接接头的基本知识教学目标：1、掌握焊接接头的组成、基本形式 2、掌握对接焊缝坡口形式的选择。重 点：1、图形识读 2、对接焊缝坡口形式的选择课 型：新授课 导入： 在焊件需连接的部位，用焊接方法制造而成的接头称为焊接接头，本书常简称接头。 焊接接头是焊接结构

44、的重要组成部分。通过对大量焊接结构失效事故的分析表明，焊接接头部位往往是结构破坏的起点。因此，研究焊接接头的性能特征和应力分布规律，对提高焊接结构的使用可靠性具有十分重要的意义。正式授课：第一节焊接接头的基本知识 一、焊接接头的组成：应用最广的焊接方法是熔焊。本章以熔焊接头为重点进行分析。焊接接头如图2-1所示，由焊缝金属、熔合区、热影响区组成。知识目标该部分知识只要求学生与日常实习相结合，进行组成的记忆即可。二、焊接接头的基本形式：1、对接接头：两焊件表面构成大于或等于135。、小于或等于180。夹角，即两板件相对端面焊接而形成的接头叫做对接接头。优点：受力状况较好，应力集中程度小，材料消耗

45、少，但对接板边缘加工及装配要求较高。2、搭接接头：两板件部分重叠起来进行焊接所形成的接头称为搭接接头。缺点：搭接接头的应力分布极不均匀，疲劳强度较低，不是理想的接头形式。但是，由于其焊接准备和装配工作简单，在结构中仍然得到广泛的应用。3、T形(十字)接头：T形(十字)接头是将相互垂直的被连接件，用角焊缝连接起来的接头。 坡口形式的选择 1）开坡口：是否能焊透要看坡口的形状和尺寸。2）不开坡口：通常是焊不透的。4、角接接头：两板件端面构成30°135°夹角的接头称为角接头。适用范围：角接接头多用于箱形构件分析1）其中图2-12a是最简单的角接接头，但承载能力差；2）图2-12

46、b采用双面焊缝从内部加强角接接头，承载能力较大；3）图2-12c和图2-12d开坡口易焊透，有较高的强度，而且在外观上具有良好的棱角，但应注意层状撕裂问题；4）图2-2e、f易装配，省工时，是最经济的角接接头；5）图2-12g是保证接头具有准确直角的角接接头，并且刚度高，但角钢厚度应大于板厚；6）图2-12h是最不合理的角接接头，焊缝多且不易施焊。5、端接接头：两焊件重叠放置或两焊件表面之间的夹角不大于30度构成的端部接头。适用范围：多用于密封。三、电弧焊焊缝基本形式：知识要点1、焊缝的基本形式只做简单了解的要求2、对接焊缝坡口形式的选择应做重点掌握。1、焊缝定义：焊件经焊接后所形成的结合部分

47、2、分类：焊缝是构成焊接接头的重要部分，可按工作性质或按其接头形式进行分类：工作焊缝 对接焊缝按工作性质分 联系焊缝 角焊缝密封焊缝 按接头形式分 端接焊缝定位焊缝 塞焊缝 组合焊缝重点讲解工作焊缝与联系焊缝的区分能力目标要求学生能根据图形自己分析判断出哪个是工作焊缝、联系焊缝？1）工作焊缝：在焊接结构中承担着全部载荷作用的焊缝 特点：焊缝一旦产生断裂，结构就会立即失效，这种焊缝必须进行强度计算。2）联系焊缝：是指在焊接结构中不直接承受载荷只起连接作用的焊缝。 作用：将两个或更多的焊件连成一个整体，以保持其相对位置，此类焊缝通常不作强度计算。四、对接焊缝坡口形式的选择：1、相同厚度的焊接接头，

48、采用X形坡口比V形坡口能节省较多的焊接材料、电能和工时，从而降低焊接材料的消耗。2、对不能翻转和内径较小的容器等的对接焊缝，宜采用V形或U形坡口，以便于施焊。3、坡口形式不同，加工的难易程度不同：V、X易于加工。4、采用不适当的坡口形式，易产生较大的变形：V形坡口其角变形大于X形坡口。课后作业：1、什么是工作焊缝?什么是联系焊缝?设计结构时要计算哪种焊缝的强度?为什么?2、怎样区分工作焊缝和联系焊缝?哪一种焊缝要进行强度计算，如何计算?小结焊接残余应力在整个焊件结构中破坏极其严重，因此对于控制焊接残余应力的措施，希望同学们做重点掌握。 后记要记忆的知识点比较多,再之部分同学实习是的不积极不认真

49、也直接导致了理论与实践难以结合起来,所以无论在理论和实践方面都要加强指导与督导.常用焊接接头的工作应力分布授课内容：常用焊接接头的工作应力分布教学目标：1、掌握应力集中的概念 2、掌握几个常用术语 3、掌握常用焊接接头的工作应力分布重 点：常用焊接接头的工作应力分布课 型：新授课复习提问： 1、工作焊缝与联系焊缝的区别 2、焊接接头的三个组成部分正式授课：常用焊接接头的工作应力分布一、应力集中：1、定义：在几何形状突变处或不连续处庆力突然增大的现象叫做应力集中。2、焊接接头中产生应力集中的原因：1)焊缝中有工艺缺陷。焊缝中经常产生的缺陷，如气孔、夹杂、裂纹和未焊透等，都会在其周围引起应力集中，

50、其中尤以裂纹和未焊透引起的应力集中最严重。2)焊接接头处几何形状的改变：如对接焊缝的余高过大，角焊缝为凸出形等，在焊趾处都会形成较大的应力集中。3)不合理的接头形式和焊缝外形。二、电弧焊接头的工作应力分布：知识目标1、掌握各个常用术语2、会识图，及能从图中指出各个术语。3、各个典型接头上应力的分布。 1、常用术语1）焊缝宽度：焊缝表面两焊趾之间的距离。2）余高：超出母材表面连线上面的那部分焊缝金属的最大高度3）焊趾：焊缝表面与母材的交界处4）焊根：焊缝背面与母材的交界处2、对接接头的工作应力分布：1）存在应力的原因：有余高存在。2）思考题 是否能以增加余高的方法增加焊缝的承载能力？在其他因素不变的情况下，余高增加