焊接结构学复习提纲.方洪渊

焊接结构学复习提纲

§ 焊接热循环

一、焊接结构的特点：优点1）与铆接相比可以节省大量的金属材料

2）焊前准备工作简单，比较省工

3）焊接结构具有比铆接好得多的气密性

4）焊接接头强度高

5）焊接结构设计灵活性大

6)成品率高，一旦出现缺陷可以修复

缺点1）焊接结构的应力集中变化范围比铆接大

2)焊接结构存在较大的应力与变形

3）存在较大的性能不均匀性

4）焊接接头的整体性，对应力集中敏感

二、焊接热过程的复杂性表现：1）局部性或不均匀性

2）瞬时性或非稳态性

3）移动性

三、1）热导率定义: 物体等温面上的热流密度q*[J/mm2s]与垂直于该处等温面的负温度梯度成正比，与热导率λ 成正比n

T q ??-=λ

热量的能力。

2）对流传热定律：由牛顿定律，某一与流动的气体或液体接触的固体的表面微元，其热流密度q 与对流换热系数α和固体表面温度与气体或液体的温度之差（T-T0）成正比:）（0T -T q α=

3）辐射传热定律：根据斯蒂芬—波尔兹曼定律：受热物体单位时间内单位面积上的辐射热量，即其热流密度q 与其表面温度为4次方成正比:40T C q ε=

四、导热微分方程：

五、导热微分方程的边界条件常分为三类：

1）已知边界上的温度值

2）已知边界上的热流密度分布

3）已知边界上物体与周围介质间的热交换

六、热源空间尺寸形状的简化：

1）点热源：作用于半无限体或立方体表面层,可模拟立方体或厚板的堆焊,热量向X 、Y 、Z 三个方向传播。

2）线热源：对应薄板，热量二维传播。将热源看成是沿板厚方向上的一条线，在厚度方向上，热能均匀分布，垂直作用于板平面。

3）面热源：作用于杆的横截面上，可横拟电极端面或磨擦焊接时的加热，认为热量在杆截面上均匀分布，此时只沿一个方向传热。

七、焊接温度场：焊接过程中，焊件上（包括内部）某瞬时的温度分布。可以用等温线或等温面来表示。

准稳定温度场：如果忽略焊接加热过程的起始阶段和收尾阶段，则作用于无限体上的匀速直线运动的热源周围的温度场是准稳定温度场。

1）作用于无限大体的移动点热源的等温线：封闭的椭圆形

t

Q c z T y T x T c t T v ??+??+??+??=??ρρλ1)(222222

八、焊接热循环：焊接过程中，焊件上某点温度有低到高，达到最大值后，又由高到低随时间的变化称为焊接热循环。参数：1）加热速度2）加热的最高温度3）冷却速度4）高温停留时间

§ 焊接应力与变形

一、内应力:在没有外力作用下平衡于物体内部的应力。

1）温度应力：是由构件不均匀受热引起的

2）残余应力：如果不均匀温度场所造成的内应力达到材料的屈服极限，使局部区域产生了塑性变形，当温度恢复原始的均匀状态后，就产生了残余应力。

二、自由变形T L ?、外观变形e L ?、内部变形L ?：T e εεε-=;εσ?=E

三、焊接残余变形：（一） 纵向收缩变形：构件焊后在焊缝方向发生收缩；

（二） 横向收缩变形：构件焊后在垂直焊缝方向发生收缩；

（三） 挠曲变形：构件焊后发生挠曲；纵、横向收缩均可引起。

（四） 角变形：焊后构件的平面围绕焊缝产生的角位移；

（五） 波浪变形：焊后构件呈波浪形；

（六） 错边变形：焊接过程中，两焊间的热膨胀不一致，引起长度

和厚度方向 上的错边。

（七） 螺旋形变形：焊后构件上出现的扭曲。

四、1）纵向收缩变形

塑性变形区：在焊接时，焊缝及其附近的金属由于在高温下的自由变形受到阻碍，产生了压缩塑性变形，这个区域称之为塑性变形区。

影响因素：a、焊接规范b、焊缝长度c、材质的影响d、相变

2）横向收缩变形

直接原因是来自焊缝冷却时的横向收缩，间接原因是来自焊缝的纵向收缩。a、纵向收缩的影响：中间拉，两端压b、横向收缩的影响：最后焊的地方——拉应力

影响因素：a、焊接方法与顺序b、焊缝长度c、拘束度

3）角变形

角变形的根本原因是横向收缩变形在厚度方向上的不均匀分布。

影响因素：a、热输入b、板厚

4）焊接错边

焊接过程中对接边的热不平衡是造成焊接错边的主要原因之一。

螺旋形变形（扭曲变形）

产生原因与焊缝角变形沿长度上的分布不均匀性和工件的纵向错边有关。

5)波浪变形

失稳：薄板在承受压力时，当其中的压力达到某一临界值时，薄板将出现波浪变形丧失承载能力的现象。

五、预防变形的措施——设计、工艺、焊后校正

（一）设计措施

1. 合理地选择焊缝的尺寸和形式

1）在保证焊接质量的前提下，选择工艺上可能的最小尺寸。

2）对于受力较大的丁字接头和十字接头，在保证相同强度下，采用开坡口可减少焊缝金属。

3）对接焊缝不同坡口型式焊缝金属相差很大。

4）薄板采用点焊可减少变形。

2. 尽可能减少不必要的焊缝

3. 合理的安排焊缝的位置，尽可能的对称。

（二）工艺措施

1.反变形法

2.刚性固定法

3.合理的选择焊接方法和规范

4. 选择合理的装配焊接顺序例：焊接梁罐底与罐壁的焊接（三）矫正焊接变形的方法

1.机械矫正法利用外力使构件产生与焊接变形方向相反的塑性变形，使两者相互抵消。例压机、锤击、碾压。

2.火焰加热矫正利用火焰局部加热时产生压缩塑性变形，使较长的金属在冷却后收缩，达到矫形的目的。

六、在焊接过程中调节内应力的措施

（一）合理的焊接顺序和方向

1.尽量使焊缝能自由收缩，先焊收缩量较大的焊缝；

2.先焊工作时受力较大的焊缝。

3.拼板时先焊错开的短焊缝再焊直通的长焊缝

(二)在焊接封闭焊缝或其它刚性较大，自由度较小的焊缝时，可采用反变形来增加自由度。

（三）锤击或碾压焊缝

（四）在结构适当部位加热使之延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，冷却时加热区和焊缝同时收缩，降低内应力。（五）焊后消除焊接内应力的方法

1、整体高温回火

2、局部高温回火

3、机械拉伸法（过载法）

4、温差拉伸法（低温消除应力法）

5、振动法

七、焊接残余应力的影响

（一）内应力对静载强度的影响

1.只要材料的延性足够（如中低强钢），能进行塑性变形，内应力的存在不影响构件的承载能力，对静强度无影响

2.材料处于脆性状态(如灰铸铁），材料不能进行塑性变形，外力的增加，构件上不能产生应力的均匀化，应力峰值不断增加直至

，发生局部破坏，导

b

致整个构件断裂。即使静强度下降。

（二）内应力对疲牢强度的影响

（三）内应力对机械加工精度的影响

（四）内应力对受压杆件稳定性的影响

（六）内应力对应力腐蚀开裂的影响

八、焊接残余应力的测定

（一）应力释放法

1、切条法

2、套孔法

3、小孔法

4、逐层切削法

(二) X 射线衍射法晶体在应力作用下原子间距离发生变化，与应力成正比。无破坏性。

§焊接接头

一、焊接接头是由焊缝金属、熔合线、热影响区和母材组成。特点：不均匀性、应力集中

1.焊接接头是一不均匀体。（成分、几何、组织、性能）

2.因焊缝形状和布置的不同产生不同程度的应力集中。

3.影响接头性能的因素：力学因素和材质因素

力学影响：接头形状的不连续性、缺陷、残余应力和焊接变形

材质方面：焊接热循环、焊缝化学成分、焊接热塑性、焊后热处理

二、焊接热影响区（HAZ）：母材因受焊接热的影响（但未溶化）而发生的金相组织和机械性能变化的区域。包括粗晶区（1200-1500c），细晶区（900-1200c ），部分相变区，蓝脆区。