焊接结构与工装

1、第一章结论1、焊接与钾接、铸造相比的优点.答：与钾接相比：省料;省工；设备投资低；高密封性。与铸造相比:生产周期短；省料；厂房投资低；材质好。2、焊接结构的缺点.答:有应力和变形；应力集中大，对应力集中敏感；组织和力学性能不均匀；整体性强（密封性、刚性强；止裂性差，易脆断）.第三章焊接应力与变形1、温度应力、残余应力、自由变形、外观变形、内部变形概念。答：温度应力:物体局部加热时，温度变化的部位会产生变形，如果这种变形受到物体其它部位的约束，就会在物体内部产生应力，称为温度应力.残余应力：若温度应力达到材料的屈服极限，使物体局部区域产生塑性变形，当温度恢复到原始的均匀状态后，就产生新的内应力。

2、这种内应力是物体温度均匀后残余在物体中的，故称为残余应力。自由变形:当金属物体的温度发生变化或发生相变时，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，这种变形就称之为自由变形。外观变形：当物体的伸长受阻碍，使不能完全自由变形时，则将表现出来的部分变形称为外观变形。内部变形：未表现出来的那部分变形，称之为内部变形。2、长板条中心、边缘加热时的应力和变形情况，冷却时残余应力和变形情况。答：中心部位：加热过程中，板条中心部分的应变为负值，即为压应变，在这一区域将产生压应力；板条两侧的应变为正值，即为拉应变，在这一区域产生拉应力。如果加热时截面上的最大应力小于材料的屈服极

3、限时,取消加热使板条恢复到初始温度，则板条会恢复到初始长度，应力和应变全都消失。如果加热温度较高，使中心部位产生较大的内部变形并导致其变形率大于金属屈服时的变形率，则在中心部位会产生塑性变形。此时停止加热使板条恢复到初始温度，并允许板条自由收缩，则最终板条长度将缩短，其缩短量为残余变形量，并且在板条中形成一个中心受拉，两侧受压的残余应力分布。边缘部位：当加热温度较低,在板条的任何区域内均不发生塑性变形。在这种情况下，内部变形小于金属屈服强度的变形率（。，则温度恢复后，板条中既不存在残余应力，也不存在残余变形.当加热温度较高（），使板条在靠近高温一侧的局部范围内产生塑性变形;当加热温度很高时（低

4、碳钢），造成板边一段内的，即变形抗力为零。此时，在这一段内，由于温度很高，使变形抗力为零，在此区域内发生完全塑性变形，而应力.向中心靠近，依次为塑性变形区和弹性变形区。注：焊接时发生应力和变形的原因是焊件受到不均匀加热，并且，因加热所引起的热变形和组织变形受到焊件本身刚度的约束;对于近缝区的焊接热应变循环来说，基本上遵循两条规律：其一是金属在加热时受压缩，在冷却时受拉伸，屈服后出现塑性变形：其二是相变（奥氏体转变）开始和结束后出现应力和应变方向的逆转。3、残余应力对静载强度、刚度、机加工精度、疲劳强度等的影响。答:对静载强度的影响：对没有严重应力集中的焊接结构，只要材料具有一定的塑性变形能力，

5、残余应力不影响结构的静载强度.反之，如材料处于脆性状态，则拉伸残余应力和外载应力会加有可能使局部区域的应力首先达到断裂强度，导致结构早期破坏。对刚度的影响：当外载产生的应力与结构中某区域的残余应力叠加之和达到屈服点时，这一区域的材料就会产生局部塑性变形，丧失了进一步承受外载的能力，造成了结构的有效截而积减小，结构的刚度也随之降低。对机加工精度的影响：机械加工把一部分材料从构件上去除，使截而积相应改变，并释放一部分残余应力，从而破坏了原来构件中内应力的平衡。内应力的重新分布引起构件变形，并影响加工精度。对疲劳强度的影响：残余应力的存在使变载荷的应力循环发生偏移。这种偏移只改变其平均值，不改变其幅

6、值。结构的疲劳强度与应力循环的特征有关，当应力循环的平均值增加时，K极限幅值就降低，反之则提高。因此，如应力集中处存在着拉伸残余应力，疲劳强度将降低。对杆件受压稳定性的影响：当外载引起的压应力与残余应力中的压应力叠加之和达到屈服点时，这一部分截面就丧失了进一步承受外载的能力，这就消弱了构件的有效截而积，并改变了有效截面积的分布，降低了受压杆件的稳定性。对应力腐蚀开裂影响：应力腐蚀开裂所需时间与残余应力大小有关，拉伸残余应力越大，应力腐蚀开裂时间越短。4、残余变形的分类及其产生的原因.答：纵向收缩变形，原因：不均匀加热，产生压缩塑性变形。横向收缩变形，原因：不均匀加热，产生压缩塑性变形。挠曲变形

7、，原因：焊缝关于中性轴不对称，在纵向或横向的作用下引起。角变形，原因：横向收缩沿厚度分布不均匀.波浪变形，原因：薄板在压应力作用下发生失稳（类似于锻粗）。错边变形，原因：钢板伸长量不一致。（热输入不一致或线膨胀系数不一致）螺旋形变形，表现为构件在焊后出现扭曲。5、预防焊接变形的措施。答：设计措施：合理选择焊缝尺寸（小）和形式；减少不必要的焊缝（少）：合理安排焊缝位置（对称）。工艺措施：反变形法（角变形）；刚性固定法（给焊缝增加了附加应力，消除波浪变形，减小角变形）：合理选择焊接方法和焊接规范（即焊接工艺参数）；选择合理的装配焊接次序.6、焊后较正焊接变形措施.答:机械矫正法（冷矫正）:火焰加热

8、矫正法（热矫正）。7、焊接过程中调节内应力的措施。答:采用合理的焊接顺序和方向（先焊受力大的焊缝，使之最终受压应力作用。拼板时，先焊短缝，再焊直通长缝）：适当采用反变形法：随焊锤击或碾压焊缝：在结构适当部位加热使之伸长。8、焊后消除残余应力的方法.答：整体高温回火：局部高温回火；机械拉伸法（过载法，消耗材料塑性）；温差拉伸法：振动法。9、测定残余应力的方法.答：破坏性测量，即应力释放法（），常用的有切条法、套孔法、小孔法、逐层铳削法、压痕法.非破坏性测量,常用有X射线衍射法、中子衍射法.相似关系，用于尺寸很大构件.第四章1、焊接接头的组成及HAZ的组成。答：焊接接头一般可分为焊缝金属、熔合区（

9、熔合线）、热影响区和母材四个部分.低碳钢热影响区：过热粗晶区；细晶区（完全正火区）；不完全正火区（混合区）.易淬火钢热影响区：过热粗晶区；细晶区（完全相变区，淬火区）：不完全相变区（混合区）。2、焊缝的基本形式，接头的基本形式及角焊缝的分类.答：焊缝的两种基本形式：对接焊缝、角焊缝.焊接接头的四种基本形式：对接接头、搭接接头、丁字接头、角接头。角焊缝分类：正而角焊缝（焊缝与载荷相垂直）；侧面角焊缝（焊缝与载荷相平行），斜向角焊缝（焊缝与载荷倾斜3、焊接接头应力集中的概念。答：指接头局部区域的最大应力值比平均应力值高的现象。4、接头产生应力集中的原因。答：焊健中存在工艺缺陷；焊缝外形不合理；焊接

10、接头设计不合理。注:接头在塑性变形的过程中能发生应力均匀化，只要接头材料具有足够的延性,应力集中对静载强度就没有影响。5、点焊接头的设计要点.答:点焊接头的主要尺寸，包括焊点直径、焊点数目等；合理布置焊点的位置；合理设计点焊结构，使电极能方便到达焊接位置.6、各种弧焊接头的应力集中特点。答：对接接头:对接接头有余高，且余高造成了构件表面不平滑，则在焊缝与母材金属的过渡处引应力集中。（,）1表示有应力集中）的大小主要与余高h（正相关）和焊缝向母材过渡的半径r（反相关）有关：T形（十字）接头:T形（十字）接头焊缝向母材过渡较急剧，接头在外力作用下力线扭曲很大,造成工作应力分布极不均匀，在角焊缝的根

11、部和过渡处，易产生很大的应力集中。与和K有关；搭接接头:a、正面角焊缝:在角焊缝的焊根和焊趾都有较大的应力集中，其数值与多因素有关。b、侧面角焊缝：应力集中比较严重，侧面角焊缝的最大应力是在两端，中部应力最小，且焊缝较短时,应力分布较为均匀：c、联合角焊缝：分布复杂，但在设计搭接接头时，如增添正面角焊缝，不但可以改善应力分布，还可以缩短搭接长度。盖板接头：靠近侧面角焊缝的部位应力最大，远离焊缝并在构件的轴线位置上应力最小；斜向角焊缝:角焊缝的强度与载荷方向有关，当焊脚尺寸一定时，斜向角焊缝的单位长度强度随焊缝的方向与载荷方向的夹角而变，越大其强度越小。7、斜焊联合结构和钾焊联合接头。答：钾焊联

12、合结构：指既有焊接接头又有抑接接头的结构，是一种优质结构。钟焊联合接头：指在同一个接头上既有硼钉又有焊缝的连接形式，是一种不合理的接头形式。8、工作焊缝和联系焊缝概念。答：工作焊缝：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，即焊缝一旦断裂，结构就立即失效，其应力称为工作应力.联系焊缝:焊缝与被连接的元件是并联的，它仅传递很小的载荷，主要起元件之间相互联系的作用，即焊缝一旦断裂，结构不会立即失效，其应力称为联系应力。9、焊缝符号表示方法。r注：答：基准线（实线）4基准线（虚姓）W卜_港上、下都一样：符号在实线在，表示焊缝在该处；符U仕也出I衣人焊缝在对侧处。第五章1、塑性断裂和脆性

13、断裂的概念及塑性断口和脆性断口的宏观和微观特征。答：塑性断裂（延性断裂）：断裂前有较大塑性变形的断裂。脆性断裂:断裂前没有或只有少量塑性变形的断裂，断裂突然发生并快速发展。延性断裂断口宏观特征一般呈纤维状，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性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）。脆性断裂分为解理断裂（晶内）和晶界断裂（晶界）。解理断裂的宏观特征为断口平整，没有可以觉察到的塑性变形。断口有发光颗粒,呈金属光泽，常呈现放射状撕裂棱形，即所谓的人字纹花样。微观特征形态常出现河流花样、舌状花样、扇形花样等。晶界断裂宏观

14、特征呈现颗粒状或粗瓷状，色泽较灰暗（但比韧性断口要光亮）.断口一般与主应力垂直，表面平齐，边缘有剪切唇.微观形态特征是明显的多面体，没有明显塑性变形，呈现不同程度的晶粒多而体，外形如岩石状花样或冰糖块状花样。2、影响金属脆断的因素.答:应力状态：温度（转变温度）：加载速度;材料状态.3、重要结论塑性变形是阻止裂纹扩展的主要因素。4、材料断裂的评定方法.答：转变温度方法（冲击韧性试验，爆炸膨胀试验和落锤试验）；断裂力学方法（断裂韧性试验）。5、焊接结构的两种设计原则.答:防止裂纹引发原则：止裂原则。6、预防焊接结构脆断的措施。（考点）答：正确选用材料.一般说来，应使所选用的钢材和焊接用填充金属保

15、证在使用温度下具有合格的缺韧性。a、在结构工作条件下，焊缝、热影响区、熔合线的最脆部位应有足够的抗开裂性能，母材应具有一定的止裂性能（根据接头各部分的要求选用材料）：b、随着钢材强度提高,断裂韧度和工艺性一般都有所下降，因此，不宜采用比实际需要强度更高的材料（不盲目选用高强度材料）。采用合理的焊接结构设计。a、尽量减少结构或焊接接头部位的应力集中：b、尽量减小结构刚度，降低应力集中和附加应力的影响：c、不采用过厚的截而；d、重视附件或不受力焊缝的设计;e、减小和消除焊接残余拉伸应力的不利影响。第六章1、疲劳断裂和脆性断裂的异同。答：相同点:二者断裂前都无明显的塑性变形。不同点:疲劳需要多次加载

16、，脆性断裂一般不需多次加载；疲劳裂纹的扩展是缓慢的，有时需要长达数年的时间，而结构脆断是瞬时完成的；温度对脆性断裂的影响特别大，随着温度的降低，脆性断裂的危险性迅速增加，但疲劳强度却不是这样；疲劳断裂和脆性断裂断口特征不同.2、疲劳断口的宏观和微观特征。答:宏观特征为从断裂开始点向四周射出类似贝壳纹的疲劳裂纹。微观形貌的基本特征是具有一定间距的、垂直于主裂纹扩展方向的、相互平行的条状花样，即疲劳条带。3、疲劳曲线，疲劳强度，疲劳极限，疲劳图概念及疲劳载荷的表示方法。答：疲劳曲线：当一定时，疲劳强度(应力幅)与循环次数之间的关系；疲劳强度:乌勒疲劳曲线上对应于某一循环次数N的破坏应力，称为该循环

17、次数下的疲劳强度；疲劳极限：乌勒疲劳曲线上，当应力幅低于某值时，应力循环无数次也不会发生疲劳破坏，此时的应力幅称为材料的疲劳极限，即曲线水平部分所对应的应力幅值：疲劳图：表示一定循环次数N下，疲劳强度与r之间的关系。Omax：应力循环内的最大应力；omin：应力循环内的最小应力：Om=(omax+bmin)/2：平均应力；aa=(amax-Qmin)/2：应力幅值；r=omin/cmax：应力循环特征系数，r的变化范惘是一8+11、对称交变载荷应力波形如怪I,由图可见：这种变动载荷的。min=-omax,应力循环特征系数r=l,平均应力Om=0,应力幅值Oa=Omax.2、脉动载荷应力波形如图

18、，由图可见：5nin=0,r=。,平均应力。m与应力幅值相等，都等于Omax/2,am=aa=Omax/2。3、拉伸变载荷omaxxomin均为拉应力，但大小不等，OVrVl。4、当r=l时，为静载荷。4、提高焊接接头疲劳强度的措施。答：降低应力集中;a、采用合理的结构形式，减少应力集中；b、尽量采用应力集中系数小的焊接接头形式，如化工作焊缝为联系焊缝，化角焊缝为对接焊缝；c、开缓和槽来提高疲劳强度：d、用表面机械加工方法，降低构件中的应力集中程度。调整残余应力场;a整体退火或超载预拉伸法：b、在局部加热、辗压等方法处理。改善材料的表而性能；用小轮挤压和用锤轻打焊缝表而及过渡区，或用小钢刃喷射

19、焊缝区。特殊保护措施。采用缺口表而涂敷，不仅具有防腐蚀作用，也降低了缺口应力，提高疲劳强度.5、影响接头疲劳强度的因素.答:应力集中的影响：近缝区金属性能变化的影响：残余应力的影响;焊接缺陷的影响。6、薄壁和厚壁容器焊接结构易出现的主要问题，如何防止。答:薄壁容器主要问题:变形。防止措施：厚壁容器主要问题：脆化。防止措施：蓝皮书1、什么是夹具.答：夹具就是定位器、夹紧器、推拉装置的电2、生产过程、工艺过程、工序、安装、工位、工步概念。(考点)答：生产过程：在任何工厂或车间里.通过人们的劳动，使原材料或半成品的形状和重量不断地按照人们的意图发生改变的过程，称为生产过程。工艺过程:工艺过程是逐步改变工件状况的那一部分的生产过程。工序：一个工人或一组工人在一个工作地点，用一种设备加