焊接結構與工裝

1、第一章結論1、焊接與鉀接、鑄造相比的優(yōu)點.答：與鉀接相比：省料;省工；設備投資低；高密封性。與鑄造相比:生產周期短；省料；廠房投資低；材質好。2、焊接結構的缺點.答:有應力和變形；應力集中大，對應力集中敏感；組織和力學性能不均勻；整體性強（密封性、剛性強；止裂性差，易脆斷）.第三章焊接應力與變形1、溫度應力、殘余應力、自由變形、外觀變形、內部變形概念。答：溫度應力:物體局部加熱時，溫度變化的部位會產生變形，如果這種變形受到物體其它部位的約束，就會在物體內部產生應力，稱為溫度應力.殘余應力：若溫度應力達到材料的屈服極限，使物體局部區(qū)域產生塑性變形，當溫度恢復到原始的均勻狀態(tài)后，就產生新的內應力。

2、這種內應力是物體溫度均勻后殘余在物體中的，故稱為殘余應力。自由變形:當金屬物體的溫度發(fā)生變化或發(fā)生相變時，它的形狀和尺寸就要發(fā)生變化.如果這種變化沒有受到外界的任何阻礙而自由進行，這種變形就稱之為自由變形。外觀變形：當物體的伸長受阻礙，使不能完全自由變形時，則將表現出來的部分變形稱為外觀變形。內部變形：未表現出來的那部分變形，稱之為內部變形。2、長板條中心、邊緣加熱時的應力和變形情況，冷卻時殘余應力和變形情況。答：中心部位：加熱過程中，板條中心部分的應變?yōu)樨撝?，即為壓應變，在這一區(qū)域將產生壓應力；板條兩側的應變?yōu)檎?，即為拉應變，在這一區(qū)域產生拉應力。如果加熱時截面上的最大應力小于材料的屈服極

3、限時,取消加熱使板條恢復到初始溫度，則板條會恢復到初始長度，應力和應變全都消失。如果加熱溫度較高，使中心部位產生較大的內部變形并導致其變形率大于金屬屈服時的變形率，則在中心部位會產生塑性變形。此時停止加熱使板條恢復到初始溫度，并允許板條自由收縮，則最終板條長度將縮短，其縮短量為殘余變形量，并且在板條中形成一個中心受拉，兩側受壓的殘余應力分布。邊緣部位：當加熱溫度較低,在板條的任何區(qū)域內均不發(fā)生塑性變形。在這種情況下，內部變形小于金屬屈服強度的變形率（。，則溫度恢復后，板條中既不存在殘余應力，也不存在殘余變形.當加熱溫度較高（），使板條在靠近高溫一側的局部范圍內產生塑性變形;當加熱溫度很高時（低

4、碳鋼），造成板邊一段內的，即變形抗力為零。此時，在這一段內，由于溫度很高，使變形抗力為零，在此區(qū)域內發(fā)生完全塑性變形，而應力.向中心靠近，依次為塑性變形區(qū)和彈性變形區(qū)。注：焊接時發(fā)生應力和變形的原因是焊件受到不均勻加熱，并且，因加熱所引起的熱變形和組織變形受到焊件本身剛度的約束;對于近縫區(qū)的焊接熱應變循環(huán)來說，基本上遵循兩條規(guī)律：其一是金屬在加熱時受壓縮，在冷卻時受拉伸，屈服后出現塑性變形：其二是相變（奧氏體轉變）開始和結束后出現應力和應變方向的逆轉。3、殘余應力對靜載強度、剛度、機加工精度、疲勞強度等的影響。答:對靜載強度的影響：對沒有嚴重應力集中的焊接結構，只要材料具有一定的塑性變形能力，

5、殘余應力不影響結構的靜載強度.反之，如材料處于脆性狀態(tài)，則拉伸殘余應力和外載應力會加有可能使局部區(qū)域的應力首先達到斷裂強度，導致結構早期破壞。對剛度的影響：當外載產生的應力與結構中某區(qū)域的殘余應力疊加之和達到屈服點時，這一區(qū)域的材料就會產生局部塑性變形，喪失了進一步承受外載的能力，造成了結構的有效截而積減小，結構的剛度也隨之降低。對機加工精度的影響：機械加工把一部分材料從構件上去除，使截而積相應改變，并釋放一部分殘余應力，從而破壞了原來構件中內應力的平衡。內應力的重新分布引起構件變形，并影響加工精度。對疲勞強度的影響：殘余應力的存在使變載荷的應力循環(huán)發(fā)生偏移。這種偏移只改變其平均值，不改變其幅

6、值。結構的疲勞強度與應力循環(huán)的特征有關，當應力循環(huán)的平均值增加時，K極限幅值就降低，反之則提高。因此，如應力集中處存在著拉伸殘余應力，疲勞強度將降低。對桿件受壓穩(wěn)定性的影響：當外載引起的壓應力與殘余應力中的壓應力疊加之和達到屈服點時，這一部分截面就喪失了進一步承受外載的能力，這就消弱了構件的有效截而積，并改變了有效截面積的分布，降低了受壓桿件的穩(wěn)定性。對應力腐蝕開裂影響：應力腐蝕開裂所需時間與殘余應力大小有關，拉伸殘余應力越大，應力腐蝕開裂時間越短。4、殘余變形的分類及其產生的原因.答：縱向收縮變形，原因：不均勻加熱，產生壓縮塑性變形。橫向收縮變形，原因：不均勻加熱，產生壓縮塑性變形。撓曲變形

7、，原因：焊縫關于中性軸不對稱，在縱向或橫向的作用下引起。角變形，原因：橫向收縮沿厚度分布不均勻.波浪變形，原因：薄板在壓應力作用下發(fā)生失穩(wěn)（類似于鍛粗）。錯邊變形，原因：鋼板伸長量不一致。（熱輸入不一致或線膨脹系數不一致）螺旋形變形，表現為構件在焊后出現扭曲。5、預防焊接變形的措施。答：設計措施：合理選擇焊縫尺寸（?。┖托问?；減少不必要的焊縫（少）：合理安排焊縫位置（對稱）。工藝措施：反變形法（角變形）；剛性固定法（給焊縫增加了附加應力，消除波浪變形，減小角變形）：合理選擇焊接方法和焊接規(guī)范（即焊接工藝參數）；選擇合理的裝配焊接次序.6、焊后較正焊接變形措施.答:機械矯正法（冷矯正）:火焰加熱

8、矯正法（熱矯正）。7、焊接過程中調節(jié)內應力的措施。答:采用合理的焊接順序和方向（先焊受力大的焊縫，使之最終受壓應力作用。拼板時，先焊短縫，再焊直通長縫）：適當采用反變形法：隨焊錘擊或碾壓焊縫：在結構適當部位加熱使之伸長。8、焊后消除殘余應力的方法.答：整體高溫回火：局部高溫回火；機械拉伸法（過載法，消耗材料塑性）；溫差拉伸法：振動法。9、測定殘余應力的方法.答：破壞性測量，即應力釋放法（），常用的有切條法、套孔法、小孔法、逐層銃削法、壓痕法.非破壞性測量,常用有X射線衍射法、中子衍射法.相似關系，用于尺寸很大構件.第四章1、焊接接頭的組成及HAZ的組成。答：焊接接頭一般可分為焊縫金屬、熔合區(qū)（

9、熔合線）、熱影響區(qū)和母材四個部分.低碳鋼熱影響區(qū)：過熱粗晶區(qū)；細晶區(qū)（完全正火區(qū)）；不完全正火區(qū)（混合區(qū)）.易淬火鋼熱影響區(qū)：過熱粗晶區(qū)；細晶區(qū)（完全相變區(qū)，淬火區(qū)）：不完全相變區(qū)（混合區(qū)）。2、焊縫的基本形式，接頭的基本形式及角焊縫的分類.答：焊縫的兩種基本形式：對接焊縫、角焊縫.焊接接頭的四種基本形式：對接接頭、搭接接頭、丁字接頭、角接頭。角焊縫分類：正而角焊縫（焊縫與載荷相垂直）；側面角焊縫（焊縫與載荷相平行），斜向角焊縫（焊縫與載荷傾斜3、焊接接頭應力集中的概念。答：指接頭局部區(qū)域的最大應力值比平均應力值高的現象。4、接頭產生應力集中的原因。答：焊健中存在工藝缺陷；焊縫外形不合理；焊接

10、接頭設計不合理。注:接頭在塑性變形的過程中能發(fā)生應力均勻化，只要接頭材料具有足夠的延性,應力集中對靜載強度就沒有影響。5、點焊接頭的設計要點.答:點焊接頭的主要尺寸，包括焊點直徑、焊點數目等；合理布置焊點的位置；合理設計點焊結構，使電極能方便到達焊接位置.6、各種弧焊接頭的應力集中特點。答：對接接頭:對接接頭有余高，且余高造成了構件表面不平滑，則在焊縫與母材金屬的過渡處引應力集中。（,）1表示有應力集中）的大小主要與余高h（正相關）和焊縫向母材過渡的半徑r（反相關）有關：T形（十字）接頭:T形（十字）接頭焊縫向母材過渡較急劇，接頭在外力作用下力線扭曲很大,造成工作應力分布極不均勻，在角焊縫的根

11、部和過渡處，易產生很大的應力集中。與和K有關；搭接接頭:a、正面角焊縫:在角焊縫的焊根和焊趾都有較大的應力集中，其數值與多因素有關。b、側面角焊縫：應力集中比較嚴重，側面角焊縫的最大應力是在兩端，中部應力最小，且焊縫較短時,應力分布較為均勻：c、聯合角焊縫：分布復雜，但在設計搭接接頭時，如增添正面角焊縫，不但可以改善應力分布，還可以縮短搭接長度。蓋板接頭：靠近側面角焊縫的部位應力最大，遠離焊縫并在構件的軸線位置上應力最??；斜向角焊縫:角焊縫的強度與載荷方向有關，當焊腳尺寸一定時，斜向角焊縫的單位長度強度隨焊縫的方向與載荷方向的夾角而變，越大其強度越小。7、斜焊聯合結構和鉀焊聯合接頭。答：鉀焊聯

12、合結構：指既有焊接接頭又有抑接接頭的結構，是一種優(yōu)質結構。鐘焊聯合接頭：指在同一個接頭上既有硼釘又有焊縫的連接形式，是一種不合理的接頭形式。8、工作焊縫和聯系焊縫概念。答：工作焊縫：焊縫與被連接的元件是串聯的，它承擔著傳遞全部載荷的作用，即焊縫一旦斷裂，結構就立即失效，其應力稱為工作應力.聯系焊縫:焊縫與被連接的元件是并聯的，它僅傳遞很小的載荷，主要起元件之間相互聯系的作用，即焊縫一旦斷裂，結構不會立即失效，其應力稱為聯系應力。9、焊縫符號表示方法。r注：答：基準線（實線）4基準線（虛姓）W卜_港上、下都一樣：符號在實線在，表示焊縫在該處；符U仕也出I衣人焊縫在對側處。第五章1、塑性斷裂和脆性

13、斷裂的概念及塑性斷口和脆性斷口的宏觀和微觀特征。答：塑性斷裂（延性斷裂）：斷裂前有較大塑性變形的斷裂。脆性斷裂:斷裂前沒有或只有少量塑性變形的斷裂，斷裂突然發(fā)生并快速發(fā)展。延性斷裂斷口宏觀特征一般呈纖維狀，色澤灰暗，邊緣有剪切唇，斷口附近有宏觀的塑性變形。微觀特征形態(tài)是韌窩（韌窩的實質是材料微區(qū)塑性變形形成空洞聚集和長大，導致材料斷裂所留下的圓形或橢圓形凹坑）。脆性斷裂分為解理斷裂（晶內）和晶界斷裂（晶界）。解理斷裂的宏觀特征為斷口平整，沒有可以覺察到的塑性變形。斷口有發(fā)光顆粒,呈金屬光澤，常呈現放射狀撕裂棱形，即所謂的人字紋花樣。微觀特征形態(tài)常出現河流花樣、舌狀花樣、扇形花樣等。晶界斷裂宏觀

14、特征呈現顆粒狀或粗瓷狀，色澤較灰暗（但比韌性斷口要光亮）.斷口一般與主應力垂直，表面平齊，邊緣有剪切唇.微觀形態(tài)特征是明顯的多面體，沒有明顯塑性變形，呈現不同程度的晶粒多而體，外形如巖石狀花樣或冰糖塊狀花樣。2、影響金屬脆斷的因素.答:應力狀態(tài)：溫度（轉變溫度）：加載速度;材料狀態(tài).3、重要結論塑性變形是阻止裂紋擴展的主要因素。4、材料斷裂的評定方法.答：轉變溫度方法（沖擊韌性試驗，爆炸膨脹試驗和落錘試驗）；斷裂力學方法（斷裂韌性試驗）。5、焊接結構的兩種設計原則.答:防止裂紋引發(fā)原則：止裂原則。6、預防焊接結構脆斷的措施。（考點）答：正確選用材料.一般說來，應使所選用的鋼材和焊接用填充金屬保

15、證在使用溫度下具有合格的缺韌性。a、在結構工作條件下，焊縫、熱影響區(qū)、熔合線的最脆部位應有足夠的抗開裂性能，母材應具有一定的止裂性能（根據接頭各部分的要求選用材料）：b、隨著鋼材強度提高,斷裂韌度和工藝性一般都有所下降，因此，不宜采用比實際需要強度更高的材料（不盲目選用高強度材料）。采用合理的焊接結構設計。a、盡量減少結構或焊接接頭部位的應力集中：b、盡量減小結構剛度，降低應力集中和附加應力的影響：c、不采用過厚的截而；d、重視附件或不受力焊縫的設計;e、減小和消除焊接殘余拉伸應力的不利影響。第六章1、疲勞斷裂和脆性斷裂的異同。答：相同點:二者斷裂前都無明顯的塑性變形。不同點:疲勞需要多次加載

16、，脆性斷裂一般不需多次加載；疲勞裂紋的擴展是緩慢的，有時需要長達數年的時間，而結構脆斷是瞬時完成的；溫度對脆性斷裂的影響特別大，隨著溫度的降低，脆性斷裂的危險性迅速增加，但疲勞強度卻不是這樣；疲勞斷裂和脆性斷裂斷口特征不同.2、疲勞斷口的宏觀和微觀特征。答:宏觀特征為從斷裂開始點向四周射出類似貝殼紋的疲勞裂紋。微觀形貌的基本特征是具有一定間距的、垂直于主裂紋擴展方向的、相互平行的條狀花樣，即疲勞條帶。3、疲勞曲線，疲勞強度，疲勞極限，疲勞圖概念及疲勞載荷的表示方法。答：疲勞曲線：當一定時，疲勞強度(應力幅)與循環(huán)次數之間的關系；疲勞強度:烏勒疲勞曲線上對應于某一循環(huán)次數N的破壞應力，稱為該循環(huán)

17、次數下的疲勞強度；疲勞極限：烏勒疲勞曲線上，當應力幅低于某值時，應力循環(huán)無數次也不會發(fā)生疲勞破壞，此時的應力幅稱為材料的疲勞極限，即曲線水平部分所對應的應力幅值：疲勞圖：表示一定循環(huán)次數N下，疲勞強度與r之間的關系。Omax：應力循環(huán)內的最大應力；omin：應力循環(huán)內的最小應力：Om=(omax+bmin)/2：平均應力；aa=(amax-Qmin)/2：應力幅值；r=omin/cmax：應力循環(huán)特征系數，r的變化范惘是一8+11、對稱交變載荷應力波形如怪I,由圖可見：這種變動載荷的。min=-omax,應力循環(huán)特征系數r=l,平均應力Om=0,應力幅值Oa=Omax.2、脈動載荷應力波形如圖

18、，由圖可見：5nin=0,r=。,平均應力。m與應力幅值相等，都等于Omax/2,am=aa=Omax/2。3、拉伸變載荷omaxxomin均為拉應力，但大小不等，OVrVl。4、當r=l時，為靜載荷。4、提高焊接接頭疲勞強度的措施。答：降低應力集中;a、采用合理的結構形式，減少應力集中；b、盡量采用應力集中系數小的焊接接頭形式，如化工作焊縫為聯系焊縫，化角焊縫為對接焊縫；c、開緩和槽來提高疲勞強度：d、用表面機械加工方法，降低構件中的應力集中程度。調整殘余應力場;a整體退火或超載預拉伸法：b、在局部加熱、輾壓等方法處理。改善材料的表而性能；用小輪擠壓和用錘輕打焊縫表而及過渡區(qū)，或用小鋼刃噴射

19、焊縫區(qū)。特殊保護措施。采用缺口表而涂敷，不僅具有防腐蝕作用，也降低了缺口應力，提高疲勞強度.5、影響接頭疲勞強度的因素.答:應力集中的影響：近縫區(qū)金屬性能變化的影響：殘余應力的影響;焊接缺陷的影響。6、薄壁和厚壁容器焊接結構易出現的主要問題，如何防止。答:薄壁容器主要問題:變形。防止措施：厚壁容器主要問題：脆化。防止措施：藍皮書1、什么是夾具.答：夾具就是定位器、夾緊器、推拉裝置的電2、生產過程、工藝過程、工序、安裝、工位、工步概念。(考點)答：生產過程：在任何工廠或車間里.通過人們的勞動，使原材料或半成品的形狀和重量不斷地按照人們的意圖發(fā)生改變的過程，稱為生產過程。工藝過程:工藝過程是逐步改變工件狀況的那一部分的生產過程。工序：一個工人或一組工人在一個工作地點，用一種設備加