焊接结构复习习题

第一章焊接接头静载力学行为

1、内应力按照其分布的尺度范围可分为、和。

2、焊接热过程特点主要表现在三个方面：、和高的。

3、纵向残余应力σx分布的一般规律是：焊缝及附近的区域为，远离焊缝拉应力迅速下降，随后出现。

4、焊接残余收缩变形主要表现在两个方面和。

5、焊接接头的基本形式有：、、和。

6、造成焊接结构脆断的原因是多方面的：主要是，和制造工艺及等。

7、为了防止结构发生脆性破坏相应地有两种设计原则：一为原则，二为原则。

8、在进行多层焊时，如果在先焊的焊道中产生了，则在后续的焊道焊接过程中，有可能在这些缺陷处产生，使焊接结构的。

9、对于大型焊接结构，在满足结构的使用条件下，应当尽量减小，以降低和的影响。

10、、或等，都会使构件中出现应力集中，降低了构件的疲劳强度。

11、大部分疲劳破坏的断口都有一些共同的特征。一般都有二个区域，分别为和。

1、和是形成各种焊接裂纹的重要因素，又是造成焊接接头热应变脆化的根源，并且影响结构的。

2、合理的接头构造不但使结构在服役时，不产生高的，而且在工艺上，便于焊接；不仅保证结构，同时在经济上也省时省料。

3、内应力按照其分布的尺度范围可分为、和。

4、横向残余应力的形成机理较纵向残余应力复杂，它由两个组成部分组成；一个是由焊缝及附近塑性区的，用σy’表示；另一个是由焊缝及附近塑性区的不同时引起，用σy”表示。

5、焊接接头的基本形式有：、、和。

6、按照断裂前塑性变形大小，将断裂分为和两种。

7、通过断裂力学的研究，我们知道加大板厚将使其，断裂将从塑性向，并由向平面应变状态转变。

8、为了防止结构发生脆性破坏相应地有两种设计原则：一为，二为。

9、结构发生脆断时，材料中的比材料的和都小很多，是一种的破坏。

10、对一定的钢种和一定的焊接方法而言，热影响区的金相组织主要取决于，即取决于焊接热输入。因此，合理的选择对防止结构极为重要。

四．分析下列问题

1.焊接时为什么会产生内应力和变形？焊接内应力与焊接变形之间一般有什么关系？

答题要点：1）焊接不均匀温度场的作用；

2）热塑冷缩的原理；

3）拘束使变形减小内应力增加。

1．根据普通厚度平板对接熔化焊加热条件，分析焊接过程产生内应力和变形的原因？并说明一般低碳钢平板对接熔化焊，焊接残余应力峰值大小和截面上的分布规律？（和第一题类似但是都考得这道题，出现概率极大）

答题要点：1）焊接不均匀温度场的作用；4分

2）热塑--冷缩的原理；4分

3）焊缝及附近为拉应力，中心峰值达到材料的屈服极限，距焊缝较远的两侧为分布范围较宽峰值较低的压应力。4分

2.由断口特征怎样鉴别延性断裂；脆性断裂和疲劳断裂？

答题要点：1）宏观特征塑变状态断口显示；

2）微观特征韧窝解理年轮线；

3）指出对应的断裂形式。

3.试分析焊接残余应力对接头静载强度的影响？

答题要点：1)纵向残余应力在截面上的分布; 2分

2)对塑性材料接头的影响; 5分

3) 对脆性材料接头的影响; 3分

4.分析说明焊接残余应力对结构静载强度的影响。

答题要点：1) 纵向残余应力在截面上的分布; 2分

2) 对塑性材料接头的影响; 5分

3) 对脆性材料接头的影响; 3分

5.利用应力集中概念，分析焊接接头中产生工作应力不均匀的原因（概率大）

答题要点：1) 应力集中的概念; 2分

2) 焊接缺陷原因; 3分

3) 焊缝外形原因; 2分

4）不合理的接头设计；3分

6.试分析焊接接头应力集中对接头静载强度的影响？

答题要点：1) 应力集中的概念;

2) 对塑性材料接头的影响;

3) 对脆性材料接头的影响;

7.利用“热塑冷缩”原理分析低碳钢中厚板焊接产生内应力和变形基本原因。

答题要点：1）焊接不均匀温度场的作用；

2）热塑--冷缩的原理；

3）拘束使变形减小内应力增加。

8.焊接接头有几种，比较分析各种接头工作应力分布特点和性能。

答题要点：1）四种接头的集合特征；

2）各接头应力集中程度；

3）承载性能。

9.焊接时为什么会产生内应力和变形？焊接内应力与焊接变形之间一般有什么关系？

答题要点：1）焊接不均匀温度场的作用；3分

2）热塑--冷缩的原理；4分

3）拘束使变形减小内应力增加。3分

10．根据图示框结构分析说明中心焊接柱及两侧柱上的焊后内应力状态，并绘出内应力分布示意图。

答题要点：

1）焊接中心柱无结构拘束下的自由状态热塑--冷缩焊后内应力分析；2分

2）在两侧柱拘束下焊接中心柱热塑--冷缩后内应力分析；2分

3）结构拘束下焊接中心柱焊后合成内应力分析；3分

4）内应力分布示意图。5分

第二章焊接变形和应力

3.长板条中心加热、边缘加热时，残余应力、温度应力的分布情况？

答：

中心加热时：板条中心部分的应变为负值，为压应变，这一区域为压应力，板条两侧的应变为正值，为拉应变，即产生拉应力。若T>250时，中心部位会产生塑性变形，停止加热使板条恢复到初始温度，并允许自由收缩时，最终板条会缩短，缩短量为残余变形量，从而形成中心受拉，两边受压的残余应力分布。

1.焊接结构的优缺点有哪些？

答：优点：

①接接头强度高；

②②焊接结构设计灵活性大；

③③焊接接头密封性好；

④④焊前准备工作简单；

⑤⑤易于结构的变更和改型；

⑥⑥焊接结构的成品率高。

缺点：

②在较大的焊接应力和变形；

②对应力集中敏感；

③焊接接头的性能不均匀。

2.长板条中心加热，边缘加热时温度应力，残余应力的分布情况？

答：

⑴长板条中心加热：

由于中心温度高两端温度低，所以中心产生膨胀受到两端的阻碍而承受压应力，两端受拉应力。当加热温度较高时，将使中心部位产生较大的压缩塑性变形。此时停止加热使板条恢复到初始温度，并允许板条自由收缩，则最终板条长度缩短并且受到两侧的拉力，因此在板条中心形成参与拉应力，而两侧形成残余压应力。

⑵长板条边缘加热：

①当温度<250℃时，板条任何区域均不发生塑性变形，则温度恢复后，板条中既不存在残余应力，也不存在参与变形。

②当温度较高（>250℃)使靠近高温一侧局部范围内产生塑性变形。

③当加热温度很高时，造成板边（B-X2）一段时间内的ós=0，即变形抗力为零。

3.焊接残余应力对焊接结构的静载强度，机加工精度，刚度的影响？

答：

⑴静载强度：

①如果材料具有足够的苏醒，能进行塑性变形，则内应力的存在并不影响构

件的静载强度；

②如果材料处于脆性状态（脆性材料或者处于脆性状态下的塑形材料），由于

材料不能发生塑性变形使构件上的应力均匀化，内应力的存在将降低其静

载强度。

⑵刚度：①构件第一次加载将降低构件的内应力，即使其刚度降低。

②焊接构件经过一次加载和卸载后，如果再次加载，只要载荷大小不超过前次

的载荷，内应力就不再起作用，构件刚度就不受影响，如果载荷大小超过前次载荷，则刚度会受影响。

⑶机加工精度：机加工把一部分材料从构件中去除，使截面积相应改变，并释放一部分残余应力，从而破坏原来构件中内应力的平衡。内应力的重新分布引起构件变形，并影响加工精度。

4.焊接残余变形的分类和产生的原因？

答：1）纵向收缩变形：由沿焊缝长度方向的压缩塑性变形产生；

2）横向收缩变形：由沿板宽方向的压缩塑性变形产生；

3）挠曲变形：长生原因是焊缝位置不对称，有纵向或横向收缩变形；

4）角变形：由于横向收缩沿板厚的不均匀产生；

5）波浪变形：由于压应力作用下失稳产生；

6）错边变形：由于两边木材的线膨胀系数不同，热输入不对称产生；

7）螺旋形变形：产生原因是角变形沿长度上的分布不均匀和工件的纵向错边。

5.预防焊接残余变形的措施？

答：（一）设计措施

1）合理选择焊缝尺寸和形状。在保证结构承载能力的前提下，应遵循的原则是：尽可能使焊缝的长度最短；尽可能使板厚小；尽可能使焊脚尺寸小；断续焊缝和连续焊缝相比，优先采用断续焊缝；角焊缝与对接焊缝相比，优先采用角焊缝以及复杂结构最好采用分步组合焊缝；

2）尽量减少不必要的焊缝，避免焊缝的密集及交叉。；

3）合理安排焊缝位置，尽量对称与中性轴以避免挠曲变形。

（二）工艺措施：焊前预热，焊后消除应力热处理。

6.焊后消除残余应力的方法？

答：1）整体高温回火；

2）局部高温回火；

3）机械拉伸法；

4）温差拉伸法；

5）震动法。

7．焊后纠正焊接残余变形的措施？

答：1）机械矫形法：

压力机校正、锤击法、逐点挤压法、碾压法、机械拉伸消除内应力法、震动时效法等。

2）火焰矫形：

整体高温回火、局部高温回火、火焰局部加热、温差拉伸法等。

8. 焊接过程中调节内应力的措施？

答：

⑴采用合理的焊接顺序及方向。先焊受力较大的部位，使之最终受压应力作用。

⑵适当采用反变形法。

⑶随焊锤击或碾压焊缝。

⑷在结构适当部位加热使之伸长。

9.低碳钢屈服强度与温度之间的关系？

答：

①当加热温度大于600℃时，低碳钢的屈服强度为零，即没有屈服；

③加热温度在500-600℃之间，随温度的增加屈服强度下降；

③当加热温度小于500℃时，屈服强度达到最大且保持不变。

10.什么是高组配、低组配及选材原则？

答：

焊缝金属强度比母材高强度高的接头匹配叫做高组配。焊缝金属强度比母材高强度低的接头匹配叫做低组配。选材原则：“等强匹配”，按高组配原则选材是保证焊缝与母材等强度，按低组配原则选材是保证焊接接头与母材等强度，一般用于强度用钢。“等成分匹配”，保证焊接接头的成分与母材相等，一般用于有色金属，不锈钢、耐热钢、低温钢等。

11.在焊接接头中产生应力集中的原因？

答：1）焊缝中存在工艺缺陷如气孔、夹渣、裂纹、未焊透和咬边等都会引起应力集中；

2）焊缝外形不合理如对接焊缝余高过大，角焊缝为凸出形等，在焊趾处会形成较大的应力集中。

3）焊接接头设计不合理如接头截面的突变，加盖板的对接街接头等，都会造成应力集中。焊缝布置不合理也会引起应力集中。

12.点焊接头的设计原则？

答：

1）尽量避免应力集中；

2）点焊接头的焊点排数不宜过多；

3）适当的焊点间距。

13.铆焊联合的特点？

答：

1）铆焊联合结构可以充分发挥焊接接头和铆焊接头各自的优点，是一种比较合理的结构；

2）铆焊联合接头是指在同一个接头上既有铆钉又有焊缝的形式，由于两者刚度不同，当铆焊接头承受载荷时，铆钉只承受很少一部分载荷，而大部分由焊缝承担。所以这是一种不合理的接头形式。

14.塑性断口、脆性断口的概念及宏观、微观特征？

答：

1）塑形断裂是指在断裂前有较大的塑性变形的断裂。它的断口宏观特征一般呈纤维状，色泽灰暗，边缘有剪切唇，断口附近有宏观的塑性变形。它的微观特征形态是韧窝。

2）脆性断裂是指在断裂前没有或只有少量塑性变形，断裂突然发生并快速发展的断裂。它又常分为解理断裂和晶界脆性断裂。解理断裂的宏观断开平整，一般与主应力垂直，

没有可以觉察到的塑性变形，断口宏观特征：有金属光泽，可以观察到闪闪发光的颗粒，常呈放射状撕裂棱形或人字花样。微观特征形态常出现河流花样、舌状花样、扇形花样等。晶界脆性断裂的断口宏观形态特征呈颗粒状或粗瓷状、色泽较灰暗表面平齐，边缘有剪切唇。微观形态是明显的多面体，如岩石花样或冰糖块状花样。

15.材料断裂的评定方法？

答：

1）转变温度法：评价的是材料的冲击韧性；

2）断裂力学法：评价的是材料的断裂韧性。

16.焊接结构的两种设计原则？

答：

一是防止断裂引发原则，二是止裂原则。前者要求结构的一些薄弱环节有一定的抗开裂性能，后者要求一旦裂纹产生，材料应具有将其止住的能力。一般要求母材焊接接头处具有一定的抗开裂性能，母材具有子裂能力。

17.影响金属脆性断裂的因素？

答：1）外因：

应力状态的影响，在三轴拉应力下必然发生脆断；温度的影响，在冷脆转变温度以下材料会发生脆断；加载速度的影响，加载速度越快越易发生脆断。

2）内因：

材料在工作条件下的韧性储备不足，材料存在缺陷，厚度过大都会产生脆断，材料的化学成分、晶粒度、热影响区的组织也会影响金属的脆断。

18.预防焊接结构发生脆断的措施？

答：（一）正确选用材料：

1）在结构工作条件下，焊缝，热影响区，熔合线的最脆部位应有足够的抗开裂性能；

2）随着钢材强度的提高，断裂韧度和工艺性一般都有所下降，因此，不宜采用比实际需要强度高的材料，特别不应该单纯追求强度指标，而忽视其他性能。

（二)采用合理的焊接结构设计：

1）尽量减少结构或焊接接头部位的应力集中；

2）尽量减小结构刚度，降低用力集中和附加应力的影响；

3）不宜用过厚的截面；

4）重视附件或不受力焊缝的设计；

5）减小和消除焊接残余拉伸应力的不利影响。（三)用断裂力学方法评定结构安全性。

19.疲劳断裂和脆性断裂的异同？

答：相同点：疲劳断裂和脆性断裂时的变形都很小。

不同点：

1）载荷加载次数不同，疲劳脆断需要多次加载，而脆性断裂一般不需多次加载；

2）发生时间长短不同：脆断是瞬时的，而疲劳裂纹的扩展是缓慢的，有时需要长达数年时间。

3）脆性断裂时温度的影响极其重要，随着温度的降低，脆断的危险迅速上升，但疲断裂度却不这样；

4）疲劳断裂和脆性断裂有不同的断口特征。

20.疲劳断口的宏观微观形貌？

答：疲劳断口的宏观形貌是有从断裂开始点向四周射出类似贝壳纹的疲劳裂纹，对于塑形材料，断口呈纤维状，灰暗色，对于脆性材料则是结晶状；微观断口每一次应力循环都有疲劳辉纹产生。

21. 影响焊接结构疲劳强度的主要因素？

答：1）应力集中的影响；

2）近缝区金属性能变化的影响；

3）残余应力的影响；

4）缺陷的影响。

22. 提高焊接接头疲劳强度的措施？

答：（一）降低应力集中：

1）采用合理的结构形式，减少应力集中，以提高疲劳强度；

2）尽量采用应力集中系数小的焊接接头形式；

3）当采用角焊缝时须采取综合措施来提高接头的疲劳强度；

4）通过开缓和槽使力线绕开焊缝的应力集中处来提高接头的疲劳强度；

5）用表面机械加工的方法，消除焊缝及其附近的各种刻槽，降低构件中的应力集中程度，提高接头疲劳强度；

6）采用电弧TIG或等离子束整形的方法代替机械加工使焊缝与基本金属之间平滑过渡；

（二）调整残余应力场：

1）整体退火处理；2）局部加热或挤压处理；3）预先超载法；

（三）改善材料的表面性能，如喷丸处理，挤压或捶打焊缝及过渡区；

（四）特殊保护措施，如在焊缝缺口表面涂敷。

23.厚壁和薄壁容器易出现的缺陷和防止措施？

答：厚壁容器：脆性断裂；

措施：

（一）正确选用材料：

1）在结构工作条件下，焊缝，热影响区，熔合线的最脆部位应有足够的抗开裂性能；

2）随着钢材强度的提高，断裂韧度和工艺性一般都有所下降，因此，不宜采用比实际需要强度高的材料，特别不应该单纯追求强度指标，而忽视其他性能。

（二)采用合理的焊接结构设计：

1）尽量减少结构或焊接接头部位的应力集中；

2）尽量减小结构刚度，降低用力集中和附加应力的影响；

3）不宜用过厚的截面；

4）重视附件或不受力焊缝的设计；

5）减小和消除焊接残余拉伸应力的不利影响。（三)用断裂力学方法评定结构安全性。

薄壁容器：波浪变形；

措施：①减小焊接线能量；②采用刚性固定法；

2、焊接热循环——在焊接过程中，工件上的温度随着瞬时热源或移动热源的作用而发生变化，温度随时间由低而高，达到最大值后，又由高而低的变化称为焊接热循环。

4、七类焊接参与变形的分类及产生的原因？

1）、纵向收缩变形：由沿焊缝长度方向的压缩塑性变形产生；2）横向收缩变形：由沿板宽方向的压缩塑性变形产生；3）挠曲变形：长生原因是焊缝位置不对称，有纵向或横向收缩变形；4）角变形：由于横向收缩沿板厚的不均匀产生；5）波浪变形：由于压应力作用下失稳产生；6）错边变形：由于两边木材的线膨胀系数不同，热输入不对称产生；7）螺旋形变形：产生原因是角变形沿长度上的分布不均匀和工件的纵向错边。 5、预防焊接残余变形的措施

——（一）设计措施：1）合理选择焊缝尺寸和形状。在保证结构承载能力的前提下，

应遵循的原则是：尽可能使焊缝的长度最短；尽可能使板厚小；尽可能使焊脚尺寸小；断续焊缝和连续焊缝相比，优先采用断续焊缝；角焊缝与对接焊缝相比，优先采用角焊缝以及复杂结构最好采用分步组合焊缝；2）尽量减少不必要的焊缝，避免焊缝的密集及交叉。；3）合理安排焊缝位置，尽量对称与中性轴以避免挠曲变形。（二）工艺措施：1）反变形法2）刚性固定法3）合理选择焊接方法和焊接参数4）选择合理的装配焊接次序。 6、焊后纠正焊接残余变形的措施？

——1）机械矫正法：压力机校正、锤击法、逐点挤压法、碾压法、机械拉伸消除内应力法、震动时效法等。2）火焰加热矫正法：整体高温回火、局部高温回火、火焰局部加热、温差拉伸法等。

7、调节内应力的措施？

——（一）采用合理的焊接顺序及方向。先焊受力大的部位，使之最终受压应力作用。（二）适当采用反变形法。（三）随焊锤击或碾压焊缝。（四）在结构适当部位加热使之伸长。 8、焊后消除内应力的措施？

——1）整体高温回火；2）局部高温回火；3）机械拉伸法；4）温差拉伸法；5）震动法。 9、低碳钢屈服强度与温度之间的关系？

——当加热温度大于600℃时，低碳钢的屈服强度为零，即没有屈服；当加热温度在500℃——600℃之间，随温度的增加屈服强度下降；当加热温度小于500℃时，屈服强度达到最大且保持不变。

5、焊接中产生应力集中的原因？

——1）焊缝中存在工艺缺陷如气孔、夹渣、裂纹、未焊透和咬边等都会引起应力集中；2）焊缝外形不合理如对接焊缝余高过大，角焊缝为凸出形等，在焊趾处会形成较大的应力集中；3）焊接接头设计不合理如接头截面的突变，加盖板的对接街接头等，都会造成应力集中。焊缝布置不合理也会引起应力集中。 6、点焊接头的设计原则？——1）尽量避免应力集中；2）点焊接头的焊点排数不宜过多；3）适当的焊点间距

8、焊接用工装的分类？

——分为三大类：1）焊件用变位机，包括焊接回转台、焊接翻转级、焊接变位机、焊接滚轮架等；2）焊机用变位机，包括焊接操作机、电渣焊立架等；3）焊工用变位机，包括焊工升降台等。

6、提高焊接接头疲劳强度的措施？

——（一）降低应力集中：1）采用合理的结构形式，减少应力集中，以提高疲劳强度；2）尽量采用应力集中系数小的焊接接头形式；3）当采用角焊缝时须采取综合措施来提高接头的疲劳强度；4）通过开缓和槽使力线绕开焊缝的应力集中处来提高接头的疲劳强度；5）用表面机械加工的方法，消除焊缝及其附近的各种刻槽，降低构件中的应力集中程度，提高接头疲劳强度；6）采用电弧TIG或等离子束整形的方法代替机械加工使焊缝与基本金属之间平滑过渡；（二）调整残余应力场：1）整体退火处理；2）局部加热或挤压处理；3）预先超载法；（三）改善材料的表面性能，如喷丸处理，挤压或捶打焊缝及过渡区；（四）特殊保护措施，如在焊缝缺口表面涂敷