2025年焊接结构学重点归纳全.doc

《焊接构造學》重點归纳
1.焊接构造的長处:(1)焊接接頭强度高;(2)焊接构造设计灵活性大;(3)焊接接頭密封性好;(4)焊前准备工作简朴;(5)易于构造的变更和改型;(6)焊接构造的成品率高.
焊接构造的缺陷:(1)存在较大的焊接应力和变形;(2)對应力集中敏感;(3)焊接接頭的性能不均匀.
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:按其分布范围可分為三类: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),残存应力,相变应力,相变残存应力.
*热应力是由于构件不均匀受热所引起的.
4.焊接残存应力的分类:(1)纵向残存应力;(2)横向残存应力;(3)厚板中的残存应力;(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体現為中心区域是拉应力,两边為压应力,拉应力和压应力在截面内平衡.
6.横向残存应力产生的直接原因是来自焊缝冷却時的横向收缩,间接原因是来自焊缝的纵向收缩.
7.焊接残存应力的影响:(1)内应力對静载强度的影响;(2)内应力對刚度的影响;(3)内应力對杆件受压稳定性的影响;(4)内应力對构件精度和尺寸稳定性的影响;(5)内应力對应力腐蚀開裂的影响.
8.焊接残存变形的分类:(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;(6)錯变变形;(7)螺旋形变形.
9.焊接变形的危害影响:(1)需要進行校正,耗工耗時;(2)比较复杂的变形的校正工作量也許比焊接工作量還要大,而有時变形太大,导致废品;(3)增長了机械加工工作量,同步也增長了材料消耗.焊接变形的出現還會影响构件的美观和尺寸精度,并且還也許減少构造的承载能力,引起事故.
10.纵向收缩引起的挠曲变形:當焊缝在构件中的位置不對称,即焊缝处在纵向偏心時，所引起的收缩力Ff是偏心的.因此,收缩力Ff不仅使构件缩短,同步還导致构件弯曲.
11.焊缝對于整個构件的中性轴對称,并不意味著在组焊的過程中一直是對称的.由于,伴随组焊過程的進行,构件的中性轴位置和截面惯性矩是变化的.這也意味著,通過变化组焊的次序,有也許對挠曲变形進行调整.
12.波浪变形:薄板所承受的压应力超過某一临界值,就會出現波浪变形,或称為压曲失稳变形.
13.焊接錯边:是指两被连接工件相對位置发生变化,导致錯位的一种几何不完善性.
产生原因:錯边也許是装配不妥导致的,也也許是由焊接過程导致的.焊接過程导致錯边的重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會引起錯边,刚度小的一侧变形位移较大,刚度大的一侧位移小,因而导致錯边.
14.焊接残存应力的测量:
1.焊接残存应力的破壞性测量:
(1)單轴焊接残存应力的测量:①切条法;②弹性变形法.
(2)双轴焊接残存应力的测量:①切块法;②钻孔法;③盲孔法;④套孔法.
(3)三轴焊接残存应力的测量.
2.焊接残存应力的非破壞性测量:(1)X射线衍射法;(2)中子衍射法.
3.相似关系.
15.焊接残存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.在保证构造承载能力的前提下,应遵照的原则是:尽量使焊缝長度最短;尽量使板厚小;尽量使焊脚尺寸小;断续焊缝和持续焊缝相比,优先采用断续焊缝;角焊缝与對接焊缝相比,优先采用角焊缝以及复杂构造最佳采用分部组合焊接.
(2)尽量防止焊缝的密集与交叉.
(3)合理地选择肋板的形状并合适地安排肋板的位置,可以減少焊缝,提高肋板加固的效果.
(4)采用压形板来提高平板的刚性和稳定性,也可以減小焊接量和減小变形.
(5)联络焊缝可采用断续焊缝的形式以減少热输入總量.
(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. 焊後调控焊接残存应力与变形的措施:(1)机械措施;(2)加热措施.
3. 随焊调控焊接应力与变形的措施:(1)刚性固定法;(2)減小焊缝的热输入;(3)合理安排装配焊接的次序;(4)预拉伸法;(5)焊時温差拉伸法;(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:這种措施是在没有反变形的状况下,通過将构件加以固定来限制焊接变形.這种措施只能在一定程度上減小挠曲变形,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主线原因.
18.火焰矫形:所谓火焰矫形,就是运用火焰局部加热時产生的压缩收缩变形使较長的金属在冷却後收缩,来到达矫正变形的目的.
19.火焰成形:运用火焰局部加热把平直的钢板弯曲成多种曲面,這种措施在生产上称為火焰成形或水火弯板.
20.接頭一般可分為焊缝金属、熔合区、热影响区和母材四個构成部分.
21.焊接接頭的力學性能与母材和焊缝两者之间的强度匹配有关,焊缝金属强度比母材强度高的称為高组配接頭,比母材强度低的称為低组配接頭.
22.焊缝的基本形式:(1)對接焊缝;(2)角焊缝.
23.對接焊缝開坡口的主线目的是為了焊透金属,以便保证接頭的质量及經济性.坡口形式的选择重要取决于板材厚度、焊接措施和工艺過程.
24.坡口形式:卷边;平對接;V形;U形;X形;K形.
25.坡口选择的考虑原因:(1)可焊到性或便于施焊;(2)減少焊接材料的消耗量;(3)坡口易加工;(4)減小或控制焊接变形.
26.坡口角度的大小与板厚和焊接措施有关,其作用是使電弧能深入根部使根部焊透.坡口角度越大,焊缝金属量越多,焊接变形也會增大,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)与载荷相平行的侧面角焊缝;
(3) 与载荷倾斜的斜向角焊缝.
28.多种截面形状角焊缝的承载能力与载荷性质有关.静载時,如母材金属塑性良好,角焊缝的截面形状對承载能力没有明显影响;動载時,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,長边平行于载荷方向時,承受動载效果很好.
29.焊接接頭的基本形式及特點:
(1) 對接接頭;特點:受力好,装配规定高.
對接接頭截面变化平缓,应力集中小,受力状态是多种接頭中最佳的.不過它的装配规定较高,假如两边母材上下錯動,或间隙過大、過小都不行.
(2) 搭接接頭;特點:受力差,装配规定简朴.
搭接接頭的特點刚好和對接接頭相反,应力分布极不均匀,疲劳强度较低,不過它們的焊前准备工作及装配规定却很简朴.
(3) T形接頭;特點:能承受多种方向的力和力矩,受力差,經济合算,疲劳强度高.
T形接頭是将互相垂直的被连接件用角焊缝连接起来的接頭.
(4) 角接接頭.
两板件端面构成為直角的焊接接頭称為角接接頭.角接接頭多用于箱形构件上.
30.焊接接頭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)焊接接頭设计不合理.
31.焊接接頭产生应力集中的位置及減小应力集中措施:
(1) 對接接頭:[余高,過渡圆弧]由于余高导致了构件表面不平滑,在焊缝与母材金属的過渡处引起应力集中.措施:采用削平余高或增大過渡圆弧半径的措施来減少应力集中.在实际生产中只要我們保证焊缝熔透;減小加厚高,使焊缝向母材過渡平顺;提高装配质量,減小焊接錯边;选用合适的焊接规范和坡口形式,減小角变形就可以有效的控制對接接頭导致的应力集中.
*對接接頭应力集中min;搭接接頭应力集中max.對接接頭是最佳的接頭形式,不仅静载可靠,并且疲劳强度也较高.
(2) T形(拾字)接頭:未開坡口(角):焊缝根部和焊趾处;開坡口(對):余高,過渡圆弧.措施:開坡口焊透或采用深熔焊接措施進行焊接.
(3) 搭接接頭:
①正面角焊缝:焊根和焊趾.為了減少弯曲应力,两条正面角焊缝之间的距离应不不不小于板厚的4倍.
②侧面角焊缝:最大应力在两端,中部应力最小,并且焊缝较短時,应力分布较為均匀,焊缝较長時,应力分布不均匀的程度就更大.因此,采用過長的侧面角焊缝将使应力集中增長,這是不合理的.一般规范规定侧面角焊缝長度不得不小于50K.
③联合角焊缝:在设计搭接接頭時,如增添正面角焊缝,不仅可以改善应力分布,還可以缩短搭接長度.
④盖板接頭:靠近侧面角焊缝的部位应力最大,遠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頭,其各横截面正应力的分布得到明显改善,应力集中大大減少.
⑤斜向角焊缝:當焊脚尺寸K相似時,正面角焊缝的單位長度强度比侧面焊缝的高,斜向角焊缝的單位長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頭,不仅可以改善应力分布還可以缩短搭接長度.
32.多种接頭電弧焊後,均有不一样程度的应力集中.实践证明,并不是在所有状况下应力集中都影响强度.當材料具有足够的塑性時,构造在静载破壞之前就有明显的塑性变形,应力集中對其强度無影响.
33.焊點排数多于3排是不合理的,由于多于3排後,再增長焊點排数并不能明显增長承载能力.
34.工作焊缝:该焊缝与被连接的元件是串联的,承担著传递所有载荷的作用,即焊缝一旦断裂,构造就立即失效,這种焊缝称為工作焊缝.
35.联络焊缝:该焊缝与被连接的元件是并联的,它仅传递很小的载荷,重要起元件之间互相联络的作用,即焊缝一旦断裂,构造不會立即失效,這种焊缝称為联络焊缝.
36.影响金属脆性断裂的重要原因:
外因:应力状态;温度条件;加载速度.内因:材料状态.
(1)应力状态的影响:物体在受外载時,不一样截面上产生不一样的正应力σ和切应力τ.在主平面上作用有最大应力σmax,与主平面成45°的平面上作用有最大切应力τmax.σmax,τmax及其比τmax/σmax与加载方式有关.當切应力到达屈服强度時,产生塑性变形,到达剪断抗力時,产生剪断.當正应力到达正断抗力時,产生正断,断口与σmax垂直.假如在σmax未到达正断抗力前,τmax先到达屈服强度,则产生塑性变形,形成延性断裂.假如在τmax到达屈服强度前,σmax首先到达正断抗力则发生脆性断裂;
(2)温度的影响:伴随温度的減少,破壞方式從塑性破壞变為脆性破壞.這是由于伴随温度的減少,发生解理断裂的危险性增大,材料的剪切屈服限增大,而正断抗力相對不变;
(3)加载速度的影响:提高加载速度能促使材料脆性破壞,其作用相称于減少温度.原因是钢的剪切屈服限不仅取决于温度,并且取决于加载速率,或者說還取决于应变速率.伴随应变速率的提高,τT提高而SoT基本不变;
(4)材料状态的影响:①厚度的影响:厚板在缺口处轻易形成三轴拉应力,使材料变脆;②冶金原因;③晶粒度的影响:晶粒越细,转变温度越低;④化學成分的影响:钢中的C、N、O、H、S、P增長钢的脆性;另某些元素如Mn、Ni、Cr、V,加入适量有助于減少钢的脆性.
37.焊接過程給焊接接頭带来的影响:(1)应变時效引起的局部脆性;(2)金相组织变化對脆性的影响;(3)焊接缺陷的影响;(4)角变形和錯边的影响;(5)残存应力和塑性变形的影响;
38.在焊接接頭中,角变形和錯边都會引起附加弯曲应力,因此對构造脆性破壞有影响,尤其是對塑性较低的高强度钢,更是如此.角变形越大,破壞应力越低.為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.防止焊接构造脆性断裂的措施:
(1)對的选用材料:[一般地說,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)在构造工作条件下,焊缝、热影响区、熔合线的最脆部位应有足够的抗開裂性能,母材应具有一定的止裂性能;2)伴随钢材强度的提高,断裂韧度和工艺性一般均有所下降,因此不适宜采用比实际需要强度更高的材料,尤其不应當單纯追求强度指標,而忽视其他性能.]
①按照缺口韧性和试验检查材料:一般是根据冲击韧性值来决定;
②用断裂韧度评估材料.
(2) 采用合理的焊接构造设计:
①尽量減少构造或焊接接頭部位的应力集中;
②尽量減小构造刚度,減少应力集中和附加应力的影响;
③不采用過厚的截面;
④重视附件或不受力焊缝的设计;
⑤減小和消除焊接残存拉伸应力的不利影响.
40.影响焊接接頭疲劳强度的原因:(1)应力集中的影响;(2)近缝区金属性能变化的影响;(3)残存应力的影响;(4)缺陷的影响;(5)材料的影响;(6)材料表面状态.
41.焊接缺陷對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;位于残存拉应力場内的缺陷的影响比在残存压应力場内的大;位于应力集中区的缺陷的影响比在均匀应力場中同样缺陷影响大.由于不一样的材料具有不一样的缺口敏感性,同样尺寸的缺陷對不一样材料焊接构造的疲劳强度的影响并不相似.伴随未焊透的增長,疲劳强度迅速下降.
43.提高焊接接頭疲劳强度的措施:
(1)減少应力集中:
①采用合理的构造形式,減少应力集中;
②尽量采用应力集中系数小的焊接接頭形式;
③當采用角焊缝時须采用综合措施;
④通過開缓和槽使力线绕開焊缝的应力集中处;
⑤用表面机械加工的措施,消除焊缝及其附近的多种刻槽;
⑥采用電弧TIG或等离子束整形的措施.
(2)调整残存应力場:①整体处理:整体退火;超载预拉伸.②局部加热处理:使关键部位的残存拉应力转化為压应力,措施是局部加热,局部爆炸,碾压,锤击焊道等.③预先超载.
(3)改善材料的表面性能:表面强化处理:小轮挤压,锤击焊道;喷丸处理.
(4)特殊保护措施:缺口表面涂敷,防腐蚀.
44.對接接頭的应力集中系数小,因而疲劳强度高,应當尽量选用[优先].尽量少采用角焊缝.焊缝形状应平缓過渡.接頭选用次序:對接接頭→拾字接頭(開坡口焊透)→拾字接頭(未開坡口)→正面搭接接頭→侧面搭接接頭.
45.塑性好的材料与否一定出現韧性断裂?不會出現脆性断裂吗?
答:同一种材料在不一样的条件下可以显示出不一样的破壞形式.在一定温度、应力状态和加载速度下材料呈延性破壞.而在此外的条件下,材料又呈脆性破壞.塑性材料在温度低、加载速度大的条件下,材料中三向应力状态越严重,则发生解理断裂的倾向性越大.