過程裝備焊接結(jié)構課件

Chapter1緒論

BriefIntroduction本章重點內(nèi)容：

1.焊接基本概念及與其它連接方式的比較；2.焊接的發(fā)展史及趨勢；3.焊接的種類、焊接設備。本章難點：焊接基本概念。焊接所用的裝備自動焊機數(shù)控切割機刨邊機矯正機焊接輔機變位架滾輪架自動焊機數(shù)控切割機刨邊機矯正機焊接輔機變位架滾輪架1.1

焊接定義：兩種或以上材料通過加壓或加溫或加壓加溫，可以加填充材料或不用，實現(xiàn)分子或原子的融合的永久連接。1.2焊接技術(weldingtechnique)自二十世紀興起以來，發(fā)展十分迅速，現(xiàn)已廣泛地應用與機械製造，石油，化工交通，電力，航空航太，造船，海洋工程，原子能等許多工業(yè)部門，在化工容器與設備的製造中，焊接結(jié)構所占比例可達90%以上，在整個工業(yè)中占45%。焊接基本概念1.3焊接技術的優(yōu)點1.3.1結(jié)構可靠，接頭連接係數(shù)高；接頭連接係數(shù)=，優(yōu)質(zhì)焊接接頭可達100%，而鉚接達到70%已很困難。1.3.2與鉚接和鑄件相比，結(jié)構簡單（可節(jié)省材料，模具，不用鉚釘孔，也不用輔料）1.3.3連接厚度大，焊接最大可達300mm，而鉚接最大可達50mm1.3.4密封性好，焊接結(jié)構對各種流體介質(zhì)都有良好的密封性1.3.5可焊接不同的材料，充分發(fā)揮各種材料的耐腐蝕性和高強度等優(yōu)點1.3.6設計靈活簡單，焊接結(jié)構可通過對接，角接，搭接等多種方法設計成任何結(jié)構1.3.7製造工藝簡單，生產(chǎn)週期短，成本低，（200，000t的焊接船，三個月可下水）焊接的缺點

1.4.1焊接變形和焊接殘餘應力，多數(shù)焊接方法採用局部加熱，從而產(chǎn)生一個不均勻的溫度場，在一定的條件下會影響結(jié)構的承載能力，加工精度和尺寸的穩(wěn)定性。1.4.2焊接接頭的性能不均勻性，由於填充金屬和基體金屬的成分組織不同，這種不均勻性對結(jié)構的力學行為，尤其對斷裂行為的影響。1.4.3止裂性差，裂紋一旦擴展就不容易制止。1.4.4焊接缺陷——氣孔、裂紋、夾渣。

焊接的發(fā)展史及趨勢

西元前3000年：低溫釺焊（銅金合金，鉛錫合金）1850年：高、低溫的釺焊，鍛接（能源=木炭+煤）19世紀後期：（能源=電）1880-1890：碳弧焊、金屬電弧焊、氧-乙炔焊、電阻焊1921年：建成第一艘全焊遠洋輪船1930年：焊飛機、埋弧焊（二戰(zhàn)，全焊船，焊接經(jīng)驗少，斷裂性難以控制）

焊接

的分類

Chapter2焊接接頭與焊接規(guī)範

Weldingjointandweldingparameter

本章重點：1.焊接溫度場

2.焊接規(guī)範的選擇

3.焊接規(guī)範對焊縫形狀的影響

4.焊接接頭形式及焊縫代號本章難點：1.焊接溫度場的影響及分佈

2.焊接規(guī)範選擇及對焊縫形狀的影響

[序]

一、焊接過程（weldingprocess）：從焊接開始到形成優(yōu)良的接頭的過程二、焊接工藝（weldingtechnology）：焊接過程的一整套的技術規(guī)定包括（焊前準備、焊接材料、焊接設備、焊接方法、焊接順序、焊接的最佳選擇、焊後熱處理）三、焊接接頭（weldingjoint）四、接頭設計（jointdesign）:

根據(jù)工藝條件確定的接頭

形式2.1焊接溫度場

（weldingtemperaturefield）

溫度場定義：某一瞬時工件上各點的溫度T分佈稱為溫度場

T—工件上某點某一瞬時的溫度

x,y,z—工件上某點的空間座標

t—時間研究溫度場的方法1.特點：各線面不相交，存在溫度差（梯度）

2.溫度梯度（單位長度上的溫度變化）溫度場的分類2.2規(guī)範的選擇2.2.1電弧對金屬的加熱實際焊接熱功率稱為有效功率，用qu表示

--電弧熱效率，主要決定於，焊接方法，焊接規(guī)範，焊接材料的種類

焊接方法手工電弧焊[厚藥皮]0.5-0.65埋弧自動焊0.77-0.99鎢極氬弧焊[交流]0.68-0.65鎢極氬弧焊[交流]0.78-0.85熔化極氬弧焊[焊鋼]0.65-0.69熔化極氬弧焊[焊鋁]0.70-0.85電弧焊時的熱量分配焊接規(guī)範的選擇

焊接規(guī)範的定義：焊接時，焊接電流I（weldingcurrent）電弧電壓U(arcvoltange)，焊接速度VH(weldingspeed),進條速度VT的數(shù)值的大小焊接線能量(energyinput)是焊接規(guī)範的一個綜合指標，它表示單位長度焊縫上投入的有效熱量用qL表示qL=[J/cm]VH=[cm/s]L—焊縫長度t—焊接時間焊接規(guī)範的重要性規(guī)范溫度場成型焊縫質(zhì)量手工電弧焊焊接規(guī)範的選擇

電弧電壓一般為20~25V，由於高溫會導致藥皮的脫落，所以溫度應控制在400oC，電流不能太大，根據(jù)經(jīng)驗公式:I—焊接電流

k—係數(shù)[一般k=30-60]d—焊絲直徑埋弧自動焊接規(guī)範的選擇

1.電流的選擇：一種是根據(jù)焊縫熔深選擇，

另一種是根據(jù)焊條直徑選擇2.進條速度VT的選擇：要保證電弧不斷的穩(wěn)定的燃燒，必須使進條速度等於溶化速度單位時間溶化的焊條的重量[g/h]單位時間送進的焊條的重量[g/h]埋弧自動焊接規(guī)範的選擇2--焊條截面積

--焊條比重

Conclusion:

3.焊接速度VH的選擇：

Conclusion:4.電弧電壓的選擇：一般為20~40V2.3焊縫形狀特徵焊縫形狀特徵形狀係數(shù)

基體金屬比填充係數(shù)

[注]：焊縫成形(appearanceofweld)---熔焊時，液態(tài)焊縫金屬冷凝形成的焊縫外形焊接電流對焊縫形狀的影響

對熔深影響最大（正比），熔寬和增高量影響不大

電弧電壓對焊縫形狀的影響

對熔寬影響最大（正比），熔深和增高量有所下降

焊接速度對焊縫形狀的影響

隨著焊接速度的增加，焊接線能量減小，熔寬明顯變窄，增高量有所增加，熔深逐漸減小。焊絲直徑對焊縫形狀的影響

焊絲直徑增加，電弧擺動作用加強，熔寬增加，當焊接電流不變，隨著焊絲直徑的減小，電流密度有所增加，熔深也相應增加。2.4焊接接頭型式及焊縫代號（weldingsymbols）1.焊接接頭的基本型式，對接焊接邊緣分為：卷邊，平對，V型，X型，K型，U型等坡口，目的是為了確保接頭的品質(zhì)及其經(jīng)濟性，坡口尺寸按照GB985-88和GB986-882.焊縫代號及標注方法：按照GB324-88規(guī)定常用焊接方法的代號

焊接方法字母代號焊接方法字母代號手工電弧焊S冷壓焊L氬弧焊A埋弧自動焊Z氣焊Q埋弧半自動焊B電渣焊DCO2保護焊C基本

代號

輔助

符號

補充

符號

補充

符號應用實例尺寸

符號

指引線

埋弧自動焊手工電弧焊氬弧焊焊接

的接

頭形

式及

尺寸

的國

家標

準

1焊接

的接

頭形

式及

尺寸

的國

家標

準2焊接

的接

頭形

式及

尺寸

的國

家標

準

3焊接

的接

頭形

式及

尺寸

的國

家標

準

4焊接

的接

頭形

式及

尺寸

的國

家標

準

5焊接

的接

頭形

式及

尺寸

的國

家標

準

6焊接

的接

頭形

式及

尺寸

的國

家標

準

7焊接

的接

頭形

式及

尺寸

的國

家標

準

8焊接

的接

頭形

式及

尺寸

的國

家標

準

9焊接

的接

頭形

式及

尺寸

的國

家標

準10焊接

的接

頭形

式及

尺寸

的國

家標

準11焊接

的接

頭形

式及

尺寸

的國

家標

準12焊縫

代號

的國

家標

準

1焊縫

代號

的國

家標

準2焊縫

代號

的國

家標

準

3焊縫

代號

的國

家標

準

4Chapter3焊接變形與應力

Stressandreformofwelding本章重點：1.桿件的均勻加熱、冷卻過程的變形與應力

2.長板條在不均勻溫度場作用下的變形與應力

3.焊接殘餘變形

4.預防和矯正殘餘變形的方法

5.焊接殘餘應力

6.焊接殘餘應力的調(diào)節(jié)及消除措施本章難點：1.桿件的均勻加熱、冷卻過程的變形與應力

2.長板條在不均勻溫度場作用下的變形與應力

3.焊接殘餘變形

4.焊接殘餘應力3.1焊接應力與變形的基本概念

1.按應力的分佈範圍2.根據(jù)結(jié)構中的空間位置焊接應力產(chǎn)生的原因及分類

1焊接應力產(chǎn)生的原因及分類23.根據(jù)應力與焊縫的相對位置4.根據(jù)應力產(chǎn)生、作用的時間5.根據(jù)應力形成原因

焊接變形產(chǎn)生原因及分類

11.自由變形：當金屬物體溫度發(fā)生變化，或發(fā)生了相變，其尺寸和形狀就要發(fā)生變化，如果這種變化沒有受到外界的阻礙而自由的進行。單位長度的自由變形量：焊接變形產(chǎn)生原因及分類

22.外觀變形：當金屬物在溫度變化過程中受到阻礙，不能完全的自由變形，把能表現(xiàn)出來的這部分變形，稱為外觀變形。3.內(nèi)部變形：把未表現(xiàn)出來的那部分變形，稱為內(nèi)部變形；

焊接殘餘變形的基本類型

縱向橫向收縮變形角變形、彎曲變形和波浪變形桿件的均勻加熱和冷卻過程中的變形和應力

簡化假定：

1.金屬材料的性參數(shù)是與溫度變化無關的參數(shù)

2.金屬的相變溫度很高，不考慮組織應力

3.材料屈服極限與溫度變化關係不同拘束條件下桿件均勻加熱、冷卻時的變形和應力

1.桿件在無拘束條件下桿件均勻加熱、冷卻時的變形和應力

2.桿件在拘束條件為均勻加熱、冷卻時皆不能自由變形的變形和應力

2.桿件在拘束條件為均勻加熱、冷卻時皆不能自由變形的變形和應力2.桿件在拘束條件為均勻加熱、冷卻時皆不能自由變形的變形和應力3.桿件在拘束條件為加熱時不能自由膨脹，冷卻時能自由收縮是的變形和應力

3.桿件在拘束條件為加熱時不能自由膨脹，冷卻時能自由收縮是的變形和應力3.桿件在拘束條件為加熱時不能自由膨脹，冷卻時能自由收縮是的變形和應力3.長板條（長寬比>>4~5）在不均勻溫度場作用下變形和應力假定：1.單向應力2.線熱源，厚度方向上溫度是均勻的3.截面保持平面長板條在中心加熱引起的縱向收縮變形和應力長板條非對稱加熱引起的變形和應力長板條冷卻後產(chǎn)生的殘餘應力和變形殘餘應力的分佈是：焊縫及近焊縫區(qū)域受到拉應力，常達以後隨遠離焊縫依次是壓應力，拉應力，形成三個正負相間的應力分佈區(qū)。4.焊接殘餘變形

縱向收縮變形及產(chǎn)生的彎曲變形縱向收縮變形結(jié)論

縱向收縮量的計算1.單層焊的縱向收縮量：

F—構件截面積

L—構件長度

--焊縫截面積2.多層焊的收縮量：焊接方法CO2焊埋弧焊手工焊材料低碳鋼低碳鋼奧氏體鋼K10.0430.071~0.0760.048~0.0570.076縱向引起彎曲變形結(jié)論橫向收縮變形及其產(chǎn)生的撓曲變形對接接頭橫向變形的實驗數(shù)據(jù)丁字接頭及搭接接頭橫向收縮橫向收縮變形結(jié)論

橫向引起彎曲變形

橫向引起彎曲變形與焊縫到焊件形心的距離成正比角變形1.焊縫橫向收縮引起的彎曲角變形

2.焊縫金屬收縮引起的傾斜角變形對接接頭角變形丁字接頭和搭接接頭的角變形波浪變形

原因：薄板在承受壓應力，當其中的壓應力達到-臨界應力，薄板將出現(xiàn)波浪變形失去承載能力，稱之為失穩(wěn)。錯邊變形

原因：主要是焊接過程中對接邊的熱量不平衡，裝配不善會造成錯邊5.預防和矯正焊接殘餘變形的方法1.合理設計：1.選用對稱截面的結(jié)構，焊縫佈置對稱，在設計時，安排焊縫盡可能使焊縫對稱於截面的中性軸1.合理設計2.合理的選擇焊縫的尺寸和形式：在保證結(jié)構的承載能力的條件下，儘量採用較小的焊縫尺寸3.盡可能減少焊縫的數(shù)量：用型鋼代替鋼板，用斷續(xù)焊代替連續(xù)焊2.工藝措施1.正確的確定裝配、焊接順序不正確的裝配次序：工字構件，先丁字，然後在裝另一塊蓋板，焊後仍有較大的撓度丁字

工字

正確應該是，先點固成工字，然後焊接，注意次序2.工藝措施2.選擇適當?shù)氖┖复涡蚝头较?/p>

原則：反變形法定義：構件在焊前預製成與變形方向相反的變形，這種方法可以防止彎曲變形，和角變形。剛性固定法在無反變形的情況下，將構件加以固定來限制焊接變形，（在焊法蘭盤上），防止角變形和波浪變形較好合理的選擇焊接的方法和焊接規(guī)範選擇線能量較低的焊接方法，採用多層焊代替單層焊矯正殘餘變形的方法1.機械矯正法：將變形的構件中的尺寸較短的部分通過機械力作用，使之產(chǎn)生塑性延展變形，而恢復和達到形狀的要求，可以利用螺旋、氣動、液壓的器具來加外力矯正殘餘變形的方法2.火焰矯正法：利用火焰加熱時產(chǎn)生的局部壓縮變形使較長部分在冷卻後縮短來消除變形（不適用於具有晶間腐蝕傾向的不銹鋼和淬硬傾向較大的鋼材）6.焊接殘餘應力焊接殘餘應力分佈

1.縱向應力的分佈1.縱向應力的分佈

橫向應力的分佈

橫向應力的分佈

橫向應力的分佈厚板中的殘餘應力分佈封閉焊縫中的殘餘應力分佈組織應力[相變應力]焊接殘餘應力的影響1.對靜載強度的影響

2.對機械加工精度的影響原因：焊件在不經(jīng)過焊後消應力處理，內(nèi)部存在著相互平衡的應力，當進行機械加工時，如切削掉焊件的一部分承受殘餘應力金屬，則焊件會重新變形（二次變形）以使殘餘應力重新分佈來保持平衡，焊件不斷的切削，就會不斷的變形，加工精度難以保證焊接殘餘應力的影響3對疲勞強度的影響（研究不夠充分）4對應力腐蝕的影響原因：拉應力和介質(zhì)、腐蝕共同作用下產(chǎn)生裂紋的一種現(xiàn)象，拉應力越大，發(fā)生應力腐蝕開裂的時間越早。5對結(jié)構剛度的影響結(jié)論：在靜載下，焊件經(jīng)過一次加載，卸載後，以後再次加載，只要其大小不超過前一次，殘餘應力不再起作用，外載也不影響焊件內(nèi)部殘餘應力的分佈7.焊接殘餘應力的調(diào)節(jié)及消除措施1.調(diào)節(jié)殘餘應力的措施1.1設計措施:設計上減小焊接應力的核心是正確佈置焊縫，以避免應力疊加設計原則工藝措施工藝原則消除殘餘應力的措施注：振動法的優(yōu)點，從應力消除效果看，振動法比用同樣大小的靜載拉伸效果好，且具有設備簡單，價廉，處理成本低，時間短，無高溫回火的金屬氧化問題等優(yōu)點。8.焊接殘餘應力的測定1.應力測定方法的分類按其對結(jié)構的是否破壞來分

按測試原理分應力釋放法原理：利用構件在機加工後應力部分釋放，回產(chǎn)生變形來重新分佈應力來達到平衡，利用應力應變關係來求出應力。屬於此法的有切條法，車削法，刨削法，套孔法，小孔法。應力釋放法1.切條法：將待測焊件劃分幾個區(qū)域，在各區(qū)待測點上貼應變片或加工機械引申計的標距孔然後測原始讀數(shù)，然後切斷，然後在讀數(shù)根據(jù)

可以算出應力。應力釋放法2.車削法：此法多用於測圓柱零件堆焊後的殘餘應力分佈應力釋放法3.小孔法：是應力破壞性最小的一種，原理是：在應力場中鑽一個小孔，應力平衡受到破壞，鑽孔周圍的應力重新調(diào)整，測得孔附近的應變片的變化，可用彈性力學推算小孔處的應力。應力釋放法4.套孔法：採用套料鑽或管形電火花加工環(huán)形孔來釋放應力，在孔內(nèi)預先貼上應變片，可以算出表面殘餘應力，切削深度為[0.6~0.8]D，破壞性不大。X射線衍射法原理：晶體在應力的作用下，原子間距發(fā)生變化，其變化與應力大小成正比，當用X射線，以掠角入射到晶體表面時，如果能滿足2dSin=n，則X射線在反射方向因干涉而加強缺點：Chapter4

焊接接頭的強度計算

Intensitycalculationofweldingjoint

本章重點：1.焊接接頭的應力集中

2.焊接接頭的應力分佈

3.焊縫靜載強度計算本章難點：1.焊接接頭的應力分佈

2.焊縫靜載強度計算1.焊接接頭的應力集中1應力集中的概念1.1定義由於焊接的形狀和焊縫佈置的特點，焊接接頭工作應力的分佈是不均勻的，其最大應力比平均應力值高，這種情況稱應力集中。1.2運算式：焊接接頭中存在應力集中的影響因素①焊接工藝缺陷、冶金缺陷、夾渣、氣孔、咬邊、未焊透均會引起應力集中、其中咬邊、未焊透較為嚴重。②不合理的焊縫外形。不同焊縫形狀會引起不同程度的應力集中。③接頭型式：不同接頭型式引起應力集中不同。④製造過程中的缺陷。⑤焊接殘餘應力。2.電弧焊焊接接頭的應力分佈1對接接頭的應力分佈①對接接頭的焊縫形狀產(chǎn)生了結(jié)構不連續(xù)性，因而引起不同的應力分佈，在焊縫與母材的過渡處引起應力集中，最大應力集中部位在焊趾。②應力集中係數(shù)：對接接頭的應力分佈2①對接接頭的焊縫形狀產(chǎn)生了結(jié)構不連續(xù)性，因而引起不同的應力分佈，在焊縫與母材的過渡處引起應力集中，最大應力集中部位在焊趾。②應力集中係數(shù)：丁字接頭（十字接頭）的應力分佈

十字接頭有熔透和未熔透兩種①未熔透的十字接頭，在焊趾和焊根處有較大的應力集中係數(shù)，其中以焊根處為最大。②熔透的十字接頭有較小的應力集中係數(shù)。搭接接頭的應力分佈正面角焊縫:把與力作用方向垂直的焊縫①焊縫根部A點、焊趾B點應力集中嚴重②焊趾B點的應力集中係數(shù)隨角焊縫的斜邊的夾角而變③減小、增大熔深焊透根部和增大底邊焊腳長度，可使減小側(cè)面搭接角焊縫斜向搭接角焊縫點焊接頭的應力分佈單排點焊接頭的應力分佈（如圖）多排點焊以兩端焊點受力最大（如圖）3焊縫的靜載強度計算焊縫接頭強度計算的假設①殘餘應力對接頭強度無影響②應力集中對接頭強度無影響③接頭的工作應力是均布的，以平均應力計④不計正面與側(cè)面焊縫、焊縫的加強與減弱和不同焊接規(guī)範引起的焊縫性能差異，而用統(tǒng)一的計算截面和許用應力焊縫接頭強度計算的假設⑤角焊縫都是在切應力作用下破壞的。角焊縫的計算斷面在角焊縫截面的最小高度上，取內(nèi)接三角形高度為計算高度，（如圖）。直角等要角焊縫的計算高度：

⑥儘管加強和小量的熔深對於接頭強度沒有影響，但埋弧自動焊和保護焊的熔深較大應予以考慮，其角焊縫計算斷面厚度（如圖）

電弧焊接接頭的靜載強度計算1.對接焊縫強度計算公式如下：受拉時：受壓時：受剪時：電弧焊接接頭的靜載強度計算而內(nèi)彎：垂直彎：∴綜合作用：[注]：對於未焊透的對接接頭，上述各式中應將中減去未焊透深度，l取實際焊縫長度，、、分別是焊縫許用拉、壓、切應力。搭接接頭的靜載強度計算1.受拉、壓的塔接接頭①單面焊、正面或側(cè)面塔接焊縫的強度公式：②單面焊的正面、側(cè)面聯(lián)合塔接焊縫的強度公式：

受彎矩的搭接接頭計算2.受彎矩的搭接接頭計算方法有三種：①分段計算法：

②軸慣性矩計算法最大切應力：

受彎矩的搭接接頭計算③極慣性計算法最大切應力：

-極慣性矩，（又等於相互垂直的兩個軸的計算慣性矩之和）受偏心載荷的搭接接頭計算①採用分段法或軸慣性矩法計算，則按下式求合成應力：②若採用極慣性矩法計算，將分解成水準的（，）和垂直的（，）兩個力，再合成：[注]：的計算是按全部焊縫計算，還是只考慮水準焊縫或只考慮垂直焊縫，要按具體情況而定。（如圖）可按全部焊縫承受的剪力，均勻分佈於全部焊縫中，其方向同P一致載荷平行於焊縫丁字接頭強度計算①由於產(chǎn)生最大應力的危險點在焊縫的最上端，同時受有兩個切應力的作用，一個是由引起的，另一個由Q=P引起的，和相互垂直，所以該點的合成應力為：②若開坡口並焊透，其強度按對接接頭計算，焊縫金屬截面等於母材截面（F=·h）,若不開坡口時，按下式計算：彎矩垂直於板面的丁字頭計算①如開坡口並焊接，其強度按對接接頭計算，強度計算公式為：

②當接頭不開坡口，用角焊縫連接，強度計算公式為：

（其中W=）複雜截面構件接頭的計算◆計算複雜截面構件接頭還要考慮以下幾個問題：①計算時要先分析受載情況：各載荷引起的應力，確定各應力的方向、性質(zhì)和位置。確定危險點，最高合成應力，（若危險點難以確定時，應選幾個高應力點計算合成應力，其中合成應力最高處為危險點）②計算合成應力時，最大正應力和最大切應力雖不在同一點上，但常以最大正應力和平均切應力計算其合成應力，偏於安全。③粗略計算時，有時把正應力作為切應力考慮，也是偏於安全的簡化計算方法。受彎矩聯(lián)接接頭的強度計算①若構件同時承受彎矩M和軸向力N時，焊縫中應力分別求出和，由於兩者方向相同，所以合成應力：②若構件同時承受橫向力P和軸力N時，則要同時考慮彎矩M=P·L和軸向力N及剪切力Q=P的作用。由於構件承受切力Q時，只是腹板承受的，故切力只由聯(lián)接腹板的焊縫承受，並設切應力沿焊縫均勻分佈。計算聯(lián)接的焊縫強度時，應驗算兩個位置的合應力：一個是蓋板外側(cè)受拉的焊縫的合成應力：另一個是腹板立焊縫端點的合成應力：受扭矩的接頭強度計算①矩形截面構件的接頭若開坡口四周全焊，接頭的最大切應力按下式計算：若不開坡口四周全部角焊，接頭的最大切應力為：受扭矩的接頭強度計算②圓形截面構件接頭若不開坡口沿圓周全部角焊接，接頭中的最大切應力按下式計算：4.母材及焊縫的許用應力1.設計應力小於許用應力。2.母材和焊縫的許用應力分別用[]和[]表示。3.焊縫的許用應力[]大小與許多因素有關，不但與焊縫工藝、材料有關，而且也與焊接檢驗方法的精確程度有關。4.焊縫的許用應力[]也可以由母材的許用應力[]乘以焊縫的強度減弱係數(shù)f來估算，即：[]=[]（取值）Chapter5焊接結(jié)構的斷裂失效與防治

本章重點：1.焊接結(jié)構斷裂失效的分類及危害

2.焊接脆性斷裂的防治方法

3.焊接疲勞斷裂的防治方法

4.焊接應力腐蝕斷裂防治方法本章難點：1.焊接結(jié)構斷裂失效的分類及危害

2.焊接脆性斷裂的防治方法1.焊接結(jié)構斷裂失效的分類及危害5.1焊接結(jié)構斷裂失效的分類及危害焊接結(jié)構斷裂失效中，最為嚴重的是脆性斷裂失效、疲勞斷裂失效和應力腐蝕斷裂失效三種類型。1.脆性斷裂失效

脆性斷裂---通常稱為低應力脆斷。一般都在應力低於結(jié)構的設計應力和沒有顯著的塑性變形的情況下發(fā)生的。焊接結(jié)構斷裂失效的分類及危害疲勞斷裂失效金屬材料及其結(jié)構因受交變載荷而發(fā)生損壞或斷裂的現(xiàn)象，稱為疲勞斷裂。疲勞斷裂過程一般由三個階段組成：①初始疲勞裂紋在應力集中區(qū)孕育、萌生；②裂紋亞臨界擴展或穩(wěn)定擴展；③失穩(wěn)擴展，以至與斷裂。焊接結(jié)構斷裂失效的分類及危害應力腐蝕斷裂失效

腐蝕是材料與周圍介質(zhì)作用產(chǎn)生的物理化學過程。而應力腐蝕是指敏感金屬或合金在一定的拉應力和一定腐蝕介質(zhì)環(huán)境共同作用下所產(chǎn)生的腐蝕斷裂過程。2.焊接結(jié)構脆性斷裂的防治1.焊接結(jié)構脆性斷裂的原因①由大量破壞、失效事故的分析研究中發(fā)現(xiàn)，焊接結(jié)構低應力脆斷破壞的根本原因在於結(jié)構中存在著各種缺陷和裂紋。②這些裂紋和缺陷的產(chǎn)生一部分是在結(jié)構的加工製造過程中。另一部分是在使用過程中如疲勞裂紋、應力腐蝕裂紋。③其中裂紋是最嚴重的缺陷，而焊接則是產(chǎn)生裂紋的主要原因。焊接過程引起的兩種脆化①焊接時由於加熱、冷卻引起接頭區(qū)冶金組織變化，冷卻過程中形成的高碳馬氏體和粗大晶粒等金相組織將使焊接接頭區(qū)韌性降低，另外，微量有害元素偏聚和氫含量增加也是導致韌性降低的原因。②焊接熱迴圈過程中產(chǎn)生的塑性應變會引起熱應變脆化。焊接結(jié)構脆性斷裂的防治方法1降低結(jié)構局部區(qū)域的應力水準①設計過程中的控制措施②製造工藝中的控制措施③消除焊接殘餘應力焊接結(jié)構脆性斷裂的防治方法2減少結(jié)構缺陷①合理設計②優(yōu)化製造工藝焊接結(jié)構脆性斷裂的防治方法3改善材料的斷裂韌性①正確的設計選材應採用“等韌性”或“等性能”原則，才能保證焊縫區(qū)不成為結(jié)構的薄弱環(huán)節(jié)，以避免脆性斷裂。②優(yōu)化焊接工藝③合理制訂、嚴格執(zhí)行耐壓試驗規(guī)程3焊接結(jié)構疲勞斷裂的防治方法

1.焊接結(jié)構疲勞斷裂的原因和影響因素疲勞斷裂是在迴圈應力、拉應力和塑性應變這三者的共同作用下發(fā)生的低應力破壞。由於焊接結(jié)構易於存在焊接缺陷和較嚴重的應力集中，所以焊接結(jié)構的疲勞往往是從焊接接頭處產(chǎn)生。焊接結(jié)構疲勞斷裂的原因和影響因素1.應力的影響①增加拉伸應力會降低疲勞壽命，而增加壓縮應力則可提高疲勞強度。②焊接殘餘應力會降低焊接接頭的疲勞強度，這時構件的平均應力隨之提高，應力比增大，裂紋擴展速率會增加。2.接頭形式及應力集中的影響3.焊接缺陷的影響4.熱影響區(qū)金屬性能變化的影響提高焊接結(jié)構疲勞強度的方法2.1降低應力集中凡是降低應力集中的措施都可提高結(jié)構的疲勞強度，有：①合理設計構件的結(jié)構形式，減少應力集中。②儘量選擇應力集中係數(shù)小的焊接接頭形式，並保證母材與焊縫之間平緩過渡。2.2減少、調(diào)整焊接應力對於焊接接頭，減小、消除殘餘拉應力或使該處產(chǎn)生殘餘應力都可提高疲勞強度。2.3焊縫表面打磨、拋光，表面強化處理4.焊接結(jié)構應力腐蝕斷裂的防治

1應力腐蝕裂紋產(chǎn)生的機理和影響因素1.1定義：

應力腐蝕：指敏感金屬或合金在一定拉應力和一定腐蝕介質(zhì)環(huán)境共同作用下所引起的腐蝕斷裂過程。1.2兩種機理：

1.2.1電化學應力腐蝕機理

1.2.2機械破裂應力腐蝕開裂機理

防止和控制焊接結(jié)構產(chǎn)生應力腐蝕的措施2防止和控制焊接結(jié)構產(chǎn)生應力腐蝕的措施2.1設計方面的控制2.2製造工藝過程中的控制①焊接材料選擇②焊接工藝條件的控制③控制冷作變形Chapter6過程裝備焊接結(jié)構設計

Designofweldedstructure

6.1過程裝備焊接結(jié)構設計要求

1、總的設計要求焊接結(jié)構總的設計要求是結(jié)構整體或各部分在使用過程中不應產(chǎn)生致命的破壞，並達到所要求的使用性能。

2、焊接接頭的設計原則①合理選擇接頭型式②焊縫填充金屬應儘量少③合理選擇破口角度、鈍邊高、根部間隙等結(jié)構尺寸，使之有利於坡口加工和焊透，以最大限度地減少焊接缺陷。④按等強度要求，接頭的強度應不低於母材標準規(guī)定的強度下限值。⑤焊縫外形應儘量連續(xù)、圓滑過渡，以減少應力集中。2壓力容器焊縫形式及分類6.2.1壓力容器焊接接頭形式6.2.2壓力容器焊縫分類按GB150—《鋼制壓力容器》，對於溫度t20℃