《焊接结构学》重点归纳(全)

1、.焊接结构学重点归纳1.焊接结构的优点:(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型;(6)焊接结构的成品率高.焊接结构的缺点:(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.2.内应力：所谓内应力是指在没有外力的条件下平衡于物体内部的应力.3.内应力的分类:按其分布范围可分为三类:宏观内应力,微观内应力,超微观内应力. 按其产生机理分类:热应力(温度应力),残余应力,相变应力,相变残余应力.*热应力是由于构件不均匀受热所引起的.4.焊接残余应力的分类:(1)纵向残余应力;(2)横

2、向残余应力;(3)厚板中的残余应力;(4)拘束状态下焊接的内应力;(5)封闭焊缝引起的内应力;(6)相变应力.5.纵向应力沿板材横截面上的分布表现为中心区域是拉应力,两边为压应力,拉应力和压应力在截面内平衡.6.横向残余应力产生的直接原因是来自焊缝冷却时的横向收缩,间接原因是来自焊缝的纵向收缩.7.焊接残余应力的影响:(1)内应力对静载强度的影响;(2)内应力对刚度的影响;(3)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.8.焊接残余变形的分类:(1)纵向收缩变形;(2)横向收缩变形;(3)挠曲变形;(4)角变形;(5)波浪变形;(

3、6)错变变形;(7)螺旋形变形.9.焊接变形的危害影响:(1)需要进行校正,耗工耗时;(2)比较复杂的变形的校正工作量可能比焊接工作量还要大,而有时变形太大,造成废品;(3)增加了机械加工工作量,同时也增加了材料消耗.焊接变形的出现还会影响构件的美观和尺寸精度,并且还可能降低结构的承载能力,引发事故.10.纵向收缩引起的挠曲变形:当焊缝在构件中的位置不对称,即焊缝处于纵向偏心时，所引起的收缩力Ff是偏心的.因此,收缩力Ff不但使构件缩短,同时还造成构件弯曲.11.焊缝对于整个构件的中性轴对称,并不意味着在组焊的过程中始终是对称的.因为,随着组焊过程的进行,构件的中性轴位置和截面惯性矩是变化的.

4、这也意味着,通过变化组焊的顺序,有可能对挠曲变形进行调整.12.波浪变形:薄板所承受的压应力超过某一临界值,就会出现波浪变形,或称为压曲失稳变形.13.焊接错边:是指两被连接工件相对位置发生变化,造成错位的一种几何不完善性.产生原因:错边可能是装配不当造成的,也可能是由焊接过程造成的.焊接过程造成错边的主要原因之一是热输入不平衡;焊缝两侧的工件刚度的差异也会引起错边,刚度小的一侧变形位移较大,刚度大的一侧位移小,因而造成错边.14.焊接残余应力的测量: 1.焊接残余应力的破坏性测量: (1)单轴焊接残余应力的测量:切条法;弹性变形法. (2)双轴焊接残余应力的测量:切块法;钻孔法;盲孔法;套孔

5、法. (3)三轴焊接残余应力的测量. 2.焊接残余应力的非破坏性测量:(1)X射线衍射法;(2)中子衍射法. 3.相似关系.15.焊接残余应力与变形的调控措施： 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.焊缝尺寸直接关系到焊接工作量、焊接应力和变形的大小.在保证结构承载能力的前提下,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. (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

6、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,也可以减小焊接量和减小变形. (5)联系焊缝可采用断续焊缝的形式以降低热输入总量. (6)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一.2. 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.16.刚性固定法:这种方法是在没有反变形的情况下,通过将构件加以固定来限制焊接变形.这种方法只能在一

7、定程度上减小挠曲变形,但可以防止角变形和波浪变形.17.不均匀加热是导致产生焊接应力和变形的根本原因.18.火焰矫形:所谓火焰矫形,就是利用火焰局部加热时产生的压缩收缩变形使较长的金属在冷却后收缩,来达到矫正变形的目的.19.火焰成形:利用火焰局部加热把平直的钢板弯曲成各种曲面,这种方法在生产上称为火焰成形或水火弯板.20.接头一般可分为焊缝金属、熔合区、热影响区和母材四个组成部分.21.焊接接头的力学性能与母材和焊缝二者之间的强度匹配有关,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.22.焊缝的基本形式:(1)对接焊缝;(2)角焊缝.23.对接焊缝开坡口的根本目的

8、是为了焊透金属,以便确保接头的质量及经济性.坡口形式的选择主要取决于板材厚度、焊接方法和工艺过程.24.坡口形式:卷边;平对接;V形;U形;X形;K形.25.坡口选择的考虑因素:(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.26.坡口角度的大小与板厚和焊接方法有关,其作用是使电弧能深入根部使根部焊透.坡口角度越大,焊缝金属量越多,焊接变形也会增大,一般坡口角度选60左右.27.角焊缝按其截面形状分类:(1)平角焊缝;(2)凹角焊缝;(3)凸角焊缝;(4)不等腰角焊缝.按其承载方向分类:(1)焊缝与载荷相垂直的正面角焊缝;(2)与载荷相平行的侧

9、面角焊缝;(3) 与载荷倾斜的斜向角焊缝.28.各种截面形状角焊缝的承载能力与载荷性质有关.静载时,如母材金属塑性良好,角焊缝的截面形状对承载能力没有显著影响;动载时,凹角焊缝比平角焊缝的承载能力高,凸角焊缝的最低.不等腰角焊缝,长边平行于载荷方向时,承受动载效果较好.29.焊接接头的基本形式及特点:(1) 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.(2) 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,应力分布极不均匀,疲劳强度较低,但是它们

10、的焊前准备工作及装配要求却很简单.(3) T形接头;特点:能承受各种方向的力和力矩,受力差,经济合算,疲劳强度高. T形接头是将互相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.角接接头多用于箱形构件上.30.焊接接头产生应力集中的原因:(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.31.焊接接头产生应力集中的位置及减小应力集中措施:(1) 对接接头:余高,过渡圆弧由于余高造成了构件表面不平滑,在焊缝与母材金属的过渡处引起应力集中.措施:采用削平余高或增大过渡圆弧半径的措施来降低应力集中.在实际生产中只要我们保

11、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.*对接接头应力集中min;搭接接头应力集中max.对接接头是最好的接头形式,不但静载可靠,而且疲劳强度也较高.(2) T形(十字)接头:未开坡口(角):焊缝根部和焊趾处;开坡口(对):余高,过渡圆弧.措施:开坡口焊透或采用深熔焊接方法进行焊接.(3) 搭接接头:正面角焊缝:焊根和焊趾.为了减少弯曲应力,两条正面角焊缝之间的距离应不小于板厚的4倍.侧面角焊缝:最大应力在两端,中部应力最小,而且焊缝较短时,应力分布较为均匀,焊缝较长时,应力分布不

12、均匀的程度就更大.因此,采用过长的侧面角焊缝将使应力集中增加,这是不合理的.一般规范规定侧面角焊缝长度不得大于50K.联合角焊缝: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.增添正面角焊缝连接的盖板接头,其各横截面正应力的分布得到明显改善,应力集中大大降低.斜向角焊缝:当焊脚尺寸K相同时,正面角焊缝的单位长度强度比侧面焊缝的高,斜向角焊缝的单位长度强度介于上述两种焊缝强度之间.措施: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.32.各种接头电弧焊后,都有不同程度

13、的应力集中.实践证明,并不是在所有情况下应力集中都影响强度.当材料具有足够的塑性时,结构在静载破坏之前就有显著的塑性变形,应力集中对其强度无影响.33.焊点排数多于3排是不合理的,因为多于3排后,再增加焊点排数并不能明显增加承载能力.34.工作焊缝:该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,即焊缝一旦断裂,结构就立即失效,这种焊缝称为工作焊缝.35.联系焊缝:该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,这种焊缝称为联系焊缝.36.影响金属脆性断裂的主要因素: 外因:应力状态;温度条件;加载速度.内因:材料状态.

14、(1)应力状态的影响:物体在受外载时,不同截面上产生不同的正应力和切应力.在主平面上作用有最大应力max,与主平面成45的平面上作用有最大切应力max.max,max及其比max/max与加载方式有关.当切应力达到屈服强度时,产生塑性变形,达到剪断抗力时,产生剪断.当正应力达到正断抗力时,产生正断,断口与max垂直.如果在max未达到正断抗力前,max先达到屈服强度,则产生塑性变形,形成延性断裂.如果在max达到屈服强度前,max首先达到正断抗力则发生脆性断裂;(2)温度的影响:随着温度的降低,破坏方式从塑性破坏变为脆性破坏.这是因为随着温度的降低,发生解理断裂的危险性增大,材料的剪切屈服限增

15、大,而正断抗力相对不变;(3)加载速度的影响:提高加载速度能促使材料脆性破坏,其作用相当于降低温度.原因是钢的剪切屈服限不仅取决于温度,而且取决于加载速率,或者说还取决于应变速率.随着应变速率的提高,T提高而SoT基本不变;(4)材料状态的影响:厚度的影响:厚板在缺口处容易形成三轴拉应力,使材料变脆;冶金因素;晶粒度的影响:晶粒越细,转变温度越低;化学成分的影响:钢中的C、N、O、H、S、P增加钢的脆性;另一些元素如Mn、Ni、Cr、V,加入适量有助于减少钢的脆性.37.焊接过程给焊接接头带来的影响:(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

16、形和错边的影响;(5)残余应力和塑性变形的影响;38.在焊接接头中,角变形和错边都会引起附加弯曲应力,因此对结构脆性破坏有影响,尤其是对塑性较低的高强度钢,更是如此.角变形越大,破坏应力越低.为了改善熔合线处的应力集中系数以提高韧性,有人提出在熔合线上再堆焊一层防裂焊缝.39.预防焊接结构脆性断裂的措施:(1)正确选用材料:一般地说,应使所选用的钢材和焊接用填充金属保证在使用温度下具有合格的缺口韧性,其含义是:1)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;2)随着钢材强度的提高,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

17、高的材料,特别不应该单纯追求强度指标,而忽视其他性能.按照缺口韧性和试验检验材料:一般是根据冲击韧性值来决定;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;尽量减小结构刚度,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;减小和消除焊接残余拉伸应力的不利影响.40.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;(5)材料的影响;(6)材料表面状态.41.焊接缺陷对疲劳强度的影响与缺陷的种类、尺寸、方向和位置有关.42.焊接缺陷的影响:平面类型缺陷比

18、带圆角的缺陷影响大;表面缺陷比内部缺陷影响大;与作用力方向垂直的平面缺陷的影响比其他方向的大;位于残余拉应力场内的缺陷的影响比在残余压应力场内的大;位于应力集中区的缺陷的影响比在均匀应力场中同样缺陷影响大.由于不同的材料具有不同的缺口敏感性,同样尺寸的缺陷对不同材料焊接结构的疲劳强度的影响并不相同.随着未焊透的增加,疲劳强度迅速下降.43.提高焊接接头疲劳强度的措施:(1)降低应力集中:采用合理的结构形式,减少应力集中;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;通过开缓和槽使力线绕开焊缝的应力集中处;用表面机械加工的方法,消除焊缝及其附近的各种刻槽;采用电弧TIG或等离子束整形的方法.(2)调整残余应力场:整体处理:整体退火;超载预拉伸.局部加热处理:使关键部位的残余拉应力转化为压应力,方法是局部加热,局部爆炸,碾压,锤击焊道等.预先超载.(3)改善材料的表面