過(guò)程裝備焊接結(jié)構(gòu)課件

Chapter1緒論

BriefIntroduction本章重點(diǎn)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(shì)；3.焊接的種類、焊接設(shè)備。本章難點(diǎn)：焊接基本概念。焊接所用的裝備自動(dòng)焊機(jī)數(shù)控切割機(jī)刨邊機(jī)矯正機(jī)焊接輔機(jī)變位架滾輪架自動(dòng)焊機(jī)數(shù)控切割機(jī)刨邊機(jī)矯正機(jī)焊接輔機(jī)變位架滾輪架1.1

焊接定義：兩種或以上材料通過(guò)加壓或加溫或加壓加溫，可以加填充材料或不用，實(shí)現(xiàn)分子或原子的融合的永久連接。1.2焊接技術(shù)(weldingtechnique)自二十世紀(jì)興起以來(lái)，發(fā)展十分迅速，現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用與機(jī)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(shè)備的製造中，焊接結(jié)構(gòu)所占比例可達(dá)90%以上，在整個(gè)工業(yè)中占45%。焊接基本概念1.3焊接技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)1.3.1結(jié)構(gòu)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(dá)100%，而鉚接達(dá)到70%已很困難。1.3.2與鉚接和鑄件相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dá)300mm，而鉚接最大可達(dá)50mm1.3.4密封性好，焊接結(jié)構(gòu)對(duì)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(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)1.3.6設(shè)計(jì)靈活簡(jiǎn)單，焊接結(jié)構(gòu)可通過(guò)對(duì)接，角接，搭接等多種方法設(shè)計(jì)成任何結(jié)構(gòu)1.3.7製造工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)週期短，成本低，（200，000t的焊接船，三個(gè)月可下水）焊接的缺點(diǎn)

1.4.1焊接變形和焊接殘餘應(yīng)力，多數(shù)焊接方法採(cǎi)用局部加熱，從而產(chǎn)生一個(gè)不均勻的溫度場(chǎng)，在一定的條件下會(huì)影響結(jié)構(gòu)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(duì)結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為，尤其對(duì)斷裂行為的影響。1.4.3止裂性差，裂紋一旦擴(kuò)展就不容易制止。1.4.4焊接缺陷——?dú)饪?、裂紋、夾渣。

焊接的發(fā)展史及趨勢(shì)

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(jì)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(yuǎn)洋輪船1930年：焊飛機(jī)、埋弧焊（二戰(zhàn)，全焊船，焊接經(jīng)驗(yàn)少，斷裂性難以控制）

焊接

的分類

Chapter2焊接接頭與焊接規(guī)範(fàn)

Weldingjointandweldingparameter

本章重點(diǎn)：1.焊接溫度場(chǎng)

2.焊接規(guī)範(fàn)的選擇

3.焊接規(guī)範(fàn)對(duì)焊縫形狀的影響

4.焊接接頭形式及焊縫代號(hào)本章難點(diǎn)：1.焊接溫度場(chǎng)的影響及分佈

2.焊接規(guī)範(fàn)選擇及對(duì)焊縫形狀的影響

[序]

一、焊接過(guò)程（weldingprocess）：從焊接開(kāi)始到形成優(yōu)良的接頭的過(guò)程二、焊接工藝（weldingtechnology）：焊接過(guò)程的一整套的技術(shù)規(guī)定包括（焊前準(zhǔn)備、焊接材料、焊接設(shè)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(shè)計(jì)（jointdesign）:

根據(jù)工藝條件確定的接頭

形式2.1焊接溫度場(chǎng)

（weldingtemperaturefield）

溫度場(chǎng)定義：某一瞬時(shí)工件上各點(diǎn)的溫度T分佈稱為溫度場(chǎng)

T—工件上某點(diǎn)某一瞬時(shí)的溫度

x,y,z—工件上某點(diǎn)的空間座標(biāo)

t—時(shí)間研究溫度場(chǎng)的方法1.特點(diǎn)：各線面不相交，存在溫度差（梯度）

2.溫度梯度（單位長(zhǎng)度上的溫度變化）溫度場(chǎng)的分類2.2規(guī)範(fàn)的選擇2.2.1電弧對(duì)金屬的加熱實(shí)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(fàn)，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(dòng)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(shí)的熱量分配焊接規(guī)範(fàn)的選擇

焊接規(guī)範(fàn)的定義：焊接時(shí)，焊接電流I（weldingcurrent）電弧電壓U(arcvoltange)，焊接速度VH(weldingspeed),進(jìn)條速度VT的數(shù)值的大小焊接線能量(energyinput)是焊接規(guī)範(fàn)的一個(gè)綜合指標(biāo)，它表示單位長(zhǎng)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(zhǎng)度t—焊接時(shí)間焊接規(guī)範(fàn)的重要性規(guī)范溫度場(chǎng)成型焊縫質(zhì)量手工電弧焊焊接規(guī)範(fàn)的選擇

電弧電壓一般為20~25V，由於高溫會(huì)導(dǎo)致藥皮的脫落，所以溫度應(yīng)控制在400oC，電流不能太大，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(dòng)焊接規(guī)範(fàn)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(jìn)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(jìn)條速度等於溶化速度單位時(shí)間溶化的焊條的重量[g/h]單位時(shí)間送進(jìn)的焊條的重量[g/h]埋弧自動(dòng)焊接規(guī)範(fàn)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(shí)，液態(tài)焊縫金屬冷凝形成的焊縫外形焊接電流對(duì)焊縫形狀的影響

對(duì)熔深影響最大（正比），熔寬和增高量影響不大

電弧電壓對(duì)焊縫形狀的影響

對(duì)熔寬影響最大（正比），熔深和增高量有所下降

焊接速度對(duì)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(duì)焊縫形狀的影響

焊絲直徑增加，電弧擺動(dòng)作用加強(qiáng)，熔寬增加，當(dāng)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(yīng)增加。2.4焊接接頭型式及焊縫代號(hào)（weldingsymbols）1.焊接接頭的基本型式，對(duì)接焊接邊緣分為：卷邊，平對(duì)，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(jì)性，坡口尺寸按照GB985-88和GB986-882.焊縫代號(hào)及標(biāo)注方法：按照GB324-88規(guī)定常用焊接方法的代號(hào)

焊接方法字母代號(hào)焊接方法字母代號(hào)手工電弧焊S冷壓焊L氬弧焊A埋弧自動(dòng)焊Z氣焊Q埋弧半自動(dòng)焊B電渣焊DCO2保護(hù)焊C基本

代號(hào)

輔助

符號(hào)

補(bǔ)充

符號(hào)

補(bǔ)充

符號(hào)應(yīng)用實(shí)例尺寸

符號(hào)

指引線

埋弧自動(dòng)焊手工電弧焊氬弧焊焊接

的接

頭形

式及

尺寸

的國(guó)

家標(biāo)

準(zhǔn)

1焊接

的接

頭形

式及

尺寸

的國(guó)

家標(biāo)

準(zhǔn)2焊接

的接

頭形

式及

尺寸

的國(guó)

家標(biāo)

準(zhǔn)

3焊接

的接

頭形

式及

尺寸

的國(guó)

家標(biāo)

準(zhǔn)

4焊接

的接

頭形

式及

尺寸

的國(guó)

家標(biāo)

準(zhǔn)

5焊接

的接

頭形

式及

尺寸

的國(guó)

家標(biāo)

準(zhǔn)

6焊接

的接

頭形

式及

尺寸

的國(guó)

家標(biāo)

準(zhǔn)

7焊接

的接

頭形

式及

尺寸

的國(guó)

家標(biāo)

準(zhǔn)

8焊接

的接

頭形

式及

尺寸

的國(guó)

家標(biāo)

準(zhǔn)

9焊接

的接

頭形

式及

尺寸

的國(guó)

家標(biāo)

準(zhǔn)10焊接

的接

頭形

式及

尺寸

的國(guó)

家標(biāo)

準(zhǔn)11焊接

的接

頭形

式及

尺寸

的國(guó)

家標(biāo)

準(zhǔn)12焊縫

代號(hào)

的國(guó)

家標(biāo)

準(zhǔn)

1焊縫

代號(hào)

的國(guó)

家標(biāo)

準(zhǔn)2焊縫

代號(hào)

的國(guó)

家標(biāo)

準(zhǔn)

3焊縫

代號(hào)

的國(guó)

家標(biāo)

準(zhǔn)

4Chapter3焊接變形與應(yīng)力

Stressandreformofwelding本章重點(diǎn)：1.桿件的均勻加熱、冷卻過(guò)程的變形與應(yīng)力

2.長(zhǎng)板條在不均勻溫度場(chǎng)作用下的變形與應(yīng)力

3.焊接殘餘變形

4.預(yù)防和矯正殘餘變形的方法

5.焊接殘餘應(yīng)力

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

2.長(zhǎng)板條在不均勻溫度場(chǎng)作用下的變形與應(yīng)力

3.焊接殘餘變形

4.焊接殘餘應(yīng)力3.1焊接應(yīng)力與變形的基本概念

1.按應(yīng)力的分佈範(fàn)圍2.根據(jù)結(jié)構(gòu)中的空間位置焊接應(yīng)力產(chǎn)生的原因及分類

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

焊接變形產(chǎn)生原因及分類

11.自由變形：當(dāng)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(méi)有受到外界的阻礙而自由的進(jìn)行。單位長(zhǎng)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(dāng)金屬物在溫度變化過(guò)程中受到阻礙，不能完全的自由變形，把能表現(xiàn)出來(lái)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(lái)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(guò)程中的變形和應(yīng)力

簡(jiǎn)化假定：

1.金屬材料的性參數(shù)是與溫度變化無(wú)關(guān)的參數(shù)

2.金屬的相變溫度很高，不考慮組織應(yīng)力

3.材料屈服極限與溫度變化關(guān)係不同拘束條件下桿件均勻加熱、冷卻時(shí)的變形和應(yīng)力

1.桿件在無(wú)拘束條件下桿件均勻加熱、冷卻時(shí)的變形和應(yīng)力

2.桿件在拘束條件為均勻加熱、冷卻時(shí)皆不能自由變形的變形和應(yīng)力

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

3.桿件在拘束條件為加熱時(shí)不能自由膨脹，冷卻時(shí)能自由收縮是的變形和應(yīng)力3.桿件在拘束條件為加熱時(shí)不能自由膨脹，冷卻時(shí)能自由收縮是的變形和應(yīng)力3.長(zhǎng)板條（長(zhǎng)寬比>>4~5）在不均勻溫度場(chǎng)作用下變形和應(yīng)力假定：1.單向應(yīng)力2.線熱源，厚度方向上溫度是均勻的3.截面保持平面長(zhǎng)板條在中心加熱引起的縱向收縮變形和應(yīng)力長(zhǎng)板條非對(duì)稱加熱引起的變形和應(yīng)力長(zhǎng)板條冷卻後產(chǎn)生的殘餘應(yīng)力和變形殘餘應(yīng)力的分佈是：焊縫及近焊縫區(qū)域受到拉應(yīng)力，常達(dá)以後隨遠(yuǎn)離焊縫依次是壓應(yīng)力，拉應(yīng)力，形成三個(gè)正負(fù)相間的應(yīng)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(jì)算1.單層焊的縱向收縮量：

F—構(gòu)件截面積

L—構(gòu)件長(zhǎng)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(duì)接接頭橫向變形的實(shí)驗(yàn)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(duì)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(yīng)力，當(dāng)其中的壓應(yīng)力達(dá)到-臨界應(yīng)力，薄板將出現(xiàn)波浪變形失去承載能力，稱之為失穩(wěn)。錯(cuò)邊變形

原因：主要是焊接過(guò)程中對(duì)接邊的熱量不平衡，裝配不善會(huì)造成錯(cuò)邊5.預(yù)防和矯正焊接殘餘變形的方法1.合理設(shè)計(jì)：1.選用對(duì)稱截面的結(jié)構(gòu)，焊縫佈置對(duì)稱，在設(shè)計(jì)時(shí)，安排焊縫盡可能使焊縫對(duì)稱於截面的中性軸1.合理設(shè)計(jì)2.合理的選擇焊縫的尺寸和形式：在保證結(jié)構(gòu)的承載能力的條件下，儘量採(cǎi)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(gòu)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(yīng)該是，先點(diǎn)固成工字，然後焊接，注意次序2.工藝措施2.選擇適當(dāng)?shù)氖┖复涡蚝头较?/p>

原則：反變形法定義：構(gòu)件在焊前預(yù)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(wú)反變形的情況下，將構(gòu)件加以固定來(lái)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(fàn)選擇線能量較低的焊接方法，採(cǎi)用多層焊代替單層焊矯正殘餘變形的方法1.機(jī)械矯正法：將變形的構(gòu)件中的尺寸較短的部分通過(guò)機(jī)械力作用，使之產(chǎn)生塑性延展變形，而恢復(fù)和達(dá)到形狀的要求，可以利用螺旋、氣動(dòng)、液壓的器具來(lái)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(shí)產(chǎn)生的局部壓縮變形使較長(zhǎng)部分在冷卻後縮短來(lái)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(yīng)力焊接殘餘應(yīng)力分佈

1.縱向應(yīng)力的分佈1.縱向應(yīng)力的分佈

橫向應(yīng)力的分佈

橫向應(yīng)力的分佈

橫向應(yīng)力的分佈厚板中的殘餘應(yīng)力分佈封閉焊縫中的殘餘應(yīng)力分佈組織應(yīng)力[相變應(yīng)力]焊接殘餘應(yīng)力的影響1.對(duì)靜載強(qiáng)度的影響

2.對(duì)機(jī)械加工精度的影響原因：焊件在不經(jīng)過(guò)焊後消應(yīng)力處理，內(nèi)部存在著相互平衡的應(yīng)力，當(dāng)進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，如切削掉焊件的一部分承受殘餘應(yīng)力金屬，則焊件會(huì)重新變形（二次變形）以使殘餘應(yīng)力重新分佈來(lái)保持平衡，焊件不斷的切削，就會(huì)不斷的變形，加工精度難以保證焊接殘餘應(yīng)力的影響3對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響（研究不夠充分）4對(duì)應(yīng)力腐蝕的影響原因：拉應(yīng)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(yīng)力越大，發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的時(shí)間越早。5對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響結(jié)論：在靜載下，焊件經(jīng)過(guò)一次加載，卸載後，以後再次加載，只要其大小不超過(guò)前一次，殘餘應(yīng)力不再起作用，外載也不影響焊件內(nèi)部殘餘應(yīng)力的分佈7.焊接殘餘應(yīng)力的調(diào)節(jié)及消除措施1.調(diào)節(jié)殘餘應(yīng)力的措施1.1設(shè)計(jì)措施:設(shè)計(jì)上減小焊接應(yīng)力的核心是正確佈置焊縫，以避免應(yīng)力疊加設(shè)計(jì)原則工藝措施工藝原則消除殘餘應(yīng)力的措施注：振動(dòng)法的優(yōu)點(diǎn)，從應(yīng)力消除效果看，振動(dòng)法比用同樣大小的靜載拉伸效果好，且具有設(shè)備簡(jiǎn)單，價(jià)廉，處理成本低，時(shí)間短，無(wú)高溫回火的金屬氧化問(wèn)題等優(yōu)點(diǎn)。8.焊接殘餘應(yīng)力的測(cè)定1.應(yīng)力測(cè)定方法的分類按其對(duì)結(jié)構(gòu)的是否破壞來(lái)分

按測(cè)試原理分應(yīng)力釋放法原理：利用構(gòu)件在機(jī)加工後應(yīng)力部分釋放，回產(chǎn)生變形來(lái)重新分佈應(yīng)力來(lái)達(dá)到平衡，利用應(yīng)力應(yīng)變關(guān)係來(lái)求出應(yīng)力。屬於此法的有切條法，車削法，刨削法，套孔法，小孔法。應(yīng)力釋放法1.切條法：將待測(cè)焊件劃分幾個(gè)區(qū)域，在各區(qū)待測(cè)點(diǎn)上貼應(yīng)變片或加工機(jī)械引申計(jì)的標(biāo)距孔然後測(cè)原始讀數(shù)，然後切斷，然後在讀數(shù)根據(jù)

可以算出應(yīng)力。應(yīng)力釋放法2.車削法：此法多用於測(cè)圓柱零件堆焊後的殘餘應(yīng)力分佈應(yīng)力釋放法3.小孔法：是應(yīng)力破壞性最小的一種，原理是：在應(yīng)力場(chǎng)中鑽一個(gè)小孔，應(yīng)力平衡受到破壞，鑽孔周圍的應(yīng)力重新調(diào)整，測(cè)得孔附近的應(yīng)變片的變化，可用彈性力學(xué)推算小孔處的應(yīng)力。應(yīng)力釋放法4.套孔法：採(cǎi)用套料鑽或管形電火花加工環(huán)形孔來(lái)釋放應(yīng)力，在孔內(nèi)預(yù)先貼上應(yīng)變片，可以算出表面殘餘應(yīng)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(yīng)力的作用下，原子間距發(fā)生變化，其變化與應(yīng)力大小成正比，當(dāng)用X射線，以掠角入射到晶體表面時(shí)，如果能滿足2dSin=n，則X射線在反射方向因干涉而加強(qiáng)缺點(diǎn)：Chapter4

焊接接頭的強(qiáng)度計(jì)算

Intensitycalculationofweldingjoint

本章重點(diǎn)：1.焊接接頭的應(yīng)力集中

2.焊接接頭的應(yīng)力分佈

3.焊縫靜載強(qiáng)度計(jì)算本章難點(diǎn)：1.焊接接頭的應(yīng)力分佈

2.焊縫靜載強(qiáng)度計(jì)算1.焊接接頭的應(yīng)力集中1應(yīng)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(diǎn)，焊接接頭工作應(yīng)力的分佈是不均勻的，其最大應(yīng)力比平均應(yīng)力值高，這種情況稱應(yīng)力集中。1.2運(yùn)算式：焊接接頭中存在應(yīng)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(huì)引起應(yīng)力集中、其中咬邊、未焊透較為嚴(yán)重。②不合理的焊縫外形。不同焊縫形狀會(huì)引起不同程度的應(yīng)力集中。③接頭型式：不同接頭型式引起應(yīng)力集中不同。④製造過(guò)程中的缺陷。⑤焊接殘餘應(yīng)力。2.電弧焊焊接接頭的應(yīng)力分佈1對(duì)接接頭的應(yīng)力分佈①對(duì)接接頭的焊縫形狀產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)不連續(xù)性，因而引起不同的應(yīng)力分佈，在焊縫與母材的過(guò)渡處引起應(yīng)力集中，最大應(yīng)力集中部位在焊趾。②應(yīng)力集中係數(shù)：對(duì)接接頭的應(yīng)力分佈2①對(duì)接接頭的焊縫形狀產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)不連續(xù)性，因而引起不同的應(yīng)力分佈，在焊縫與母材的過(guò)渡處引起應(yīng)力集中，最大應(yīng)力集中部位在焊趾。②應(yīng)力集中係數(shù)：丁字接頭（十字接頭）的應(yīng)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(yīng)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(yīng)力集中係數(shù)。搭接接頭的應(yīng)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(diǎn)、焊趾B點(diǎn)應(yīng)力集中嚴(yán)重②焊趾B點(diǎn)的應(yīng)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(zhǎng)度，可使減小側(cè)面搭接角焊縫斜向搭接角焊縫點(diǎn)焊接頭的應(yīng)力分佈單排點(diǎn)焊接頭的應(yīng)力分佈（如圖）多排點(diǎn)焊以兩端焊點(diǎn)受力最大（如圖）3焊縫的靜載強(qiáng)度計(jì)算焊縫接頭強(qiáng)度計(jì)算的假設(shè)①殘餘應(yīng)力對(duì)接頭強(qiáng)度無(wú)影響②應(yīng)力集中對(duì)接頭強(qiáng)度無(wú)影響③接頭的工作應(yīng)力是均布的，以平均應(yīng)力計(jì)④不計(jì)正面與側(cè)面焊縫、焊縫的加強(qiáng)與減弱和不同焊接規(guī)範(fàn)引起的焊縫性能差異，而用統(tǒng)一的計(jì)算截面和許用應(yīng)力焊縫接頭強(qiáng)度計(jì)算的假設(shè)⑤角焊縫都是在切應(yīng)力作用下破壞的。角焊縫的計(jì)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(jì)算高度，（如圖）。直角等要角焊縫的計(jì)算高度：

⑥儘管加強(qiáng)和小量的熔深對(duì)於接頭強(qiáng)度沒(méi)有影響，但埋弧自動(dòng)焊和保護(hù)焊的熔深較大應(yīng)予以考慮，其角焊縫計(jì)算斷面厚度（如圖）

電弧焊接接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算1.對(duì)接焊縫強(qiáng)度計(jì)算公式如下：受拉時(shí)：受壓時(shí)：受剪時(shí)：電弧焊接接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算而內(nèi)彎：垂直彎：∴綜合作用：[注]：對(duì)於未焊透的對(duì)接接頭，上述各式中應(yīng)將中減去未焊透深度，l取實(shí)際焊縫長(zhǎng)度，、、分別是焊縫許用拉、壓、切應(yīng)力。搭接接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)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(qiáng)度公式：②單面焊的正面、側(cè)面聯(lián)合塔接焊縫的強(qiáng)度公式：

受彎矩的搭接接頭計(jì)算2.受彎矩的搭接接頭計(jì)算方法有三種：①分段計(jì)算法：

②軸慣性矩計(jì)算法最大切應(yīng)力：

受彎矩的搭接接頭計(jì)算③極慣性計(jì)算法最大切應(yīng)力：

-極慣性矩，（又等於相互垂直的兩個(gè)軸的計(jì)算慣性矩之和）受偏心載荷的搭接接頭計(jì)算①採(cǎi)用分段法或軸慣性矩法計(jì)算，則按下式求合成應(yīng)力：②若採(cǎi)用極慣性矩法計(jì)算，將分解成水準(zhǔn)的（，）和垂直的（，）兩個(gè)力，再合成：[注]：的計(jì)算是按全部焊縫計(jì)算，還是只考慮水準(zhǔn)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(qiáng)度計(jì)算①由於產(chǎn)生最大應(yīng)力的危險(xiǎn)點(diǎn)在焊縫的最上端，同時(shí)受有兩個(gè)切應(yīng)力的作用，一個(gè)是由引起的，另一個(gè)由Q=P引起的，和相互垂直，所以該點(diǎn)的合成應(yīng)力為：②若開(kāi)坡口並焊透，其強(qiáng)度按對(duì)接接頭計(jì)算，焊縫金屬截面等於母材截面（F=·h）,若不開(kāi)坡口時(shí)，按下式計(jì)算：彎矩垂直於板面的丁字頭計(jì)算①如開(kāi)坡口並焊接，其強(qiáng)度按對(duì)接接頭計(jì)算，強(qiáng)度計(jì)算公式為：

②當(dāng)接頭不開(kāi)坡口，用角焊縫連接，強(qiáng)度計(jì)算公式為：

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

本章重點(diǎn)：1.焊接結(jié)構(gòu)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(yīng)力腐蝕斷裂防治方法本章難點(diǎn)：1.焊接結(jié)構(gòu)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(gòu)斷裂失效的分類及危害5.1焊接結(jié)構(gòu)斷裂失效的分類及危害焊接結(jié)構(gòu)斷裂失效中，最為嚴(yán)重的是脆性斷裂失效、疲勞斷裂失效和應(yīng)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(yīng)力脆斷。一般都在應(yīng)力低於結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)力和沒(méi)有顯著的塑性變形的情況下發(fā)生的。焊接結(jié)構(gòu)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(gòu)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(guò)程一般由三個(gè)階段組成：①初始疲勞裂紋在應(yīng)力集中區(qū)孕育、萌生；②裂紋亞臨界擴(kuò)展或穩(wěn)定擴(kuò)展；③失穩(wěn)擴(kuò)展，以至與斷裂。焊接結(jié)構(gòu)斷裂失效的分類及危害應(yīng)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(xué)過(guò)程。而應(yīng)力腐蝕是指敏感金屬或合金在一定的拉應(yīng)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(guò)程。2.焊接結(jié)構(gòu)脆性斷裂的防治1.焊接結(jié)構(gòu)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(gòu)低應(yīng)力脆斷破壞的根本原因在於結(jié)構(gòu)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(gòu)的加工製造過(guò)程中。另一部分是在使用過(guò)程中如疲勞裂紋、應(yīng)力腐蝕裂紋。③其中裂紋是最嚴(yán)重的缺陷，而焊接則是產(chǎn)生裂紋的主要原因。焊接過(guò)程引起的兩種脆化①焊接時(shí)由於加熱、冷卻引起接頭區(qū)冶金組織變化，冷卻過(guò)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(dǎo)致韌性降低的原因。②焊接熱迴圈過(guò)程中產(chǎn)生的塑性應(yīng)變會(huì)引起熱應(yīng)變脆化。焊接結(jié)構(gòu)脆性斷裂的防治方法1降低結(jié)構(gòu)局部區(qū)域的應(yīng)力水準(zhǔn)①設(shè)計(jì)過(guò)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(yīng)力焊接結(jié)構(gòu)脆性斷裂的防治方法2減少結(jié)構(gòu)缺陷①合理設(shè)計(jì)②優(yōu)化製造工藝焊接結(jié)構(gòu)脆性斷裂的防治方法3改善材料的斷裂韌性①正確的設(shè)計(jì)選材應(yīng)採(cǎi)用“等韌性”或“等性能”原則，才能保證焊縫區(qū)不成為結(jié)構(gòu)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(yán)格執(zhí)行耐壓試驗(yàn)規(guī)程3焊接結(jié)構(gòu)疲勞斷裂的防治方法

1.焊接結(jié)構(gòu)疲勞斷裂的原因和影響因素疲勞斷裂是在迴圈應(yīng)力、拉應(yīng)力和塑性應(yīng)變這三者的共同作用下發(fā)生的低應(yīng)力破壞。由於焊接結(jié)構(gòu)易於存在焊接缺陷和較嚴(yán)重的應(yīng)力集中，所以焊接結(jié)構(gòu)的疲勞往往是從焊接接頭處產(chǎn)生。焊接結(jié)構(gòu)疲勞斷裂的原因和影響因素1.應(yīng)力的影響①增加拉伸應(yīng)力會(huì)降低疲勞壽命，而增加壓縮應(yīng)力則可提高疲勞強(qiáng)度。②焊接殘餘應(yīng)力會(huì)降低焊接接頭的疲勞強(qiáng)度，這時(shí)構(gòu)件的平均應(yīng)力隨之提高，應(yīng)力比增大，裂紋擴(kuò)展速率會(huì)增加。2.接頭形式及應(yīng)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(gòu)疲勞強(qiáng)度的方法2.1降低應(yīng)力集中凡是降低應(yīng)力集中的措施都可提高結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度，有：①合理設(shè)計(jì)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式，減少應(yīng)力集中。②儘量選擇應(yīng)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(guò)渡。2.2減少、調(diào)整焊接應(yīng)力對(duì)於焊接接頭，減小、消除殘餘拉應(yīng)力或使該處產(chǎn)生殘餘應(yīng)力都可提高疲勞強(qiáng)度。2.3焊縫表面打磨、拋光，表面強(qiáng)化處理4.焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)力腐蝕斷裂的防治

1應(yīng)力腐蝕裂紋產(chǎn)生的機(jī)理和影響因素1.1定義：

應(yīng)力腐蝕：指敏感金屬或合金在一定拉應(yīng)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(guò)程。1.2兩種機(jī)理：

1.2.1電化學(xué)應(yīng)力腐蝕機(jī)理

1.2.2機(jī)械破裂應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂機(jī)理

防止和控制焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的措施2防止和控制焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的措施2.1設(shè)計(jì)方面的控制2.2製造工藝過(guò)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(guò)程裝備焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

Designofweldedstructure

6.1過(guò)程裝備焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

1、總的設(shè)計(jì)要求焊接結(jié)構(gòu)總的設(shè)計(jì)要求是結(jié)構(gòu)整體或各部分在使用過(guò)程中不應(yīng)產(chǎn)生致命的破壞，並達(dá)到所要求的使用性能。

2、焊接接頭的設(shè)計(jì)原則①合理選擇接頭型式②焊縫填充金屬應(yīng)儘量少③合理選擇破口角度、鈍邊高、根部間隙等結(jié)構(gòu)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(qiáng)度要求，接頭的強(qiáng)度應(yīng)不低於母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的強(qiáng)度下限值。⑤焊縫外形應(yīng)儘量連續(xù)、圓滑過(guò)渡，以減少應(yīng)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(duì)於溫度t20℃