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1、焊接结构学重点归纳第一章 绪论1、焊接结构的优点：（1）焊接接头系数大；（2）水密性和气密性好；（3）重量轻，省材料；（4）厚度基本 不受限制；（5）结构设计简单；（6）生产周期短，成本低。2、焊接结构的特点：（1）焊接结构的应力集中范围比铆接结构大；（2）焊接结构是非均匀体，焊接接头具有较大的性能不均匀性；（3）焊接结构具有较大的焊接应力和变形；（4）焊接结构的整体性强，止裂性差；（5）焊接结构对材料敏感；（6）焊接接头对温度敏感。第三章 焊接应力和变形1、内应力是指在没有外力的条件下平衡于物体内部的应力。2、内应力分类：按照分布范围可分为宏观内应力、微观内应力和超微观内应力。 按产生机理可
2、分为温度应力（热应力）、残余应力、相变应力和安装应力。 热应力是由于构件受热不均匀产生的。3、基本概念（1）焊接瞬时应力：随焊接热循环过程而变化的应力。（2）焊接残余应力：焊后在室温条件下，残余在构件中的内应力。（3）焊接瞬时变形：随焊接热循环过程而变化的变形。（4）焊接残余变形：焊后在室温条件下，残留在工件上的变形。线能量越大，变形越大。（4）焊接层数分层越多，每层线能量越小，变形越小，但角变形变大。（5）施焊方法直通焊的变形比分段退焊的要大。（6）间断焊的变形比连续焊的要小。8、横向收缩变形的影响因素 堆焊条件下，线能量越大，变形越大；板厚越大，变形越小。定位焊缝长，间距小，及装夹刚度大，
3、则B小。多道焊时，每道焊缝产生的B逐层递减。焊缝金属量增加，横向收缩变形增加；对横向收缩变形的影响：V形坡口比同厚度的X形坡口大；坡口角和间隙越大， B也越大；对接焊缝的 B大于堆焊焊缝和角焊缝；气焊AB手工电弧焊埋弧焊。9、角变形的影响因素坡口角度f,角变形0仁单层埋弧焊，电渣焊和电子束焊的3多层焊的0 单层焊；多道焊多层焊; 道数、层数f, 0仁焊接X形坡口，先焊的那面后焊的那面；线能量越大，角变形越大。10、焊接应力的产生由于加热过程中，焊缝及其附近金属要膨胀，远离焊缝的金属要阻止其伸长，给他一个压缩的作用，产生 压缩塑性变形和压缩弹性变形；冷却过程中，它要受到拉伸，他产生的拉伸变形不足
4、以抵消加热过程中产 生的压缩塑性变形，这样焊后焊缝及其附近的金属还残留一部份压缩塑性变形，它试图要缩短，而远离焊 缝金属要阻止其缩短，所以说焊缝及其附近金属受到拉伸作用，而远离焊缝金属加热过程中没有产生塑性 变形，焊缝金属要缩短的话，给远离焊缝金属一个压应力的作用，焊后焊缝及其附近金属受到拉应力作用。11、预防焊接变形的措施：（1）设计措施a. 合理选择焊缝尺寸：保证承载能力和焊缝质量的前提下，选择最小的焊缝尺寸。1）低合金钢对冷却速度敏感，焊缝尺寸稍长；2）丁字接头和十字接头开坡口焊透；3）对接焊缝选择焊缝金属最少的坡口形式；4）薄板结构采用接触点焊。b. 尽可能减少焊缝的数量。c. 合理安
5、排焊缝的位置。（2）工艺措施反变形：事先估计好结构的大小和方向，然后在装配时给于一个相反方向的变形，与焊接变形相抵消，使 焊后构件保持设计要求。刚性固定法：采用胎夹具或临时支撑等方法，增加结构在焊接时的刚性，来限制焊接变形。合理选择焊接方法和规范：选择能量密度高的焊接方法，采用较小的线能量，对于不对称的构件，通过采 用不同的焊接参数来控制和调节变形选择合理的装配焊接顺序：把结构适当分成部件，分别装配焊接，然后拼成整体，使不对称焊缝的收缩量 较大的焊缝比较自由的收缩而不影响整体结构。12、矫正焊接变形的方法：（1）机械矫正法：压力机矫正、锤击矫正、碾压矫正、逐点挤压法、三点弯曲矫正、翼缘角变形矫
6、正。（2）火焰矫正法13、焊接残余变形的种类：纵向残余应力、横向残余应力、沿板厚方向上的残余应力。14、调节焊接残余应力的措施设计措施：尽量减少焊缝的尺寸和数量；避免焊缝过分集中；采用刚性小的接头形式；在残余拉应力区，应避免几何不连续性。工艺措施：（1）采用合理的焊接顺序和方向。 先焊接对接焊缝，后焊接角焊缝；先焊接错开的短焊缝，后焊接直通长焊缝，注意交叉焊缝的质量；先焊 接在工作时受力较大的焊缝，使内应力合理分布。（2）降低焊缝的拘束度。 增加焊缝的自由度，减小热塑性变形。（3）锤击焊缝或碾压焊缝附近。 使焊缝得到延展，从而降低内应力，锤击应保持均匀、适度，避免锤击过分产生裂纹。（4）加热减
7、应区法。局部加热造成反变形。15、焊后消除残余应力的方法：整体高温回火、局部高温回火、机械拉伸法、温差拉伸法、振动法、爆炸 法、碾压法等。16、解释切条法间隙大小的问题。 因为纵向残余应力的分布是焊缝及其附近的金属受到拉应力，在加热过程中其被拉伸，产生压缩塑性变形 冷却后要缩短，锯开后拉应力被释放出来，锯口间隙变大；远离焊缝的金属受到压应力，被锯开后压应力 被释放出来，锯口间隙变小。第四章 焊接接头1、焊接接头的组成：焊缝金属、熔合区、热影响区和母材。2、热应变脆化：金属在200400C范围内发生塑性变形所引起的塑性、韧性下降的现象。3、低强组配接头的强度随相对厚度降低而上升的原因。这是因为低
8、强焊缝的塑性变形受到高强母材的拘束，使焊缝金属处于三向 受拉状态而强化的结果。当接头受拉伸，低强焊缝进入塑性状态，高强母材仍 处于弹性状态时，母材对焊缝的塑性变形是具有拘束作用的，其拘束能力的大 小，是随相对厚度而变化的。当相对厚度减小，径向应力就增大，焊缝塑性变 形就更加困难，从而接头强度上升。当相对厚度极薄时，焊缝金属的脆断转变 温度会大大提高。即使在室温条件下，其断口也含有脆断破坏面，这说明焊缝 金属是处在三向受拉状态，几乎达到不可能产生塑性变形的程度，使接头强度 上升而突然破断的。3、GB/T 324-2008 焊缝符号表示法4、焊缝的基本形式：对接焊缝、角焊缝。5、焊接接头的形式：对
9、接接头、搭接接头、十字接头、角接头、端接接头。6、焊接接头的工作应力分布及影响因素（1）对接接头r I, Kt f； h f, Kt f； 0 f, Kt to 措施：打磨焊趾部位，使其圆滑过渡。（2）T 形接头KI, KTf； 0 f, KTf； rI, KTf。 措施：增大焊脚尺寸,打磨焊趾部位,使其圆滑过渡。把角焊缝变成对接焊缝,开坡口焊透。（3）搭接接头1）正面角焊缝 减小夹角和增大熔深,可降低应力集中。GB50017-2003钢结构设计规范规定：搭接接头长度不得小于焊件较小厚度的5倍，并不得小于25mm。原因：搭接接头焊趾和焊根部位存在较大应力集中；承受拉力时接头上附加弯曲应力；弯曲
10、应力随搭接长 度的减小而增大。2）侧面角焊缝与焊缝尺寸、断面尺寸和外力作用点有关。GB50017-2003钢结构设计规范规定：侧面角焊缝的最大长度不得大于60倍的焊脚尺寸。原因：侧面角焊缝工作应力分布是两端大在，中间小；随侧面角焊缝长度的增大，工作应力分布的不均匀 性就越大，应力集中越严重。11、强度计算（教材P157P178有一道计算题）主要为对接接头、搭接接头的受压和受拉。第五章 焊接结构的脆性断裂1、影响结构脆断的因素（1）应变时效冷应变时效：钢材经过冷加工产生一定的塑性变形，随后又经过150450C温度范围的加热，就会引起脆 断，称为冷应变时效。热应变时效：在焊接时金属受到热循环和热塑
11、性变形循环的作用，特别是近缝区的刻槽尖端附近或多道焊 中已焊完焊道中的缺陷附近，在焊接过程中产生焊接应力-应变的集中，将产生较大的塑性变形。在一定的 热循环作用下，引起的时效，称为热应变时效。塑性变形量越大，越容易发生脆断。在150450C范围内，250C左右发生塑性变形时对脆断影响最大。措施：焊后550560C热处理。（2）线能量焊接热影响区的组织主要取决于线能量。线能量过小时，冷却速度过快，易产生淬硬组织，产生裂纹，易 脆断；线能量过大时，冷却速度慢，高温停留时间长，晶粒粗大，引起脆化，易脆断。对于厚板的焊接，可以通过多层焊以适当小的规范来焊接来获得满意的韧性。原因：多道焊时，每道焊缝 的
12、焊接热循环对前一道焊缝有热处理的作用，细化晶粒，提高韧性，还可以消除焊缝中的扩散氢。（3）角变形 对接接头在焊趾部位存在应力集中，受力较大，易产生脆断。当对接接头存在较大角变形时，外加一拉力，由于轴线不通 过重心而产生附加弯矩，附加弯矩在焊趾部位产生附加拉应 力，又与原来的拉应力叠加，使得焊趾部位的应力集中更大， 易发生脆断。附加弯矩与角变形有关，角变形越大，附加弯矩越大，附加的拉应力越大，越易发生脆断。措施：在熔合线上堆焊一层“防裂焊缝”，使用钨极氩弧焊重熔，使焊趾部位圆滑过渡。（4）残余应力 有缺口有残余应力的试件，在韧脆转变温度以上时，断裂应力o o，发生塑性断裂；在韧脆转变温度以S下时
13、，断裂应力o o也发生塑性断裂。b无缺口无残余应力的试件， o =o b。b 残余应力的分布：焊缝附近的部位是拉应力区，离焊缝越远，影响越小。 残余应力对裂纹的影响：在拉应力区，加速裂纹扩展；在压应力区能够阻止裂纹的扩展并改变裂纹的扩展 方向。（5）焊接缺陷 焊接缺陷提高金属脆断倾向。焊接缺陷对脆断的影响与缺陷的种类、尺寸、方向和位置有关。 种类：平面类型缺陷（如未熔合、未焊透、裂纹）比带圆角的缺陷（如气孔、夹渣）影响大； 尺寸：缺陷数量越多，缺陷尺寸越大，应力集中越大，对脆断的影响就越大； 方向：与作用力方向垂直的平面缺陷影响比其它方向大； 位置：表面缺陷比内部缺陷影响大，位于残余拉应力场内
14、的缺陷比残余压应力场的大，位于应力集中区的 缺陷（如焊趾部位裂纹）的影响比均匀应力场中同样缺陷影响大。高强钢对缺口敏感性大，易引起应力集中，脆断倾向大。2、焊接接头的抗开裂性能实验：韦尔斯宽板拉伸试验、尼伯林克试验、断裂韧度试验。3、止裂试验：罗伯逊止裂试验、双重拉伸试验。4、正确选用材料的含义：在结构工作条件下，焊缝、热影响区、熔合线的最脆部位应有足够的抗开裂性能， 母材应具有一定的止裂性能；随着钢材强度的提高，断裂韧度和工艺性一般都有所下降，因此不宜采用比 实际需要温度更高的材料，特别不应该单纯追求强度指标，而忽视其他性能。5、采用合理的焊接结构设计原则：（1）尽量减少结构或焊接接头部位的
15、应力集中：在一些结构界面改变的地方，必须设计成平缓过渡，不要 形成尖角。在设计中应尽量采用应力集中系数小的对接接头。不同厚度的构件的对接接头应当尽可能采用 圆滑过渡。避免和减少焊缝的缺陷。避免焊缝的密集。（2）尽量减小结构刚度，降低应力集中和附加应力的影响。（3）不采用过厚的界面。（4）重视附件或不受力焊缝的设计。（5）减小和消除焊接残余拉伸应力的不利影响。6、合理安排结构的制造工艺（1）严格遵守工艺规程中的一切规定； （2）不允许采用过大的线能量；（3）减少和消除焊接变形和残余应力；（4）严格质检，消除缺陷；（5）焊后处理，消除残余应力；（6）应力时效问题；（7）避免增焊临时装置，不能随意引弧。第六章 焊接接头和结构的疲劳强度 1、影响焊接接头疲劳强度的因素（1）应力集中的影响 应力集中降低疲劳强度。对接接头r （，疲劳强度（；h f,疲劳强度（；0 f疲劳强度（。措施
