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精品文档精品文档焊接结构学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。2.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。3.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4.焊接的残余应力分为哪几类？答：纵向残余应力、横向残余应力、厚度方向上的残余应力、拘束状态下焊接的内应力、封闭焊缝引起的内应力、相变应力。5焊接残余变形有哪几种？答：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（其中前两者为平面内的变形，后五者为平面外的变形）6.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σS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。7.如何调节焊接残余应力？消除焊接残余应力的方法有那些？调节焊接残余应力：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。精品文档精品文档2、反变形3、锤击或碾压焊道4、加热减应法：消除残余应力的方法1、整体高温回火将整个焊接件加热到一定的温度（600～650℃），保温一段时间再冷却。消除应力的效果主要取决于加热温度和保温时间，回火温度越高，保温时间越长，应力也就消除的越彻底。2、局部高温回火对整体回火有困难的大型结构，处理的方法是把焊缝周围的一个局部区域加热，其效果虽然不如整体处理，只能降低应力峰值，调整残余应力的分布，不能完全消除残余应力，有时还会由于部分加热产生新的内应力，所以处理的对象只限于简单的结构，但局部高温处理可以改善接头的机械性能。3、机械拉伸法前面在内应力对静载强度及尺寸稳定性的影响中已经讨论了加卸载循环在降低和消除残余应力方面的作用和原理，这里就不多谈了。4、温差拉伸法本法的具体做法是：在焊缝两侧各用一个适当宽度的氧—乙炔焰矩加热，造成一个焊缝两侧温度高，焊缝区温度低的温度场，两侧金属受热膨胀对低温区域进行拉伸，抵消焊接时所产生的压缩塑性变形，从而降低应力。该法的原理与机械拉伸法相同，所不同的只是机械拉伸法用的是外载荷来进行拉伸，而本法是利用局部加热的温差来拉伸。5、振动法8.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qn变化的关系是随线能量qn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）σw≥σcr（薄板的抗失稳临界压应力）精品文档精品文档降低焊接残余压应力σw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σcr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。9.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10、焊接残余应力与变形的调整与控制有哪些措施？答：（1）调控焊接应力与变形的焊前措施：1）合理地选择焊缝的形状和尺寸其应遵循的原则是：①尽可能使焊缝长度最短；②尽可能使板厚小；③尽可能使焊脚尺寸小；④断续焊缝和连续焊缝相比，优先选择断续焊缝；⑤角焊缝与对接焊缝相比，优先选择对接焊缝。2）尽量避免焊缝的密集与交叉3）合理地选择肋板的形状并适当地安排肋板的位置，可以减少焊缝，提高肋板加固的效果4）采用压形板来提高平板的刚性和稳定性，也可以减少焊接量和减少变形。5）联系焊缝可采用断续焊缝的形式以降低热输入总量，并且尽量把工作焊缝变为联系焊缝6）预变形法或反变形法也是要优先考虑的重要措施之一（2）焊后调控焊接残余应力与变形的措施：1）机械方法；2）加热方法。（3）随焊调控焊接应力与变形的措施：1）刚性固定法；2）减小焊缝的热输入3）合理安排装配焊接的顺序4）预拉伸法5）焊时温差拉伸法精品文档精品文档6）随焊激冷法7）随焊碾压法8）随焊锤击法9）随焊冲击碾压法11.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12.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。13.影响焊接接头性能的主要因素?焊缝金属（缺陷）:咬边、裂纹、未焊透、气孔、夹渣热影响区:裂纹、脆化14、什么是焊接接头？答：熔焊焊接接头是在高温移动热源局部加热、快速冷却条件下形成的，接头一般可分焊缝金属、熔合区、热影响区和母材四个组成部分。1、调制钢、低碳钢的热影响区的组成？——1）调制钢热影响区由过热粗晶区、淬火区、不完全相变区组成；2）低碳钢的热影响区由过热粗晶区、完全正火区（细晶区）、不完全正火区组成。15、坡口形式有哪几种？选择坡口形式时通常要考虑哪几个方面？答：坡口形式有：卷边、平对、V形、U形、X形、K形等。选择坡口形式时通常要考虑：1）可焊到性或便于施焊；2）降低焊接材料的消耗量；3）坡口易加工；4）减小或控制焊接变形。16、最理想的坡口形式时什么？为什么？答：最理想的坡口形式是U形坡口；因为同等厚度下U形坡口需要的填充金属量少，节省母材和焊材，并且在同种焊接方法的情况下，其热输入量最小。17、接头形式有哪几种？最理想的接头形式是什么？为什么？答：接头形式有对接接头、搭接接头、角接接头、“丁”“十”字接头。其中，最理想的接头形式是对接接头。因为：1）对接接头的焊后残余应力较小；2）对接接头的焊接变形量较小；3）对接接头的应力集中系数较小；4）在工作过程中对接接头所受的应力状态较好。18．能分析不同的装配焊接顺序对焊接变形的影响。精品文档精品文档答:方案一、a）先组合A、B，即先焊3缝，出现上绕f3；b）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、a）先组合A、C，即先焊1缝，出现上绕f1，不变；b）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、a）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。b）再组合（B+C）和A，先焊1缝，出现上绕f1