武汉理工大学2011级《焊接结构课》复习题

焊接结构课复习题（）第一章序论1.什么是焊接结构?它有何优缺点?答：全焊结构，铆焊接构，栓焊结构3种结构的总称就叫焊接结构。

焊接结构的优点：1、连接效率高2、水密性和气密性好3、重量轻4、成本低、制造周期短5、厚度不受限制缺点：1.应力集中变化范围大2.有较大的应力和变形3.有较大的性能不均匀性，且对材料敏感4.焊接接头的整体性导致止裂困难5.焊接接头缺陷难以避免,具有隐蔽性。

第二章焊接应力与变形1.何谓内应力？内应力有何性质及推论？答：在没有外载荷作用时，平衡于物体内部的应力叫内应力。

性质：自身平衡，不稳定性推论：内应力的波形图至少应该是三波形的，因为单波形，两波形都不能满足合力为零，合力矩为零。

2.内应力的分类？热应力和组织应力概念。

答：按内应力产生的原因来分：有热应力和组织应力。

焊接应力的平衡范围较大，属于宏观内应力。

热应力：也叫温度应力，是由于构件受热不均匀而引起的应力。

组织应力：金属冷却时，在刚性恢复温度之下产生相变导致体积变化而引起的应力叫组织应力。

（对于低碳钢，刚性恢复温度是600度，而它的奥氏体转变温度是600~700度之间，600度以下没有相变发生，所以低碳钢不存在组织应力）按内应力平衡的范围分第一，二，三类内应力。

按内应力产生的时间来分：有瞬时应力和残余应力3.何谓自由变形、外观变形、内部变形？搞懂他们的相互关系。

利用三等份板条中间板均匀加热的模型理解焊接应力与变形产生的原因？答：1.自由应变εT：当某一金属物体的温度有了改变，或发生了相变，它的尺寸和形状就要发生变化，如果这种变化没有受到外界的任何阻碍而自由地进行，这种变形称之为自由变形。

如果增加一个一个约束条件，自由应变εT就不能完全表现出来，表现出来的部分为外观应变εe，而未表现出来的部分就叫内部应变ε。

（弹性内部应变ζS和塑性内部应变εp）在温度恢复到T0之后，塑性内部应变将保留下来，这样原杆件将缩短εp 。

三等分板条的力学模型:如果中间部分的温度上升小，出现的不可见变形处于弹性范围内，当温度恢复到原始状态，则刚才出现的应力和变形都会消失,不会有残余应力和变形出现. 如果中间部分的温度上升大，温度恢复后，中间部分受拉应力而两侧部分则受压应力。

4.研究焊接应力与变形的基本假设。

答：1.热物理性能的简化:设材料的热物理参数不随温度变化 2.在500℃度以下屈服极限ζs为常量，500～600℃之间，线性下降到０.大于600℃度认为材料丧失弹性。

3.平截面假设:构件的某截面在加热前是平面，那么加热变形后仍然保持平面。

5.焊缝的纵向收缩和横向收缩是以焊缝为参照系的,而与焊件的纵横无关。

6.各种焊接变形（收缩变形，弯曲变形，角变形、波浪变形、焊接错边、扭曲变形）的产生原因，影响因素和控制措施。

答：①纵向收缩变形：不均匀加热→压缩塑性变形→相当于力Ｐ→缩短→力Ｐ偏离构件中心→弯曲影响纵向变形的因素（6点）：多层焊的焊接纵向变形比单层焊小,间断焊的纵向收缩变形比连续焊小(与线能量有关);构件中心与焊缝中心距离大的，弯曲变形也大，因为距离大，促使焊件变形的力的力矩也越大。

②横向收缩变形:1.堆焊原因：加热不同时→前后各点温度不同→膨胀受阻→压缩塑变→横向收缩影响因素：线能量q，板厚δ：板厚增加，使得板的刚度增加抵抗变形的能力增加。

横向变形沿焊缝长度上的分布是不均匀的，沿着焊接方向从小到大逐渐增长，到一定长度后趋于稳定，因为先焊的焊缝的横向收缩对后焊的焊缝产生一个挤压作用，使后者产生一个更大的横向压缩变形。

2.对接接头：一方面：有间隙时：热膨胀↑→间隙↓→横向收缩↑无间隙时：热膨胀↑→挤压使厚度↑（冷却后向外侧膨胀的部分恢复，厚度方向的变形不可恢复）→横向收缩↑另一方面：焊缝的纵向收缩影响横向变形，纵向变形→间隙↑→横向收缩↓影响因素：坡口角度↑、间隙↑→横向收缩↑，焊缝金属量↑—→横向收缩↑，线能量↑—→横向收缩↑③角变形原因：横向收缩变形在厚度方向上的不均匀分布，正面的横向收缩大，背面的横向收缩小。

影响因素：堆焊角变形随线能量q n变化的关系是随线能量q n的上升，角变形由小到大，达到峰值后又下降。

角变形随板厚δ的变化也如此。

对接接头影响角变形的主要因素是坡口角度、焊接层数以及焊缝截面形状。

坡口角度α↑—→上下收缩差↑—→角变形↑，对于同样的坡口形式多层焊比单层焊角变形大，焊接层数越多，角变形越大。

用对称坡口如：X型坡口、双U型坡口取代型坡口有利于减少角变。

④波浪变形：板架结构焊后是否失稳的判据为：（焊接残余压应力）ζw≥ζcr（薄板的抗失稳临界压应力）降低焊接残余压应力ζw的方法：采用小的焊接线能量，采用间断焊，采用能量密度高的焊接方法。

增大薄板的抗失稳临界压应力ζcr的方法：增加板厚，增加骨架，减小骨架间距，但这些效果都不好，所以对薄板框架结构很难做到焊后不失稳，应当寻找一种新型来取代薄板框架结构，这就是新型的压筋结构。

⑤焊接错边：分为厚度上的错边和纵向错边原因：装配不善，对接边的热不平衡，刚度不等。

焊接错边在长焊缝上有逐步积累作用，所以一般不宜用直通焊焊长焊缝，可采用跳焊、分段退焊；对于环形焊缝应当对称施焊，跳焊,而不是顺着一个方向焊,以防错边积累。

⑥螺旋形变形（扭曲变形）原因：角变形沿焊缝长度方向分布不均匀以及工件的纵向错边。

措施：改变焊接顺序和方向。

将俩条相邻的焊缝同时同方向焊接。

7.预防焊接变形的设计措施，工艺措施各有那些？答：设计措施：（1）合理地选择焊缝尺寸和形式：在保证结构的承载能力的条件下，设计时应尽量采用小的焊缝尺寸（2）尽可能减少不必要的焊缝（3）合理地安排焊缝的位置：焊缝应尽可能安排在接近结构中和轴的地方，并尽可能对称于截面中和轴。

工艺措施：（1）严格对加工装配工序的要求（2）预留收缩余量（3）反变形法，事先估计好结构变形的大小和方向然后在装配时给一个相反方向的变形与焊接变形相抵消。

（4）刚性固定法用来防止角变形和波浪变形效果比较好。

（5）合理地选择焊接方法和规范，选用能量密度高的焊接方法可以有效的防止焊接变形，CO2焊就比手弧焊变形小，气焊变形最大，真空电子束焊和激光焊能量密度最大焊缝很窄变形极小。

例：如图：对于这样一个不对称的工字型结构,如果用相同的焊接规范进行焊接，则焊缝1、2造成的弯曲将大于3、4，如果把1、2焊缝适当分层焊接，每层用小线能量,则有可能使上下绕曲变形相互抵消.(6) 合理地选择装配焊接顺序8.能分析不同的装配焊接顺序对焊接变形的影响。

例：方案一先组合槽钢(A) 和若干隔板(B)，即先焊3缝，出现上绕f3：再组合（A+B）和C，先焊1缝，出现上绕f1；再焊2缝，出现上绕f2；总变形：f1+ f2+ f3方案二先组合A、C，即先焊1缝，出现上绕f1，不变；再组合（A+C）和B，先焊2缝，出现上绕f2，不变；再焊3缝，出现下绕f3；由于此时的中和轴与A、B组合时相比下移了，所以3缝的中心可能变到中和轴的上方，f3将成为下绕度。

总变形：f1+ f2－f3方案三先组合B、C，即先焊2缝，绕度f2 = 0 ；此时焊缝中心和B、C的中性轴几乎重合，所以产生的绕度很小，几乎为0。

再组合（B+C）和A，先焊1缝，出现上绕f1；再焊3缝，出现下绕f3；总变形：f1－f3 最小。

9.用机械和火焰矫正焊接变形的原理各是什么？答：机械矫正法是利用外力使构件产生与焊接变形相反的变形，使两者抵消（使那些缩短的部分拉长）火焰矫正法是利用火焰局部加热时产生的压缩塑性变形使较长部位的金属缩短来达到矫正变形的目的。

10.纵向焊接残余应力的分布特点及数值大小。

11.横向焊接残余应力的分布特点及与施焊方式的关系。

答：分为两个组成部分：一是由于焊缝及其附近的塑性变形区的纵向收缩引起的，用бy′表示。

存在着两端部分为压应力，中间部分为拉应力的横向内应力。

另一个是由焊缝及其附近的塑性变形区横向收缩的不同时性引起的，用бy″表示。

бy″与施焊的先后次序、方向、分段方法有关。

虽然焊接的方向不同，бy″的分布不同，但只要掌握一点，就是焊接收尾的地方бy″一定是拉应力。

12.残余应力对机械加工精度的影响，对受压杆件稳定性的影响？答：对机械加工精度会产生很大的影响：因为机械切削加工把一部分材料从工件上切去的同时，把原先在那里的焊接残余应力也一起去掉了，从而破坏了工件中原来的内应力的平衡，工件将出现变形使内应力达到新的平衡。

要减小变形，提高加工精度，可以减小每次的加工量，分几次加工，每次加工量递减，这样可以提高加工精度，但不能彻底消除焊接应力对加工精度的影响。

要想彻底消除焊接应力对加工精度的影响，只能先消除焊接残余应力然后再进行机械加工。

对受压杆件稳定性的影响：降低了杆件的抗失稳能力，且影响压杆稳定的主要是残余应力中的压应力区。

13.残余应力对静载强度及尺寸稳定性的影响。

答：焊接残余应力对塑性材料的静载强度没有影响，而对尺寸稳定性却有很大影响。

因为要使构件全面屈服,不管有无残余应力需要的外载荷都是一样的。

对脆性材料，焊接残余应力降低其静载强度。

14.在焊后的加卸载过程中，焊接残余应力及应变的变化。

答：结论一、焊接残余应力对塑性材料的静载强度没有影响.结论二: 焊接结构焊后经过一个加卸载循环,结构内的焊接残余应力将减小到原来的( 1－β)倍 ,如果在该循环中，β= 1的话，则可完全消除残余应力.结论三:焊接结构焊后经过一个加卸载循环,结构的尺寸将发生变化，出现了二次变形.15.二次变形及其原理。

16.如何调节焊接残余应力？消除焊接残余应力的方法有那些？（教材P61）答：调节内应力的措施：1.采取合理的焊接顺序和方向（1）尽量使焊缝能自由收缩，先焊收缩量大的焊缝。

（2）先焊工作时受力大的焊缝。

（3）拼板时应先焊错开的短焊缝，再焊直通的长焊缝。

2.反变形3.锤击或碾压焊道4.加热减应法例：工字梁的对接：1、2两缝对结构来说是横向焊缝，它的横向收缩要比3缝的纵向收缩大，所以应先焊收缩量大的1、2 缝。

又面板上的1缝工作时受力较大，根据原则（2）应先焊1缝，这样在焊后面的2、3缝时它们的收缩能使1缝预先承受压应力，提高了结构的承载能力。

消除残余应力：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.振动法17.什么叫加热减应法？它有何作用？答：在结构的某些部位加热，使它产生的热膨胀带动焊接部位，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，使焊缝能自由的收缩，从而降低内应力。

18.焊接残余应力的测定方法有那些？答：焊接残余应力的测定方法按对结构损坏的程度分为全破坏法、微破坏法和非破坏法。

第三章焊接接头1.焊接接头的定义。

答：在焊件需要连接的部位，用焊接方法制造而成的接头称为焊接接头。