焊接结构生产教案_上.docx

课程名称
焊接结构生产
第一讲
课时
2
教学目的
1、 学生了解本课程学习的主要内容和要求；
2、掌握焊接结构的概念、特点和分类。
教学重点
1、 本课程学习的重点内容和学习方法
2、 介绍焊接结构的概念并分析其特点
教学难点
1、焊接结构特点的分析讲解
教学方法
黑板板书，课堂提问，互动教学

授课过程：
相互认识，介绍教学方式和考核方式：
考核：平时40％，包括作业、课堂纪律、课堂提问等；考试60％。

学习的五个步骤：
1、初步了解；
2、重复为学习之母；
3、开始使用；
4、融会贯通；
5、再次加强。
教学的五大步骤：解释；示范；开始演练；纠正错误；重复演练。
§0 绪 论（1）
一、《焊接结构生产》是一门什么课程？
《焊接结构生产》是中等职业学校焊接专业的一门主干课程，是一门实践性很强的专业课程。
通过学习，我们要具备焊接生产的基础知识和基本技能，为今后从事焊接专业或相关专业的工作打下基础。

二、本课程的教学内容和学习要求
我们要学习的基本内容和要达到的能力要求有以下几个方面 （学生参看课本目录）
1、 焊接会产生应力和变形，是影响焊接结构质量的重要因素，要求掌握焊接应力与变形的概念，产生的原因、分布的规律，知道 减少应力和变形的方法、措施，能够对简单的焊接变形进行矫正；（第一章为重点）
2、 焊接接头是焊接结构的基本元素，通过学习焊接接头的组成、焊缝的种类和焊接接头的基本型式，掌握焊接接头的工作应力分布和接头设计要点，并了解脆性断裂与疲劳破坏的基本知识；（在第二章 一、二、四节作详细介绍）
3、 在了解焊接结构的基础上，学习焊接结构生产过程的第一步，掌握常用的备料和成型加工方法，能根据产品图样和生产规律分析备料和成型加工的工艺，并能根据工况选用相应的焊接设备和工艺装备；（第三、四章 划线、放样、下料、弯曲、成形的方法和设备）

4、 （第五、六章 焊接结构装配和焊接工艺及其装备） 理解其工艺过程，具备根据现场生产条件，选择工艺装备，分析和实施一般焊接结构装配，焊接工艺规程的能力；
5、 焊接结构工艺过程的制定，要进行工艺性分析和审查后方可执行，所以要求理解其工艺性审查目的、内容和基本步骤，（第七、八、九章）通过典型焊接工艺的 举例，使我们能够对一般焊接结构进行工艺性分析和制订焊接工艺；
6、 （第十章）了解一般焊接生产车间的平面布置、生产组织的环节和安全生产、质量管理方面的基本知识。

怎么学：（通过学习五个步骤讲解也可）
1、 理论联系实践，捕捉焊接结构的实际问题，学习分析、解决工程问题的基本方法；
2、 摸索总结焊接结构生产的共同特点和规律，
3、 亲自动手，结合实训，广泛参与多种焊接结构的生产实践。

三、焊接结构的概念及其应用 （绪论）
（一） 焊接的概念 （提问回顾）
焊接：通过加热或加压或两者并用，并且用或者不用填充材料，使工件达到原子间的结合的一种方法。

（二） 焊接结构的概念
焊接结构 是将各种经过轧制的金属材料及铸、锻等坯料采用焊接方法制成能够承受一定载荷的金属结构。

（三） 焊接结构的广泛应用
国民经济的各个领域：
石油与化工机械、重型与矿山机械，冶金建筑；交通运输业；能源工业；国防工业；航空航天；海上平台、海底作业机械等。
焊接结构用钢量，各国均已占钢材消费量的40～60％。

四、焊接结构的特点：优点
其他结构无法比拟的优点：
1、 焊接可方便地实现：
（1） 多种不同形状和不同厚度的钢材（或其他金属材料）的连接；
（2） 不同种类的金属材料 （铸钢件、锻压件）的连接；
（3）使焊接结构的 材料分布合理，不同性能材料应用更恰当；
举例：
A 大型齿轮 轮缘 （节约钢材） B 半轴 （简化工艺）

2、是金属原子间的连接，刚度大、整体性好，外力作用不会产生过大的变形
焊接接头的强度、刚度 可达到 与母材相近，能承受载荷；保证产品的气密性和水密性

3、焊接结构的零件或部件 可 直接通过焊接方法连接，不需 附加任何连接件

4、与其他加工方法相比，焊接结构的生产 一般不要 大型、特殊和昂贵的设备，生产厂 投资少，见效快

5、焊接结构 特别适用于 几何尺寸大而形状复杂的产品， 结构分解 分别加工 然后，以小拼大 总体装配焊接成一个整体结构 （船体、桁架、球形容器等）

6、使用一些型材时。焊接结构比 轧制 经济

五、焊接结构的不足和获得优质焊接结构的方法
不足：
1、焊缝的各类焊接缺陷如果修复不当或缺陷漏检，会产生过大应力集中，降低承载

2、焊接结构是整体大刚度结构，如果裂纹扩展，将难以制止；对脆性断裂、疲劳、应力腐蚀和蠕变破坏较敏感

3、有焊接残余应力和变形，将影响外观质量和外形尺寸，后续加工困难，强度影响

4、焊接会改变材料性能，使焊接接头附近变为 焊接不均匀体，包括有：
几何不均匀体 （截面改变和焊接变形）
力学不均匀体 （应力集中和焊接残余应力）
化学不均匀体 （成分不均匀）
金属组织不均匀体 （金相组织结构不均匀）

5、高强度和特种材料，焊接性能差，易产生焊接裂纹等缺陷。

问题：怎样获得优质焊接结构?
获得优质焊接结构的方法：
1、 合理的结构设计；
2、 正确的材料选择；
3、 合适的焊接设备；
4、 正确的焊接工艺；
5、 良好的焊接技艺；
6、 必要的质量检测。

课堂小结：
1、本次课主要是了解本课程学习的主要内容和要求；分析焊接结构的概念、特点（包括优点和缺点），同时了解了获得优质焊接结构的方法。
2、重点是掌握焊接结构的概念及其特点。

课堂复习题：
1、学习的五个步骤？
2、焊接结构的优点（6个方面）和缺点（5个方面）？

课后作业：
1、焊接结构的优点和缺点有哪些？怎样获得优质的焊接结构？
授课日期
课堂记录
课后小结
授课总结

课程名称
焊接结构生产
第二讲
课时
2
教学目的
1、 学习掌握内应力、焊接应力、焊接变形的基本概念
2、 具体了解确定金属材料焊接应力和变形的工作假设
教学重点
1、 内应力与焊接应力的概念和关联
2、 焊接变形的基本概念和形式
教学难点
抽象的概念和理论分析怎样形象地传达给学生，让学生从感性认识转化为充分理解
教学方法
黑板板书，课堂提问，互动教学

授课过程：
复习回顾：
1、 学习方法的重复。 2、预习情况的提问。

授新过程：
§1第一章 焊接应力与变形
A 结构件在焊接时，由于局部加热而造成温度分布不均匀，进而造成不均匀分布的塑性变形，最终导致焊件在焊后产生残余应力和残余变形。
B 本章内容简介及要点，学习时间的安排以及学习方法。
§1－1 焊接应力与变形的产生
一、焊接应力与变形的基本概念：
（一）内应力与焊接应力
1、内应力：
A 概念：
指结构上在没有外力作用的情况下，平衡于物体内部的应力。
B 特点：
内应力在物体内部构成一平衡力系。
C 形成原因：
由于物体内部成分不均匀、金相组织及温度变化等因素造成物体内部的不均匀变化而引起的应力。
D 存在环境：
E 分类：
（1）根据内应力所涉及的范围，分为：宏观内应力、微观内应力和超微观内应力。
宏观内应力：分布范围较大，范围与结构尺寸相当，相对于工件轴线有明显方向性；
微观内应力：在一个或几个晶粒范围内平衡，相对于工件轴线没有明显的方向性；主要由于金相组织的变化所引起的；
超微观内应力：范围大小用晶格尺寸来衡量。

（2）按其产生的原因分为：温度应力、装配应力和残余应力。
温度应力：
又称：热应力或温差应力。由于构件受热不均匀而存在温度差异，各处的膨胀变形或收缩变形不一致，互相约束而产生的内应力。
装配应力：
多发生在结构装配或安装过程中。
残余应力：
由于结构受热不均匀所造成的应力达到材料的屈服极限，使局部区域产生塑性变形，当温度恢复原始均匀状态后，构件中仍然残存的部分内应力。
2、焊接应力：
A 焊接应力：
是在没有外力作用时的内应力，它在构件中自身平衡。
B 包括：焊接瞬时应力和焊接残余应力
焊接瞬时应力：金属件在焊接过程中存在的温度应力；
焊接残余应力：焊接终止时，构件冷却后保留下来的残余应力。

（二）焊接变形：
几个基本概念：
变形：物体受外力作用，出现形状、尺寸的变化。
弹性变形和塑性变形：在外力去除后，物体能恢复原来形状和尺寸的称弹性变形。
自由变形和非自由变形：按物体变形的拘束条件来分。
焊接变形：在焊接过程中，没有外力作用，也造成物体变形。

1、自由变形、外观变形和内部变形：
（1）自由变形：――自由变形率εT
金属物体在无拘束条件下，由于某种原因使它的尺寸和形状发生变化。
（2）外观变形（可见变形）：――可见变形率εe
能够用肉眼直接观察到的变形。
（3）内部变形（真正变形）：――内部变形率ε
金属内部原子间的相对位移。

2、焊接变形：
焊接变形：焊接而引起焊件尺寸和形状的改变。
瞬时变形：焊接过程中产生的变形。
焊接残余变形：焊后残存于焊件中的变形。

（三）确定金属材料焊接应力和变形的工作假设：
1、焊接温度场假设：
温度场：将焊接过程中的某一瞬间，焊接接头中各点的温度分布。
假设：达到某一极限热状态后，温度场不再改变，这时温度场称为极限温度场。
2、力学和物理性能的假定：
（1）平截面假设：

（2）金属性能的假设：

（3）金属屈服点假设：

（4）应力应变关系的假设：

课堂小结：
1、内应力和焊接应力：
内应力：根据内应力所涉及的范围，分为：宏观内应力、微观内应力和超微观内应力。按其产生的原因分为：温度应力、装配应力和残余应力。
焊接应力包括：焊接瞬时应力和焊接残余应力
2、焊接变形：
焊接而引起焊件尺寸和形状的改变为焊接变形。其中，焊接过程中产生的变形为瞬时变形；焊后残存于焊件中的变形为焊接残余变形。
3、确定金属材料焊接应力和变形的五个工作假设。

课后作业：
Pg61 题1 在分析焊接应力与变形时有何假设？
Pg61 题2 焊接过程中，按应力分布的范围可分为哪几种？按应力形成的原因分，应力可分为哪几种？

授课日期
课堂记录
课后小结
授课总结

课程名称
焊接结构生产
第三讲
课时
2
教学目的
1、 掌握受拘束杆件在热循环过程中的应力与变形
2、 掌握焊接应力与变形的产生的各种原因
教学重点
1、 焊接应力和变形产生的原因
教学难点
1、 受拘束杆件在热循环过程中的应力与变形的图示分析讲解
2、 焊接应力与变形的产生情形怎样简洁地让学生记住
教学方法
黑板板书，画图启发，课堂提问，互动教学

授课过程：
复习回顾：
1、 焊接过程中，按应力分布的范围可分为哪几种？按应力形成的原因分，应力可分为哪几种？
2、 什么是焊接变形和焊接残余变形？
3、 在分析焊接应力与变形时有何假设？

授新过程：
§1第一章 焊接应力与变形
§1－1 焊接应力与变形的产生
二、焊接应力和变形产生的原因
1、受拘束杆件在热循环过程中的应力与变形：
一般杆件（钢棒）在均匀加热和温度变化时，它的尺寸和形状要发生变化，分为四种状态。
（1）自由状态下：
加热－延伸；冷却－恢复；不存在内应力。
（2）自由延伸－限制收缩的状态下：
加热－自由延伸；冷却－收缩受到限制；钢棒内产生压应力。
（3）限制延伸－自由收缩状态下：
受热――不能自由延伸；产生压应力；冷却――自由收缩－钢棒缩短；不存在残余应力。
（4）限制延伸－限制收缩状态下：
加热――延伸受限制－产生压应力；冷却――收缩受限制－钢棒内产生拉应力（收缩应力）。

四种情况要绘图讲解，说明压缩塑性变形和拉伸塑性变形产生残余现象的状况。
加热过程中产生的压缩塑性变形是产生残余变形和应力的主要原因。

图2－1 钢棒加热时的变形情况
2、焊接应力与变形的产生：
焊接过程的加热是移动的热源，也不是沿焊件方向同时加热，且热量在焊件内的传播速度低于焊接速度，因此沿焊件长度方向上各个截面的温度都是不相同的。
设有一块低碳钢平板条，沿中心线堆焊一条焊缝，其焊接应力和变形分析如下：
（1）温度分布不均匀产生焊接应力与变形：
A 焊接加热时：
板条沿焊缝长度产生伸长变形，在焊缝及其附近产生压缩应力；远离焊缝区的两侧产生拉应力。
B 焊接结束后：
板条产生缩短的残余变形，同时在焊缝及其附近产生残余拉应力；远离焊缝的两侧产生残余压应力。

（2）焊缝金属收缩引起焊接应力与变形：
焊接结束后，焊缝由液态冷却凝固为固态的焊缝金属，由于体积收缩受阻，将会在焊缝中引起残余应力，同时由于焊缝金属的收缩也将引起整个焊接件的变形。
同一条焊缝的先后冷却相互影响，也会导致焊接应力与变形的产生。
另外，焊件的刚性和约束，以及焊缝尺寸、数量、焊缝在结构中的位置、材料物理性质、焊接工艺参数和焊接方法等，也将对焊接应力和变形的产生起到一定的影响作用。
由此可知：
（1）焊后焊件必然有焊接残余应力和焊接残余变形：对构件进行不均匀加热，加热过程中构件产生压缩塑性变形，冷却后，构件必然由残余应力和残余变形；
（2）通常，焊接过程中焊件的变形方向与焊后焊件的变形方向相反；
（3）焊接加热时，焊缝及其附近区域将产生压缩塑性变形，冷却时压缩塑性变形区要收缩；收缩充分，焊接残余应力小，收缩不充分，焊接残余应力大；
（4）焊接过程中及焊接结束后，焊件中的应力分布都是不均匀的；焊接结束后，焊缝及其附近区域的残余应力通常是拉应力。

课堂小结：
1、一般杆件在热循环过程中的应力和变形分四种情况。加热过程中产生的压缩塑性变形是产生残余变形和应力的主要原因。
2、焊接应力和变形由（1）温度分布不均匀（2）焊缝金属收缩（3）焊件的刚性和约束、焊缝尺寸、材料物理性能、焊接工艺方法等因数影响。

课后作业：
1、焊接应力和变形产生的主要原因是什么？试分析一下详细情况。

课程名称
焊接结构生产
第四讲
课时
2
教学目的
掌握焊接变形的分类及产生的原因，分析了解影响焊接残余变形的因素。
教学重点
焊接变形产生的原因和影响焊接残余变形的因素
教学难点
怎样通过简单讲解，将复杂现象和其产生原因分析表达清晰；
教学方法
黑板板书，课堂提问，互动教学

授课过程：
复习回顾：
1、 一般杆件在热循环过程中的应力和变形情况怎样？
2、 有哪些因数影响焊接应力和变形？

授新过程：
§1第一章 焊接应力与变形
§1－2 焊接变形（1）
一、焊接变形的分类及其影响因素：
（一）、焊接变形的分类及产生的原因：
A分类：
1、根据焊接变形对整个焊接结构的影响程度。焊接残余变形可分为两大类：
局部变形和整体变形。
2、按焊接变形的特征，焊接变形分为六种基本变形形式：
收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形、错边变形和扭曲变形等。

B产生原因：
1、收缩变形：
收缩变形：焊件尺寸比焊前缩短的现象。可分为：纵向和横向收缩变形。
（1）纵向收缩变形；
指焊后产生的沿焊缝轴线方向尺寸的收缩。
是由于不均匀的加热、钢板自重等原因所引起。
纵向收缩变形的影响因素
：
1）焊件的截面积越大，焊件的纵向收缩量越小
2）焊缝的长度越长，焊件的纵向收缩量越大
3）多层焊时每层焊缝所产生的压缩塑性变形比单层焊时小，

单层焊和双层焊的塑性变形区对比
a)单层焊 b)双层焊

4）焊件的原始温度提高，焊后纵向收缩量增大
5）线膨胀系数大的材料，焊后纵向收缩量大

（2）横向收缩变形：
焊后产生的垂直焊缝轴线方向的收缩。
一般对接接头的横向收缩随板厚的增加而增加；同样的板厚，坡口角度越大，横向收缩量越大。

带间隙平板对接焊的横向收缩变形过程

横向收缩变形的影响因素
：
1）横向收缩变形总是随焊接热输入增大而增加。
2）装配间隙增加，横向收缩也增加，如图1-32
3）横向收缩量沿焊缝长度方向分布不均匀，一般焊缝的横向收缩沿焊接方向是由小到大，逐渐增大到一定程度后便趋于稳定。
4）定位焊缝越长，装夹的拘束程度越大，横向收缩变形量就越小
5）对接接头的横向收缩量是随焊缝金属量的增加而增加大的
6）焊接方法对横向收缩量也有影响。
7）角焊缝的横向收缩要比对接焊缝的横向收缩小得多。

2、角变形：
角变形：焊后由于焊缝的横向收缩使得两连接件间相对角度发生变化的变形。
在焊接对接接头、T型接头、搭接接头等都可产生角变形。

角变形的影响因素

1）当热输入一定时，板厚越大，角变形越大，但当板厚大到一定程度时，角变形反而减小。
2）板厚一定，热输入增大，角变形也增加，但热输入增大到一定程度时，角变形反而减小
3）对接接头坡口截面不对称的焊缝，其角变形大；坡口角度越大，角变形越大
4）多层焊比单层焊角变形大，焊接层数越多，角变形越大。
5）多层多道焊比多层焊角变形大。
6）焊接顺序也会影响角变形的大小，

7）对于T形接头，可通过开坡口和减小焊脚尺寸来减小角变形。

几种接头的角变形
a)堆焊 b)对接接头 c)T形接头

课堂小结：
1、焊接变形分类：
根据焊接变形对整个焊接结构的影响程度。焊接残余变形可分为两大类：局部变形和整体变形。按焊接变形的特征，焊接变形分为六种基本变形形式：
收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形、错边变形和扭曲变形。
2、影响收缩变形、角变形的因素。

课后作业：
焊接变形包括哪些基本形式？

班级
项目
焊接51
焊接52
焊接53
焊专31
三一焊41
授课日期

课堂记录

课后小结

授课总结

课程名称
焊接结构生产
第五讲
课时
2
教学目的
掌握焊接变形产生的根本原因，分析了解影响弯曲变形、波浪变形和扭曲变形的因素及变形对焊接结构生产的影响。
教学重点
焊接变形产生的原因和影响弯曲变形、波浪变形和扭曲变形的因素
教学难点
怎样将复杂现象和其产生原因分析表达清晰；让学生理解问题的实质并学会自己分析。
教学方法
黑板板书，课堂提问，互动教学

授课过程：
复习回顾：
1、 焊接变形的种类有哪些？
2、 有哪些影响焊接收缩变形、角变形的因数？

授新过程：
§1第一章 焊接应力与变形
§1－2 焊接变形（2）
一、焊接变形的分类及其影响因素：
（一）、焊接变形产生的原因：
3、弯曲变形：
常见于焊接梁、柱、管道等焊件。
弯曲变形是由于焊缝的收缩沿板宽上分布不对称引起的 。
弯曲变形分为两种情况：焊缝纵向收缩和焊缝横向收缩所引起的弯曲变形。
大小：以挠度f的数值来度量。挠度是焊后焊件的中性轴偏离原焊件中性轴的最大距离。挠度越大，即弯曲变形越大。
（1）纵向收缩引起的弯曲变形：如图所示为不对称布置焊缝的纵向收缩所引起的弯曲变形。

焊缝的纵向收缩引起的弯曲变形

当焊缝位置对称或接近于截面中性轴，则弯曲变形就比较小。
（2）横向收缩引起的弯曲变形：焊缝的横向收缩在结构上分布不对称时引起的

焊缝横向收缩引起的弯曲变形

4、波浪变形：
又称失稳变形，常常发生在板厚小于6MM的薄板焊接过程中。
主要原因：
（1）薄板结构焊接时纵向和横向的压应力使薄板失去稳定而造成波浪形的变形；
（2）角焊缝横向收缩引起的角变形造成的。
5、错边变形：
有长度方向和厚度方向的错边。
引起的主要原因有：
（1）装配不良；
（2）组成焊件的两零件在装夹时程度不一致；
（3）组成焊件的两零件的刚度不同或他们的热物理性质不同；
（4）电弧偏离坡口中心等。
6、扭曲变形：
原因：装配质量不好；构件的零件形状不正确，强行装配；焊件在焊接位置搁置不当。

焊接结构的任何变形都是这六种基本变形或以不同方式的组合。最基本的是收缩变形，由于收缩变形加上不同的影响因素，构成了其他五种基本变形形式。

（二）、影响焊接残余变形的因素
1、焊缝在结构中的位置：
焊缝在结构中的位置不对称，是造成结构整体弯曲变形的主要原因。
焊缝距离中性轴越远，焊接就越易产生弯曲变形。
2、焊接结构的刚性：
金属结构的刚性主要取决于结构的截面形状及其尺寸的大小。衡量焊接结构刚性大小的一个定量指标是：拘束度，拘束度有拉伸拘束度和弯曲拘束度两类。
拘束度大，即刚性越大，焊接结构就越不易变形。
（1）结构抵抗拉伸的刚性：
主要决定于结构截面积的大小。
截面积越大，拉伸拘束度越大，则抵抗拉伸的刚性就越大，变形就越小。
（2）结构抵抗弯曲的刚性：
主要看结构截面形状和尺寸大小。
（3）结构抵抗扭曲的刚性：
决定于结构尺寸大小和结构截面形状。封闭截面形式抗扭曲刚性比不封闭截面大。
3、焊接结构的装配及焊接顺序：
焊接结构的刚性是在装配、焊接过程中逐渐增大的。结构整体的刚性比它的零、部件刚性大。
因此尽可能先装配称整体，再焊接，可减小焊接结构的变形。
焊接顺序不合理也会引起变形。

4、其他因素：
（1）焊接材料的线膨胀系数；
（2）焊接方法：一般气焊的焊后变形比电弧焊的焊后变形大；
（3）焊接工艺参数：焊后变形随焊接电流的增大而增大，随焊接速度增大而减小；
（4）焊接方向：一条焊缝按同一方向从头至尾焊接，其焊缝越长焊后变形越大；
（5）焊接结构的自重和形状：自重较大或形状较长的焊件焊后变形较大；
（6）焊缝装配间隙过大，坡口角度过大，会增加焊后的变形量。

各种影响焊接残余变形的因素并不是孤立地其作用。

（三）焊接变形对焊接结构生产的影响：
1、焊接变形 尺寸变化，装配困难 影响焊接结构质量
2、焊接变形 矫正 增加制造成本
3、焊接变形 接头性能降低 结构性能质量

课堂小结：
1、弯曲变形、波浪变形、错边变形和扭曲变形的概念和成因。
2、影响焊接残余变形的因素包括：
焊缝在结构中的位置、焊接结构的刚性、焊接结构的装配及焊接顺序、焊接材料、焊接方法、焊接工艺参数等。
3、焊接变形对焊接结构生产的影响

课后作业：
1、 影响焊接变形的因素有哪些？
2、 简述焊接变形对焊接结构生产的影响。

班级
项目
焊接51
焊接52
焊接53
焊专31
三一焊41
授课日期

课堂记录

课后小结

授课总结

课程名称
焊接结构生产
第六讲
课时
2
教学目的
学习掌握控制焊接变形的设计和工艺措施和具体方法
教学重点
控制焊接变形的设计和工艺措施
教学难点
怎样在没有实物和工厂实践的情况下让学生理解基本方法，同时有一定的感性认识。
教学方法
黑板板书，课堂提问，互动教学

授课过程：
复习回顾：
1、 影响焊接残余变形的因素包括哪些？
2、 简述焊接变形对焊接结构生产的影响。

授新过程：
§1第一章 焊接应力与变形
§1－2 焊接变形（3）
二、预防控制焊接变形的措施：
控制变形可从焊接结构的设计、生产阶段采用“积极”预防变形的工艺措施和焊接完成后选择适当的“消极”矫正措施。
（一）、设计措施：
1、选用合理的焊缝尺寸和形状：
在保证结构有足够承载能力的前提下，尽量采用较小的焊缝尺寸。
2、尽可能减少焊缝的数量：
可采用压型结构代替肋板结构。
3、合理安排焊缝位置：
使焊缝对称于构件截面的中性轴，或使焊缝接近中性轴，可减少弯曲变形。

相同承载能力的十字接头 T形接头的坡口
选择最小的焊缝尺寸 选择合理的坡口形式

合理安排焊缝位置防止焊接变形

（二）、工艺措施：
1、反变形：

预先把焊件人为地制成一个变形，使这个变形与焊后发生的变形方向相反，而数值相等，已达到防止产生残余变形的方法。

2、刚性固定法：
对角变形和波浪变形较有效。

3、选择合理的装配焊接顺序：
1）大而复杂的焊接结构，先将结构简单的部件单独进行焊接，再总装成整体。

Ⅱ形梁的装配焊接方案

2）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，应由偶数焊工对称施焊，

5）长焊缝焊接时，可采用图中所示的方向和顺序进行焊接，以减小其焊后的收缩变形

长焊缝的几种焊接顺序

4、选用合理的焊接方法和规范：
选用能量比较集中的焊接方法，如用CO2保护焊、等离子弧代替气焊和手工焊进行薄板焊接可减少变形量。

5、散热法：
又称强迫冷却法，是把焊接处的热量迅速散走，使焊缝附近的金属受热区域大大减小，以达到减少焊接变形的目的。

6、留余量法：

7、热平衡法：

采用热平衡法防止焊接变形

8、自重法：
课堂小结：
预防控制焊接变形的措施：

1.设计措施
（1）选择合理的焊缝形状和尺寸（2）减少焊缝的数量：（3）合理安排焊缝位置：

2.工艺措施
（1）留余量法：（2）反变形法：主要用于控制角变形和弯曲变形
（3）刚性固定法：（4）选择合理的装配焊接顺序：
（5）合理地选择焊接方法和焊接参数：
（6）热平衡法：
（7）散热法：
（8）自重法

课后作业：
1、简述预防控制焊接变形的措施。

班级
项目
焊接51
焊接52
焊接53
焊专31
三一焊41
授课日期

课堂记录

课后小结

授课总结

课程名称
焊接结构生产
第七讲
课时
2
教学目的
学习掌握矫正焊接变形的工艺措施和具体方法，了解焊接残余应力的分布。
教学重点
矫正焊接变形的工艺措施
焊接残余应力分布情况
教学难点
焊接残余应力的分布
教学方法
黑板板书，课堂提问，互动教学

授课过程：
复习回顾：
1、 简述预防控制焊接变形的措施

授新过程：
§1第一章 焊接应力与变形
§1－2焊接变形（4） §1－3 焊接应力（1）
三、矫正焊接残余变形的基本方法：
1.手工矫正法：
主要用于矫正一些小型简单焊件的弯曲变形和薄板的波浪变形
2.机械矫正法：
适用于塑性较好的材料及形状简单的焊件，

3.火焰加热矫正法：
利用火焰对焊件进行局部加热，使焊件产生新的变形来抵消焊接变形
（1）点状加热，

（2）线状加热，

（3）三角形加加热，

火焰矫正变形的效果取决于三个因素：
（1）加热方式
（2）加热位置
（3）加热温度和加热面积

§1－3 焊接应力
一、焊接残余应力的分类

1.按应力在焊件内的空间位置分：
（1）一维空间应力：即单向（或单轴）应力
（2）二维空间应力：即双向（或双轴）应力
（3）三维空间应力：即三向（或三轴）应力
2.按产生应力的原因分：
（1）热应力：又叫温差应力。它是在焊接过程中，焊件内部温度有差异引起的应力。
（2）相变应力：焊接过程中，局部金属发生相变，其体积增大或减小而引起的应力
（3）塑变应力：金属局部发生拉伸或压缩塑性变形后引起的内应力。
3.按应力存在的时间分：
（1）焊接瞬时应力：焊接过程中，某一瞬时的焊接应力。
（2）焊接残余应力：焊件焊完冷却后残留在焊件内的应力。

二、焊接残余应力的分布

1、 纵向残余应力σx的分布
作用方向平行于焊缝轴线的残余应力称为纵向残余应力。
在焊接结构中，焊缝及其附近区域的纵向残余应力为拉应力，一般可达到材料的屈服点，随着离焊缝距离的增加，拉应力急剧下降并转为压应力。
2、

对接接头纵向残余应力在 板边堆焊时的纵向
不同长度焊缝纵截面上纵向残余应力σχ
焊缝横截面上的分布情况 残余应力与变形 的分布 a)短焊缝 b) 长焊缝

2、横向残余应力σy的分布
垂直于焊缝轴线的残余应力称为横向残余应力，我们将其分为两部分讨论：
（1）焊缝及其附近塑性变形区的纵向收缩引起的横向残余应力σ′ y

纵向收缩引起的横向残余应力σyˊ 的分布

不同长度平板对接焊时σyˊ 的分布
a)短焊缝 b)中长焊缝 c)长焊缝

（2）横向收缩所引起的横向残余应力σ″ y：一条焊缝先焊的部分先冷却，后焊的部分后冷却，先冷却的部分又限制后冷却部分的横向收缩，这就引起了σ″ y ，

不同方向焊接时σy″的分布

总之，横向残余应力的两个组成部分同时存在，焊件中的横向残余应力σy是由σ′ y 和σ″ y合成的。

3、特殊情况下的残余应力分布
（1）厚板中的焊接残余应力：除有纵向和横向残余应力外，在厚度方向还有较大的残余应力σz

（2）在拘束状态下的焊接残余应力：

（3）封闭焊缝中的残余应力：

（4）焊接梁柱中的残余应力：

（5）环形焊缝中的残余力：

课堂小结：
1、矫正焊接变形的方法；
2、焊接残余应力的分类和分布。

课后作业：
1、矫正焊接变形的方法有哪些？

班级
项目
焊接51
焊接52
焊接53
焊专31
三一焊41
授课日期

课堂记录

课后小结

授课总结

课程名称
焊接结构生产
第八讲
课时
2
教学目的
了解焊接残余应力对结构的影响，减小残余应力的措施。
教学重点
减小焊接残余应力的措施
教学难点
减小应力的措施
教学方法
黑板板书，课堂提问，互动教学

授课过程：
复习回顾：
2、 简述预防控制焊接变形的措施

授新过程：
§1第一章 焊接应力与变形
§1－3 焊接应力（2）
二、焊接残余应力对焊接结构的影响

1.对焊接结构强度的影响：
焊接残余应力的存在将明显降低脆性材料结构的静载强度。

2.对构件加工尺寸精度的影响：
为了保证加工精度，应对焊件先进行消除应力处理，再进行机械加工。

3.对受压杆件稳定性的影响：
若能使有效截面远离压杆中性轴，可以改善其稳定。

为了保证焊接结构具有良好的使用性能，必须设法在焊接过程中减小焊接残余应力，有些重要结构，焊后还必须采取措施消除焊接残余应力。

三、减小焊接残余应力的措施

1.设计措施
（1）尽量减少结构上焊缝的数量和焊缝尺寸：
（2）避免焊缝过分集中，焊缝间应保持足够的距离：

（3）采用刚度较小的接头形式：

2.工艺措施
（1）采用合理的装配焊接顺序和方向：
a)应保证焊缝纵向和横向收缩均能比较自由，即先焊相互错开的短焊缝，后焊直通长焊缝，

b)收缩量最大的焊缝应先焊：

c)工作时受力最大的焊缝应先焊：

d)平面交叉焊缝的焊接顺序：

e)对接焊缝与角接焊缝交叉的结构：

（2）预热法：
（3）冷焊法：尽量采用小的焊接热输入，选用小直径焊条、小电流、快速焊及多层多道焊。
（4）降低焊缝的拘束度：

（5）加热“减应区”法：此法在铸铁补焊中应用最多，
四、在下列情况中一般应考虑消除内应力

1）在运输、安装、起动和运行中可能遇到低温，有发生脆性断裂危险的厚截面焊接结构。
2）厚度超过一定限度的焊接压力容器。
3)焊后机械加工量较大，不消除残余应力难以保证加工精度的结构。
4）对尺寸稳定性要求较高的结构。
5）有应力腐蚀危险的结构。

课堂小结：
1、焊接残余应力对焊接结构的影响；
2、减小焊接残余应力的措施；
3、一般应考虑消除内应力的情况。

课后作业：
1、减小焊接残余应力的措施有哪些？

班级
项目
焊接51
焊接52
焊接53
焊专31
三一焊41
授课日期

课堂记录

课后小结

授课总结

课程名称
焊接结构生产
第九讲
课时
2
教学目的
学习消除焊接残余应力的方法，了解焊接残余应力的测定。
教学重点
消除焊接残余应力的方法
教学难点
消除焊接残余应力的方法
教学方法
黑板板书，课堂提问，互动教学

授课过程：
复习回顾：
1、简述减小焊接残余应力的措施

授新过程：
§1第一章 焊接应力与变形
§1－3 焊接应力（3）
五、消除焊接残余应力的方法
1．热处理法
热处理法是利用材料在高温下屈服点下降和蠕变现象来达到松驰焊接残余应力的目的，同时热处理还可以改善接头的性能。

（1）整体热处理 整体炉内热处理、整体腔内热处理
整体加热热处理消除残余应力的效果取决于热处理温度、保温时间、加热和冷却速度、加热方法和加热范围。保温时间根据板厚确定，一般按每毫米板厚1~2 min计算，但最短不小于30 min，最长不超过3h。

碳钢及中、低合金钢：加热温度为580~680℃；
铸铁：加热温度为600~650℃。

（2）局部热处理
局部热处理只能降低残余应力峰值，不能完全消除残余应力。加热方法有电阻炉加热、火焰加热、感应加热、远红外加热等，消除应力效果与加热区的范围、温度分布有关。

2．加载法
加载法就是通过不同方式在构件上施加一定的拉伸应力，使焊缝及其附近产生拉伸塑性变形，与焊接时在焊缝及其附近所产生的压缩塑性变形相互抵消一部分，达到松驰应力的目的。
（1）机械拉伸法 （2）温差拉伸法 （3）振动法

六、焊接残余应力的测定

目前，测定焊接残余应力的方法主要可归结为两类，即机械方法和物理方法。
1．机械方法
利用机械加工将试件切开或切去一部分，测定由此而释放的弹性应变来推算构件中原有的残余应力。包括切条法、钻孔法和套孔法。

2．物理方法
是非破坏性测定焊接残余应力的方法，常用的有磁性法、超声波法和X射线衍射法。
（1）磁性法：
是利用铁磁材料在磁场中磁化后的磁致伸缩效应来测量残余应力的。
（2）X射线衍射法：
是根据测定金属晶体晶格常数在应力的作用下发生变化来测定残余应力的无损测量方法。
（3）超声波法：
是根据超声波在有应力的试件和无应力的试件中传播速度的变化来测定残余应力的。

课堂小结：
1、消除焊接残余应力的方法；
2、焊接残余应力