焊接結構學-緒論

焊接結構學孟凡玲2009.8.26緒論焊接焊接結構焊接結構的優(yōu)點和缺點焊接技術在工業(yè)部門中應用的歷史并不長，但其發(fā)展卻非常迅速。短短的幾十年中，焊接已在許多工業(yè)部門的金屬結構中，如建筑鋼結構，船體，鐵道車輛、壓力容器等幾乎全部取代了鉚接。此外，在機械制造業(yè)中，以往由整鑄整鍛方法生產(chǎn)的大型毛坯改成了焊接結構，目前，世界主要工業(yè)國家生產(chǎn)的焊接結構占到鋼產(chǎn)量的45%。緒論縫紉===焊接廚師==材料學家裁縫==焊接工作者什么是焊接？？鉚接接頭焊接結構鉚接結構什么是焊接結構？？《世界焊接發(fā)展史話》公元前3000多年埃及出現(xiàn)了鍛焊技術。公元前2000多年中國的殷朝采用鑄焊制造兵器。公元前200年前，中國已經(jīng)掌握了青銅的釬焊及鐵器的鍛焊工藝?！短旃ら_物》：“凡鐵性逐節(jié)粘合，涂以黃泥于接口之上，入火揮槌，泥滓成枵(xiao)而去，取其神氣為媒合，膠合之后，非灼紅斧永不可斷也?！泵绹~約州曼哈頓第五大道350號人體組織焊接術的原理是通過熱能的作用促使蛋白質(zhì)分子發(fā)生凝變。手術時使用兩極焊接鉗，用高頻低壓電流破壞細胞膜，使其分解出凝結液體，然后對傷口處的組織進行壓合，從而完成“焊接”過程。一般經(jīng)過一個月左右，人體組織的形態(tài)結構就會完全恢復如初，手術處幾乎難以發(fā)現(xiàn)。2008年國家體育場“鳥巢”，外形結構主要由巨大的門式鋼架組成，共有24根桁架柱，為全焊接結構。國家體育場建筑頂面呈鞍形，長軸為332.3米，短軸為296.4米，最高點高度為68.5米，最低點高度為42.8米。結構用鋼總量約53000t，涉及6個鋼種，消耗焊材2100t以上。焊縫總長度超過了31萬m，現(xiàn)場焊縫超過了1.2萬m，現(xiàn)場焊縫超過6.2萬m，仰焊1.2萬m。優(yōu)點：焊接接頭強度高（于母材等強度）焊接結構設計靈活性大（幾何形狀、壁厚、外形尺寸、使用型材）焊接接頭密封性好（高溫高壓容器）焊前準備工作簡單（數(shù)控精密氣割技術）易于結構的變更和改型（大型、小批量）焊接結構的產(chǎn)品率高（可修復）缺點：存在較大的焊接應力和變形（焊接熱過程）對應力集中敏感（整體性，剛度大）焊接接頭性能不均勻（焊接熱過程）焊接結構的優(yōu)點和缺點緒論–焊接結構的特點

與鉚接、螺栓連接的結構相比較，或者與鑄造鍛造的結構相比較，焊接結構有下列特點（優(yōu)點）：1、焊接接頭強度高鉚接、螺栓連接的結構，要在母材上鉆孔，削弱了工作截面，強度下降約20%

焊接；接頭強度可達到與母材等強度甚至高于母材強度。緒論–焊接結構的特點

2、焊接結構設計靈活性大，主要表現(xiàn)在：①焊接結構的幾何形狀不受限制：如鉚、鑄、鍛等方法無法制造空心結構，焊接則可以；②結構的壁厚不受限制：兩被連接構件的壁厚可以相差很大，薄厚均可；③結構的外形尺寸不受限制：對大型結構可分段制成部件，現(xiàn)場組焊、鍛、鑄、工藝則不允許；④可利用標準或非標準型材組焊接成所需要結構，段結構重量減輕。焊縫減少；⑤可與其它工藝方法聯(lián)合使用：鑄—焊鍛—焊栓——焊沖壓—焊接等聯(lián)合的金屬結構；⑥可實現(xiàn)異種材料的連接：同一結構的不同部位可按需要配置不同性能的材料，做到物盡其用。緒論–焊接結構的特點3、焊接接頭密封性好氣密性，水密性均優(yōu)于其它方法，特別是在高溫，高壓容器上，只有焊接接頭才是最理想的連接形式。4、焊前準備工作簡單由于近年來數(shù)控精密氣割設備的發(fā)展，對于各種厚度或形式狀復雜的待焊接，不必預劃線就能直接從板料上切割出來，一般不用再機械加工就可投入裝配焊接。緒論–焊接結構的特點5、易于結構的變更和改型鑄造—鑄型（木型）鍛造—開模具周期長、成本高焊接、則快速、簡便、投資少6、適用于制作大型或重型、結構簡單而且是單件小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品結構結構大簡單批量小焊接占優(yōu)勢結構小復雜批量大鑄鍛占優(yōu)勢7、成品率高一旦出現(xiàn)缺陷，可以修復、很少產(chǎn)生廢品。緒論–焊接結構的特點焊接結構所存在的問題（缺點）：1、存在較大的焊接應力和變形焊接（局部加熱）—內(nèi)應力—變形—工藝缺欠—承載能力（剛度、強度、穩(wěn)定性）下降—尺寸精度，尺寸穩(wěn)定性下降—校形—增加工作量—增加成本緒論–焊接結構的特點焊接結構所存在的問題（缺點）：2、對應力集中敏感焊接結構具有整體性，其剛度大，焊縫的布置、數(shù)量和次序等都會影響到應力分布，對應力集中敏感，而應力集中是疲勞，脆斷等破壞的起源，因此在焊接結構設計時要妥善處理。緒論–焊接結構的特點焊接結構所存在的問題（缺點）：3、焊接接頭的性能不均勻焊接金屬是由母材料和填充金屬在焊接熱作用下熔合而成的鑄造組織，靠近焊接金屬的母材（近縫區(qū)）受焊接熱的影響，組織和性能發(fā)生變化（謂之熱影響區(qū)），因此，焊接接頭在成分，組織和性能上都是一個不均勻體，其不均勻程度遠遠超過了鑄、鍛件，這種不均勻性對結構的力學行為，特別是斷裂行為有重要影響。焊接結構學–緒論二、焊接性分析焊接作為一種制造技術或生產(chǎn)手段，其目的是要獲得具有優(yōu)異的連接質(zhì)量和優(yōu)秀的使用性能的產(chǎn)品（或構件）。但是由于焊接過程的復雜性和眾多的影響因素、非線性問題，瞬時作用以及溫度的相關性效應等等，使得要正確描述在各種情況下產(chǎn)生的焊接變形和焊接殘余應力，準確把握產(chǎn)品質(zhì)量變得非常困難。在實際工作中，人們采用焊接性的概念。作為一個分類系統(tǒng)，它在考慮焊接殘余應力和焊接變形的影響方面有一定的意義。隨著科學技術的不斷發(fā)展和進步，現(xiàn)在已經(jīng)有可能將焊接性分解為熱學、力學，顯微結構等過程，從而降低了焊接性各種現(xiàn)象的復雜性。

緒論–焊接性分析1、構件焊接性與焊接冶金課程中介紹的，“材料焊接性”的概念相比，構件焊接性含義更廣泛，它可以包含以下幾方面內(nèi)容：“材料的焊接適應性”、“設計的焊接可靠性”和“制造的焊接可行性”。焊接殘余應力和焊接變形是焊接性的多要組成部分，它影響到冷、熱裂紋、影響使用性能并妨礙制造過程。

焊接性的定義緒論–焊接性分析2、影響焊接性的因素根據(jù)上述分類，可將影響焊接的因素按下面的方式分類：影響焊接性的因素與材料有關的因素與制造有關的因素與設計有關的因素母材和填充材料的類型(化學)成分和顯微組織結構的形狀、尺寸、支撐條件和負載，焊縫類型，厚度和配置焊接方法、焊速，焊接操作，坡口形狀，焊接順序，多層焊，定位焊。夾緊、預熱和焊后熱處理。緒論–焊接性分析從狹義上來說，焊接性可理解為所需求的強度性能、焊接接頭的強度受到化學分成或溫度循環(huán)等主要影響因素的支配，而這些因素又受到如焊縫類型，或預熱溫度等的影響，強度行為可用一些主要的或物理特征值來描述，而這些特征值又可能涉及另一些次要的或工藝的特征值，下圖為一張僅限于影響強度性能的不完全的可變因素圖，由此，可看出“焊接性”的復雜性。

緒論–焊接性分析主要影響因素主要特征值合金元素含量相、顯微組織、晶粒尺寸冷卻時間、奧氏體化時間退火時間和溫度板厚、焊縫類型等效應力、三軸度焊條藥皮、水分次要特征值碳當量焊接性指數(shù)脆性指數(shù)裂紋敏感性指數(shù)（脆性）轉(zhuǎn)變溫度目標參數(shù)硬度強度延展性冷列敏感性熱烈敏感性層狀撕裂敏感性回火脆性松弛脆性耐腐蝕性次要影響因素焊條類型焊接方法焊接參數(shù)焊縫類型預熱溫度層數(shù)稀釋率燒穿，夾雜物化學成分相變、顯微組織焊接溫度循環(huán)焊后熱處理構件形狀負載條件氫含量影響焊接接頭強度的主要因素緒論–焊接性分析焊接過程涉及到熱學、力學、金相學等多方面知識，將焊接性分解成溫度場、應力和變形場、顯微組織狀態(tài)場，這對焊接殘余應力和焊接變形的數(shù)值分析處理很有價值。溫度場、應力與變形場及顯微組織狀態(tài)場的分解和相互影響緒論–焊接性分析“焊接性”是一個復雜的問題，以往對焊接性的描述多數(shù)為定性的語言描述，已經(jīng)發(fā)展了一些實驗方法，可以針對某一具體情況或特定的性能參數(shù)來定量描述，但全面，宏觀上對焊接性進行定量描述卻十分復雜，也十分困難。隨著科學技術的發(fā)展，特別是計算機和數(shù)值模擬技術的進步，將焊接性分解成溫度場，應力和變形場和顯微組織狀態(tài)場、這對于定量分析焊接問題具有重要意義。顯微組織轉(zhuǎn)變的影響緒論–本課程的內(nèi)容和范圍從前述內(nèi)容可以看出，焊接結構的性能和質(zhì)量問題涉及到三個主要方面，即熱場（溫度場），應力和變形場以及顯微組織狀態(tài)場，其對應的基本理論分別為熱學（傳熱學、）、力學