焊接结构特点

1、焊接结构特点:优点:1.焊接接头强度高2.焊接结构设计灵活性打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型6.焊接结构成品率高。缺点:1.存在较大的焊接应力和变形2.对应力集中敏感3.焊接接头的性能不均匀。影响构件焊接性的因素1.与材料有关因素:目测和填充材料烈性(化学成分和显微组织2.与设计有关因素:结构的形状,尺寸,支撑条件和负载,焊缝类型,厚度和配置3.与制造有关因素:焊接方法,焊速,焊接操作,坡口形状,焊接顺序,多层焊,定位焊,夹紧,预热和焊后热处理构件焊接性分析:材料焊接适应性、设计的焊接可靠性、制造的焊接可行性焊接结构性能和质量问题涉及三个主要方面:温度场应力和

2、变形场以及显微组织状态场,对应:热学,力学,和金相学焊接热过程的复杂性:1.焊接热过程的局部性或不均匀性2.焊接热过程的瞬时性3.焊接热源的相对运动产热:电弧热、电阻热、相变潜热和变形热;散热:环境散热、飞溅散热;传热:热传导、对流、辐射焊接热源的种类及特征1.电弧焊接热源:热量产生于阳极与阴极斑点之间气体柱的放电过程。MIG焊过程才用的是直弧焊,阳极斑点和阴极斑点直接加热母材和焊丝,电弧柱产生的辐射和对流传热和电极斑点产生的辐射传热也起辅助作用;等离子弧焊丝,应用非直弧焊,也就是电弧是间接加热被焊工件的,加热方式以辐射和对流加热为主。焊接热循环的主要参数:加热速度V h、加热最高温度T ma

3、x、在相变温度以上停留时间t H、冷却速度v c。多层焊时热循环 1.长多层焊热循环:长段多层焊时每次焊缝长度约为1.0m以上,当焊完前一层再焊后一层是,前层焊道义基本冷却到了较低的温度2.短段多层焊热循环:短段多层焊时每层焊缝较短,约为50400mm,前层焊道尚未冷却就开始了下一道的焊接,后条焊道是在前一条焊道造成的预热状态下进行焊接的。电极的加热与熔化能量有:焊接电流通过焊丝时产生的电阻热和焊接电弧传给焊丝端部的热能以及由于化学反应产生的热能内应力:指在没有外力的条件下平衡与物体内部应力。分类:1.宏观内应力2.微观内应力3.超微观内应力;1.塑变内应力2.相变内应力3.残余内应力残余应力

4、:在温度均匀后残存在杆件中的内应力。相变残余应力:当温度恢复到初始的均匀状态后,如果相变产物仍然保留则相变应力也将保留,并形成残余应力,即相变残余应力。屈服强度滞后:在相变温度范围内屈服应力可能降低很多,并且低于双相材料的两个组成相中屈服强度较低的一个自由变形:如果金属物体的形状尺寸变化没有受到外界的任何阻碍而自由进行。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,则将所表现出的部分变形称为外观变形或可见变形焊接残余应力的影响 1.内应力对静载强度的影响:在一般焊接构件中,焊缝区的纵向拉伸残余应力峰值较高,对于某些材料来说,可以接近材料的屈服强度 2.内应力对刚度的影响3

5、.内应力对杆件受压稳定性的影响4.内应力对构件精度和尺寸稳定性的影响5.内应力对应力腐蚀开裂的影响焊接残余变形的分类: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、螺旋形变形收缩力和缩短变形区的大小主要取决于焊接过程参数和材料的热物理特性值,其次还受构件的纵向刚度以及焊接接头的热流道影响,而且实际上缩短变形区的大小就决定了收缩力。焊接残余应力测量:1.破坏性测量:单轴焊接残余应力的测量:切条法、弹性变形发。双轴焊接残余应力测量:切块法、钻孔法、盲孔法、套孔法。2.焊接残余应力的非破坏性测量:X射线衍射法、中子衍射法、相似关系。调控焊接应力与变形的焊前措施合理地选择焊缝的形状

6、和尺寸,焊缝尺寸直接关系到焊接工作量、焊接应力和变形大小。在保证结构承载能力的前提下,应遵循的原则: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,优先采用断续焊缝;角焊缝与对接焊缝相比,优先采用角焊缝以及复杂结构最好采用分部组合焊接;尽量避免焊缝的密集与交叉;合理地选择肋板的形状并适当地安排肋板的位置;采用压形板来提高平板的刚性和稳定性;联系焊缝可采用断续焊缝的形式以降低热输入总量;预变形法或反变形法也是焊前需要考虑采用的重要措施之一。焊后调控焊接残余应力与变形措施 1.机械方法:焊接变形产生的主要原因是焊缝金属的收缩,收缩受到约束就产生了残余应力,采用一定

7、的措施使收缩的焊缝金属获得延展就可以校正变形并调节内应力的分布。2.加入方法:一方面材料的屈服强度会因温度的升高而降低,并且材料的弹性模量也会下降;2.另一方面高温时材料的蠕变速度加快,蠕变引起应力松弛。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.随焊冲击碾压法焊接接头(定义、组成、特点、影响因素用焊接方法制造而成的接头称为焊接接头,在高温移动热源局部加热,快速冷却条件下形成的;组成:焊缝金属、熔合区、热影响区和母材;特点:焊接接头是个不均匀体、焊接接头因焊缝的形状和布局不

8、同会引起不同程度的应力集中、焊接接头残余应力与变形和高刚性就构成了焊接接头的基本属性;影响因素:力学方面:接头形状不连续性、焊接缺陷、残余应力和焊接变形,材质方面:焊接热循环所引起的组织变化,焊接材料引起的焊缝化学成分的变化,焊接过程中的热塑性变形循环所产生的材质变化,焊后热处理所引起的组织变化以及矫正变形引起的加工硬化。热影响区的力学性能 1.热影响区强度和延性变化硬度强度高于母材延性低于母材2.热影响区韧性的变化:高温时间越长,韧性越容易降低3.热影响区的热塑变脆化韧性降低单层焊与多层焊特点:单层焊焊缝金属的组织是典型的柱状晶;多层焊第一层焊道的柱状晶组织受后焊层的热作用,消除了柱状晶而转

9、化为较细的晶粒。多层焊接的力学性能较单层焊接时的要好。焊缝金属的性能与焊接热输入表现在:1.用较小的热输入进行单层焊时,由于冷却速度大,.焊缝金属的组织细化,焊缝金属变硬,强度升高。2.增加焊接热输入、提高层间预热温度对高强度刚施焊。焊缝金属强度比母材强度高的称为高组配接头,比母材强度低的称为低组配接头焊缝的基本形式:(1对接焊缝可采用卷边、平对接或加工成V形、U形、X形、K形等坡口。坡口需考虑: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。(2角焊缝根据截面形状可分为平角焊缝、凹角焊缝、凸角焊缝和不等腰焊缝。接头的基本形式:1对接接头:两焊件表面构成大于

10、或等于135度、小于或等于180度夹角,即两板件相对断面焊接而形成的接头。是比较理想的接头。2.搭接接头:两板件部分重叠起来进行焊接所形成的接头。3.T形接头:T形接头是将相互垂直的被连接件用角焊缝连接起来的接头。4.角接接头:两板件端面构成为直角的焊接接头称为角接接头。应力集中原因:1.焊缝中存在工艺缺陷,如气孔、夹渣、裂纹、未焊透和咬边等。都会在周围引起应力集中,其中裂纹和未焊透引起的应力集中最为严重。2.焊缝外形不合理 3.焊接接头设计不合理。工作焊缝:与被连接元件上串联的,他承担着传递全部载荷的作用,即焊缝一旦断裂,构件立即失效。联系焊缝:与被连接的元件是并联的他仅传递很小的载荷,主要

11、起元件之间相互联系的作用,即焊缝一定断裂,结构不会立即失效。延性断裂发生、扩展机器宏观和微观的断口特征:塑性金属材料的晶体。在载荷作用下,首先发生弹性变形,当载荷继续增加达到某一数值即发生屈服,由于滑移使多晶体金属发生永久变形塑性变形;若要继续变形,则要增大作用力,此过程即为所谓的加工硬化;继续加大载荷,金属将进一步变形,继而产生微裂口或微空隙,这些微裂口一经形成,便在随后加载过程中逐步会合起来,形成宏观裂纹;宏观裂纹发展到一定尺寸后就发生失稳扩展而导致最终断裂。微观断裂特征形是韧窝。韧窝的实质是材料微区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。解离断裂:沿晶内衣一定结晶学

12、平面分离而形成的断裂,是一种晶内断裂。沿晶断裂:沿晶粒边界发生的分离,是由于某种原因,如各种析出相,夹杂物和元素偏析,出现第二相粒子,甚至出现脆性薄层,加上环境、温度、和机械等外来因素,导致沿晶界的破断。影响金属脆性断裂的主要因素:应力状态的影响、温度的影响、加载速度的影响、材料状态的影响。断裂准则K1>=K1C或G1>=G1C焊接过程可给焊接接头带来如下不利影响:1.应变时效引起的局部脆性2.金相组织改变对脆性的影响3.焊接缺陷的影响4.角变形和错边的影响5.残余应力和塑性变形的影响止裂:失稳扩展的裂纹在没有足够的能量来维持裂纹进一步扩展,或者裂纹进入到韧性较好的材料,受到较大阻

13、力,无法继续扩展。止裂也有一个临界温度T A,在这个临界温度以上脆性断裂裂纹可以被止住,或者不能扩展。临界温度T A随着材料的韧性的提高而降低,随着应力的提高而提高。一种材料在同一条件下,开裂临界温度一般低于止裂临界温度。防止脆性破坏2种设计原则:1.防止断裂引发原则2.止裂原则;前者要求结构的一些薄弱环节具有一定的抗开裂性能;后者要要求一旦裂纹产生,材料应具有将其止住的能力。造成结构的脆性断裂的基本因素:材料在工作条件下韧性不足,结构上存在严重的应力集中和过大的应力。预防焊接结构脆性断裂措施:1.正确选用材料2.采用合理的焊接结构设计:1尽量减少结构或焊接接头部位的应力集中:a.在一些结构截

14、面改变的地方必须设计成平缓过度,不要形成尖角。b.在设计中应尽量才采用应力集中系数小的对接接头c.不同厚度的构件的对接接头应当尽可能采用圆滑过渡d.避免和减少焊缝的缺陷e.避免焊缝密集2尽量减少结构刚度3不采用过厚的截面4重视附件或不受力焊缝的设计5减少和消除焊接产于拉伸应力的不利影响。3.用断裂力学方法评定结构安全性。疲劳:材料在变动载荷作用下,会产生微观的和宏观的塑性变形,这种塑性变形会降低材料的继续承载能力并引起裂纹,随着裂纹逐步扩展最后将导致断裂。材料及结构疲劳失效特征表现:1.疲劳断裂形式与脆性断裂形式有明显差别;疲劳需要多次加载,脆性断裂一部不需要多次加载,结构脆断食瞬时完成的,而疲劳裂纹的扩展则是缓慢的。2.疲劳强度难以准确确定量确定3.疲劳破坏一般从表面和应力集中出开始,而焊接结构的疲劳又往往是从焊接接头处产生。疲劳断裂过程: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.失稳断裂影响焊接接头疲劳强度的因素1.应力集中的影响2.近缝区金属性能变化的影响3.残余应力的影响4.缺陷的影响提高疲劳强度的工艺措施:1.降低应力集中:1采用合理的结构