《焊接结构学》第一章 绪论1、 焊接结构就是组成构件的各元件之间或构件之间采用焊接连接的结构。

、 焊接结构的特点是什么？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形；6）焊接结构的成品率高；7）存在较大的焊接应力和变形；8）对应力集中敏感；9）焊接接头的性能不均匀。

2.构件焊接性包含哪几个方面？答：构件焊接性包含以下几个方面：材料的焊接适应性、设计的焊接可靠性、制造的焊接可行性。

3、 构件焊接性的因素可分为哪几个方面？答：可分为与材料有关的因素、与设计有关的因素、与制造有关的因素三个方面。

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。

热应力：当构件受热不均匀时结构内部产生的平衡于构件内部的应力。

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。

按产生机理可分为温度应力（热应力）、拘束应力、组织应力。

根据应力作用产生时间：瞬时应力、残余应力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：如果不均匀的温度场所造成的内应力达到材料的屈服极限，使构件局部发生塑性变形（加热杆件中将出现压缩塑性变形），当温度恢复均匀后，产生的内应力会残留在物体里。

（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。

自由变形：当某一金属物体的温度有了改变，或发生了相变，它的尺寸和形状就要发生变化，如果这种变化没有受到外界的任何阻碍而自由地进行，这种变形称之为自由变形。

外观变形：受拘束条件决定的，构件能够表现出来的实际变形。

内部变形：受拘束条件约束，未能表现出来的变形。

自由变形为外观变形和内部变形的和。

4. 内部变形率：T εεε-e =5. 影响焊接应力与变形的主要因素（1）焊缝及其附近不均匀加热的范围和程度，也就是产生热变形的范围和程度。

影响因素包括焊缝的尺寸、数量、位置、母材的热物理性能（导热系数、比热及热膨胀系数）和力学性能（弹性模量、屈服极限）、焊接工艺方法（气焊、焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊、电子束焊等等）、焊接规范参数（电流、电压、速度、预热温度、焊后缓冷及焊后热处理等）、施焊方法（直通焊、跳焊、分段退焊等）。

（2）焊件本身的刚度和受到周界的拘束程度，也就是阻止焊缝及其附近产生热变形的程度。

影响因素包括焊件的尺寸和形状、胎夹具的应用、焊缝的布置及装配焊接顺序等。

焊接构件在拘束小的条件下，焊接应力大，变形小；反之，焊接应力小，变形大。

6. 焊接残余变形的种类：纵向收缩变形、横向收缩变形、挠曲变形、角变形、波浪变形、错边变形、螺旋变形。

错边变形 焊接坡口两侧母材热变形不一致或受热状态不同所致（电弧偏吹、异质接头、不等厚接头）7. 长板条单侧加热 高温侧和低温侧受压，中温区受拉，而中心加热则相反8. 焊接残余应力的影响1 对静载强度的影响：材料有足够的塑性时，无影响，塑性变形能力不足时，降低静载强度。

塑性变形的必要条件是存在切应力，三轴残余应力阻碍塑性变形2 对刚度的影响tana=F/ L=EA/L 焊接构件经一次加载卸载后，若再次加载不超过前次载荷则不影响内应力分布3 对杆件受压稳定性的影响 降低杆件受压稳定性4 対构件精度和尺寸稳定性的影响 蠕变和应力松弛和不稳定组织的存在（残留奥氏体）5 对应力腐蚀开裂的影响 加剧9. 影响纵向残余应力的因素：（1）材料的热物理性能：热膨胀系数 相同条件下变形大小：铝>不锈钢>低碳钢（2）焊接工艺方法 CO2（3（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。

10. 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，则ΔB 小。

多道焊时，每道焊缝产生的ΔB 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，ΔB也越大；对接焊缝的ΔB大于堆焊焊缝和角焊缝；气焊ΔB>手工电弧焊>埋弧焊。

11.角变形的影响因素坡口角度↑，角变形β↑；单层埋弧焊，电渣焊和电子束焊的β↓；多层焊的β>单层焊；多道焊>多层焊；道数、层数↑，β↑；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。

△B横向收缩变形12.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。

13.焊接残余应力与变形的调整与控制有哪些措施？答：（1）调控焊接应力与变形的焊前措施：1）合理地选择焊缝的形状和尺寸其应遵循的原则是：①尽可能使焊缝长度最短；尽可能使板厚小；尽可能使焊脚尺寸小；断续焊缝和连续焊缝相比，优先选择断续焊缝；角焊缝与对接焊缝相比，优先选择对接焊缝。

2）尽量避免焊缝的密集与交叉3）合理地选择肋板的形状并适当地安排肋板的位置，可以减少焊缝，提高肋板加固的效果4）采用压形板来提高平板的刚性和稳定性，也可以减少焊接量和减少变形。

5）联系焊缝可采用断续焊缝的形式以降低热输入总量，并且尽量把工作焊缝变为联系焊缝6）预变形法或反变形法（2）焊后调控焊接残余应力与变形的措施： 1）机械方法； 2）加热方法。

（3）随焊调控焊接应力与变形的措施：1）刚性固定法；2）减小焊缝的热输入3）合理安排装配焊接的顺序4）预拉伸法5）焊时温差拉伸法6）随焊激冷法7）随焊碾压法8）随焊锤击法9）随焊冲击碾压法13.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、三点弯曲矫正（2）火焰矫正法14.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.合理安排焊缝的位置。

（2）工艺措施a)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。

b)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。

c)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d)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。

15.焊接残余应力的种类：纵向残余应力、横向残余应力、厚度方向上的残余应力、拘束状态下焊接的内应力、封闭焊缝引起的内应力、相变应力。

16.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）加热减应区法。

局部加热造成反变形。

17.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。

18.影响焊接接头性能的主要因素?焊缝金属（缺陷）:咬边、裂纹、未焊透、气孔、夹渣热影响区:裂纹、脆化19.焊接残余应力的测定方法有那些？1、破坏法切条法、切块法、钻孔法、盲孔法2 非破坏法（1）中子射线衍射法（2）X射线衍射法第四章焊接接头什么是焊接接头？答：在焊接需连接的部位，用焊接方法制造而成的接头称为焊接接头。

接头一般可分焊缝金属、熔合区、热影响区和母材四个组成部分。

接头基本属性：应力集中、不均匀性。

2.热应变脆化：金属在200~400℃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。

4.坡口形式有哪几种？选择坡口形式时通常要考虑哪几个方面？答：坡口形式有：卷边、平对、V形、U形、X形、K形等。

选择坡口形式时通常要考虑：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。

5.最理想的坡口形式时什么？为什么？答：最理想的坡口形式是U形坡口；因为同等厚度下U形坡口需要的填充金属量少，节省母材和焊材，并且在同种焊接方法的情况下，其热输入量最小。

6.焊缝符号的组成内容各种焊接方法的符号，基本符号，辅助符号，引出线，焊缝尺寸符号7.焊缝的基本形式：对接焊缝、角焊缝。

8.各种接头的型式及特点。

那种接头的受力是最好的？那种接头的装配要求最简单？①对接接头特点：受力好，装配要求高。

对接接头截面变化平缓，应力集中小，受力状态是各种接头中最好的。

但是它的装配要求较高，如果两边母材上下错动，或间隙过大、过小都不行。

②.搭接接头特点：受力差，装配要求简单。

搭接接头的特点刚好和对接接头相反，应力分布很不均匀，疲劳强度低，但是它们的焊前准备工作及装配要求却很简单。

③.丁字接头（丁字接头）特点：丁字（十字）接头的焊缝向母材过渡较剧烈，力线弯曲严重，应力分布极不均匀，在焊缝跟部和趾部有较大的应力集中④.角接接头对接接头受力最好；搭接接头装配要求简单9.什么是应力集中及应力集中系数？造成应力集中的原因是什么？答：应力集中，是指接头局部区域的最大应力值（σmax）比平均应力值（σav）高的现象。