武汉理工大学2011级《焊接结构复习》

1、焊接结构课复习题（）第一章序论1. 什么是焊接结构？它有何优缺点？ 答：全焊结构，铆焊接构，栓焊结构 3种结构的总称就叫焊接结构。焊接结构的优点：1、连接效率高2、水密性和气密性好3、重量轻4、成本低、制造周 期短5、厚度不受限制缺点：1应力集中变化范围大2有较大的应力和变形3有较大的性能不均匀性，且对 材料敏感4.焊接接头的整体性导致止裂困难5焊接接头缺陷难以避免，具有隐蔽性。第二章焊接应力与变形1. 何谓内应力？内应力有何性质及推论？ 答：在没有外载荷作用时，平衡于物体内部的应力叫内应力。 性质：自身平衡，不稳定性推论：内应力的波形图至少应该是三波形的，因为单波形，两波形都不能满足合力为零

2、，合力矩为零。2. 内应力的分类？热应力和组织应力概念。答：按内应力产生的原因来分：有热应力和组织应力。焊接应力的平衡范围较大，属 于宏观内应力。热应力：也叫温度应力，是由于构件受热不均匀而引起的应力。组织应力：金属冷却时，在刚性恢复温度之下产生相变导致体积变化而引起的应力叫组织应力。（对于低碳钢，刚性恢复温度是 600度，而它的奥氏体转变温度是600700度之间，600度以下没有相变发生，所以低碳钢不存在组织应力） 按内应力平衡的范围分第一，二，三类内应力。按内应力产生的时间来分：有瞬时应力和残余应力利用三等份板条中间外观应变£ e3. 何谓自由变形、外观变形、内部变形？搞懂他们的

3、相互关系。 板均匀加热的模型理解焊接应力与变形产生的原因？答：1.自由应变£ T：当某一金属物体的温度有了改变，或发生了相 变，它的尺寸和形状就要发生变化，如果这种变化没有受到外界的 任何阻碍而自由地进行，这种变形称之为自由变形。如果增加一个 一个约束条件，自由应变£ T就不能完全表现出来，表现出来的部分为而未表现出来的部分就叫 内部应变£。（弹性内部应变。S和塑性内部应变£ P）在温度恢复到T0之后，塑性内部应变将保留下来，这样原杆件将缩短三等分板条的力学模型：如果中间部分的温度上升小，出现的不可见变形处于弹性范 围内，当温度恢复到原始状态，则刚才出现

4、的应力和变形都会消失，不会有残余应力和变形出现.如果中间部分的温度上升大，温度恢复后，中间部分受拉应力而两侧部分则 受压应力。4. 研究焊接应力与变形的基本假设。答：1.热物理性能的简化：设材料的热物理参数不随温度变化 2.在 500C度以下屈 服极限° s为常量，500600C之间，线性下降到0 .大于600C度认为材料丧失弹性。3. 平截面假设:构件的某截面在加热前是平面，那么加热变形后仍然保持平面。5. 焊缝的纵向收缩和横向收缩是以焊缝为参照系的，而与焊件的纵横无关。6. 各种焊接变形（收缩变形，弯曲变形，角变形、波浪变形、焊接错边、扭曲变形）的产生原因，影响因素和控制措施。答

5、：纵向收缩变形：不均匀加热-压缩塑性变形-相当于力P-缩短-力P偏离构 件中心T弯曲影响纵向变形的因素（6点）：多层焊的焊接纵向变形比单层焊小，间断焊的纵向收缩 变形比连续焊小（与线能量有关）；构件中心与焊缝中心距离大的，弯曲变形也大，因为 距离大，促使焊件变形的力的力矩也越大。 横向收缩变形：1.堆焊原因：加热不同时 -前后各点温度不同 -膨胀受阻-压 缩塑变-横向收缩影响因素：线能量q,板厚3 :板厚增加，使得板的刚度增加抵抗变形的能力增加。 横向变形沿焊缝长度上的分布是不均匀的，沿着焊接方向从小到大逐渐增长，到一定 长度后趋于稳定，因为先焊的焊缝的横向收缩对后焊的焊缝产生一个挤压作用，使

6、后 者产生一个更大的横向压缩变形。2对接接头：一方面：有间隙时：热膨胀f -间隙J -横向收缩f 无间隙时：热膨胀f -挤压使厚度f （冷却后向外侧膨胀的部分恢复，厚度方向的变 形不可恢复）-横向收缩f另一方面：焊缝的纵向收缩影响横向变形，纵向变形-间隙f- 横向收缩J影响因素：坡口角度f、间隙f -横向收缩f ，焊缝金属量f -横向收缩f, 线能量f 横向收缩f 角变形原因：横向收缩变形在厚度方向上的不均匀分布，正面的横向收缩大，背面 的横向收缩小。影响因素：堆焊角变形随线能量qn变化的关系是随线能量qn的上升，角变形由小到大， 达到峰值后又下降。角变形随板厚3的变化也如此。 对接接头影响角

7、变形的主要因素 是坡口角度、焊接层数以及焊缝截面形状。坡口角度af上下收缩差f角变形f,对于同样的坡口形式多层焊比单层焊角变形大，焊接层数越多，角变形越大。用对称坡口如：X型坡口、双U型坡口取代型坡口有利于减少角变。 波浪变形：板架结构焊后是否失稳的判据为：（焊接残余压应力）（7 w> cr （薄 板的抗失稳临界压应力）降低焊接残余压应力7 w的方法：采用小的焊接线能量，采用间断焊，采用能量密度高 的焊接方法。增大薄板的抗失稳临界压应力7 cr的方法：增加板厚，增加骨架，减小 骨架间距，但这些效果都不好，所以对薄板框架结构很难做到焊后不失稳，应当寻找 一种新型来取代薄板框架结构，这就是新

8、型的压筋结构。 焊接错边：分为厚度上的错边和纵向错边原因：装配不善，对接边的热不平衡，刚度不等。焊接错边在长焊缝上有逐步积累作 用，所以一般不宜用直通焊焊长焊缝，可采用跳焊、分段退焊；对于环形焊缝应当对 称施焊，跳焊,而不是顺着一个方向焊，以防错边积累。 螺旋形变形（扭曲变形） 原因：角变形沿焊缝长度方向分布不均匀以及工件的纵向 错边。措施：改变焊接顺序和方向。将俩条相邻的焊缝同时同方向焊接。7. 预防焊接变形的设计措施，工艺措施各有那些？ 答：设计措施：（1）合理地选择焊缝尺寸和形式：在保证结构的承载能力的条件下， 设计时应尽量采用小的焊缝尺寸（2）尽可能减少不必要的焊缝（3）合理地安排焊缝

9、的位置：焊缝应尽可能安排在接近结构中和轴的地方，并尽可能对称于截面中和轴。工艺措施：（1）严格对加工装配工序的要求（2）预留收缩余量（3）反变形法，事先估计好结构变形的大小和方向然后在装配时给一个相反方 向的变形与焊接变形相抵消。（4）刚性固定法用来防止角 变形和波浪变形效果比较好。（5）合理地选择焊接方法和 规范，选用能量密度高的焊接方法可以有效的防止焊接变 形，CO2焊就比手弧焊变形小，气焊变形最大，真空电子 束焊和激光焊能量密度最大焊缝很窄变形极小。6*板増nUNlft旳岬UM.卞例：如图：对于这样一个不对称的工字型结构 ，如果用相同的焊接规范 进行焊接，则焊缝1、2造成的弯曲将大于3、

10、4,如果把1、2焊缝适 当分层焊接，每层用小线能量，则有可能使上下绕曲变形相互抵消 （6）合理地选择装配焊接顺序8. 能分析不同的装配焊接顺序对焊接变形的影响。例：方案一先组合槽钢（A）和若干隔板（B），即先焊3缝，出现 上绕f3:再组合（A+B ）和C，先焊1缝，出现上绕;再焊2 缝，出现上绕f2 ；总变形：f1+ f2+ f3方案二先组合A、C，即先焊1缝，出现上绕什，不变；再组合（A+C ）和B，先焊2缝，出现上绕f2，不变；再焊3缝，出现 下绕f3；由于此时的中和轴与A、B组合时相比下移了，所以3 缝的中心可能变到中和轴的上方，f3将成为下绕度。总变形：f1+ f2- f3方案三先组合

11、B、C,即先焊2缝，绕度f2 = 0 ;此时焊缝中心和B、C的中性轴几乎 重合，所以产生的绕度很小，几乎为 0。再组合（B+C）和A，先焊1缝，出现上绕f1 ； 再焊3缝，出现下绕f3;总变形：仃一f3最小9. 用机械和火焰矫正焊接变形的原理各是什么?答：机械矫正法是利用外力使构件产生与焊接变形相反的变形，使两者抵消（使那些 缩短的部分拉长）火焰矫正法是利用火焰局部加热时产生的压缩塑性变形使较长部位 的金属缩短来达到矫正变形的目的。10.纵向焊接残余应力的分布特点及数值大小。不同弊播力冋討横向嵐力井芳的球聊11. 横向焊接残余应力的分布特点及与施焊方式的关系。答：分为两个组成部分：一是由于焊缝

12、及其附近的塑性变形区的纵向收缩引起的， 用6 y'表示。存在着两端部分为压应力，中间部分为拉应力的横向内应力。另一个是 由焊缝及其附近的塑性变形区横向收缩的不同时性引起的，用6y表示。6 y与施焊的先后次序、方向、分段方法有关。虽然焊接的方向不同，6y的分布不同，但只要掌握一点，就是焊接收尾的地方6 y一定是拉应力。12. 残余应力对机械加工精度的影响，对受压杆件稳定性的影响？答：对机械加工精度会产生很大的影响：因为机械切削加工把一部分材料从工件上切 去的同时，把原先在那里的焊接残余应力也一起去掉了，从而破坏了工件中原来的内 应力的平衡，工件将出现变形使内应力达到新的平衡。要减小变形，

13、提高加工精度， 可以减小每次的加工量，分几次加工，每次加工量递减，这样可以提高加工精度，但 不能彻底消除焊接应力对加工精度的影响。要想彻底消除焊接应力对加工精度的影响,只能先消除焊接残余应力然后再进行机械加工。对受压杆件稳定性的影响：降低了杆件的抗失稳能力，且影响压杆稳定的主要是残余 应力中的压应力区。13. 残余应力对静载强度及尺寸稳定性的影响。答：焊接残余应力对塑性材料的静载强度没有影响， 而对尺寸稳定性却有很大影响 因为要使构件全面屈服，不管有无残余应力需要的外载荷都是一样的。对脆性材料，焊 接残余应力降低其静载强度。14. 在焊后的加卸载过程中，焊接残余应力及应变的变化。答：结论一、焊

14、接残余应力对塑性材料的静载强度没有影响结论二：焊接结构焊后经过一个加卸载循环，结构内的焊接残余应力将减小到原来的（1-B ）倍，如果在该循环 中，B = 1的话，贝卩可完全消除残余应力.结论三：焊接结构焊后经过一个加卸载循环 结构的尺寸将发生变化，出现了二次变形.15. 二次变形及其原理。16. 如何调节焊接残余应力？消除焊接残余应力的方法有那些？（教材 P61） 答：调节内应力的措施：1.采取合理的焊接顺序和方向（1）尽量使焊缝能自由收缩， 先焊收缩量大的焊缝。（2）先焊工作时受力大的焊缝。（3）拼板时应先焊错开的短 焊缝，再焊直通的长焊缝。2.反变形3.锤击或碾压焊道4. 加热减应法例：工

15、字梁的对接：1、2两缝对结构来 说是横向焊缝，它的横向收缩要比3缝 的纵向收缩大，所以应先焊收缩量大的1、2缝。又面板上的1缝工作时受力较大，根据原则（2）应先焊1缝，这样在焊后面的2、3缝时它们的收缩能使1缝预 先承受压应力，提高了结构的承载能力。消除残余应力：1.整体高温回火2.局部高温回火3.机械拉伸法4.温差拉伸法5.振动法17. 什么叫加热减应法？它有何作用？答：在结构的某些部位加热，使它产生的热膨胀带动焊接部位，产生一个与焊缝收缩 方向相反的变形，在冷却时加热区的收缩和焊缝的收缩方向相同，使焊缝能自由的收 缩，从而降低内应力。18. 焊接残余应力的测定方法有那些？答：焊接残余应力的

16、测定方法按对结构损坏的程度分为全破坏法、微破坏法和非破坏 法。第三章焊接接头1. 焊接接头的定义。答：在焊件需要连接的部位，用焊接方法制造而成的接头称为焊接接头。包括焊缝金 属，熔合线，热影响区，部分母材。2. 各种接头的型式及特点。那种接头的受力是最好的？那种接头的装配要求最简单 答：对接接头：受力好，装配要求高，加厚高越大应力集中越大。搭接接头：受力差，装配要求简单。在搭接接头中根据搭接角焊缝受力的方向可以将 搭接角焊缝分为正面角焊缝、侧面角焊缝和斜向角焊缝。丁字（十字）接头：在焊缝跟部和趾部有较大的应力集中，B角减小应力集中系数减 小，焊角尺寸增大应力集中系数也减小。角接头，铆焊联合结构

17、与铆焊联合接头3. 何为应力集中？它产生的原因有那些？对接头静载强度有无影响？为什么？答：接头局部区域最大应力值。max比平均应力值高的现象。对接头静载强度无影响。 产生原因：焊缝中存在工艺缺陷如气孔，夹渣，裂纹，未焊透焊缝外形不合理 焊缝接头设计不合理4. 对接、搭接、丁字（十字）接头降低应力集中的措施是什么？答：对接接头：焊缝轮廓：焊趾和焊跟向母材过渡越平滑应力集中越小；其次是焊缝 加厚越大应力集中越大。 焊接错边：错边量越大应力集中越大。 接头的角变形：角变 形越大应力集中越大。搭接接头：在只用侧面角焊缝焊成的搭接接头中，不但沿焊缝长度上应力分布是不均 匀的，而且在母材断面上应力分布也是

18、不均匀的，为了改善断面上的应力分布，常增 添一条正面角焊缝，形成了联合角焊缝的搭接接头，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。十字接头：开坡口焊透或采用深熔焊接方法进行焊接。5. 铆焊联合接头和铆焊联合结构有什么不同？它们各自在结构中的作用是什么？ 答：既有焊接接头，又有铆接接头的结构称为铆焊联合结构。（1）铆接结构有较高的止裂性。（2）铆接接头比焊接接头的刚度小，有较大的退让性（3）铆接接头的应力集中系数比某些焊接接头的应力集中系数低，对疲劳强度有利。（4）铆接接头在结构中形成的内应力比焊接结构的内应力低。在同一个接头上既有铆钉又有焊缝，这样的接头叫铆焊联合接头：

19、吸取的不是两种技术的优点，而是缺点，是一种不合理的接头形式。6. 何谓应变时效？何谓动应变时效（热应变脆化）？它们的差别是什么？答：塑性变形（剪切、冷作矫形）一-加热（150400C）脆化一-叫应变时效。 加热和塑变同时脆化叫动应变时效（热应变脆化）。差别在于前者塑变和加热不是同时进行的，而后者却是同时的。7. 何谓高组配接头？何谓低组配接头？答：高组配接头：焊缝金属强度大于母材强度 低组配接头：焊缝金属强度低于母材强度也叫软层接头8. 控制相对宽度提高软层接头强度的原理是什么？答：高强的母材阻碍焊缝金属的变形，使之受三向应力状态而强化。9. 焊接接头设计的强度原则：接头和母材等强。10. 举

20、例说明什么是工作焊缝，什么是联系焊缝？答：联系焊缝：只传递部分载荷，使被联结构件产生协调变形的焊缝。 工作焊缝：传递全部载荷，一旦断裂，结构立即失效的焊缝。11. 焊接接头强度计算的假设。（8条）答：焊趾处和加厚高等处的应力集中，对接头强度没有影响；残余应力对于接头强度 没有影响；接头的工作应力是均布的，以平均应力计算；正面角焊缝与侧面角焊缝的强度没有差别；焊脚尺寸的大小对于角焊缝的强度没有影响；角焊缝是在切应力的作 用下破坏的，按切应力计算强度；角焊缝的破断面（计算断面）在角焊缝截面的最小高度上0.7K ；加厚高和少量的熔深对接头的强度没有影响12. 各种焊接接头及受力形式的静载强度计算。

21、掌握表3-2中所有公式的应用， 第四章 焊接结构的脆性断裂1.什么是脆性断裂？它有何特点？答：断裂前没有或只有少量塑性变形，断裂突然发生并快速发展的一种断裂形式。 特点：断裂时工作应力很低；脆断的裂纹源总是从内部的宏观缺陷处开始的；温度降 低脆断倾向增加；脆性断口平齐而光亮且与正应力垂直。2. 影响金属脆性断裂的主要因素是什么？答：应力状态的影响，温度的影响，加载速度的影响，材料状态的影响。3. 正断抗力Sot，剪断抗力k，剪切屈服限t，力学状态图，应力状态软性系数=max / max 概念。答：正断抗力Sot :试件中的最大正应力达到 Sot时，出现正断，属于脆性断裂。剪断抗力k:试件中的最

22、大切应力达到tk时，产生剪断，属于塑性断裂。 剪切屈服限T：试件中的最大切应力达到tT时，材料屈服，出现塑性变形。 力学状态图：若直线先与剪切屈服限tT相交，则表示该种加载 方式将使试件内的最大剪应力T max首先达到剪切屈服限tT,产 生塑性变形，达到剪断抗力tk时产生延性断裂，若直线首先与 Sot相交时，则表示该种加载方式将使试件内的c max首先达到1maxS0t，故产生脆断max13应力状态软性系数 二max/ max :表示一种加载方式的应力状态。（在裂纹尖端缺口根部会产生三轴应力状态）4. 应力状态、温度、加载速度对脆性断裂影响的分析。答：温度：Tf - tT； Sot不变-脆性J

23、加载速度：加载速度f - tT f Sot不变-脆性f5. 用力学状态图分析为什么结构中不允许存在三向交叉焊缝？6. 为什么在单向应力场中的裂纹尖端缺口根部会产生三轴应力状态呢？ 答：在受力过程中由于应力集中的原因，缺口根部的应力很大，在它的作用下缺口根 部的材料将伸长，根据体积不变原理，材料在某方向上的伸长必然引起其他两个方向 即宽度和厚度方向上的收缩，但由于缺口平面上不承受应力，所以没有横向收缩，缺 口尖端以外的材料受到的应力较小，弓I起的横向收缩也较小，可见横向收缩是不均匀 的，使得缺口较大的横向收缩受阻，结果产生横向和厚度方向的拉伸应力，这样就在 缺口根部出现了三向应力。7. NDT

24、（无延性转变温度），FTE （弹性断裂转变温度），FTP （延性断裂转变温 度）的意义及相互的关系，测定方法。答：NDT （无延性转变温度）低于它材料发生平裂，高于它发生凹裂，表明温度低于 NDT时材料断裂没有延性，断裂是脆性的。FTE （弹性断裂转变温度）： 低于它裂纹能够向低应力区扩展，高于它裂纹只能在应 力达到屈服点范围内扩展，而不向低应力区扩展。FTP （延性断裂转变温度）： 在此温度之上，断裂完全是塑性撕裂的。FTE = NDT + 33 C（ 60 F ） FTP = FTE + 33C（ 60 F）= NDT + 66 C（ 120 F ）NDT还可以用简单的落锤试验求出，而不必

25、用较昂贵的爆炸试验。8. 转变温度的概念，冲击试验中评定钢材韧性的标准有那些？答：转变温度方法：通过试验来确定材料的脆一韧转变温度，把它和结构的使用温度联系起来，来评定钢材的脆性一韧性行为。标准：能量标准，断口标准，延性标准9. 焊接结构的那些特点对脆断有影响？答：刚性大、整体性强、对应力集中敏感接头的应变时效金相组织对脆性的影 响（不出现冷裂纹的前提下减小线能量 0焊接缺陷的影响 角变形和错边的影响 残余应力的影响（当温度在材料的转变温度以上时，残余应力对脆断没有影响；当 温度在材料的转变温度以下时，拉伸残余应力对脆断强度有不利影响）10. 防止断裂引发原则（抗裂原则）:要求结构的一些薄弱环

26、节具有一定的抗开裂性能。止裂原则：一旦裂纹产生，材料应具有将其止住的能力。开裂临界温度Ti :在此临界温度之上，不可能引发脆性裂纹。止裂临界温度Ta：在这个临界温度之上脆性裂纹可以被止住或者不能扩展。在实际焊接结构的设计中：焊接接头用抗裂原则，母材用止裂原则。11. 预防焊接结构脆断的措施有那些？答：一.正确选材 二.采用合理地焊接结构设计1.尽量减少结构和焊接接头部位的应力集中（1）构件截面改变的地方，设计成平缓过 渡，不要形成尖角。（2）尽量采用应力集中系数小的对接接头。（3）不同厚度的对 接接头应采用圆滑过渡。（4）将焊缝设计布置在便于焊接和检验的地方.（5）避免焊 缝密集。2.尽量减少结构的刚度3.不采用过厚的截面4.对次要焊缝的设计，应与主要焊 缝一样给予足够重视。5.减少和消除焊接残余拉应力的不利影响。 三、用断裂力学方法 评定结构安全性第五章焊接接头和结构的疲劳强度1.何谓金属的疲劳？疲劳和脆断的异同。答：结构在变动载荷下工作，虽然应力低于材料的但在较长时间工作后仍发生断裂的现象叫金属的疲劳相同点不同点疲劳脆断低应力作用下破坏加载次数多次少次断裂时变形很小裂纹扩展速率慢快断裂都具有突然性，危害大温度影响小大影响断裂的因素大部分相同断口疲劳辉纹结晶状12. 疲劳的类型。答：应力疲劳，（应力低，频率高，裂纹扩展速率小）。 应变疲劳，（应力高，频率低，裂纹扩