焊接結(jié)構(gòu)與工裝

1、第一章結(jié)論1、焊接與鉀接、鑄造相比的優(yōu)點(diǎn).答：與鉀接相比：省料;省工；設(shè)備投資低；高密封性。與鑄造相比:生產(chǎn)周期短；省料；廠房投資低；材質(zhì)好。2、焊接結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn).答:有應(yīng)力和變形；應(yīng)力集中大，對(duì)應(yīng)力集中敏感；組織和力學(xué)性能不均勻；整體性強(qiáng)（密封性、剛性強(qiáng)；止裂性差，易脆斷）.第三章焊接應(yīng)力與變形1、溫度應(yīng)力、殘余應(yīng)力、自由變形、外觀變形、內(nèi)部變形概念。答：溫度應(yīng)力:物體局部加熱時(shí)，溫度變化的部位會(huì)產(chǎn)生變形，如果這種變形受到物體其它部位的約束，就會(huì)在物體內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，稱為溫度應(yīng)力.殘余應(yīng)力：若溫度應(yīng)力達(dá)到材料的屈服極限，使物體局部區(qū)域產(chǎn)生塑性變形，當(dāng)溫度恢復(fù)到原始的均勻狀態(tài)后，就產(chǎn)生新的內(nèi)應(yīng)力。

2、這種內(nèi)應(yīng)力是物體溫度均勻后殘余在物體中的，故稱為殘余應(yīng)力。自由變形:當(dāng)金屬物體的溫度發(fā)生變化或發(fā)生相變時(shí)，它的形狀和尺寸就要發(fā)生變化.如果這種變化沒(méi)有受到外界的任何阻礙而自由進(jìn)行，這種變形就稱之為自由變形。外觀變形：當(dāng)物體的伸長(zhǎng)受阻礙，使不能完全自由變形時(shí)，則將表現(xiàn)出來(lái)的部分變形稱為外觀變形。內(nèi)部變形：未表現(xiàn)出來(lái)的那部分變形，稱之為內(nèi)部變形。2、長(zhǎng)板條中心、邊緣加熱時(shí)的應(yīng)力和變形情況，冷卻時(shí)殘余應(yīng)力和變形情況。答：中心部位：加熱過(guò)程中，板條中心部分的應(yīng)變?yōu)樨?fù)值，即為壓應(yīng)變，在這一區(qū)域?qū)a(chǎn)生壓應(yīng)力；板條兩側(cè)的應(yīng)變?yōu)檎担礊槔瓚?yīng)變，在這一區(qū)域產(chǎn)生拉應(yīng)力。如果加熱時(shí)截面上的最大應(yīng)力小于材料的屈服極

3、限時(shí),取消加熱使板條恢復(fù)到初始溫度，則板條會(huì)恢復(fù)到初始長(zhǎng)度，應(yīng)力和應(yīng)變?nèi)枷?。如果加熱溫度較高，使中心部位產(chǎn)生較大的內(nèi)部變形并導(dǎo)致其變形率大于金屬屈服時(shí)的變形率，則在中心部位會(huì)產(chǎn)生塑性變形。此時(shí)停止加熱使板條恢復(fù)到初始溫度，并允許板條自由收縮，則最終板條長(zhǎng)度將縮短，其縮短量為殘余變形量，并且在板條中形成一個(gè)中心受拉，兩側(cè)受壓的殘余應(yīng)力分布。邊緣部位：當(dāng)加熱溫度較低,在板條的任何區(qū)域內(nèi)均不發(fā)生塑性變形。在這種情況下，內(nèi)部變形小于金屬屈服強(qiáng)度的變形率（。，則溫度恢復(fù)后，板條中既不存在殘余應(yīng)力，也不存在殘余變形.當(dāng)加熱溫度較高（），使板條在靠近高溫一側(cè)的局部范圍內(nèi)產(chǎn)生塑性變形;當(dāng)加熱溫度很高時(shí)（低

4、碳鋼），造成板邊一段內(nèi)的，即變形抗力為零。此時(shí)，在這一段內(nèi)，由于溫度很高，使變形抗力為零，在此區(qū)域內(nèi)發(fā)生完全塑性變形，而應(yīng)力.向中心靠近，依次為塑性變形區(qū)和彈性變形區(qū)。注：焊接時(shí)發(fā)生應(yīng)力和變形的原因是焊件受到不均勻加熱，并且，因加熱所引起的熱變形和組織變形受到焊件本身剛度的約束;對(duì)于近縫區(qū)的焊接熱應(yīng)變循環(huán)來(lái)說(shuō)，基本上遵循兩條規(guī)律：其一是金屬在加熱時(shí)受壓縮，在冷卻時(shí)受拉伸，屈服后出現(xiàn)塑性變形：其二是相變（奧氏體轉(zhuǎn)變）開始和結(jié)束后出現(xiàn)應(yīng)力和應(yīng)變方向的逆轉(zhuǎn)。3、殘余應(yīng)力對(duì)靜載強(qiáng)度、剛度、機(jī)加工精度、疲勞強(qiáng)度等的影響。答:對(duì)靜載強(qiáng)度的影響：對(duì)沒(méi)有嚴(yán)重應(yīng)力集中的焊接結(jié)構(gòu)，只要材料具有一定的塑性變形能力，

5、殘余應(yīng)力不影響結(jié)構(gòu)的靜載強(qiáng)度.反之，如材料處于脆性狀態(tài)，則拉伸殘余應(yīng)力和外載應(yīng)力會(huì)加有可能使局部區(qū)域的應(yīng)力首先達(dá)到斷裂強(qiáng)度，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)早期破壞。對(duì)剛度的影響：當(dāng)外載產(chǎn)生的應(yīng)力與結(jié)構(gòu)中某區(qū)域的殘余應(yīng)力疊加之和達(dá)到屈服點(diǎn)時(shí)，這一區(qū)域的材料就會(huì)產(chǎn)生局部塑性變形，喪失了進(jìn)一步承受外載的能力，造成了結(jié)構(gòu)的有效截而積減小，結(jié)構(gòu)的剛度也隨之降低。對(duì)機(jī)加工精度的影響：機(jī)械加工把一部分材料從構(gòu)件上去除，使截而積相應(yīng)改變，并釋放一部分殘余應(yīng)力，從而破壞了原來(lái)構(gòu)件中內(nèi)應(yīng)力的平衡。內(nèi)應(yīng)力的重新分布引起構(gòu)件變形，并影響加工精度。對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響：殘余應(yīng)力的存在使變載荷的應(yīng)力循環(huán)發(fā)生偏移。這種偏移只改變其平均值，不改變其幅

6、值。結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度與應(yīng)力循環(huán)的特征有關(guān)，當(dāng)應(yīng)力循環(huán)的平均值增加時(shí)，K極限幅值就降低，反之則提高。因此，如應(yīng)力集中處存在著拉伸殘余應(yīng)力，疲勞強(qiáng)度將降低。對(duì)桿件受壓穩(wěn)定性的影響：當(dāng)外載引起的壓應(yīng)力與殘余應(yīng)力中的壓應(yīng)力疊加之和達(dá)到屈服點(diǎn)時(shí)，這一部分截面就喪失了進(jìn)一步承受外載的能力，這就消弱了構(gòu)件的有效截而積，并改變了有效截面積的分布，降低了受壓桿件的穩(wěn)定性。對(duì)應(yīng)力腐蝕開裂影響：應(yīng)力腐蝕開裂所需時(shí)間與殘余應(yīng)力大小有關(guān)，拉伸殘余應(yīng)力越大，應(yīng)力腐蝕開裂時(shí)間越短。4、殘余變形的分類及其產(chǎn)生的原因.答：縱向收縮變形，原因：不均勻加熱，產(chǎn)生壓縮塑性變形。橫向收縮變形，原因：不均勻加熱，產(chǎn)生壓縮塑性變形。撓曲變形

7、，原因：焊縫關(guān)于中性軸不對(duì)稱，在縱向或橫向的作用下引起。角變形，原因：橫向收縮沿厚度分布不均勻.波浪變形，原因：薄板在壓應(yīng)力作用下發(fā)生失穩(wěn)（類似于鍛粗）。錯(cuò)邊變形，原因：鋼板伸長(zhǎng)量不一致。（熱輸入不一致或線膨脹系數(shù)不一致）螺旋形變形，表現(xiàn)為構(gòu)件在焊后出現(xiàn)扭曲。5、預(yù)防焊接變形的措施。答：設(shè)計(jì)措施：合理選擇焊縫尺寸（?。┖托问剑粶p少不必要的焊縫（少）：合理安排焊縫位置（對(duì)稱）。工藝措施：反變形法（角變形）；剛性固定法（給焊縫增加了附加應(yīng)力，消除波浪變形，減小角變形）：合理選擇焊接方法和焊接規(guī)范（即焊接工藝參數(shù)）；選擇合理的裝配焊接次序.6、焊后較正焊接變形措施.答:機(jī)械矯正法（冷矯正）:火焰加熱

8、矯正法（熱矯正）。7、焊接過(guò)程中調(diào)節(jié)內(nèi)應(yīng)力的措施。答:采用合理的焊接順序和方向（先焊受力大的焊縫，使之最終受壓應(yīng)力作用。拼板時(shí)，先焊短縫，再焊直通長(zhǎng)縫）：適當(dāng)采用反變形法：隨焊錘擊或碾壓焊縫：在結(jié)構(gòu)適當(dāng)部位加熱使之伸長(zhǎng)。8、焊后消除殘余應(yīng)力的方法.答：整體高溫回火：局部高溫回火；機(jī)械拉伸法（過(guò)載法，消耗材料塑性）；溫差拉伸法：振動(dòng)法。9、測(cè)定殘余應(yīng)力的方法.答：破壞性測(cè)量，即應(yīng)力釋放法（），常用的有切條法、套孔法、小孔法、逐層銃削法、壓痕法.非破壞性測(cè)量,常用有X射線衍射法、中子衍射法.相似關(guān)系，用于尺寸很大構(gòu)件.第四章1、焊接接頭的組成及HAZ的組成。答：焊接接頭一般可分為焊縫金屬、熔合區(qū)（

9、熔合線）、熱影響區(qū)和母材四個(gè)部分.低碳鋼熱影響區(qū)：過(guò)熱粗晶區(qū)；細(xì)晶區(qū)（完全正火區(qū)）；不完全正火區(qū)（混合區(qū)）.易淬火鋼熱影響區(qū)：過(guò)熱粗晶區(qū)；細(xì)晶區(qū)（完全相變區(qū)，淬火區(qū)）：不完全相變區(qū)（混合區(qū)）。2、焊縫的基本形式，接頭的基本形式及角焊縫的分類.答：焊縫的兩種基本形式：對(duì)接焊縫、角焊縫.焊接接頭的四種基本形式：對(duì)接接頭、搭接接頭、丁字接頭、角接頭。角焊縫分類：正而角焊縫（焊縫與載荷相垂直）；側(cè)面角焊縫（焊縫與載荷相平行），斜向角焊縫（焊縫與載荷傾斜3、焊接接頭應(yīng)力集中的概念。答：指接頭局部區(qū)域的最大應(yīng)力值比平均應(yīng)力值高的現(xiàn)象。4、接頭產(chǎn)生應(yīng)力集中的原因。答：焊健中存在工藝缺陷；焊縫外形不合理；焊接

10、接頭設(shè)計(jì)不合理。注:接頭在塑性變形的過(guò)程中能發(fā)生應(yīng)力均勻化，只要接頭材料具有足夠的延性,應(yīng)力集中對(duì)靜載強(qiáng)度就沒(méi)有影響。5、點(diǎn)焊接頭的設(shè)計(jì)要點(diǎn).答:點(diǎn)焊接頭的主要尺寸，包括焊點(diǎn)直徑、焊點(diǎn)數(shù)目等；合理布置焊點(diǎn)的位置；合理設(shè)計(jì)點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)，使電極能方便到達(dá)焊接位置.6、各種弧焊接頭的應(yīng)力集中特點(diǎn)。答：對(duì)接接頭:對(duì)接接頭有余高，且余高造成了構(gòu)件表面不平滑，則在焊縫與母材金屬的過(guò)渡處引應(yīng)力集中。（,）1表示有應(yīng)力集中）的大小主要與余高h(yuǎn)（正相關(guān)）和焊縫向母材過(guò)渡的半徑r（反相關(guān)）有關(guān)：T形（十字）接頭:T形（十字）接頭焊縫向母材過(guò)渡較急劇，接頭在外力作用下力線扭曲很大,造成工作應(yīng)力分布極不均勻，在角焊縫的根

11、部和過(guò)渡處，易產(chǎn)生很大的應(yīng)力集中。與和K有關(guān)；搭接接頭:a、正面角焊縫:在角焊縫的焊根和焊趾都有較大的應(yīng)力集中，其數(shù)值與多因素有關(guān)。b、側(cè)面角焊縫：應(yīng)力集中比較嚴(yán)重，側(cè)面角焊縫的最大應(yīng)力是在兩端，中部應(yīng)力最小，且焊縫較短時(shí),應(yīng)力分布較為均勻：c、聯(lián)合角焊縫：分布復(fù)雜，但在設(shè)計(jì)搭接接頭時(shí)，如增添正面角焊縫，不但可以改善應(yīng)力分布，還可以縮短搭接長(zhǎng)度。蓋板接頭：靠近側(cè)面角焊縫的部位應(yīng)力最大，遠(yuǎn)離焊縫并在構(gòu)件的軸線位置上應(yīng)力最?。恍毕蚪呛缚p:角焊縫的強(qiáng)度與載荷方向有關(guān)，當(dāng)焊腳尺寸一定時(shí)，斜向角焊縫的單位長(zhǎng)度強(qiáng)度隨焊縫的方向與載荷方向的夾角而變，越大其強(qiáng)度越小。7、斜焊聯(lián)合結(jié)構(gòu)和鉀焊聯(lián)合接頭。答：鉀焊聯(lián)

12、合結(jié)構(gòu)：指既有焊接接頭又有抑接接頭的結(jié)構(gòu)，是一種優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)。鐘焊聯(lián)合接頭：指在同一個(gè)接頭上既有硼釘又有焊縫的連接形式，是一種不合理的接頭形式。8、工作焊縫和聯(lián)系焊縫概念。答：工作焊縫：焊縫與被連接的元件是串聯(lián)的，它承擔(dān)著傳遞全部載荷的作用，即焊縫一旦斷裂，結(jié)構(gòu)就立即失效，其應(yīng)力稱為工作應(yīng)力.聯(lián)系焊縫:焊縫與被連接的元件是并聯(lián)的，它僅傳遞很小的載荷，主要起元件之間相互聯(lián)系的作用，即焊縫一旦斷裂，結(jié)構(gòu)不會(huì)立即失效，其應(yīng)力稱為聯(lián)系應(yīng)力。9、焊縫符號(hào)表示方法。r注：答：基準(zhǔn)線（實(shí)線）4基準(zhǔn)線（虛姓）W卜_港上、下都一樣：符號(hào)在實(shí)線在，表示焊縫在該處；符U仕也出I衣人焊縫在對(duì)側(cè)處。第五章1、塑性斷裂和脆性

13、斷裂的概念及塑性斷口和脆性斷口的宏觀和微觀特征。答：塑性斷裂（延性斷裂）：斷裂前有較大塑性變形的斷裂。脆性斷裂:斷裂前沒(méi)有或只有少量塑性變形的斷裂，斷裂突然發(fā)生并快速發(fā)展。延性斷裂斷口宏觀特征一般呈纖維狀，色澤灰暗，邊緣有剪切唇，斷口附近有宏觀的塑性變形。微觀特征形態(tài)是韌窩（韌窩的實(shí)質(zhì)是材料微區(qū)塑性變形形成空洞聚集和長(zhǎng)大，導(dǎo)致材料斷裂所留下的圓形或橢圓形凹坑）。脆性斷裂分為解理斷裂（晶內(nèi)）和晶界斷裂（晶界）。解理斷裂的宏觀特征為斷口平整，沒(méi)有可以覺(jué)察到的塑性變形。斷口有發(fā)光顆粒,呈金屬光澤，常呈現(xiàn)放射狀撕裂棱形，即所謂的人字紋花樣。微觀特征形態(tài)常出現(xiàn)河流花樣、舌狀花樣、扇形花樣等。晶界斷裂宏觀

14、特征呈現(xiàn)顆粒狀或粗瓷狀，色澤較灰暗（但比韌性斷口要光亮）.斷口一般與主應(yīng)力垂直，表面平齊，邊緣有剪切唇.微觀形態(tài)特征是明顯的多面體，沒(méi)有明顯塑性變形，呈現(xiàn)不同程度的晶粒多而體，外形如巖石狀花樣或冰糖塊狀花樣。2、影響金屬脆斷的因素.答:應(yīng)力狀態(tài)：溫度（轉(zhuǎn)變溫度）：加載速度;材料狀態(tài).3、重要結(jié)論塑性變形是阻止裂紋擴(kuò)展的主要因素。4、材料斷裂的評(píng)定方法.答：轉(zhuǎn)變溫度方法（沖擊韌性試驗(yàn)，爆炸膨脹試驗(yàn)和落錘試驗(yàn)）；斷裂力學(xué)方法（斷裂韌性試驗(yàn)）。5、焊接結(jié)構(gòu)的兩種設(shè)計(jì)原則.答:防止裂紋引發(fā)原則：止裂原則。6、預(yù)防焊接結(jié)構(gòu)脆斷的措施。（考點(diǎn)）答：正確選用材料.一般說(shuō)來(lái)，應(yīng)使所選用的鋼材和焊接用填充金屬保

15、證在使用溫度下具有合格的缺韌性。a、在結(jié)構(gòu)工作條件下，焊縫、熱影響區(qū)、熔合線的最脆部位應(yīng)有足夠的抗開裂性能，母材應(yīng)具有一定的止裂性能（根據(jù)接頭各部分的要求選用材料）：b、隨著鋼材強(qiáng)度提高,斷裂韌度和工藝性一般都有所下降，因此，不宜采用比實(shí)際需要強(qiáng)度更高的材料（不盲目選用高強(qiáng)度材料）。采用合理的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。a、盡量減少結(jié)構(gòu)或焊接接頭部位的應(yīng)力集中：b、盡量減小結(jié)構(gòu)剛度，降低應(yīng)力集中和附加應(yīng)力的影響：c、不采用過(guò)厚的截而；d、重視附件或不受力焊縫的設(shè)計(jì);e、減小和消除焊接殘余拉伸應(yīng)力的不利影響。第六章1、疲勞斷裂和脆性斷裂的異同。答：相同點(diǎn):二者斷裂前都無(wú)明顯的塑性變形。不同點(diǎn):疲勞需要多次加載

16、，脆性斷裂一般不需多次加載；疲勞裂紋的擴(kuò)展是緩慢的，有時(shí)需要長(zhǎng)達(dá)數(shù)年的時(shí)間，而結(jié)構(gòu)脆斷是瞬時(shí)完成的；溫度對(duì)脆性斷裂的影響特別大，隨著溫度的降低，脆性斷裂的危險(xiǎn)性迅速增加，但疲勞強(qiáng)度卻不是這樣；疲勞斷裂和脆性斷裂斷口特征不同.2、疲勞斷口的宏觀和微觀特征。答:宏觀特征為從斷裂開始點(diǎn)向四周射出類似貝殼紋的疲勞裂紋。微觀形貌的基本特征是具有一定間距的、垂直于主裂紋擴(kuò)展方向的、相互平行的條狀花樣，即疲勞條帶。3、疲勞曲線，疲勞強(qiáng)度，疲勞極限，疲勞圖概念及疲勞載荷的表示方法。答：疲勞曲線：當(dāng)一定時(shí)，疲勞強(qiáng)度(應(yīng)力幅)與循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系；疲勞強(qiáng)度:烏勒疲勞曲線上對(duì)應(yīng)于某一循環(huán)次數(shù)N的破壞應(yīng)力，稱為該循環(huán)

17、次數(shù)下的疲勞強(qiáng)度；疲勞極限：烏勒疲勞曲線上，當(dāng)應(yīng)力幅低于某值時(shí)，應(yīng)力循環(huán)無(wú)數(shù)次也不會(huì)發(fā)生疲勞破壞，此時(shí)的應(yīng)力幅稱為材料的疲勞極限，即曲線水平部分所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力幅值：疲勞圖：表示一定循環(huán)次數(shù)N下，疲勞強(qiáng)度與r之間的關(guān)系。Omax：應(yīng)力循環(huán)內(nèi)的最大應(yīng)力；omin：應(yīng)力循環(huán)內(nèi)的最小應(yīng)力：Om=(omax+bmin)/2：平均應(yīng)力；aa=(amax-Qmin)/2：應(yīng)力幅值；r=omin/cmax：應(yīng)力循環(huán)特征系數(shù)，r的變化范惘是一8+11、對(duì)稱交變載荷應(yīng)力波形如怪I,由圖可見(jiàn)：這種變動(dòng)載荷的。min=-omax,應(yīng)力循環(huán)特征系數(shù)r=l,平均應(yīng)力Om=0,應(yīng)力幅值Oa=Omax.2、脈動(dòng)載荷應(yīng)力波形如圖

18、，由圖可見(jiàn)：5nin=0,r=。,平均應(yīng)力。m與應(yīng)力幅值相等，都等于Omax/2,am=aa=Omax/2。3、拉伸變載荷omaxxomin均為拉應(yīng)力，但大小不等，OVrVl。4、當(dāng)r=l時(shí)，為靜載荷。4、提高焊接接頭疲勞強(qiáng)度的措施。答：降低應(yīng)力集中;a、采用合理的結(jié)構(gòu)形式，減少應(yīng)力集中；b、盡量采用應(yīng)力集中系數(shù)小的焊接接頭形式，如化工作焊縫為聯(lián)系焊縫，化角焊縫為對(duì)接焊縫；c、開緩和槽來(lái)提高疲勞強(qiáng)度：d、用表面機(jī)械加工方法，降低構(gòu)件中的應(yīng)力集中程度。調(diào)整殘余應(yīng)力場(chǎng);a整體退火或超載預(yù)拉伸法：b、在局部加熱、輾壓等方法處理。改善材料的表而性能；用小輪擠壓和用錘輕打焊縫表而及過(guò)渡區(qū)，或用小鋼刃噴射

19、焊縫區(qū)。特殊保護(hù)措施。采用缺口表而涂敷，不僅具有防腐蝕作用，也降低了缺口應(yīng)力，提高疲勞強(qiáng)度.5、影響接頭疲勞強(qiáng)度的因素.答:應(yīng)力集中的影響：近縫區(qū)金屬性能變化的影響：殘余應(yīng)力的影響;焊接缺陷的影響。6、薄壁和厚壁容器焊接結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)的主要問(wèn)題，如何防止。答:薄壁容器主要問(wèn)題:變形。防止措施：厚壁容器主要問(wèn)題：脆化。防止措施：藍(lán)皮書1、什么是夾具.答：夾具就是定位器、夾緊器、推拉裝置的電2、生產(chǎn)過(guò)程、工藝過(guò)程、工序、安裝、工位、工步概念。(考點(diǎn))答：生產(chǎn)過(guò)程：在任何工廠或車間里.通過(guò)人們的勞動(dòng)，使原材料或半成品的形狀和重量不斷地按照人們的意圖發(fā)生改變的過(guò)程，稱為生產(chǎn)過(guò)程。工藝過(guò)程:工藝過(guò)程是逐步改變工件狀況的那一部分的生產(chǎn)過(guò)程。工序：一個(gè)工人或一組工人在一個(gè)工作地點(diǎn)，用一種設(shè)備加