焊接结构复习大纲

热导率表示物质传导热量的能力。数值上认为热导率等于每单位温度梯度的比热流量，或等于单位长度内沿该表面法线方向的温度梯度减小1C,经单位时间流过单位表面积的热量焊接温度场：指在焊接过程中，某一时刻所有空间各点温度的总计或分布焊接热循环：在焊接过程中，工件的温度随着瞬时热源或移动热源的作用而发生变化，温度随时间由低而高，达到最大值后，又由高而低的变化被称为焊接热循环。内应力：指在没有外力的条件下平衡于物体内部的应力热应力：也叫温度应力，是由于构件受热不均匀而引起的应力残余应力：当物体没有外部因素作用时，在物体内部保持平衡而存在的应力初始应变：在焊接接头区域就产生了缩短的补协调应变称为残余应变或初始应变屈服强度滞后：与加热过程的屈服强度降低相比在冷却转变成两相材料时屈服强度的降低疲劳：结构在变动载荷下工作，虽应力低于材料的但在较长时间工作后仍发生断裂的现象疲劳曲线：根据试件在裂纹萌生或完全断裂时所经受的应力循环次数N与载荷幅可作出的乌勒曲线称为疲劳曲线材料的疲劳极限：当金属承受的应力幅越大，则断裂时应力循环次数N越少；反之，应力幅越小，则N越大。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1、 焊接结构：所谓焊接结构就是全焊结构、铆焊接构、栓焊结构3种结构的总称。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、 电弧焊热产热机构、散热机构、热量传递方式产热机构：电弧热、电阻热、相变潜热、变形热散热机构：环境散热、飞溅散热热量传递方式：热传导、对流换热、辐射换热、热焓迁移3、 焊接热源种类：1、电弧焊热源2、气体火焰焊接热源3、电阻焊热源4、摩擦焊5、电子束焊接6、激光焊接7、铝热剂焊接4、 导热时边界条件分（1）已知边界上的强度值：即：Ts=T”,J,乙?艾=（2）已知边界上的热流密度分布，即： 洲一任"乙（3） 已知边界上物体与周围介质间的热交换，即伙更=a（T-T）5、焊接热源模型 湖“sA、 点热源模型：集中热源模型，热源由点向工件输入；可用来模拟厚板表面的堆焊过程B、 线热源模型：集中热源模型，将热源看成是沿板厚方向上的一条线；可模拟一次熔透的薄板对接焊过程C、 面热源模型：集中热源模型，热源只沿一个方向传播，是一个一维热源；可模拟电极端面或摩擦焊时的加热过程D、 高斯热源模型：分散热源模型，似带状热源£、双椭球热源模型：电弧轴线与工作轴线垂直F、广义双椭球热源模型：电弧轴线与工作轴线不垂直6、 焊接热循环的主要参数1、 加热速度（Vh）VhT-TPT-奥氏体化程度I和碳化物溶解程度J2、 加热最高温度Tmax考察位置不同-Tmax-冷却速度不同-焊接组织不同-性能不同3、 在相变温度以上停留时间（tH）在相变温度以上停留的时间越长，就会有利于奥氏体的均匀化过程4、 冷却速度（Vc）冷却速度是决定热影响区组织和性能的最重要参数之一7、内应力的分类按内应力分布的范围分：宏观内应力、微观内应力、超微观内应力按内应力产生的原因来分：有热应力和组织应力。按内应力产生的时间来分：有瞬时应力和残余应力。8、 影响焊接应力与变形的主要因素（1） 焊缝及其附近不均匀加热的范围和程度，也就是产生热变形的范围和程度。影响因素包括焊缝的尺寸、数量、位置、母材的热物理性能和力学性能、焊接规范参数、施焊方法（2） 焊件本身的刚度和受到周界的拘束程度，也就是阻止焊缝及其附近产生热变形的程度。影响因素包括焊件的尺寸和形状、胎夹具的应用、焊缝的布置及装配焊接顺序等。焊接构件在拘束小的条件下，焊接应力大，变形小；反之，焊接应力小，变形大。9、 纵向残余应力的意义和分布纵向残余应力：将沿焊缝方向上的残余应力称为纵向残余应力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10、 横向残余应力产生机理横向残余应力由两部分组成：一是焊缝及其附近纵向收缩引起的横向残余应力；二是焊缝及附近横向收缩引起的横向应力。假设沿焊缝中心将接头割开，则每块钢板会像板边堆焊那样发生弯曲变形，不难推断，要恢复到原来位置，必然两端为拉应力，中心为压应力的横向应力。焊缝横向收缩不同时引起横向应力。将焊接过程分为三个区段，设每个区段的温度和冷却速度相同，设某时区段I恢复弹性，区段II处于全塑性，区段III处于溶化状态，此时区段I金属横向收缩不会受到区段II和区段m的拘束，换言之，此时区段I横向收缩不会产生横向应力。当区段II恢复弹性并横向收缩时，将受到区段I的拘束，在区段II的上端和区段I的下端产生横向拉应力，在两者交界处产生横向压应力。当区段III恢复到弹性状态时，其横向收缩必然受到区段I和区段II的拘束。11、 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12、 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6、错边变形7、螺旋形变形13、 纵向收缩力变形影响因素1） 材料的热物理性能：热膨胀系数相同条件下变形大小：铝〉不锈钢＞低碳钢2） 焊接工艺方法：CO2气保焊的变形比焊条电弧焊的小3） 焊接参数：电流、电压、速度、预热温度线能量越大，变形越大。4） 焊接层数：分层越多，每层线能量越小，变形越小，但角变形变大。5） 施焊方法：直通焊的变形比分段退焊的要大。6） 间断焊的变形：比连续焊的要小。14、 横向收缩变形影响因素：堆焊条件下，线能量越大，变形越大；板厚越大，变形越小。定位焊缝长，间距小，及装夹刚度大，则AB小。多道焊时，每道焊缝产生的涵逐层递减。焊缝金属量增加，横向收缩变形增加；对横向收缩变形的影响：V形坡口比同厚度的X形坡口大；坡口角和间隙越大，AB也越大；对接焊缝的AB大于堆焊焊缝和角焊缝；气焊^8＞手工电弧焊＞埋弧焊。15、 角变形的原理和影响因素角变形的根本原因是横向收缩变形在厚度方向上的不均匀分布。角变形影响因素：坡口角度L角变形Bf；单层埋弧焊，电渣焊和电子束焊的Bl；多层焊的8＞单层焊；多道焊＞多层焊；道数、层数f，Bf；焊接X形坡口，先焊的那面＞后焊的那面；线能量越大，角变形越大。16、 焊接错边和扭曲变形的原因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原因：1、热输入不平衡2、焊缝两侧的工件刚度的差异扭曲变形又称螺旋形变形，指焊后工件的中性面发生扭曲原因：1、角变形沿焊缝长度上的分布不均匀性2、工件的纵向错边17、 焊接残余应力的破坏性测量1、 单轴焊接残余应力的测量a、切条法b、弹性变形法2、 双轴焊接残余应力的测量a、切块法b、钻孔法c、盲孔法d、套孔法3、 三轴焊接残余应力的测量a、套取芯棒测量法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18、 焊接残余应力与变形的调整与控制有哪些措施？一、 焊前措施：1、合理地选择焊缝的形状和尺寸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，也可以减少焊接量和减少变形。5、 联系焊缝可采用断续焊缝的形式以降低热输入总量，并且尽量把工作焊缝变为联系焊缝6、 预变形法或反变形法也是要优先考虑的重要措施之一二、焊后措施：1、机械方法； 2、加热方法。三、 随焊措施：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19、 焊接接头的分类及影响因素、焊接金属的组织焊接接头是在高温移动热源局部加热、快速冷却条件下形成的可分为焊缝金属、熔合区、热影响区和母材四部分焊缝金属是由焊缝填词材料及部分母材熔融凝固形成的铸造组织影响焊接接头性能的主要因素力学方面的影响因素：接头形不连续性、焊接缺陷、残余应力和焊接变形等材质方面的影响因素：焊接热循环、焊接材料、热塑性变形循环、焊后热处理20、 焊缝的基本形式1、对接焊缝2、角焊缝对接焊缝开坡口的根本目的是为了焊透金属21、 坡口的形式及选择 坡口形式有：卷边、平对、V形、U形、X形、*形等坡口选择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22、 接头的基本形式：1、对接接头2、搭接接头3、T形接头4、角接接头23、 什么是应力集中及应力集中系数？造成应力集中的原因是什么？应力集中：是指接头局部区域的最大应力值（omax）比平均应力值（oav）高的现象而应力集中的大小常以应力集中系数％表示，即：Kt=omax/oav，造成应力集中的原因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24、 材料发生脆性断裂时有什么特点？1） 脆性断裂一般都在应力不高于结构的设计应力和没有显著地塑性变形的情况下发生，不易事先预防，往往造成人身伤亡财产巨大损失，所以通常称这类破坏为低应力脆性破2） 塑性材料也发生脆性破坏；3） 脆性断裂总是有构件内部存在宏观尺寸（0.1mm以上）的裂纹源扩展引起的。这种宏观裂纹源可能是在制造过程或使用过程中产生的；4） 裂纹源一旦超过某个临界尺寸，裂纹将以极高的速度扩展，并顺势扩展到结构整体，直到断裂，具有突然破坏的性质；5） 中、低强度钢的脆性断裂事故，一般发生在较低的温度，而高强度材料没有明显的温度效应25、 金属材料断裂的分类：延性断裂（塑性断裂或韧性断裂）和脆性断裂延性断裂的断口一般呈纤维状，色泽灰暗，边缘有剪切唇，断口附近有宏观的塑性变形；延性断裂的微观特征形态是韧窝脆性断裂指沿一定结晶面的劈裂的解理断裂及晶界断裂；解理断裂的宏观断口平整，一般与主应力垂直，没有可以觉察到的塑性变形，断口有金属光泽26、 影响金属脆性断裂的主要因素有哪些？1） 应力状态的影响：单轴拉伸最好，双轴拉伸次之，三轴拉伸最差；2） 温度的影响：温度越低越易发生脆断，温度越高越不易发生脆断，就材料自身而言，其脆性转变温度越低越好；3） 加载速度的影响：加载速率越快越易发生脆断，加载速率越慢越不易发生脆断；4） 材料状态的影响：①厚度的影响：厚度越厚越易脆断，厚度越薄越不易脆断晶粒度的影响：晶粒越细，其转变温度越低，越不易发生脆断；化学成分的影响C、N、O、H、S、P增加钢的脆性，Mn、Ni、Cr、V有助于减少钢的脆性27、 焊接过程可给焊接结构的接头带来的不利影响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、角变形和错边的影响5、残余应力和塑性变形发影响28、 预防焊接结构脆性断裂的措施1、正确选用材料2、采用合理的焊接结构设计3、用断裂力学的方法评定结构安全性29、 各类参数对疲劳强度的影响1材料的影响2表面状况的影响3循环次数的影响4应力性质的影响5缺口效应的影响30、 疲劳断裂由三个阶段组成1）裂纹萌生2）裂纹稳定扩展；3）失稳断裂。31、 影响焊接接头疲劳强度的因素1、 应力集中的影响：对接接头由于形状变化不大，应力集中比较小，加厚高，。角；丁字和十字接头过渡处有明显的截面变化，应力集中系数较高；搭接接头的疲劳强度很低2、 近缝区金属性能变化的影响：在常用的线能量下，HAZ和基本金属的疲劳强度相当接近；HAZ尺寸不大，不会降低接头的疲劳强度；3、 残余应力的影响：焊接内应力对疲劳强度的影响与疲劳载荷的应力循环特性系数有关。在r比值较低时，影响比较大。4、 缺陷的影响：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。平面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