焊接结构与工装 2

1、第一章 结论1、焊接与铆接、铸造相比的优点。答：与铆接相比：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

2、新的内应力。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

3、应力小于材料的屈服极限时，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(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

4、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

5、方向与载荷方向的夹角而变，越大其强度越小。7、铆焊联合结构和铆焊联合接头。 答：铆焊联合结构：指既有焊接接头又有铆接接头的结构，是一种优质结构。 铆焊联合接头：指在同一个接头上既有铆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。 答： 基准线（实线） 例： - - - - - -

6、- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 基准线（虚线） 注：虚线在上、下都一样；符号在实线在，表示焊缝在该处；符号在虚线上，表示焊缝在对侧处。第五章1、塑性断裂和脆性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

7、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面体，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

8、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证在使用温度下具有合格的缺口韧性。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

9、小结构刚度，降低应力集中和附加应力的影响；c、不采用过厚的截面；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，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

10、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r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。smax ：应力循环内的最大应力；smin ：应力循环内的最小应力；sm =（smax + smin）/2：平均应力；sa =（sma

11、xsmin）/2 ：应力幅值；r =smin /smax ：应力循环特征系数，r的变化范围是+11、对称交变载荷 应力波形如图，由图可见：这种变动载荷的smin = smax，应力循环特征系数r = 1 ，平均应力sm = 0 ，应力幅值sa = smax。 2、脉动载荷 应力波形如图，由图可见：smin =0，r = 0，平均应力sm 与应力幅值相等，都等于smax /2 ，sm =sa = smax /2。3、拉伸变载荷smax、smin 均为拉应力，但大小不等，0 r 1。4、当r=1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；

12、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。改善材料的表面性能；用小轮挤压和用锤轻打焊缝表面及过渡区，或用小钢刃喷射焊缝区。特殊保护措施。采用缺口表面涂敷，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

13、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、推拉装置的总称。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，用一种设备加工一个或一组工件所进行的一切动作称为工序。安装：工件在夹固一次的期间内所完成的一切动作称为安装。工位：工件在加工设备中，如各种机械加工机床、装配焊接夹具、焊接设备及焊接变位机械中所占的每个位置

14、称为工位。工步：工序中在加工设备、工具和工艺规范均保持不变的情况下所完成的动作，称为工步。3、放样、划线、号料概念。 答：放样：按设计图样在放样平台上，将其局部或全部按1：1的比例画出结构部件或零件的图形和平面展开尺寸。划线：根据设计图样及工艺上的要求，按1：1的比例，将待加工工件形状、尺寸及各种加工符号划在钢板或经初加工的坯料上的加工工序。号料：用放样所取得的样板或样杆，在原材料或经粗加工的坯料上划下料线、加工线、检查线及各种位置线的工艺过程。4、六点定位原则，定位基准。 答：以六个定位点来限制零件在空间的自由度，以求得完全确定零件的空间位置，称为“六点定位规则”。定位基准面分为：主要定位基准面（面积最大的面），导向定位基准面（狭长的面），