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1、绪论及第一章第一节焊接应力与变形授课内容：焊接应力与变形的产生教学目标：1、掌握焊接应力与变形的基本知识 2、掌握焊接应力与变形产生的原因。重 点：焊接应力与变形产生的原因难 点：几个名词课 型：新授课 绪 论知识目标对于焊接结构的的应用与发展及优缺点只需要做简单了解。1、焊接结构：是将各种经过轧制的金属材料及铸、锻等坯料采用焊接方法制成能承受一定载荷的金属结构。2、焊接结构的应用与发展3、焊接结构的特点：（一）焊接结构的优点 焊接结构具有一系列其他结构无法比拟的优点，主要体现在以下几个方面： 通过焊接，可以方便地实现多种不同形状和不同厚度的钢材(或其他金属材料)的连接，甚至可以将不同种类的金
2、属材料，如铸钢件、锻压件连接起来，从而使焊接结构的材料分布更合理，不同性能的材料应用更恰当。由于焊接是一种金属原子间的连接，刚度大、整体性好。焊接结构的零件或部件可以直接通过焊接方法进行连接，不需要附加任何连接件。与其他加工方法相比，焊接结构的生产一般不需要大型、特殊和昂贵的设备，结构牛产厂投资少，见效快。焊接结构特别适用于几何尺寸大而形状复杂的产品。在使用一些型材时，采用焊接结构比轧制更经济。（二）焊接结构的不足焊接结构的不足之处，集中表现在以下几个方面：由于焊接接头要经历冶炼、凝固和热处理三个阶段，所以焊缝中难免产生各类焊接缺陷 由于焊接结构是整体的大刚度结构，如果裂纹一旦扩展，就难以被制
3、止住。因此焊接结构对于脆性断裂、疲劳、应力腐蚀和蠕变破坏都比较敏感。由于焊接过程是一个不均匀的加热和冷却过程，焊接结构必然存在焊接残余应力和变形，这不仅影响焊接结构的外形尺寸和外观质量，同时给焊后的继续加工带来很多麻烦，甚至直接影响焊接结构的强度。焊接会改变材料的部分性能，使焊接接头附近变为一个不均匀体。 对于一些高强度的材料，因其焊接性能较差，容易产生焊接裂纹等缺陷。 根据以上这些特点可以看出，若要获得优质的焊接结构，必须做到合理地设计结构，正确地选择材料，采用合适的焊接设备，制定正确的焊接工艺和进行必要的质量检验。学习本课应达到的能力目标 本教材是根据高等职业学校焊接技术专业三年制焊接结构
4、生产课程的教学大纲编写的，通过本教材的教学，学习者应达到以下能力目标要求： 1)掌握焊接应力与变形的概念、产生的原因、分布规律以及防止措施，能对简单的焊接变形进行矫正。 2)了解焊接接头的组成、焊缝的种类以及焊接接头的基本形式，能够识读焊缝代号和焊接结构图。 3)了解焊接结构生产中常用的备料和成形加工方法，能够根据产品图样及生产规模分析备料及成形加工工艺，并会选用相应的焊接设备和工艺装备。 4)具有理解焊接结构的装配一焊接工艺规程的能力。 5)能理解焊接结构的工艺性分析(审查)及典型的焊接工艺规程，能够对一般焊接结构进行工艺性分析。 6)了解一般焊接生产车间的平面布置、生产组织和安全生产方面的
5、基本知识。学习本教材的方法和教学建议 焊接结构生产是一门实践性很强的专业课程，学习本教材除了综合应用本专业已经学过的有关知识外，还应调整和总结自己的学习方法。首先是要注意理论与实践的联系，在认识理解基础知识的基础上，善于捕捉焊接结构中的每一个实际问题，从中学习分析解决工程实际问题的基本方法；其次，注意总结焊接结构生产的共同特点和规律，逐步提高自己的认知水平；最后，要特别注意动手能力的训练，结合实训要求，广泛参与多种焊接结构的生产实践。教学过程中，一是要针对基础知识的教学，组织学生进行现场参观教学，或通过多媒体教学手段，让学生对焊接结构生产的全过程有一定的感性认识；二是在理论教学中，根据每一种能
6、力目标要求，精心进行课堂设计，加强对学生实践意识和应用能力的培养。除此以外，还应结合专业知识的教学，加强与焊接结构有关的新知识、新技术、新工艺和新设备的介绍，以开阔学生的视野和开发学生的创新思维。第一章第一节焊接应力与变形导入：焊接时，由于局部高温加热而造成焊件上温度分布不均匀，最终导致在结构内部产生了焊接应力与变形。焊接应力是引起脆性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂和失稳破坏的主要原因。另外，焊接变形也使结构的形状和尺寸精度难以达到技术要求，直接影响结构的制造质量和使用性能。因此，本章主要讨论焊接应力与变形的基本概念及其产生原因；焊接变形的种类，控制焊接变形的工艺措施和焊后如何矫正焊接变形；焊接
7、应力的分布规律，降低焊接应力的工艺措施和焊后如何消除焊接残余应力。正式授课：1、焊接应力与变形产生的原因：焊件在焊接过程中受到局部加热和冷却是产生焊接应力和变形的主要原因。2、焊接应力是引起脆性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂和失稳破坏的主要原因。补充3、各个名词解释：1）脆性断裂钢材或钢结构的脆性断裂是指应力低于钢材抗拉强度或屈服强度情况下发生突然断裂的破坏。钢结构尤其是焊接结构,由于钢材、加工制造、焊接等质量和构造上的原因,往往存在类似于裂纹性的缺陷。脆性断裂大多是因这些缺陷发展以致裂纹失稳扩展而发生的，当裂纹缓慢扩展到一定程度后, 断裂即以极高速度扩展,脆断前无任何预兆而突然发生,破坏。2）
8、疲劳破坏钢材在连续反复荷载作用下，其应力虽然没有达到抗拉强度，甚至还低于屈服强度时，也可能发生突然破坏，这种现象称为疲劳破坏。钢材在疲劳破坏之前，没有明显的变形，是一种突然发生的脆性断裂，所以疲劳破坏属于反复荷载作用下的脆性破坏。3）应力腐蚀断裂和氢脆 金属材料的两种经常有关而又有别的被破坏（或断裂）的现象。 应力腐蚀断裂(SCC) 是应力与腐蚀介质协同作用下引起的金属断裂现象（见金属腐蚀）。它有三个主要特征:应力腐蚀断裂是时间的函数。拉伸应力越大,则断裂所需时间越短；断裂所需应力一般都低于材料的屈服强度。这种应力包括外加载荷产生的应力、残余应力、腐蚀产物的楔形应力等。腐蚀介质是特定的，只有某
9、些金属-介质的组合情况下，才会发生应力腐蚀断裂。若无应力，金属在其特定腐蚀介质中的腐蚀速度是微小的。断裂速度在纯腐蚀及纯力学破坏之间，断口一般为脆断型。4）失稳破坏： 一、焊接应力与变形的基本知识1焊接变形定义：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，这种变化称为物体的变形。2、焊接变形分类：弹性变形：当使物体产生变形的外力或其他因素去除后变形也随之消失，物体可恢复原状，这样的变形称为弹性变形。塑性变形：当外力或其他因素去除后变形仍然存在，物体不能恢复原状，这样的变形称为塑性变形。3、内力：存在于物体内部，受外力作用或其他因素引起物体内部之间的相互作用力。4、应力：物体单位面积上
10、的内力。二、焊接应力与变形产生的原因：最根本的原因是焊件受热不均匀。 1、焊件的不均匀受热金属的焊接是一个局部的加热过程，焊件上的温度分布极不均匀。变形。 实际生产中的焊件，就与上述的第三种情况相同，焊后既有焊接应力存在，又有焊接变形产生。举例 1、长板条中心加热(类似于堆焊)引起的应力与变形长板条，材料为低碳钢，在其中间沿长度方向上进行加热。（一）原始状态：将板条上的温度分为两种：中间为高温区，其温度均匀一致；两边为低温区，其温度也均匀一致。（二）加热时：如果板条的高温区与低温区是可以分离的，高温区将伸长，低温区不变，如图13b所示，但实际上板条是一个整体，所以板条将整体伸长，此时高温区内产
11、生较大的压缩塑性变形和压缩弹性变形，如图13c所示。冷却时，如果高温区与低温区是可分离的，由于压缩塑性变形不可恢复，高温区应缩短，低温区恢复原长，如图13d所示。但实际上板条是一个整体，所以板条将整体缩短，这就是板条的残余变形，如图13e所示。同时在板条内部也产生了残余应力，中间高温区为拉应力，两侧低温区为压应力。 高温区：压应力1、 加热时 低温区：拉应力 高温区：拉应力 2、冷却时： 低温区：压应力3、补充：拉应力取正值；压应力取负值例2 长板条一侧加热(相当于板边堆焊)引起的应力与变形1）在其上边缘快速加热。变形原理：钢板由许多互不相连的窄条组成，各个窄条在加热时将按温度高低而伸长。但实
12、际上，板条是一个整体，各板条之问是互相牵连、互相影响的，上一部分金属会带动下一部分金属，使其受拉，其自身因不能自由伸长而受压，产生了压缩变形，甚至压缩塑性变形。由于钢板上的温度分布自上而下逐渐降低，因此，钢板产生了向下的弯曲变形，如图所示。2）钢板冷却后：实际上钢板是一个整体，上一部分金属要受到下一部分的阻碍而不能自由收缩，所以钢板产生了与加热时相反的残余弯曲变形，如图所示。同 2焊缝金属的收缩 3金属组织的变化4焊件的刚性和拘束：焊件的刚性和拘束对焊接应力和变形也有较大的影响。刚性是指焊件抵抗变形的能力；拘束是焊件周围物体对焊件变形的约束。思考题焊件的刚性与拘束与焊接变形及应力的关系。焊件自
13、身的刚性及受周围的拘束程度越大，焊接变形越小，焊接应力越大；反之，焊件自身的刚性及受周围的拘束程度越小，则焊接变形越大，而焊接应力越小。小结本章主要讨论焊接应力与变形的基本概念及其产生原因；焊接变形的种类，控制焊接变形的工艺措施和焊后如何矫正焊接变形；焊接应力的分布规律，降低焊接应力的工艺措施和焊后如何消除焊接残余应力。后记对于学生来讲，焊接应力是一个比较难于理解、比较抽象的概念，因此对于教学目标的制定不能太高，只要求学生掌握其基本知识即可。焊接变形授课内容：焊接变形教学目标：1、掌握焊接变形的种类 2、掌握控制焊接变形的措施重 点：控制焊接变形的措施课 型：新授课 复习提问：1、焊接变形产生
14、的根本原因2、焊件的刚性与拘束对焊接变形的影响导入：焊接变形在焊接结构中的分布是很复杂的，对整个焊件的影响也很大，因此，掌握各种变形的成形规律和影响因素，对整个焊件具有至关重要的作用。正式授课：焊接变形一、焊接变形的分类：1、按变形对整个焊接结构的影响程序分为：局部变形和整体变形2、按变形的外观形态：收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形、扭曲变形。二、各种变形的形成规律及影响因素：知识目标及能力目标1、掌握各种变形的形成规律2、掌握减小各种变形的有效措施。3、能识别各种变形，会区分各种变形的类型。（一）收缩变形：1、定义：尺寸比焊前缩短的现象称为收缩变形。2、分类：分为纵向收缩变形和横向收缩变形3、纵向收缩变形：沿焊缝轴线方向尺寸的缩短。知识要点1、与纵向收缩变形相关的因素：截面积越大（焊件越厚），纵向收缩越小：即越厚的板越不容易变形焊缝越长，纵向收缩越大：热输入量越大，越容易变形。2、纵向收缩变形的解决办法：在受力不大的焊接结构中，采用间断焊缝代替连续焊缝。4、横向收缩变形：产生横向收缩变形的过程比较复杂，影响因素很多，如热输人、接头形式、装配间隙、板厚、焊接方法以及焊件的刚性等，其中以热输入、装配间隙、接头形式等的影响最为明显。知识要点
