焊接结构复习记忆知识点

1、 第一章1.内应力的分类：根据内应力所涉及的范围，可分为三类超微观应力：在晶格范围平衡的应力微观应力：在晶粒范围内相互平衡的应力宏观应力：在整个焊接范围平衡的应力按其作用的时间残余应力：焊后留下的应力瞬时应力：焊接过程出现的应力根据应力形成原因组织应力：由于接头金属组织转变时体积变化受阻拘束应力：由于焊件热变形受到拘束引起的应力温度应力：由于焊件不均匀加热引起的应力2.变形的基本形式： 1）自由变形：当金属物体温度发生变化，或发生了相变，其尺寸和形状就要发生变化，如果这种变化没有受到外界的阻碍而自由的进行我们称之为自由变形。 2）外观变形：当金属在温度变化过程中受到阻碍，不能完全的自由变形，把

2、能表现出来的这部分变形，称为外观变形。是指能用肉眼看到的或能用仪器直接测量的变形。 3）内部变形：把未表现出来的那部分变形，称为内部变形；表示金属内部原子间的相对位移，这种变形产生了内应力并直接决定杆件的强度。其变形率用表示。3. 3.在板件中心加热时，如果产生了压缩塑性变形区，当冷却后,将会在板件中产生残余应力和 和变形（缩短）4.焊接残余应力的分类：a.按产生应力的原因分：热应力、相变应力、塑变应力 b.按应力存在的时间分：焊接瞬时应力、焊接残余应力 c.按应力与焊缝的相对位置分：纵向应力、横向应力 纵向残余应力：是指应力作用方向与焊缝平行的残余应力 横向残余应力：与焊缝中心线垂直的残余应

3、力 在对接接头中，沿焊缝中心线的横向残余应力由两个因素引起：a.由焊缝及其近缝区的塑性变形区的纵向收缩引起的。b.由焊缝及其近缝区的塑性变形区的横向收缩的不同时性引起的。6.焊接结构产生应力和变形的原因：1）局部加热，构件上温度分布极不均匀。2.接头形式不同，焊接熔池内的金属散热条件不一。3部分金属会发生相变。4受焊前加工工艺的影响。7. 4.几种假设1、平截面假定:假定在焊前所取的横截面再喊后仍保持为平面。2、金属性能假设：材料的某些物理性能如线胀系数，比热容，热导率等不随温度而变化3、 屈服点的假定根据简化曲线的假定，低碳钢在600时便失去了变形抗力，这意味着在温度Tmax600时所产生的

4、压缩塑性变形，对应力和变形没有影响，所以在分析中可以暂时不考虑Tmax>600的演变过程，通常把失去变形抗力时的温度（对于低碳钢为600）称为力学熔化温度。 4、应力应变关系假设：材料呈理想弹塑性状态，即材料屈服后不发生强化屈服点的假定根据简化曲线的假定，低碳钢在600时便失去了变形抗力，这意味着在温度Tmax600时所产生的压缩塑性变形，对应力和变形没有影响，所以在分析中可以暂时不考虑Tmax>600的演变过程，通常把失去变形抗力时的温度（对于低碳钢为600）称为力学熔化温度。8.焊接残余应力影响：残余应力是不可避免的，它是影响焊接结构或焊接部件的脆性断裂强度、疲劳强度、压曲强度

5、、振动特性和抗腐蚀性等性能的重要因素。同时，残余应力的存在还严重影响了结构的机加工精度和构件尺寸稳定性。9 工（H）形、箱形、T形结构中的。纵向残余应力分布10拘束应力与拘束长度之间关系：=20mm时，=550000/L=10mm时，=337000/L.5. 拘束应力与拘束长度的关系：拘束长度越大，拘束应力越小；板厚增大，拘束应力随之增大。拘束长度较短时，拘束应力可以达到相当高的水平以至于使某些屈服点的钢材发生屈服，甚至于产生断裂；焊接热输入增大，拘束应力增大；一般来说，镶块的直径变化时，拘束应力下降。 12.焊接残余应力对焊接结构的影响（展开记忆）1.对结构强度的影响：2. 对结构加工尺寸的

6、影响：对未经消除残余应力的焊接构件进行机加工时，由于切削去了一部分材料，破坏了构件中内应力的平衡。应力的重新分布使得构件变形、加工精度受到影响。3. 对压杆稳定性的影响：在承受纵向压缩的杆件中，焊接残余压应力与外加压应力相叠加，应力的叠加导致压应力区先期达到材料的屈服点，是的该区丧失承载能力，这相当于减少了截面的有效面积，使得失稳临界应力的数值降低。4. 对应力腐蚀的影响：焊接结构在没有外加载荷的情况下就存在残余应力，因而在腐蚀介质作用下，结构虽无外力，也会发生应力腐蚀。13. 调整和减小焊接残余应力的方法（举例）1、设计原则：尽量减小焊缝截面尺寸，在保证强度的前提下尽量减少填充金属的数量。将

7、焊缝尽量布置在最大工作应力区之外，防止残余应力与外力产生叠加，影响结构的承载能力。尽量防止焊缝密集、交叉。由于焊缝密集，不仅施工不便，而且残余应力的分布范围很大，如果布置肋板，残余应力的分布将得到明显改善。4采用局部降低焊缝附近刚度的方法，使焊缝能比较自由地收缩。采用在管板上开槽的方法或钢柱内挖槽的方法来减小刚度。在焊接环形封闭焊缝时，可是内板预制变形，使焊缝收缩时有较大的自由度，从而减小焊接残余应力。采用合理的接头形式，尽量避免采用搭接接头，搭接接头应力集中较严重，与残余应力一起会造成不良影响。2.工艺措施： 设计合理的装配焊接顺序：如大型储罐罐底的拼焊顺序，拼焊时应从中部开始依次向外扩展，

8、先焊横向短焊缝，载焊直通纵向长焊缝。由于横向焊缝的收缩较大，应尽量使它们在较为自由的条件下收缩变形。用局部加热法减小应力：补焊轮辐时，焊前在轮辐两侧的轮缘上同时加热，使焊接处在焊接时可以较为自由的膨胀，压缩塑性变形量减小。焊后冷却过程中，焊缝区金属与加热区的收缩方向相同，可以减小焊接残余应力。锤击：用锤子敲击焊缝金属，使他产生延伸塑性变形，以抵消焊接时产生的压塑性变形，减小焊接残余应力。反变形法：分析焊件焊后可能产生变形的方向和大小，在焊接前应使被焊件做大小相同，方向相反的变形，以抵消或补偿焊后发生的变形，使之达到防止焊后变形的目地，这种方法称为反变形法。14. 焊后消除焊接残余应力的方法：（

9、至少6种） 1整体热处理：整体热处理一般是将构件整体加热到回火温度，保温一定时间后在冷却。即：金属材料在高温下发生蠕变现象，随着加热温度的提高和保温时间的延长，金属材料的蠕变更加充分，构件整体都加热到材料屈服点为零的温度，残余应力将会完全消除。 2.局部热处理：在局部热处理时和整体高温回火一样，对加热和冷却速度应进行控制。其带有局部加热的性质，因此消除残余应力的效果不如整体热处理。 3.振动法：使焊接构件在激振器作用下发生谐振，构件在发生谐振是振幅较大，振动引起的应力与残余应力叠加达到材料的屈服点时，将发生应力松弛，从而使残余应力的峰值降低。 4.爆炸法：利用炸药爆炸时冲击波德能量使产生残余应

10、力的相关区产生塑性变形，从而达到消除残余应力的目的。 5.碾压法：用滚轮施加一定的压力在焊缝表面进行滚压，使焊缝金属产生局部塑性变形，来减小残余应力或改善其分布的一种方法。 。 6.过载法：在构件上施加一定的拉应力，使其与焊缝区的拉伸残余应力相叠加，以便达到消除残余应力的目的。 （过载法只能降低残余应力的峰值） 7.温差拉伸法：采用低温局部加热使焊缝区产生拉伸，以减小其峰值应力。15.应力释放法原理：利用构件在机加工后应力部分释放，会产生变形来重新分布应力达到平衡，利用应力应变关系来求出应力。属于此法的有切条法，车削法，刨削法，套孔法，小孔法。 X射线衍射法原理：晶体在应力的作用下，原子间距发

11、生变化，其变化与应力大小成正比，当用X射线，以掠角入射到晶体表面时，如果能满足2dSin=n，则X射线在反射方向因干涉而加强。其是一种非破坏性测试方法，它对被测表面要求较高，为防止机械加工引起的局部塑性变形的影响，表面应进行电解抛光处理，处理时常用饱和食盐水溶液作为电解液。16. 焊接残余变形的分类：（1）总体变形 1.纵向收缩变形 2横向收缩变形3弯曲变形 4回转变形 5扭曲变形（2）局部变形 1角变形 2.波浪变形17. 焊接残余变形对焊接结构的影响1.造成构件形状和尺寸变化，超出公差范围导致。构件报废，部件的变形会影响后续装焊的困难，为了保证焊后机加工所需尺寸，需要预留相当大的加工余量。

12、2.构件的变形会严重影响其承载能力，使局部应。力增大而导致裂纹的萌生，以至于在低应力水平下发生失稳。接残余变形的产生及变形值的估算18. 弯曲变形的产生及变形值的估算当焊缝在构件中的位置不对称时，焊接的纵、横向收缩都能引起构件的弯曲变形，焊缝的收缩相当于给构件施加了一个偏心载荷，因此，焊缝的位置是影响弯曲变形的主要原因。弯矩M的作用使构件终端的截面积发生转角和挠度f。构件的挠度与焊缝的偏心距e及焊接热输入成正比，与构件的刚度EJ成反比。19预防焊接变形的方法设计措施：1、尽量选用对称的构件截面和焊缝位置，使得焊接引起的变形可以相互抵消。2、合理选择焊缝长度和焊缝数量。应尽量减小焊缝的长度，在满

13、足强度要求的前提下，用断续焊缝代替直通长焊缝，可使焊接变形大大减小。 3、尽量减小焊缝截面尺寸。焊接变形与熔敷金属的数量有很大关系，所以应尽量减小焊缝截面尺寸，在条件许可的情况下，用双U型坡口和双V型坡口代替V型坡口，熔敷金属量减少，且焊缝在厚度方向对称，收缩一致，可减小焊接变形。4、选用轧制型材、锻材、铸材和钣金成型件构成最佳焊接结构。 工艺措施：1、反变形法，该方法是按照事先估计好的焊接变形的大小和方向，在装配时预加一个相反的变形，使其与焊接产生的变形相抵。 2、选择合理的装配焊接顺序 1）大型而复杂的焊接结构，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。

14、2）正在施焊的焊缝应尽量靠近结构截面的中性轴 3）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 4）焊缝对称布置的结构，应由偶数焊工对称地施焊。5）长焊缝（1m以上）焊接时，可采用下图所示的方向和顺序进行焊接，以减小其焊后的收缩变形。 3、刚性固定法：将焊件固定在有足够刚性的胎夹具上，或是临时装焊支撑，以增加构件的刚度来减小焊接变形。4、合理地选择焊接方法和焊接工艺参数 5、预拉伸法：在焊前将薄板用机械方法拉伸或用加热方法使之伸长，然后再与其他构件装配焊接在一起。（多用于薄板平面构件）6、热平衡法：在焊接某些细长构件时，由于焊缝与截面的中性轴不重合，故焊缝的纵向收缩会引起构件的弯曲变

15、形，如果在与焊缝对称的位置，用气体火焰与焊接同步加热，使加热区和焊缝产生同样的膨胀变形，焊后其一致收缩，则可防止弯曲变形。7、散热法：通过强迫冷却，使焊缝附近的材料所受热量大大减小，缩小焊接热场的分布，从而减小焊接变形。8、低应力无变形焊接法：施焊前距焊缝一定距离处用电加热器预热一定宽度，达到一定温度开始焊接。专门防止薄板焊接波浪变形的的一种焊接方法。20. 焊后消除残余变形的方法机械矫正法：该法是一种冷矫正法，它是用机械力使部分金属得到延伸，产生拉伸塑性变形,使变形的构件恢复到需要的形状。火焰加热矫正法：该法是利用气体火焰加热构件的伸长部分，使其在较高的温度下发生压缩塑性变形，使冷却后收缩变

16、短，来矫正构件变形的方法。火焰加热的方式有点状加热、线状加热和三角形加热。21. 角变形产生的原因角变形多发生在中，厚板的对接焊和角焊时。这种变形是由于在厚度方向温度分布不均匀导致压缩塑性变形量在厚度方向不一致，或者是熔化金属在厚度方向上收缩量不一致而引起的。第二章 1.脆性断裂的特征 (1)、断裂一般都在没有显著塑性变形的情况下发生，具有突然破坏的性质。(2)、破坏一经发生，瞬时就能扩展到结构大部或全体，因此脆性断裂不易发现和预防。(3)、结构在破坏时的应力远远小于结构设计的许用应力。(4)、通常在较低的温度下发生2.造成脆性断裂的原因(1)材料选用不当(2)起源于焊接结构的不利因素( 3)

17、结构的构造越来越复杂(4)使用条件越来越恶劣（如低温、海洋环境等）(5)荷载、钢材强度、板厚等都越来越大(6)设计计算方法越来越先进精细，安全储备降低3.脆性断裂的能量理论（P69手写）4断裂概念：断裂是指金属材料受力后局部变形量超过一定限度时，原子间的结合力受到 破坏，从而萌生微裂纹，继而发生扩展使金属断开。传统上，不同断裂机制的断裂特点均可以应用于断裂方式，断裂性态、断裂形貌等术语描述。“方式”是指在多晶体材料中断裂路径的走向，它可以是穿晶的或沿晶的。从宏观上看，穿晶断裂可以使延性断裂，也可以是脆性断裂，而沿晶断裂则多数是脆性断裂。“性态”是表达断裂前材料的变形能力。延性是指在断裂前材料产

18、生一定的塑性变形，脆性则指断裂前不发生或很少发生塑性变形。“形貌”指用肉眼或显微镜下在端口上所见到的现象。5.解理：金属晶体受力后常沿一定方向的平面破裂，这种性质称为解理。解理断裂：是一种在正应力作用下所产生的穿晶断裂，通常沿特定的晶面即解理面分离。解理裂纹的形成和扩展模型：当材料的塑性变形过程严重受阻，材料不易发生变形，被迫从特定的结晶学平面（解理面）发生分离的断裂。金属中的夹杂物、脆性析出物和其他缺陷对解理裂纹的产生亦有重要的影响。 解理断裂通常呈现脆性，不产生或产生很小的宏观塑性变形。 解理断口形貌：宏观 宏观上无规则取向，当断口在强光下转动时，可见到闪闪发光的特征。微观 微观形貌常出现

19、的有河流状花样、舌状花样和扇形花样等。6.剪切断裂 剪切断裂是在切应力作用下，沿滑移面的滑移方向而造成的断裂。 分两种情况滑移或纯剪断 微孔聚集型断裂 纯剪断： 金属在切应力作用下，沿滑移面滑移，导致滑移面分离，成为纯粹的塑性滑移的断裂。（常发生在纯的单晶体中）剪切断裂的特征：宏观特征：断口呈纤维状，颜色发暗，有滑移变形的痕迹。对纯剪切断口，其断口平面与拉伸轴线大致成45°角，表面光滑。微观特征：断口微观特征呈韧窝状。韧窝花样的形貌在显微空洞中生核、长大和聚集过程中，与其周围的应力状态和变形均匀性有关。7.影响金属材料脆性断裂的主要因素（1）应力状态 （2）温度 （3）加载速度 （4

20、）材料性质1、应力状态的影响物体在受外载时，不同的截面上产生不同的正应力和切应力。在主平面上作用最大正应力max，与主平面成45°角平面上作用最大切应力max。max和max的存在位置与加载方式有关。通常用=max/max来物体内存在应力状态的软硬程度。当max>>max时，称为软性应力状态，在不同的加载方式下，max比max先达到抗拉强度，则发生脆性断裂。当max<<max时，称为硬性应力状态，在不同的加载方式下，max比max先达到屈服点，则发生塑性变形而形成延性断裂。2、温度的影响金属的脆性断裂在很大程度上取决于温度。因为金属在高温时，具有良好的变形能力

21、，当温度降低时，其变形能力就减小，金属的这种低温脆化性质称为“低温脆性”。（任何金属材料都有两个强度指标屈服点和抗拉强度）75页3、加载速度的影响提高加载速度能促进材料脆性破坏，其作用相当于降低温度。在相同加载速率下，当结构中有缺口时，应变速率可呈现出加倍的不利影响。4、材料状态的影响1、厚度的影响 1）厚板在缺口处容易形成三向拉应力 2）冶金因素：厚板压延量小2、晶粒度的影响 晶粒越小韧脆转变温度（Tk）越低3、化学成分的影响 钢中的碳、氮、氧、硫、磷等均增加钢的脆性。合金元素锰、镍 等可改善钢的脆性。8.焊接结构特点对脆性断裂的影响1）焊接结构比铆接结构刚度大：焊接为刚性连接，连接构件不能

22、产生相对位移，某接在接头处可能产生一定的相对位移，刚度相对降低，工作条件下，足以减少因偶然载荷而产生的附加应力的危险，并对应力集中特别敏感。 2）焊接结构具有整体性：9.焊接结构制造工艺的特点对脆性断裂的影响1）2类应变实效引起的局部脆性（冷、热应变实效）a.冷应变时效：材料经历切割、冷热成形（剪切、弯曲、矫正）等工序使材料发生应变时效导致材料变脆。b.热应变时效：在焊接时，近缝区某些加工时留下的刻槽，即缺口尖端附近或多层焊道中已焊完焊道中的缺陷附近，金属受到热循环和热塑变循环的作用，产生焊接应力-应变集中，导致较大的塑性变形，引起应变时效。解决措施：焊后经过550650热处理可以消除两类应变

23、时效对低碳钢和一些合金结构钢的影响，恢复其韧性。2）焊接接头金相组织改变对脆性的影响 焊接过程是一个不均匀的加热过程，在快速加热和冷却条件下，使焊缝和近缝区发生了一系列金相组织的变化，因而相应改变了接头部位的缺口韧性（冲击韧性）。3）焊接缺陷的影响在焊接接头中，焊缝和热影响区是最容易产生各种缺陷的地方。根据对各种脆性断裂事故的调查发现，焊接缺陷如裂纹、未焊透、夹渣、咬边、气孔等都可成为脆性断裂的发源地。4）焊接残余应力的影响10焊接结构防脆性断裂的设计准则（1）防止裂纹产生准则（开裂控制）：要求焊接结构最薄弱的部位，即焊接接头处具有抵抗脆性裂纹产生的能力，机抗开裂的能力。（2）止裂性能准则（扩

24、展控制）：要求如果在这些部位产生脆性小裂纹，其周围材料应具有将其迅速止住的能力。第三章1. 焊接结构中常见的疲劳类型高周疲劳（高循环疲劳）：是指材料在低于屈服点的循环应力作用下，经105以上循环次数而产生的疲劳。由于高周疲劳受应力幅控制，故又称应力疲劳。低周疲劳（低循环疲劳）：是指材料在接近或超过其屈服点的循环应力作用下，经低于105次塑性应变循环而产生的疲劳。低周疲劳受应变幅控制，又称应变疲劳。2. 疲劳断裂的过程疲劳断裂三个阶段：1疲劳裂纹的形成 2疲劳裂纹扩展 3 断裂扩展机理：第1阶段：沿着最大切应力方向（向内部发展。速度慢，每1次循环0.1m数量级。 第2阶段：当第1阶段扩展的裂纹遇

25、到晶界时便逐渐改变方向转为和主应力垂直的方向生长，速度快，每1次循环微米数量级。塑性钝化：疲劳辉纹：3. 疲劳断裂是在循环应力，拉应力和塑性应变同时作用而造成的。4. 疲劳断口的特征疲劳断裂断口分为三个区：1.疲劳裂纹源区。 2.疲劳裂纹扩展区。 3.瞬时断裂区5. 提高焊接接头疲劳强度的措施1、降低应力集中a)采用合理的结构形式以减小应力集中，提高疲劳强度。b)尽量采用应力集中系数小的焊接接头，尽量采用对接接头或开坡口的T形接头。搭接接头或不开坡口的T形接头力求避免。 2、调整残余应力场 a)整体处理： 采用整体退火消应力处理，但是整体退火法不一定都能提高构件的疲劳强度。一般在应力集中较高、

26、残余拉应力影响较大时采用退火处理。 b)局部处理：采用局部加热或挤压以调节焊接残余应力场，在应力集中处产生残余压应力。 c)表面强化处理3、特殊保护措施: 采用保护涂层。6.105111重点7.应变循环疲劳称低周疲劳；应力循环疲劳称高周疲劳。疲劳断裂是拉应力、循环应力和塑性变形共同作用的结果。8.平面形状缺陷比立体形状缺陷影响大，表面缺陷比内部缺陷影响大，与作用力方向垂直的平面状缺陷的影响比不垂直方向的大；位于残余拉应力场内的缺陷比在残余压应力场内的影响大，位于应力集中去的缺陷比在均匀应力场中同样缺陷的影响大。7. 提高焊接接头疲劳强度的措施：143页 1。降低应力集中 A.采用合理的结构形式B。尽量采用应力集中系数小的焊接接头C。采取妥善的工艺措施 2。调整残余应力场 整体处理、局部处理、表面强化处理 3。特殊保护措施，采用一定的保护涂层 4.。几中改善疲劳强度方法的比较第四章1.应力腐蚀（SCC）：指材料或结构在腐蚀介质和静拉应力共同作用下引起的断裂。条件存在拉应力 环境中存在腐蚀介质 合金中产生2.应力腐蚀断裂过程的四个阶段1）氧化膜破裂 2）形成腐蚀坑孔 3）应力腐蚀开裂裂纹的形核及长大 4）断裂3.防止应力腐蚀的措