焊接结构学ppt课件

1、焊接结构，讲座老师：方宏远教授，1。焊接结构概论，焊接技术在工业部门已经很久没有使用了，但是它的发展非常迅速。在短短几十年里，焊接几乎完全取代了许多工业部门金属结构中的铆接，例如建筑钢结构、船体、机车车辆和压力容器。此外，在机械制造业中，由整体铸造和锻造方法生产的大坯料已经转变为焊接结构。目前，世界主要工业国家生产的焊接结构占钢材产量的45%。2.与铆接和螺栓连接结构或铸造锻造结构相比，焊接结构具有以下特点(优点):1 .焊接接头具有高强度。铆接和螺栓连接的结构需要在基底金属上钻孔，这会削弱工作截面并降低大约20%的强度；接头强度可以等于或甚至高于母材强度。3。焊接结构特点介绍，2。焊接结构设

2、计的灵活性主要表现在以下几个方面：焊接结构的几何形状不受限制：如铆接、铸造、锻造等方法不能制造空心结构，但可以焊接；该结构的壁厚不受限制：两个连接构件的壁厚可以有很大不同，并且可以尽可能薄；结构的整体尺寸不受限制：大型结构可以分段制作，但不允许现场组装焊接、锻造、铸造和工艺；所需结构可通过使用标准或非标准型材组进行焊接，且节段结构重量减轻。焊缝减少。可与其他工艺方法结合使用：铸造焊接、锻造焊接、螺栓焊接、冲压焊接和其他组合金属结构；不同材料之间的连接是可以实现的：同一结构的不同部分可以根据需要配置不同性能的材料，以达到物尽其用。4.焊接结构特点介绍；3.焊接接头的气密性和水密性优于其他方法，特

3、别是在高温高压容器中，只有焊接接头是最理想的连接形式。4.焊接前的简单准备由于近年来数控精密气割设备的发展，对于各种厚度或复杂形状的待焊接件，无需预划线即可直接从板材上切割下来，一般无需加工即可进行组装焊接。5。焊接结构特点介绍，5。易于改变和修改结构。铸模(木模)锻造开模周期长，成本高，投资少。6.适用于制造大型或重型产品，结构简单，可小批量生产。结构大、简单、小的焊接占主导地位，而结构小、复杂的大型铸锻占主导地位。7.产量高。一旦出现缺陷，它们可以被修复，产生的废品也很少。6。焊接结构的特点及焊接结构存在的问题(缺点)介绍：1 .有较大的焊接应力和变形焊接(局部加热)内应力。变形技术缺乏承

4、载能力(刚度、强度、稳定性)，降低尺寸精度，降低尺寸稳定性，增加工作量和成本，以及7。焊接结构特点介绍。焊接结构的问题(缺点):2 .对应力集中敏感焊接结构具有完整性和高刚度，焊缝的排列、数量和顺序会影响应力分布，对应力集中敏感，应力集中是疲劳、脆性断裂和其他损伤的根源，因此在设计焊接结构时应妥善处理。8、引言焊接结构的特点及焊接结构存在的问题(不足):3 .焊接接头性能不均匀焊接金属是母材和填充金属在焊接热作用下熔合而成的铸造结构。靠近焊接金属的母材(近焊缝区)受到焊接热的影响，其结构和性能发生变化(称为热影响区)。因此，焊接接头在成分、结构和性能上是不均匀的。9，焊接结构介绍，2。焊接性分

5、析作为一种制造技术或生产方法，焊接的目的是获得产品(然而，由于焊接过程的复杂性、众多的影响因素、非线性问题、瞬时效应和温度相关效应，很难准确描述各种条件下的焊接变形和焊接残余应力，也很难准确把握产品质量。在实际工作中，人们采用了焊接性的概念。作为一个分类系统，它对考虑焊接残余应力和焊接变形的影响具有一定的意义。随着科学技术的不断发展和进步，现在有可能将焊接性分解为热、力学、微观结构和其他过程，从而降低各种焊接性现象的复杂性。10，焊接性分析导论，1。与焊接冶金课程中引入的“材料可焊性”概念相比，构件可焊性的含义更广，可包括以下几个方面：“材料的焊接适应性”、“设计的焊接可靠性”和“制造的焊接可

6、行性”。焊接残余应力和焊接变形是焊接性的重要组成部分，它们影响冷热裂纹，影响使用性能，阻碍制造过程。焊接性的定义，11。焊接性分析导论。影响可焊性的因素根据上述分类，影响可焊性的因素可分为以下几类：影响可焊性的因素、与材料有关的因素、与制造有关的因素、与设计有关的因素、基础材料和填充材料的类型(化学)成分和微观结构、形状、尺寸、支撑条件和结构载荷、焊接夹紧、预热和焊后热处理。引言焊接性分析从狭义上讲，焊接性可以理解为焊接接头所需的强度性能，焊接接头的强度受主要影响因素的支配，如化学成分或温度循环，这些因素受焊缝类型或预热温度等的影响。强度行为可以用一些主要的或物理的特征值来描述，这些特征值可能

7、涉及其他次要的或技术的特征值。下图仅影响强度特性。13，介绍焊接性分析，主要影响因素，主要特征值，合金元素含量相，显微组织，晶粒尺寸冷却时间，奥氏体化时间，退火时间和温度板厚度，焊接类型等效应力，三轴电极涂层，水分，次要特征值，碳等效焊接性指数脆性指数裂纹敏感性指数(脆性)转变温度，目标参数，硬度，强度，延展性，冷敏感性，温敏感性，层状撕裂敏感性，回火脆性，松弛脆性，耐腐蚀性，次要影响因素，电极类型，焊接方法，焊接参数，焊接类型， 预热温度、层数、稀释率、烧穿、夹杂物、化学成分相变、显微组织焊接温度循环、焊接后热处理部件在形状负荷条件下的氢含量、影响焊接接头强度的主要因素，14。 焊接性分析导

8、论焊接过程涉及热、力学、金相等多方面知识，将焊接性分解为温度场、应力变形场、微观组织状态场，影响焊接残余应力和焊接变形。温度场、应力场、变形场和微观组织状态场的分解和相互影响。15.可焊性分析导论，“可焊性”是一个复杂的问题。过去，对焊接性的描述大多是定性的语言描述，并且已经开发了一些实验方法，可以用来定量地描述特定的情况或特定的性能参数。然而，从宏观上全面定量描述焊接性是非常复杂和困难的。随着科学技术的发展，特别是计算机和数值模拟技术的进步，焊接性被分解为温度场、应力变形场和微观组织状态场，这对焊接问题的定量分析具有重要意义。对本课程内容和范围的介绍，从前面可以看出，焊接结构的性能和质量涉及

9、三个主要方面，即热场(温度场)、应力和变形场以及微观组织状态场，它们对应的基础理论是热(传热)、力学(流体力学、材料力学、弹塑性力学、断裂力学)和金相(金属)。微观组织状态场问题主要在焊接冶金中解决，应力和变形场以及结构强度问题是本课程的主要内容。热场问题是焊接工艺的重要基础，本课程解决了这个问题，因为没有安排专门的课程来介绍它。因此，本课程的主要思想如下：焊接工艺加热应力变形接头性能和结构特点焊接结构产品(案例分析)，17，第1章焊接热工艺，18，第1章焊接热工艺，其他焊接工艺除了很少的特殊情况如冷压焊接。也就是说，热过程总是伴随着焊接过程，即使在焊接之前和之后，仍然存在热过程的问题，例如焊

10、接之前的预热和焊接之后的冷却和热处理。因此，热处理在决定焊接质量和提高焊接生产率方面起着重要的作用。焊接热过程是一个非常复杂的问题，早在20世纪30年代罗斯切尔和雷卡林就对其进行了系统的研究。到目前为止，已经取得了很大的进展，但是还没有得到令人满意的解决。这个问题的复杂性主要表现在以下几个方面：(19)第1章焊接热过程。焊接热过程的局部性或不均匀性不同于热处理过程。大多数焊接过程都是局部加热的。只有在热源直接作用下的区域被加热，并且有热量输入，而其他区域有热量损失(例如：电弧焊、电阻焊等)。)。加热区域的金属熔化形成焊接熔池，这是产生残余应力的原因。由于焊接热源相对于工件的位置，焊接热源的相对

11、运动不断变化，导致焊接加热过程不稳定。20，第1章焊接热过程，焊接热过程的瞬态(非稳态)。由于热量在金属材料中的快速传播，在焊接中将使用高度集中的热源，这可以在很短的时间内将大量的热量从热源传递到工件，这导致焊接热过程的时变和不稳定特性。例如，在最不利的情况下，构件的初始温度可以达到-40(在哈尔滨冬季，焊接熔池的最高温度可以达到金属汽化的温度(钢的沸点是3000)，而熔池的形成是在短时间内完成的，因此其加热速度往往可以达到1500转/秒以上。第一章是焊接热过程。从以上几点可以看出，焊接热过程是一个非常复杂的问题，给分析和研究工作带来很多困难。但是，如果能了解和掌握焊接热过程的基本规律，随时准

12、确地了解工件的状态和温度，对控制焊接质量、调整焊接工艺参数、消除焊接应力、减少焊接变形和预测接头性能将具有重要意义。迄今为止，世界上许多国家的焊接工作者对焊接热过程做了大量系统的研究工作，但与上述要求仍有差距，主要是因为在解决一些复杂的焊接传热问题时必须提出一些数学假设和推导，而这方面的经典工作是由前苏联的Rekalin完成的。Rykalin的工作对一些相对简单的情况给出了一些解析解，但是结果往往有很大的偏差，有时偏差可以达到100%。随着近年来有限元理论和数值分析技术的发展，一些复杂问题的计算可以进行，使计算模型的建立更接近实际情况，精度明显提高，但仍不完全实用，许多复杂的理论问题还没有很好

13、地解决。因此，焊接热工艺目前仍是国际焊接。第一章是焊接热过程。本章以最常规的熔化极气体保护焊为例，讨论了焊接热源、温度场和流场的基本规律，焊接热过程的计算方法以及焊接热循环的相关问题。目的是为讨论焊接冶金、应力、变形和热影响区奠定基础。24，第1章焊接热过程，第1节基本概念和原理，第2节整体温度场，第3节焊接热循环，第4节熔化区的局部热效应，第25节，第1节基本概念和原理，第1节电弧焊热过程概述首先，让我们分析最典型的焊接过程熔化极气体保护焊，哪些因素会影响热过程。1.发热机构的电弧热：是焊接过程中最重要的热源，它利用气体介质中的放电过程产生热量来熔化焊丝和加热工件；电阻热：当焊接电流流过焊丝

14、和工件时，会产生热量；相变潜热：母材和焊丝熔化时会产生相变潜热；变形热：部件变形时会产生变形热。26.第一节基本概念和原则。1.弧焊加热过程概述2。散热机构的环境散热：高温工件和焊丝向周围介质散热；飞溅散热：除了质量损失，飞溅还伴随着热量损失。27，第1节基本概念和基本原则，1。弧焊热过程概述3。传热方式热传导：工件和焊丝高温区域的热量会传递到低温区域；对流传热：在焊接熔池中，由于不同的温度和电弧的冲击，产生强制对流，工件表面周围的气体介质在流动时带走热量；辐射传热：电弧本身温度很高，会辐射到周围的低温物体并传递热量；热焓传递：(1)高温熔滴从焊丝向母材迁移，在传质的同时传递热量；(2)飞溅物

15、从熔池中分散开来，质量和热量同时传递。28，第1节基本概念和原理，从以上分析可以看出，要分析焊接热过程，我们必须处理好几个问题：热源：即热源；其产热机理、性质、分布和效率等。传热方式：涉及传导、对流、辐射等传质问题。流体流动(熔池、环境气体、飞溅)相变问题；潜热、热物理参数变化位移问题；热源与工件的相对位置变化、工件变形等。机械问题；电弧力、重力、等离子流力、热应力、结合力、相变应力等。综上所述，可以看出焊接热过程是一个非常复杂的问题，涉及多学科知识。因此，在解决这个问题时，应该综合运用各方面的知识。29，第1节基本概念和原则二。焊接热源一般来说，只有外界提供相应的能量，才能实现基本的焊接过程

16、，也就是说，能量的存在是实现焊接的基本条件。迄今为止，实现金属焊接所需的能量包括电能、机械能、光辐射能和化学能。，30，第1节基本概念和原理-焊接热源，1。焊接热源的类型和特点(1)电弧焊时，在阳极和阴极点之间的气柱(电弧柱、热等离子体)放电过程中产生热量。焊接过程采用直接电弧，阳极点和阴极点直接加热母材和焊丝(或电极材料)。电弧柱产生的辐射和对流(气流效应)传热以及电极点产生的辐射传热也起辅助作用。在等离子弧焊接中，使用间接电弧，即电弧间接加热工件。直接电弧：主要功能：阴极和阳极点直接加热母材和焊丝；辅助效应：电弧柱产生的辐射和对流，电极点产生的辐射等。间接电弧：加热主要依靠辐射和对流。31，第1节基本概念和原理-焊接热源，1。焊接热源的类型和特点(2)在采用气体火焰焊接的气体焊接过程中，乙炔C2H2在纯氧O2中部分燃烧，在火焰中心周围的还原区形成一氧化碳一氧化碳和氢气H2，然后在外火焰区与空气中的氧气反应，完全燃烧，形成二氧化碳CO2和水H2O蒸气。火焰流高速冲击焊接区域的表面，并通过对流和辐射加热工件。32，第1节基本概念和原理-焊接热源，1。焊接热源的类型和特点(3)电阻焊接热源包括电阻点焊(如凸焊、缝焊、点焊等)。)、电阻对焊(压力对焊、闪光对焊)和电渣焊。在电阻点焊和电阻对焊中，焊接部件之间(以及焊接部件和电极表面之间)接触区域的接触电阻最