焊接结构复习资料.docx

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焊接结构复习资料

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　　绪论

　　焊接结构:

将各种经过轧制的金属材料及铸、锻件等坯料采用焊接方法制成的能承受一定载荷的金属结构。

　　第一章焊接结构中的应力与变形

　　1.内力：

存在于物体内部的、受外力作用或其他因素引起物体内部之间相互作用的力应力：

物体单位截面积上的内力叫做。

　　2.变形:

物体在外力或温度等因素的作用下，其形状和尺寸发生变化。

　　3.自变形：

当金属物体温度发生变化，或发生了相变，其尺寸和形状就要发生变化，如果这种变化没有受到外界的阻碍而自的进行我们称之为自变形。

　　4.外观变形：

当金属在温度变化过程中受到阻碍，不能完全的自变形，把能表现出来的这部分变形，称为外观变形。

　　5.内部变形：

把未表现出来的那部分变形，称为内部变形；表示金属内部原子间的相对位移，这种变形产生了内应力并直接决定杆件的强度。

　　6.焊接应力：

是焊接过程中及焊接过程结束后，存在于焊接结构中的内部相互平衡的应力。

7.焊接变形：

焊接而引起的焊件尺寸的改变称为焊接变形。

8.焊接结构产生应力和变形的原因

　　a局部加热，构件上温度分布极不均匀。

b接头形式不同，焊接熔池内的金属散热条件不一。

c部分金属会发生相变。

d受焊前加工工艺的影响。

9.研究金属材料焊接应力与变形的假设

（1）焊接温度场

（2）有关力学性能和物理性能的假定1.平截面假定　　2.金属性能的假定3.金属屈服点的假定　　4.应力应变关系的假定10、杆件均匀加热-变形及应力

　　结论：

a如果在加热过程中，在杆内不产生压缩塑性变形，则在冷却后，杆内无任何残余现象存在；

　　b如果在加热过程中，在杆件内产生了塑性变形，则在冷却后，杆件内将发生残余缩短，其缩短量等于加热过程中产生的最大压缩塑性变形值；

　　结论：

a对于伸缩都受到拘束的杆件，如果在加热过程中产生了压缩塑性变形，则在冷却后，在杆件内将会产生拉伸残余应力；

　　b如果加热过程中产生的最大压缩塑性变形值足够大时，则杆内的残余应力可达到金属的屈服极限，并可能产生拉伸塑性变形；

　　总之，加热过程中产生的压缩塑性变形是产生残余变形和残余应力的主要原因；杆件均匀加热-结论

　　1、受拘束的杆件在均匀受热过程中，若产生压缩塑性变形时，则该压缩塑性变形将始终保留在冷却过程中，待杆件完全冷却后，必定在杆内引起残余应力和变形。

　　2、如果在冷却过程中杆件能自收缩，待杆件冷却后，杆件必将发生收缩变形，其缩短值恰等于加热时产生的最大压缩塑性变形值。

然而杆件内无残余应力。

　　3、如果在冷却过程中杆件被固定，待冷却后，杆件内必存有较大的残余拉伸应力。

焊接残余应力：

当焊接过程全部结束，焊件完全冷却后残余在焊件中的内应力纵向残余应力：

应力作用方向与焊缝平行的残余应力。

　　纵向残余应力分布的影响因素a构件几何尺寸b焊缝长度的影响c金属相变

　　焊缝及近缝区中的纵向残余应力是拉应力，近邻此区域的纵向残余应力为压应力，远处则又是拉应力区。

4.横向残余应力与焊缝中心线垂直的残余应力。

　　在对接接头中，沿焊缝中心线的横向残余应力两个因素引起：

　　1）焊缝及其近缝区的塑性变形区的纵向收缩引起的，用σ’y表示。

　　2）焊缝及其近区的塑性变形区的横向收缩的不同时性引起的，用σ’’y表示，因此，σy=σ’y+σ’’y。

σ’y

　　5.预防和消除焊接残余应力的措施调整和减小焊接残余应力的方法设计原则

　　a尽量减小焊缝截面尺寸，在保证强度的前提下尽量减少填充金属的数量

　　b将焊缝尽量布置在最大工作应力区之外，防止残余应力与外力产生叠加，影响结构的承载能力。

　　c尽量防止焊缝密集、交叉。

　　d采用局部降低焊缝附近刚度的方法，使焊缝能比较自地收缩。

e采用合理的接头形式工艺措施

　　a设计合理的装配焊接顺序b用局部加热法减小应力c锤击d反变形法接头应遵循的原则

　　a在焊缝的连接板端部应当有较缓的过渡

　　b加强肋等端部的锐角应切去

　　c焊缝应布置在工作时最有效的地方，用最少的焊接量得到最佳的效果

　　d焊接的位置应便于焊接及检验

　　e焊缝不应过分密集

　　σ’’y

　　f避免焊缝交叉

　　g焊缝布置尽可能对称并靠近中性轴

　　h受弯曲作用的焊缝未焊侧。

不要位于受拉应力处

　　l避免将焊缝布置在应力集中处，对动载结构尤应注意

　　m避免焊缝布置在应力最大处

　　5.焊后消除焊接残余应力的方法

　　常采用的方法包括a整体热处理b局部热处理c振动法d爆炸法e碾压法f过载法g温差拉伸法6.焊接残余应力的测定

　　按其对结构的是否破坏来分a全破坏法b半破坏法c无损法按测试原理分a应力释放法bX射线法

　　7．应力释放法原理：

利用构件在机加工后应力部分释放，会产生变形来重新分布应力达到平衡，利用应力应变关系来求出应力。

　　常用方式：

切条法、车削法、刨削法、套孔法、小孔法

　　切条法：

将待测焊件划分几个区域，在各区待测点上贴应变片或加工机械引申计旳标距孔，然后测原始读数，在切断，然后在读数，根据

　　EX可以算出应力。

X车削法：

此法多用于测圆柱零件堆焊后的残余应力分布。

　　小孔法：

是应力破坏性最小的一种，原理是：

在应力场中钻一个小孔，应力平衡受到破坏，钻孔周围的应力重新调整，测得孔附近的应变片的变化，可用弹性力学推算小孔处的应力。

　　套孔法：

采用套料钻或管形电火花加工环形孔来释放应力，在孔内预先贴上应变片，可以算出表面残余应力，切削深度[~]D，破坏性不大。

　　表面强化处理特殊保护措施采用保护涂层

　　第四章焊接结构的应力腐蚀破坏1.应力腐蚀的主要害处：

　　金属本身的损失金属制品结构损坏所造成的损失

　　应力腐蚀概念：

金属在静拉应力和特定腐蚀介质共同作用下，经过一段时间后，所产生的低应力脆断现象。

　　产生条件：

　　1）拉应力存在外应力、残余应力

　　2）化学介质一定材料对应一定的化学介质3）材料与腐蚀介质的组合

　　4）工作温度镁合金在室温下便产生应力腐蚀，低碳钢一般在介质的沸腾温度下才开裂。

　　断口特征

　　宏观：

常发生在材料的表面台阶状或放射状条纹断口有金属光泽

　　微观：

显微裂纹呈枯树枝状；腐蚀坑；沿晶断裂和穿晶断裂；穿晶断裂有河流花样、扇形花样等。

　　2.防止焊接结构产生应力腐蚀的措施：

　　a、正确选材　　匹配的焊接材料耐SCC好，经济b、合理的结构设计

　　1）考虑耐蚀性需要　　

　　2）尽量避免和减少局部应力集中

　　3）采用连续焊，可避免产生缝隙，增加结构抗应力腐蚀能力。

4）设计槽及容器时，应考虑易于清洗和将液体排放干净。

5）避免不同金属接触以防止电偶腐蚀。

　　6）换热操作中英避免局部过热点，设计时应保证具有均匀的温度梯度。

　　合理的结构设计

　　c消除和调节残余应力：

合理的施焊工艺、热处理、调节残余应力场转为压应力场d控制电位：

阴极和阳极保护

　　e用镀层或涂层隔离环境：

如油漆、油脂等，电镀Zn,Cr等易氧化形成致密的氧化物薄膜

　　f控制和改善环境：

对环境介质进行处理；加缓蚀剂；降温

　　第五章

　　1、常用工艺文件种类（5-151）

　　工艺过程卡片是描述零件整个加工工艺过程全貌的一种工艺文件。

它是制定其他工艺文件的基础，也是进行技术准备、编制生产计划和组织生产的依据。

通过工艺过程卡可以了解零件所需的加工车间、加工设备和工艺流程。

表5—2所示为装配工艺过程卡。

　　工艺卡片它是以工序为单位来说明零件、部件加工方法和加工过程的一种卡片。

工艺卡片表示了每一工序的详细情况，所需的加工设备以及工艺装备。

如表5—3所示为焊接工艺卡片。

　　工序卡片它是在工艺卡片的基础上为某一道工序编制的更为详细的工艺文件。

工序卡片上须有工序简图，表示本工序完成后的零件形状、尺寸公差、零件的定位和装配装夹方式等。

表5—4所示为装配工序卡。

工艺守则是焊接结构生产过程中的各个工艺环节应遵守和执行的制度。

主要包括守则的适用范围，与加工工艺有关的焊接材料及配方，加工所需设备及工艺装备，工艺操作前的准备以及操作顺序、方法、工艺参数、质量检验和安全技术等内容。

　　2、制定焊接工艺应遵循的原则

　　a、保证焊接质量，即焊接的接头无论外形尺寸或内部质量都要满足技术要求。

b、有利于生产率的提高，即要便于施焊，可达性好，翻转次数少。

　　c、选择合适的焊接方法，了解各种方法的生产特点。

如：

适合金属的种类、厚度、焊接位置、焊缝长度；对坡口、焊前准备、焊后热处理的要求；焊接接头的质量及其稳定性；经济指标等在制定焊接工艺时参考。

　　3、编制焊接生产工艺应达到的要求

　　a、保证质量的同时，要求各工序工艺的劳动量最小；b、产品周期最短，且生产节拍与生产任务相适应；

　　c、采用多面手、多工位兼职、多机床管理及采用高效的机械化、自动化方法，以节省工人数量。

d、提高设备利用率，使设备、装备数量最少。

e、采用优化排样，降低废料率；f、采用节能设备和工艺，降低能耗。

　　4、车间布置方案的基本形式

　　目前金属结构车间布置方案的基本形式大致分为纵向布置、迂回布置、纵横向混合布置等方案。

纵向生产线的车间适用于各种加工路线短、不太复杂的焊接产品的生产，包括质量不大的建筑金属结构的生产。

迂回布置适用于产品零件加工路线较长的单件小批、成批生产性质

　　工艺路线：

把焊接结构生产制造中各生产工序的排列顺序称为生产工艺路线或工艺流程。

　　工序：

一个或一组工人，在一台设备或一个工作地点对一个或同时几个焊件所连续完成的那部分工艺过程，称为工序。

　　工位：

在某一工序中，工件在加工设备上所占的每个工作位置称为工位。

　　工步：

在一个工序内工件、设备、工具和工艺规范均保持不变的条件下所完成的那部分动作称为工步。

　　5、焊接接头静载强度计算

　　对接接头强度计算

　　已知：

F=δ=8mmL=50mm构件材料为Q235，为机器焊接结构，采用焊条为E4303型焊条焊接。

　　焊缝等级为三级。

试校核该焊缝的静载强度。

　　公式

　　带入参数ζ=×104KN/8mmx50mm=160MPa

　　查询[ζw]（根据母材为Q235焊条为E4303型焊条焊接，焊缝等级为三级。

）构件的使用情况为机器焊接构件[ζw]=[ζ]==ζ=160MPa<[ζw]=

　　T形接头强度计算P180-181

　　[ζ

　　w]=185MPa

　　6、焊接接头设计不合理改合理（P166-1178）

　　附：

焊接接头的设计特点

　　a焊接接头应优先采用形式简单、应力集中小、不破坏结构连续性的。

不要使用或较少使用残余应力力线密集或出现转折的接头和焊缝形式。

　　b尽量将焊接接头布置在工作载荷较小处，以及构件几何尺寸和形状不变的地方。

c角焊缝的焊角尺寸不宜过大，搭接角焊缝不宜过长。

　　d钢板在厚度方向上性能差，因此组成T形接头时，选择Z向钢。

　　e焊接接头刚度大，焊缝未达屈服前变形量很小，故对于作为铰接点的接头可能产生高的附加应力，此时应采取诸如减小焊接截面、改变焊缝位置等措施来增加接头的柔性。

　　f充分考虑制造单位的条件，提高设计接头的公益性

　　7、焊接结构图样表示法焊缝坡口采用带钝边的V形坡口　　坡口间隙为2mm　　钝边高为3mm坡口角度为60°采用焊条电弧焊焊接反面封底焊反面焊缝要求打磨平整。

　　1.带钝边的双V形坡口对接焊缝，钝边为2mm，根部间隙为1mm，坡口角度为50°，画出其焊缝符号。

2.坡口角度为60°，根部间隙为2mm，钝边为3mm且封底焊的V形焊缝，焊接方法为焊条电弧焊，画出其焊缝符号

　　3、焊脚尺寸为6mm，沿焊件周围施焊的双面角焊缝，画出其焊缝符号。

　　4、上面为坡口角度为45°，钝边为3mm，根部间隙为2mm的单边V形对接焊缝，下面是焊脚为8mm的角焊缝的双面焊缝，画出其焊缝符号。

　　5、断续角焊缝，焊缝长100mm，焊脚尺寸为6mm，间距为50mm，共有6段，在现场或工地上进行焊接，焊缝在非箭头侧，画出其焊缝符号。

　　6、带钝边的U形坡口的封底焊，钝边为2mm，根部半径为10mm，根部间隙为2mm，画出其焊缝符号。

　　8、焊接接头的基本类型

　　按焊接方法分：

熔焊接头、压力焊接头、钎焊接头

　　按接头构造形式不同分：

对接接头、搭接接头、T形接头、十字接头、卷边接头等

　　9、焊接接头及接头术语分类

　　焊接接头：

用焊接方法把金属材料连接起来的接头，简称接头。

焊接接头的组成：

焊缝金属、熔合线、热影响区和母材。

　　对接接头：

两板件端面通过焊接形成135°～180°夹角，称为对接接头。

对接接头是各种接头中受力最好、最省材料的接头形式

　　搭接接头：

两板件部分重叠起来进行焊接所形成的接头。

搭接接头的应力分布极不均匀，疲劳强度较低，不是理想的接头形式，但是，搭接接头的焊前准备和装配工作比较简单

　　T形接头：

将一个焊件的端面与另一焊件的表面构成直角或近似直角，用角焊缝连接起来的接头。

这类接头能承受各种方向的外力和力矩的作用

　　角接接头：

两板件端面构成30°～135°夹角的焊接接头。

角接接头多用于箱形构件。

焊缝是构成焊接接头的主体部分，有对接焊缝和角焊缝两种基本形式。

对接焊缝

　　对接焊缝的焊接接头可采用卷边、平对接或加工成V形、U形、X形、K形等坡口。

　　基本型：

I形、V形和单边V形、U形和单边U形；特殊型：

卷边的、带垫板的、锁边的和塞焊、开槽焊等；组合型：

各种坡口的组合使用

　　坡口角度：

其作用是使电弧能深入根部使根部焊透，坡口角度的大小与板厚和焊接方法有关，坡口角度越大，焊缝金属量越多，焊接变形也会增大，一般焊缝的坡口角度选60°左右。

　　根部间隙：

采用根部间隙是为了保证根部能焊透。

一般情况下，坡口角度小，需要同时增加间隙；而间隙较大时，又容易烧穿，为此，需要采用钝边防止烧穿。

根部间隙过大时，还需要加垫板。

　　角焊缝：

按其截面形状可分为平角焊缝、凹角焊缝、凸角焊缝和不等腰角焊缝四种；应用最多的是截面为直角等腰的角焊缝。

角焊缝的大小用焊脚尺寸K表示。

　　10、开坡口原因：

是为了确保厚板焊透，获得较高接头质量，同时也从经济效益考虑。

11、焊接接头坡口形式

　　基本型：

I形、V形和单边V形、U形和单边U形；特殊型：

卷边的、带垫板的、锁边的和塞焊、开槽焊等；组合型：

各种坡口的组合使用

　　坡口角度：

其作用是使电弧能深入根部使根部焊透，坡口角度的大小与板厚和焊接方法有关，坡口角度越大，焊缝金属量越多，焊接变形也会增大，一般焊缝的坡口角度选60°左右。

　　根部间隙：

采用根部间隙是为了保证根部能焊透。

一般情况下，坡口角度小，需要同时增加间隙；而间隙较大时，又容易烧穿，为此，需要采用钝边防止烧穿。

根部间隙过大时，还需要加垫板。

　　角焊缝：

按其截面形状可分为平角焊缝、凹角焊缝、凸角焊缝和不等腰角焊缝四种；应用最多的是截面为直角等腰的角焊缝。

角焊缝的大小用焊脚尺寸K表示。

　　10、开坡口原因：

是为了确保厚板焊透，获得较高接头质量，同时也从经济效益考虑。

11、焊接接头坡口形式

　　绪论

　　焊接结构:

将各种经过轧制的金属材料及铸、锻件等坯料采用焊接方法制成的能承受一定载荷的金属结构。

　　第一章焊接结构中的应力与变形

　　1.内力：

存在于物体内部的、受外力作用或其他因素引起物体内部之间相互作用的力应力：

物体单位截面积上的内力叫做。

　　2.变形:

物体在外力或温度等因素的作用下，其形状和尺寸发生变化。

　　3.自变形：

当金属物体温度发生变化，或发生了相变，其尺寸和形状就要发生变化，如果这种变化没有受到外界的阻碍而自的进行我们称之为自变形。

　　4.外观变形：

当金属在温度变化过程中受到阻碍，不能完全的自变形，把能表现出来的这部分变形，称为外观变形。

　　5.内部变形：

把未表现出来的那部分变形，称为内部变形；表示金属内部原子间的相对位移，这种变形产生了内应力并直接决定杆件的强度。

　　6.焊接应力：

是焊接过程中及焊接过程结束后，存在于焊接结构中的内部相互平衡的应力。

7.焊接变形：

焊接而引起的焊件尺寸的改变称为焊接变形。

8.焊接结构产生应力和变形的原因

　　a局部加热，构件上温度分布极不均匀。

b接头形式不同，焊接熔池内的金属散热条件不一。

c部分金属会发生相变。

d受焊前加工工艺的影响。

9.研究金属材料焊接应力与变形的假设

（1）焊接温度场

（2）有关力学性能和物理性能的假定1.平截面假定　　2.金属性能的假定3.金属屈服点的假定　　4.应力应变关系的假定10、杆件均匀加热-变形及应力

　　结论：

a如果在加热过程中，在杆内不产生压缩塑性变形，则在冷却后，杆内无任何残余现象存在；

　　b如果在加热过程中，在杆件内产生了塑性变形，则在冷却后，杆件内将发生残余缩短，其缩短量等于加热过程中产生的最大压缩塑性变形值；

　　结论：

a对于伸缩都受到拘束的杆件，如果在加热过程中产生了压缩塑性变形，则在冷却后，在杆件内将会产生拉伸残余应力；

　　b如果加热过程中产生的最大压缩塑性变形值足够大时，则杆内的残余应力可达到金属的屈服极限，并可能产生拉伸塑性变形；

　　总之，加热过程中产生的压缩塑性变形是产生残余变形和残余应力的主要原因；杆件均匀加热-结论

　　1、受拘束的杆件在均匀受热过程中，若产生压缩塑性变形时，则该压缩塑性变形将始终保留在冷却过程中，待杆件完全冷却后，必定在杆内引起残余应力和变形。

　　2、如果在冷却过程中杆件能自收缩，待杆件冷却后，杆件必将发生收缩变形，其缩短值恰等于加热时产生的最大压缩塑性变形值。

然而杆件内无残余应力。

　　3、如果在冷却过程中杆件被固定，待冷却后，杆件内必存有较大的残余拉伸应力。

焊接残余应力：

当焊接过程全部结束，焊件完全冷却后残余在焊件中的内应力纵向残余应力：

应力作用方向与焊缝平行的残余应力。

　　纵向残余应力分布的影响因素a构件几何尺寸b焊缝长度的影响c金属相变

　　焊缝及近缝区中的纵向残余应力是拉应力，近邻此区域的纵向残余应力为压应力，远处则又是拉应力区。

4.横向残余应力与焊缝中心线垂直的残余应力。

　　在对接接头中，沿焊缝中心线的横向残余应力两个因素引起：

　　1）焊缝及其近缝区的塑性变形区的纵向收缩引起的，用σ’y表示。

　　2）焊缝及其近区的塑性变形区的横向收缩的不同时性引起的，用σ’’y表示，因此，σy=σ’y+σ’’y。

σ’y

　　5.预防和消除焊接残余应力的措施调整和减小焊接残余应力的方法设计原则

　　a尽量减小焊缝截面尺寸，在保证强度的前提下尽量减少填充金属的数量

　　b将焊缝尽量布置在最大工作应力区之外，防止残余应力与外力产生叠加，影响结构的承载能力。

　　c尽量防止焊缝密集、交叉。

　　d采用局部降低焊缝附近刚度的方法，使焊缝能比较自地收缩。

e采用合理的接头形式工艺措施

　　a设计合理的装配焊接顺序b用局部加热法减小应力c锤击d反变形法接头应遵循的原则

　　a在焊缝的连接板端部应当有较缓的过渡

　　b加强肋等端部的锐角应切去

　　c焊缝应布置在工作时最有效的地方，用最少的焊接量得到最佳的效果

　　d焊接的位置应便于焊接及检验

　　e焊缝不应过分密集

　　σ’’y

　　f避免焊缝交叉

　　g焊缝布置尽可能对称并靠近中性轴

　　h受弯曲作用的焊缝未焊侧。

不要位于受拉应力处

　　l避免将焊缝布置在应力集中处，对动载结构尤应注意

　　m避免焊缝布置在应力最大处

　　5.焊后消除焊接残余应力的方法

　　常采用的方法包括a整体热处理b局部热处理c振动法d爆炸法e碾压法f过载法g温差拉伸法6.焊接残余应力的测定

　　按其对结构的是否破坏来分a全破坏法b半破坏法c无损法按测试原理分a应力释放法bX射线法

　　7．应力释放法原理：

利用构件在机加工后应力部分释放，会产生变形来重新分布应力达到平衡，利用应力应变关系来求出应力。

　　常用方式：

切条法、车削法、刨削法、套孔法、小孔法

　　切条法：

将待测焊件划分几个区域，在各区待测点上贴应变片或加工机械引申计旳标距孔，然后测原始读数，在切断，然后在读数，根据

　　EX可以算出应力。

X车削法：

此法多用于测圆柱零件堆焊后的残余应力分布。

　　小孔法：

是应力破坏性最小的一种，原理是：

在应力场中钻一个小孔，应力平衡受到破坏，钻孔周围的应力重新调整，测得孔附近的应变片的变化，可用弹性力学推算小孔处的应力。

　　套孔法：

采用套料钻或管形电火花加工环形孔来释放应力，在孔内预先贴上应变片，可以算出表面残余应力，切削深度[~]D，破坏性不大。