焊接工程师考试试题及讲义

一、名词解释（1.5分/题，共10题）

1、焊接残余变形：焊接后残存于结构中的变形。

2、挠曲变形：焊缝的横向收缩和纵向收缩的不均与对称性引起的构件焊后发生挠曲。

3、残余应力：材料加工时局部区域发生塑性变形，加工完毕后残存在物体内部的应力。

4、相变应力：假设焊缝为不产生相变的奥氏体钢，则最高温度达到Ac3以上的近缝区内的金属在冷却时其体积膨胀。使得该区域产生了压应力，而其他区域将出现拉应力，这种应力称之为相变应力。

5、热强性：材料在高温下既要有抗氧化能力，又要具有一定的高温强度。

6、去应力退火：将工件随炉缓慢加热至500-600℃，经一段时间保温后，随炉缓慢冷却至300-200℃以下出炉的一种热处理工艺。

7、回火：将淬火钢加热到低于A1的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的一种热处理工艺。

8、应力集中：由于焊缝的形状和焊缝布置的特点，焊接接头的工作应力分布是不均匀的。最大应力值比平均应力值高，这种情况称为应力集中。

9、计算高度：角焊缝的破断面（计算断面）在角焊缝截面的最小高度上，其值等于内接三角形高度α。

10、反作用内应力：构件在受拘束条件下焊接，收缩受拘束的限制产生不该在截面中平衡的应力。

二、填空题（0.5分/空，共50空）

1、当金属物体在温度变化过程中受到阻碍，使它不能完全自由地变形，只能部分地表现出来，能表现出来的这部分变形，称为（外观变形）。未表现出来的那部分变形，称为（内部变形）。

2、焊接应力和变形产生的根本原因是（高温阶段的压缩塑性变形）。

3、长板条在不均匀温度场作用下的变形和应力，如果产生塑性变形，当温度恢复到原始状态时，还会出现由于（不均匀塑性变形）引起的残余应力，应力分布为板条（两端受压应力），（中间受拉应力）。

4、焊接变形大致可以分为七大类：（纵向收缩变形）、（横向收缩变形）、（挠曲变形）、（角变形）、（波浪变形）、（错边变形）、（螺旋形变形）。

5、矫正焊接变形的方法有（机械矫正法）和（火焰加热矫正法）。

6、内应力按产生原因可分为（温度应力）和（残余应力）等几种。

7、将焊缝方向的应力称为纵向应力，用σx表示。垂直于焊缝方向的应力称为（横向应力），用σy来表示。厚度方向的应力，用σz表示。

8、焊后消除内应力的方法可分为：（整体高温回火）、（局部高温回火）、（机械拉伸）、（温差拉伸）以及（振动法）等几种。

9常用的残余应力测试方法，按其原理可分为：（应力释放法）和（X射线衍射法）两种。（应力释放法）应用最广，按其具体的差异可分为：（切条法）、（套孔法）、（小孔法）和（逐层铣削法）。

10、在焊接接头中产生应力集中的原因：（焊缝中的工艺缺陷）、（不合理的焊缝外形）、（设计不合理的焊接接头）。

11、焊接接头（疲劳强度）降低的主要原因之一就是应力集中。

12、影响丁字（十字）接头应力集中的因素：（焊透与未焊透）、（工作焊缝与联系焊缝）、（角焊缝焊趾角度）、（角焊缝形状尺寸）。

13、从应力集中角度看，（对接接头）是最好的接头形式，不但静载可靠，而且疲劳强度也

高。

14、在搭接接头中，根据搭接接头角焊缝受力的方向，可以将搭接角焊缝分为（正面角焊缝）、（侧面角焊缝）和（斜向角焊缝）。

15、设计搭接接头时，增添（正面角焊缝），不但可以改善应力分布还可以缩短搭接长度。

16、接头在塑性变形的过程中能发生应力均匀化，只要接头材料具有（足够的塑性），应力集中对静载强度就没有影响。

17、在设计时无需计算（联系焊缝）的强度，（工作焊缝）的强度必须计算。

18、搭接接头在搭接平面内受弯曲力矩时，这种接头的计算方法有三种：（分段计算法）、（轴惯性矩法）和（极惯性矩法）。

三、简答题（10分/题，共4题）

1、简述焊接残余变形的七大类变形的基本概念及其产生原因。

纵向收缩变形：构件焊后在焊缝方向发生的收缩。焊缝产生高温压缩塑性变形，冷却时收缩受阻碍。

横向收缩变形：构件焊后在垂直焊缝方向发生收缩。冷却时，焊缝恢复弹性而焊件的焊接边收缩受阻碍。

挠曲变形：构件焊后发生挠曲。挠曲可由焊缝的纵向收缩引起和由焊缝横向收缩引起。横向收缩、纵向收缩的不均匀对称性。

角变形：焊后构件的平面围绕焊缝产生的角位移。厚度方向横向收缩率不一样。

波浪变形：焊后构件呈波浪形，这种变形在薄板焊接时最容易发生。薄板焊接时残余应力达到了一临界数值。

错边变形：在焊接过程中，两焊接件的热膨胀不一样，可能引起长度方向上的错边和厚度方向上的错边。

螺旋形变形：焊后在结构上出现的扭曲。焊缝角变形沿长度方向分布不均匀以及纵向错边。

2、简述焊接残余变形的预防措施。

1)设计措施

a)合理地选择焊缝的尺寸和形式在保证结构的承载能力的条件下，设计时应该尽

量采用较小的焊缝尺寸。对于受力较大的丁字接头和十字接头，在保证相同的强度

条件下，采用开坡口的焊缝可以比一般角焊缝减少焊缝金属。对接焊缝，选用焊缝

金属少的坡口形式。在薄板结构中，采用接触点焊可以减少焊接变形。

b)尽可能减少不必要的焊缝在焊接结构中应该力求焊缝数量少，避免不必要的

焊缝。

c)合理地安排焊缝的位置在设计时，安排焊缝尽可能对称于截面中性轴，或

者使焊缝接近中性轴，这对减少梁、柱等一类结构的挠曲变形有良好的效果。

2)工艺措施

a)反变形法这是在生产中最常用的方法，事先估计好结构变形的大小和方向，

然后再装配时给予一个相反方向的变形与焊接变形相抵消，使焊后构件保持设计要

求。

b)刚性固定法这种方法通常在没有反变形的情况下，将构件加以固定来限制焊

接变形。但利用这种方法来防止角变形和波浪变形，效果较好。

c)合理地选择焊接方法和规范选择线能量较低的焊接方法，可以有效地防止焊

接变形。如果在焊接时，没有条件采用线能量较小的焊接方法，又不能进一步降低

规范，则可采用直接水冷，或采用铜冷却块来限制和缩小焊接热场的分布，达到减

小变形的目的。

d)选择合理的装配焊接顺序

3、简述焊接残余应力的焊前、焊中、焊后的防止措施。

1)采用合理的焊接顺序和方向尽量使焊缝能自由收缩，先焊收缩量比较大的焊缝。

先焊工作时受力较大的焊缝。在拼板时，应先焊错开的短焊缝，然后再焊直通长焊缝。

2)在焊接密闭焊缝或其它刚性较大，自由度较小的焊缝时，可以采用反变形法来增加焊缝

的自由度

3)锤击或辗压焊缝

4)在结构适当的部位加热使之伸长加热区的伸长带动焊接部位，使它产生一个与焊缝

收缩方向相反的变形。在冷却时，加热区的收缩和焊缝的收缩方向相同，是焊缝能自由收缩，从而降低内应力。

5)整体高温回火将整个焊接构件加热到一定温度，然后保温一段时间，再冷却。

6)局部高温回火处理把焊缝周围的一个局部区域进行加热。由于这种方法带有局

部加热的性质，因此消除应力的效果不如整体处理，它只能降低应力峰值，而不能完全消除。

7)机械拉伸法（过载法）通过一次加载拉伸，拉应力区在外载的作用下产生拉伸塑

性变形。它的方向与焊接时产生的压缩塑性变形相反。

8)温差拉伸法利用局部加热的温差来拉伸焊缝区，抵消焊接时所产生的压缩塑性

变形。

9)振动法当变载荷达到一定数值，经过多次循环加载后，结构中的内应力逐渐降低。

4、简述焊接接头强度计算的假设。

1)残余应力对于接头强度没有影响；

2)焊趾处和加厚高等处的应力集中，对于接头强度没有影响；

3)接头的工作应力是均布的，以平均应力计算；

4)正面角焊缝与侧面角焊缝的强度没有差别；

5)焊脚尺寸的大小对于角焊缝的强度没有影响；

6)角焊缝都是在切应力作用下破坏的，按切应力计算强度；

7)角焊缝的破断面（计算断面）在角焊缝截面的最小高度上，其值等于内接三角形高度α，

称α为计算高度。一般去0.7K。

8)加厚高和少量的熔深对于接头的强度没有影响，但埋弧自动焊和CO2保护焊的熔深较

大应予考虑其角焊缝计算断面厚度，当K小于等于8mm，α可取K，当K大于8mm，p一般可取3mm。

四、计算题（20分/题，共1题）