焊接结构一
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焊接定义
：被焊工
件的材质（同种或异种）
，通过加热或加压或二者并用，并且用或不用填
充材料，使工件的材质达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺过程称为焊接
焊接结构的特点
优点：
1
、焊接接头强度高
2
、焊接结构设计灵活性大
3
、焊接接头密封性好
4
、焊前准备工作简单
5
、易于结构的变更和改型
6
、焊接结构的成品率高
缺点：
1
、存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
内应力定义
：没有外力的条件下平衡于物体内部的应力。
特点
：
在没有任何外力的条
件下产生，
在任意截面，
由内应力引起的力的总和以及力矩的总
和一定为零。应力总是与变形联系在一起。
< br>当金属物体的温度发生变化或发生相变时，
它的形状和尺寸就要发生变化，
如果这种变化没
有受到外界的任何阻碍而自由进行，
< br>这种变形就称之为自由变形。
当杆件的伸长受阻碍，
使<
/p>
其不能完全自由变形时，
变形量只能部分表现出来，
则将所表现出的部分变形称为外观变形，
而未表现出来的那部分变形称之为内
部变形。
关系为内部变形的数值是自由变形与外观变形
的差值。
焊接残余变形的形式
：纵向收缩变形
，横向收缩变形，饶曲变形，角变形，波浪变形，错边
变形，螺旋型变形
焊缝布置考虑因素：
1
有对
称轴的焊接结构，焊缝宜对称地布置并尽可能接近中心轴，这有
利于控制焊接变形，其焊
缝位置更合理。
2
要避免焊缝平面或空间汇交和密集，
3
在结构上
使重要焊缝连续，让次要焊缝中断，
这有利于重要焊缝实现自动焊。
4
尽可能使焊缝避开高
工作应力处、有应力集中部位、机械加工面和需变质处理的表面等。
5<
/p>
、焊缝位置应便于焊
接操作，布置焊缝时，要考虑到有足够的操作
空间
6
、焊缝应尽量放在平焊位置，应尽可能
< br>避免仰焊焊缝，减少横焊焊缝。
简述韧性断裂和脆性断
裂的宏微观特征：
延性断裂的断口一般呈纤维状，色泽灰暗，边缘
有剪切唇，
断口附近有宏观的塑性变形。
延性断裂的微观特征
形态是韧窝。
脆性断裂：
解理
断裂的宏
观断口平整，一般与主应力垂直，没有可以觉察到的塑性变形，断口有金属光泽，
解理断
裂裂纹急速扩展，
其宏观断口常呈现放射状撕裂棱形，
即人字纹
花纹。
解理断口的微
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。
断裂前没有可以觉察到的塑性变形，
断口一般与主应力垂直，
表面平齐，
边缘有剪切唇。微观形态特征是明显的多面体，没有明显塑性变形，呈现不同
程
度的晶粒多面体，外形如岩石状花样或冰糖冰块状花样。
<
/p>
焊缝及焊接接头的基本形式、分类、及表示方法：
对接焊缝，角焊
缝
(
平角焊缝，凹角焊缝，
凸角焊缝，
不等腰焊缝
);
对接接头，搭接接头，丁字接头，角接头。用焊
缝符号表示。焊缝
符号组成内容：
1
、
各种焊接方法的符号
2
基本符号
3
辅助符号
4
引出线
5
焊缝尺寸符号
焊接结构设计的基本
要求：
A
实用性
B
可靠性
（
1
合理选择基体材料和焊
接材料
2
合理设计焊接结构形式
3
合理设计焊接接头形式
4
合理布置焊接接头
位置）
C
工艺性
D
经济性
（
1
焊接结构的备料工作量
2
焊接结构形式与焊接工艺选择
3
焊
缝的可焊到性和可检测性
4
减少焊接工作量
5
焊接变形的控制
< br>6
操作者劳动条件
的改善
7
材料的合理利用
8
方便生产组织与管理）<
/p>
疲劳断裂的过程组成及其断口的宏微观特征：
过程：
1
在应力集中处产生初始疲
劳裂纹
-
裂纹萌生
2
裂纹稳定发展
3
失稳断裂。
宏观特征：从断裂开始点向四周
射出类似贝壳纹的疲劳裂纹。对
于塑性材料，宏观端口为纤维状，暗灰色，对于
脆性材料则是结晶状。微观特征
:
在均匀的循环应力作用下，只要应力值足够大，
一般每一次应力循环将在断裂表面产生一道辉纹。
提高接头
疲劳强度的措施：
1
降低应力集中
2<
/p>
调整残余应力场
3
改善材料的表面
性能
4
特殊保护措施
材料及结构疲劳失效的主要特征
：
1<
/p>
疲劳断裂形式与脆性断裂形式有明显差别
2
疲劳强度难以准确定量确定
3
疲劳破坏一般从表面和应力集中
处开始，
而焊接结
构的疲劳又往往是从焊接接头处产生
简述影响焊接结构疲劳性能的主要因素
：
1
应力集中
2
近焊
区金属性能变化
3
残
余应力
4
缺陷
预防焊接结构脆
性断裂的措施
：
1
正确选用材料
2
采用合理的焊接结构设计
3
用
断裂力学方法评定结构安全性
影响金属材料脆性断裂的主要因素
：
1
应力状态
2
温度
3
加载速度
4
材料状态
（
1
提高最大切应力与最大正应力之比值的加载方式应力状态都有利于产
生塑性变
形，
反之则有利于脆性断裂。
脆性断裂事故一般都起源于具有严重应力集中效应
的缺口处。
2
随温度降低，塑性破坏变为脆性破坏，当温度降至某一临界值时，
将出现延性到脆性断裂的转变，这个温度称之为转变温度。
3
提高加载速度能促
进材料脆性破坏。
4
厚度对脆性破坏的不利影响（三轴拉力、冶金因素）
、晶粒
度影
响、化学成分影响
焊接接头比铆接接头容易产生脆性断裂，<
/p>
简述脆断的原因
：
铆接接头比焊接接头<
/p>
刚度小，
承受冲击载荷时能吸收较大的能量，
有缓冲作用，
结构受力发生变形时
可以减少因接头刚度大而
引起的局部高值应力
2
铆接接头的应力集中系数比焊
接接头的应力集中系数低，
对疲劳强度有利
3
铆接接头在结构中形成的内应力比
焊接结构的内应力低，
而焊接接头的内应力峰值往往达到材料的屈服强度
4
铆接
结构有良好的止裂性能
（焊接接头应力更集中，
应力达到一定数值，
就会产生解
理断裂，故
1.
何谓应力集中？焊接接头产生应力集中的原因有哪些
：应力集中，是指
接头
局部区域的最大应力值比平均应力值高的现象。
原因：
1
焊缝中存在工艺缺陷
2
< br>焊缝外形不合理
3
焊接接头设计不合理
< br>
焊接接头开坡口的目的及其考虑因素
：
根本目的是为了焊透金属，
以便确保接头
的质量及经济
性。考虑因素：
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
为防止焊接变形，
如何选择合理的焊接顺序：
先焊收缩量大的，
再焊收缩量小的，
先焊短焊缝再焊长的，<
/p>
先焊工作焊缝再焊联系焊缝，
尽量使装配焊缝的变形抵消
（先主后次，
先大后小，
先内后外，
先短后长，
异向分放，
亦退亦进，
多点同步，
对称焊缝）
各种
变形产生的原因：
纵向收缩变形是因为焊接时，
焊缝金属在冷却
过程中收缩，
因此比周边的材料短，
而其附近的金属则由于在高
温下的自由变形受到阻碍，
产
生了压缩塑性变形，
这个区域通称为缩短变形区。
横向收缩变形时因为在热源附
< br>近的金属受膨胀，
但将受周围温度较低的金属的约束而承受压应力，
这样就会在
板宽方向上产生压缩塑性变形，
并使其厚
度增加，
最终结果表现为横向收缩。
擾
曲变形可由纵向收缩引起，
也可以横向收缩引起。
角变形的根本
原因是横向收缩
在厚度方向上的不均匀分布造成的。
波浪变形产
生的原因是薄板所承受的压应力
超过某一临界值，
就会失稳。<
/p>
错边变形可能是装配不当造成的，
也可能是焊接过
程造成的，
焊接过程造成错边的主要原因之一是热输入不平衡。
扭曲变形产生的
原因与角变形沿焊缝长度上的分布不均匀性和工件的纵向错边有
关
焊接接头角变形的主要因素
：
板厚方向的温度差，
在焊接正面温度高，
横
向收缩
大，而背面温度低，横向收缩小，从而产生角变形。
<
/p>
火焰加热矫正焊接变形的原理
；
不均与加
热时导致产生焊接应力和变形的根本原
因，
对于已经产生了焊接
应力和变形的构件，
也可以利用不均匀的加热来调控焊
接应力和
减小变形。
（利用火焰局部加热时产生的压缩收缩变形使较长的金属在
< br>冷却后收缩，来达到矫正变形的目的。
影响对接接头纵
向残余变形的因素这些因素，
是如何影响的：
纵向收缩变形量一
般随长度的增加而增加；
焊件的截面积越大，
< br>焊件的纵向收缩量越小；
纵向收缩
变形量还取决于材料的
弹性模量、压缩塑性变形区的面积和压缩塑性变形量等。
（影响压缩塑性变形量的因素：
压缩塑性变形量与纵向收缩变形量成正比；
其大
小与焊接方法、
焊接参数、
焊接顺序以及母材的热物理
性质有关，
其中以热输入
影响最大。
一般情况下，压缩塑性变形量与热输入成正比。
）
影响对接焊缝角变形的因素有哪些？它们是如何
影响的
（
平板堆焊的角变形的影
响因素
：
角变形的大小与焊接热输入、
板厚等因素有关，
当然也与焊件的刚性有
关。当热输入一定，板厚越大，厚度方向上的温差越大
，角变形增加；但当板厚
增大到一定程度，
此时构件的刚性增大
，
抵抗变形的能力增强，
角变形反而减小。
板厚一定时，热输入增大，压缩塑性变形量增加，角变形增加；但热输入增大到
一定
程度，堆焊面与背面的温差减小，角变形反而减小。
）
预防焊接变形的措施有那些？为什
么？
：
㈠设计措施
1.
合理选择焊缝尺寸和形式
2
减少不必要的焊缝
3
合理安排焊缝位置㈡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规范
4.
选择合理的装配焊接次序
在工艺上有哪些控制焊接变形的方法
?
1
）预留收缩变形量
2
）反变形法
3
）刚性固定
法
4
）选择合理的焊接顺序
5
）锤击焊缝法
6
）加热
“
减应区
”
法
7
）焊前预热和焊后缓冷
矫
正焊接变形的措施
：㈠机械矫正法㈡火焰加热矫正法（机
械方法和加热方法）
分析结构因素对焊接残余变形的影响
：结构因素所构成的内拘束度、外拘束度、
构件形状尺寸、厚度及刚
性影响热源周围的金属运动，从而影响焊接残余变形。
内拘束度和外拘束度影响的焊件的
纵向残余变形和横向残余变形、
若构件形状尺
寸不规则，
从而使焊缝在构件中的位置不对称从而形成饶曲变形，
构件厚度、
材
料性能等会影响角变形、
焊件过薄就会出
现波浪变形、
焊缝两侧的工件刚度的差
异会引起错边，
刚度小的一侧变形位移大，
刚度大的一侧变形小，
因而造成错边。