第一篇：焊接結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)教學(xué)大綱2002

《焊接結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)》教學(xué)大綱

（Design of Welding Structure）

課程編號(hào)：0601A014

學(xué)時(shí)/學(xué)分： 3周/6分

一、大綱說明

本大綱根據(jù)材料成型及控制專業(yè)2002年教學(xué)計(jì)劃制訂

（一）適用專業(yè)：材料成型及控制專業(yè)焊接方向

（二）課程設(shè)計(jì)性質(zhì)：專業(yè)必修課

（三）主要先修課程和后續(xù)課程

1.先修課程：焊接結(jié)構(gòu)、材料力學(xué)、機(jī)械制圖原理 2.后續(xù)課程：暫無

二、課程設(shè)計(jì)目的及基本要求

1.目的：理論聯(lián)系實(shí)際，掌握一般焊接結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度設(shè)計(jì)的基本方法 2.基本要求：完成一般焊接結(jié)構(gòu)件整體設(shè)計(jì)過程

三、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及安排

1.設(shè)計(jì)內(nèi)容：壓力容器和起重機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.安排：前期準(zhǔn)備1周：分析課程設(shè)計(jì)題目，查閱相關(guān)資料，撰寫設(shè)計(jì)說明書；

中期繪圖1周：運(yùn)用AutoCAD軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)繪圖；

后期答辯1周：修改說明書和圖紙。

四、指導(dǎo)方式

指導(dǎo)教師對(duì)設(shè)計(jì)題目、要求和設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)充分講解后，以學(xué)生獨(dú)立分析設(shè)計(jì)為主，指導(dǎo)教師隨時(shí)給予輔導(dǎo)。

五、課程設(shè)計(jì)考核方法及成績(jī)?cè)u(píng)定

1.考核方法：設(shè)計(jì)期間表現(xiàn)20%，圖紙及說明書成績(jī)40%，答辯表現(xiàn)40% 2.成績(jī)?cè)u(píng)定：優(yōu)良制

六、課程設(shè)計(jì)教材及主要參考資料

１.田錫唐.焊接結(jié)構(gòu).機(jī)械工業(yè)出版社

２.中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì).焊接手冊(cè),第三卷焊接結(jié)構(gòu).機(jī)械工業(yè)出版社 ３.陳允中譯.壓力容器設(shè)計(jì)手冊(cè).中國(guó)石化出版社 ４.張質(zhì)文等.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè).中國(guó)鐵道出版社

制 定 人： 教研室主任： 教 學(xué) 院 長(zhǎng)：

第二篇：焊接結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)doc44

安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院

《焊接結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)說明書》

--------------------------支撐座的設(shè)計(jì) 姓名：

班級(jí)：

系部： 機(jī)械工程系

學(xué)號(hào)：

指導(dǎo)老師：

2012-2013第二學(xué)期

第一章

設(shè)計(jì)支撐座的目的

為了訓(xùn)練繪圖，對(duì)焊接結(jié)構(gòu)制造工藝的熟悉，還有鉚工中的放樣、劃線、下料、裝配、焊接、矯正，檢驗(yàn)等這些技術(shù)方面的練習(xí)。初步積累經(jīng)驗(yàn)，為了自己以后走上工作崗位打下良好基礎(chǔ)。

支撐座三視圖見上圖。

支撐座的組成：所用板材均為6mm厚的板材。肋板、底板、平板、立板、背板。本次課程設(shè)計(jì)的支撐座的材料是Q235鋼，材料的合理選用是鋼結(jié)構(gòu)承載能力的根本保證和追求經(jīng)濟(jì)性的前提，Q235鋼塑性好，有一定的強(qiáng)度，用于制造受力不大的零件，對(duì)于支撐座的設(shè)計(jì)Q235鋼的使用性能完全可以勝任的，具有較好的塑性和焊接性能。而且所使用的鋼板為6mm，在鉚工中規(guī)定4mm以上厚度的鋼板為厚板，通常在把厚4~25mm的鋼板稱為中板，25mm以上的鋼板稱為厚板。

第二章

板材的矯正

板材的矯正可以分為四種，手工矯正，機(jī)械矯正，火焰矯正，高頻火焰矯正。

手工矯正是采用錘擊的方法來進(jìn)行矯正，由于手工矯正操作靈活簡(jiǎn)便，所以對(duì)較小變形的鋼材，在缺乏或不便使用矯正設(shè)備的場(chǎng)合下可以使用手工矯正。

（一）厚板的手工矯正

厚板的手工矯正通常采用以下兩種方法： ① 直接錘擊凸起處

直接錘擊凸起處的錘擊量要大于材料的屈服極限，這樣才能使凸起處強(qiáng)制壓縮而被矯平。

②錘擊凸起區(qū)域的凹面

錘擊凹面可用較小的力量，使材料僅僅在凹面擴(kuò)展，迫使凸起處受到壓縮。由于厚板的厚度大，其凸起的斷面兩側(cè)邊緣可以看做是同心圓的兩個(gè)弧，凹面的弧長(zhǎng)小于凸面的弧長(zhǎng)，因此，矯正時(shí)應(yīng)錘擊凹面，使其表面擴(kuò)展，再加上鋼板厚度大，打擊力量小，結(jié)果凹面的表面擴(kuò)展并不能導(dǎo)致凸面隨之?dāng)U展，從而使厚鋼板得到矯平。

對(duì)于厚板的扭曲變形，可沿其扭曲方向和位置，采用反變形的方 法進(jìn)行矯正。

對(duì)于矯正后的厚板料，可用直尺檢查是否平直，若用尺得棱邊以不同的方向貼在板上進(jìn)行觀察，當(dāng)其隙縫大小一致時(shí)，說明板料已經(jīng)平直。

手工矯正厚板時(shí)，往往與加熱矯正等方法結(jié)合進(jìn)行。

第三章

放樣

放樣是制造金屬結(jié)構(gòu)的第一道工序，它對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量、縮短生產(chǎn)周期、節(jié)約原材料都有著重要的作用。

所謂放樣就是根據(jù)產(chǎn)品圖樣，依照產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、制造工藝要求等，按一定比例，在放樣平臺(tái)上，準(zhǔn)確繪制結(jié)構(gòu)的全部或部分投影圖，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)的工藝性處理和必要的計(jì)算和展開，最后獲得產(chǎn)品制造所需要的數(shù)據(jù)、樣桿、樣板、和草圖的工藝過程。

金屬結(jié)構(gòu)的放樣線型放樣、結(jié)構(gòu)放樣、展開放樣三個(gè)過程，但是并不是所有的金屬結(jié)構(gòu)放樣都經(jīng)過這三個(gè)過程，有些構(gòu)件完全是由平板或桿件組成而無需進(jìn)行展開放樣。

放樣的目的

詳細(xì)復(fù)核產(chǎn)品圖樣所表現(xiàn)的構(gòu)件各部分投影關(guān)系、尺寸及外部輪廓形狀是否正確和符合設(shè)計(jì)要求。

在不違背原設(shè)計(jì)要求的前提下，考慮工藝要求、所用材料、設(shè)備能力和加工條件等因素而進(jìn)行綜合處理。

利用放樣圖，可以確定復(fù)雜構(gòu)件的在縮小比例圖樣中無法表達(dá)、而在實(shí)際制造中又必須明確的尺寸。

利用放樣圖，結(jié)合必要的計(jì)算，可以求出構(gòu)件用料的真是形狀和尺寸，有時(shí)還要畫出與之連接的構(gòu)建的位置線。

利用放樣圖可以設(shè)計(jì)構(gòu)件加工或裝配時(shí)所需的胎具和模具，滿足制造工藝要求。

為后續(xù)工序提供施工依據(jù)。

某些構(gòu)件還可以直接利用放樣圖進(jìn)行裝配時(shí)的定位。即所謂的“地樣裝配”。

放樣程序與放樣過程

放樣的方法有多種，但在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中形成啦以實(shí)尺放樣為主的放樣方法，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，又出現(xiàn)啦比例放樣、計(jì)算機(jī)放樣等新的工藝，并逐步推廣使用，在目前廣泛應(yīng)用的還是實(shí)尺放樣。

實(shí)尺放樣就是采用1:1的比例，根據(jù)圖樣的形狀和尺寸，用基本的作圖方法，以產(chǎn)品的實(shí)際大小，放到放養(yǎng)臺(tái)上的工作。

那下面我就簡(jiǎn)單的介紹一下線型放樣。

(1)線型放樣 就是根據(jù)結(jié)構(gòu)制造需要，繪制構(gòu)件整體或局部輪廓的投影基本線型。注意的問題有：

1)根據(jù)所要繪圖樣的大小和數(shù)量多少，安排好圖樣在放樣臺(tái)上的位置。

2)選取放樣畫線基準(zhǔn)。

3)首先要畫基準(zhǔn)線，其次才能畫其他的線。

4)畫出設(shè)計(jì)要求必須保證的輪廓線型為主，因工藝需要可能變化的線型可以不畫。

5)必須嚴(yán)格遵守正投影規(guī)律。

6)對(duì)于具有復(fù)雜線型的金屬結(jié)構(gòu)，往往采取采用平行于投影面的翻面剖切，畫出一組或幾組線型，來表示結(jié)構(gòu)的完整形狀和尺寸。

7)放樣應(yīng)該在光線充足的地方，以便于看圖和劃線。(三)放樣時(shí)的注意事項(xiàng)： ①放樣開始之前必須看懂圖紙。

②放完樣要進(jìn)行兩個(gè)方面的檢查;一方面檢查是否有遺漏的工件和孔，另一方面檢查各部尺寸。

③如果圖紙看不清或?qū)ぷ鲌D有疑問，應(yīng)先向工程技術(shù)人員問清楚，并作出清晰的標(biāo)注和更正。

④放樣時(shí)不得將鋒利的工具如劃針立方在場(chǎng)地上，用完的鋼卷尺要隨時(shí)放好。

⑤需要保存的式樣圖，應(yīng)注意保護(hù)存放，不得涂抹和踐踏。⑥樣板、樣桿用完后，應(yīng)妥善保管，避免銹蝕和丟失。

第四章

劃線(號(hào)料)利用樣板、樣桿、號(hào)料草圖及放樣得出的數(shù)據(jù)，在板料和型鋼上劃出零件真實(shí)的輪廓和孔口真實(shí)形狀，以及與零件相連接構(gòu)件的位置、加工線等，并注出加工符號(hào)，這一過程稱為劃線，也稱號(hào)料。劃 線是一項(xiàng)細(xì)致而重要的工作，必須按有關(guān)的技術(shù)要求進(jìn)行，同時(shí)，還要著眼于產(chǎn)品的整個(gè)制造工藝過程，充分考慮用料問題，靈活而又準(zhǔn)確的在各種板料、型鋼及成形零件上進(jìn)行劃線。

劃線工具

劃針、圓規(guī)、角尺、樣沖和曲線尺等。為了保證劃線質(zhì)量，必須嚴(yán)格遵守下列規(guī)則：

垂直線必須用作圖法畫，不能用量角器或直角尺，更不能使用目測(cè)法劃線。

用圓規(guī)在鋼板上畫圓，圓弧或分量尺寸時(shí)，為防止圓規(guī)腳尖的滑動(dòng)，必須先沖出樣沖眼。

注意事項(xiàng)：

校隊(duì)鋼材牌號(hào)和規(guī)則是否與圖紙的要求相符，對(duì)于重要產(chǎn)品所用的鋼材，應(yīng)有合格的質(zhì)量證明文件，鋼材的化學(xué)成分與力學(xué)性能應(yīng)符合圖紙所規(guī)定的要求。

劃線前鋼材表面應(yīng)該平整，如果表面呈波浪形或凸凹不平度過大時(shí)，就會(huì)影響劃線的準(zhǔn)確性，所以事先應(yīng)加以矯正。

鋼材的表面應(yīng)該干凈清潔，并檢查表面有無夾灰、麻點(diǎn)、裂紋等缺陷。

劃線工具應(yīng)定期檢查校正，盡可能采取高效率的工夾具，以提高效率。

熟悉產(chǎn)品圖樣和制造工藝。應(yīng)該根據(jù)制造工藝的要求，合理安排各零件劃線的先后順序以及零件在材料位置上的排布等。

正確使用劃線工具。

劃線后，在零件的加工線、接縫線及孔的中心位置等處，應(yīng)根據(jù)加工需要打上沖眼。

合理用料。利用各種方法，技巧，合理鋪排零件在材料上的位置，最大限度的提高材料的利用率，是劃線的一個(gè)重要內(nèi)容。生產(chǎn)中，常常采用下列方法來達(dá)到合理用料的目的：

集中套排 由于零件的材質(zhì)，規(guī)格是不同的，為了做到合理使用原材料，在零件數(shù)量較多時(shí)，可以將相同牌號(hào)的材料且厚度相同的零件集中在一起，統(tǒng)籌安排，長(zhǎng)短搭配，這樣就可以充分利用原材料，提高材料的利用率。

余料利用

由于每一張鋼板和每一張型鋼劃線后，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些形狀或長(zhǎng)度大小不一的余料。將它們集中起來利用，可最大限度的提高材料的利用率。

分塊排料法

生產(chǎn)中為了提高材料的利用率，在工藝許可的條件下，常用以小拼整的方法。

目前合理用料的工作已有計(jì)算機(jī)來完成也就是計(jì)算機(jī)排樣，并且與數(shù)控切割等先進(jìn)技術(shù)下料方法進(jìn)行配合。

劃線是對(duì)加工提供直接依據(jù)。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)劃線偏差加以控制。

第五章

下料工藝過程

下料是將零件或毛坯從原材料上分離下來的工序。在焊接結(jié)構(gòu)制造中常用的下料方法有機(jī)械切割和熱切割兩大類。機(jī)械切割是指材料在常溫下利用切割設(shè)備進(jìn)行切割的方法，熱切割是利用氧乙炔焰、等離子弧進(jìn)行切割的方法。

一、機(jī)械切割 ㈠鋸割

鋸割主要用于管子、型鋼、圓鋼等的下料 ⑴手工鋸割 一般用弓形鋸也可采用手工電鋸 ⑵機(jī)械鋸割 弓鋸床、帶鋸床、圓盤鋸床等。㈡砂輪鋸割

根據(jù)砂輪磨削特性，采用高速旋轉(zhuǎn)的薄片砂輪進(jìn)行切割。㈢剪切

利用剪板機(jī)將材料剪成一定外形尺寸的毛料。以作為后續(xù)沖壓、邊緣加工和焊接等工序的備料。

剪切設(shè)備 斜口剪床、平口剪床、圓盤剪床、振動(dòng)剪床、龍門剪床、聯(lián)合沖剪機(jī)。

(四)沖裁

沖裁是沖壓工序的一種。利用沖模將板料以封閉的輪廓與坯料分離的一種沖壓方法，稱為沖裁。

沖裁是下料的方法之一。板材的沖裁分類有兩種：若沖裁的目的 是為了制取一定外形輪廓的工件，即被沖下的為所需要的部分，而剩余的為廢料，這種沖裁稱為落料。反之，若沖裁的目的是為了加工一形狀和外形尺寸的內(nèi)孔，沖下的為廢料，剩余的為所需部分，這種沖裁稱為沖孔。

二、熱切割

(一)氣體火焰切割(氣割)⒈ 氣割原理

氣割的實(shí)質(zhì)是金屬在氧中的燃燒過程。它利用可燃?xì)怏w和氧氣混合燃燒形成的預(yù)熱火焰，將被切割金屬材料加熱到其燃燒溫度，由于很多金屬材料能在氧氣中燃燒并放出大量的熱，被加熱到燃點(diǎn)的金屬材料在高速噴射的氧氣流作用下，就會(huì)發(fā)生劇烈燃燒，產(chǎn)生氧化物，放出熱量，同時(shí)氧化物熔渣被氧氣流從切口處吹掉，使金屬分割下來達(dá)到切割的目的。

氣割過程包括三部：①火焰預(yù)熱——使金屬表面達(dá)到燃點(diǎn)；②噴氧燃燒——氧化、放熱；③吹除熔渣——金屬分離。

氣割的特點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單、使用方便；生產(chǎn)效率高；成本低、適用范圍廣；可以切割各種形狀的金屬零件，厚度可達(dá)1000mm；主要切割碳鋼、低合金鋼；可用于毛坯；亦可用于開坡口或割孔。

⒉氣割使用氣體

氣割使用氣體分為兩類，即助燃?xì)怏w和可燃?xì)怏w。助燃?xì)怏w是氧氣，可燃?xì)怏w是乙炔氣或石油氣等。氣體火焰是助燃?xì)怏w和可燃?xì)怏w混合而成，形成火焰的溫度可達(dá)3150℃以上最適宜焊接和氣割。

純氧本身不能燃燒，但在高溫下非常活潑，當(dāng)溫度不變而壓力增大時(shí)，氧氣可與油類發(fā)生劇烈化學(xué)反應(yīng)而自然，產(chǎn)生強(qiáng)烈爆炸，所以要嚴(yán)防氧氣瓶與油脂接觸。

乙炔氣又稱石油氣，為不飽和的碳?xì)浠衔?，是一種可燃?xì)怏w。乙炔溫度超過300℃或壓力超過0.15Mpa時(shí)，遇火就會(huì)爆炸。當(dāng)空氣中乙炔的體積分?jǐn)?shù)為2.2%~81%時(shí)，遇到明火常壓下也會(huì)爆炸，所以焊接和氣割現(xiàn)場(chǎng)要特別注意通風(fēng)。

氣割常用的可燃?xì)怏w為乙炔氣。⒊實(shí)現(xiàn)氣割的條件

金屬材料的燃點(diǎn)必須低于熔點(diǎn)。低燃點(diǎn)是金屬進(jìn)行氣割的基本條件，否則，氣割是金屬將在燃燒前現(xiàn)行熔化，使之變?yōu)槿鄹钸^程，不僅各口寬，極不整齊，而且易粘結(jié)，達(dá)不到切割質(zhì)量要求。

燃燒生成的金屬氧化物的熔點(diǎn)，應(yīng)低于金屬本身的熔點(diǎn)，同時(shí)流動(dòng)性要好，否則，就會(huì)在割口表面形成固態(tài)氧化物，阻礙氧流與下層金屬的接觸，使切割過程不能正常進(jìn)行。

金屬燃燒時(shí)，能放出大量的熱，而且金屬本身的導(dǎo)熱性能要差，以保證下層金屬有足夠的預(yù)熱溫度，使切割過程能連續(xù)進(jìn)行。

金屬中阻礙氣割過程進(jìn)行和提高鋼淬硬性的雜質(zhì)要少。⒋氣割設(shè)備及工具 ⑴氧氣瓶

氧氣瓶是儲(chǔ)存和運(yùn)送高壓氧氣的容器。氧氣瓶體上部裝有瓶閥，通過旋轉(zhuǎn)手輪可開關(guān)瓶閥并能控制氧氣的進(jìn)出流量，瓶帽旋在瓶頭 上，以保護(hù)瓶閥。

氧氣瓶外表應(yīng)涂成天藍(lán)色，并用黑漆表明“氧氣”字樣 ⑵乙炔瓶

是一種儲(chǔ)存和運(yùn)送乙炔的壓力容器，是用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼或低合金結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)軋制而成的圓柱形無縫瓶體，外表為白色，并用紅漆標(biāo)注“乙炔”字樣，在使用乙炔時(shí)必須嚴(yán)格遵守安全操作規(guī)程。⑶氧氣減壓器

是用來調(diào)節(jié)氧氣工作壓力的裝置。氣割時(shí)所需氧氣的壓力有一定的規(guī)范，要使氧氣瓶中的高壓氧氣轉(zhuǎn)變?yōu)闅飧钚枰姆€(wěn)定的低壓氧氣，就要用它來調(diào)節(jié)。

⑷橡膠軟管

氧氣和乙炔氣是通過橡膠軟管輸送到割據(jù)中去的，氧氣的膠管工作壓力為1.5MPa,孔徑是φ8mm；乙炔膠管工作壓力為0.5MPa,孔徑為φ10mm.為了便于識(shí)辨氧氣管采用黑色，乙炔膠管為紅色，氧氣膠管與乙炔膠管的強(qiáng)度不同，不能混用或相互代替。

⑸割炬

割炬的作用是使乙炔氣和氧氣以一定的比例和方式混合，形成具有一定熱量和形狀的預(yù)熱火焰，并在預(yù)熱火焰的中心噴射切割氧氣進(jìn)行切割。

第六章

裝配——焊接工藝

裝配-焊接是焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中的核心，直接關(guān)系到焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。同一種焊接結(jié)構(gòu)，由于其生產(chǎn)批量、生產(chǎn)條件不同，或由于結(jié)構(gòu)形式不同，可有不同的裝配方式、不同的焊接工藝、不同的裝配——焊接順序，及會(huì)有不同的工藝過程。

6.1

焊接裝配的基礎(chǔ)知識(shí)

裝配在焊接結(jié)構(gòu)制造過程中，將組成結(jié)構(gòu)的各個(gè)零件按照一定的位置、尺寸關(guān)系和精度要求組合起來的工序。在焊接結(jié)構(gòu)制造中，焊接的裝配是決定焊接質(zhì)量的關(guān)鍵工序，而焊件的裝配質(zhì)量又取決于零件下料和成形的尺寸精度。裝配在焊接結(jié)構(gòu)制造工藝中占有很重要的地位，這不僅是由于裝配工作的質(zhì)量好壞直接影響著產(chǎn)品的最終質(zhì)量，而且還因?yàn)檠b配工序的工作量大，約占整個(gè)產(chǎn)品制造的30﹪~40﹪。所以，提高裝配工作的效率和質(zhì)量，在縮短產(chǎn)品制造工期、降低生產(chǎn)成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量等方面，都具有重要的意義。

一、裝配的基本條件

在金屬結(jié)構(gòu)裝配中，將零件裝成部件的過程稱為部件裝配，簡(jiǎn)稱部裝；將零件或部件裝配成最終產(chǎn)品的過程成為總裝。通常裝配后的部件或整體結(jié)構(gòu)直接送入焊接工序，但有些產(chǎn)品要先進(jìn)行部件裝配-焊接，經(jīng)矯正變形后在進(jìn)行總裝。無論何種裝配方案都要滿足裝配的基本條件。

裝配的基本條件不是組成結(jié)構(gòu)件的零件，在裝配前應(yīng)該達(dá)到的尺 寸精度、熱處理狀態(tài)等，而是指零件在裝配過程中應(yīng)遵循的基本準(zhǔn)則，只有遵循這些準(zhǔn)則才能裝配出合格的焊接結(jié)構(gòu)。

焊接結(jié)構(gòu)的裝配，必須具備三個(gè)基本條件：定位、夾緊和測(cè)量。裝配的三個(gè)基本條件是相輔相成的，定位是整個(gè)裝配工序的關(guān)鍵，定位后不進(jìn)行夾緊，正確定位的零件就不能保持其正確性，在隨后的裝配和焊接過程中位置會(huì)發(fā)生變化；夾緊是在定位基礎(chǔ)上的夾緊，如果沒有定位夾緊就失去了意義；而沒有測(cè)量，則無法判斷定位和夾緊的正確性，難以保證構(gòu)件的裝配質(zhì)量。但在有些情況下可以不進(jìn)行測(cè)量。

零件的正確定位尺寸，不一定與產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖上的定位尺寸一致，有時(shí)是采用生產(chǎn)工藝的角度，考慮焊接變形后的工藝尺寸。

二、零件的定位

⒈定位基準(zhǔn)及其選擇

⑴定位基準(zhǔn) 在結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)裝配過程中，必須根據(jù)一些指定的點(diǎn)、線、面，來確定零件和部件在結(jié)構(gòu)中的位置，這些作為依據(jù)的點(diǎn)、線、面，稱為定位基準(zhǔn)。

⑵定位基準(zhǔn)的選擇

合理的選擇定位基準(zhǔn)，對(duì)于保證裝配質(zhì)量，安排零部件裝配順序和提高裝配效率均有重要影響。定位基準(zhǔn)選擇時(shí)，應(yīng)著重考慮一下幾點(diǎn)：

裝配定位基準(zhǔn)盡量與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合，這樣可以減少基準(zhǔn)不重合所帶來的誤差。

同一構(gòu)件和其它構(gòu)件有連接或配合關(guān)系的各個(gè)部件，應(yīng)盡量采用同一定位基準(zhǔn)，這樣能保證構(gòu)件安裝時(shí)與其他構(gòu)件的正確連接和配合。

應(yīng)選擇精度較高，又不易變形的零件表面或邊棱作為定位基準(zhǔn)，這樣能夠避免由于基準(zhǔn)面、線的變形造成的定位誤差。

所選擇的定位基準(zhǔn)應(yīng)便于裝配中的零件定位和測(cè)量。

在確定定位基準(zhǔn)時(shí)應(yīng)綜合生產(chǎn)成本、生產(chǎn)批量、零件精度要求和疲勞強(qiáng)度等因素。例如以已裝配零件做基準(zhǔn)，可以大大簡(jiǎn)化工裝的設(shè)計(jì)和制造過程，但零件的位置、尺寸一定會(huì)受已裝配零件的裝配精度和尺寸的影響。如果前一零件尺寸精度或裝配精度低，則后一零件裝配精度也低。

在實(shí)際裝配中，有時(shí)定位基準(zhǔn)的選擇要完全符合上述所有的原則是不可能的。因此，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行分析，選出最有利的定位基準(zhǔn)。

⒉零件的定位方法

在焊接生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)零件的具體情況，選取零件的定位方法。根據(jù)定位方法的不同可以分為如下幾種：

⑴劃線定位

劃線定位是利用在零件表面或裝配臺(tái)表面劃出工件的中心線、接合線、輪廓線等作為定位線，來確定零件間的互相位置，通常用于簡(jiǎn)單的簡(jiǎn)單的單件小批量裝配或總裝時(shí)的部分較小的零件的裝配。

⑵樣板定位

利用小塊鋼板或小塊型鋼作為、檔鐵，取材方便，也可以用經(jīng)機(jī)械加工后的擋鐵提高精度。擋鐵的安置要保證構(gòu)件重點(diǎn)部位（點(diǎn)、線、面）的尺寸精度，也要便于零件間的裝拆。常用于鋼板與鋼板之間的角度裝配和容器上的各種管口的安裝。

⑶定位元件定位與胎夾具定位就不一一介紹了。

三、裝配中的定位焊

定位焊是用來固定各焊接零件之間的相互位置，以保證整個(gè)結(jié)構(gòu)件得到正確的幾何形狀和尺寸。定位焊有時(shí)也叫點(diǎn)固焊。定位焊所用的焊條應(yīng)和焊接時(shí)所用焊條相同，以保證焊接質(zhì)量。

進(jìn)行定位焊的注意事項(xiàng)：

定位焊縫的引弧和熄弧處應(yīng)圓弧過渡，否則在焊正式焊縫時(shí)在該處易造成未焊透、夾雜的缺陷。

定位焊縫有未焊透、夾渣、裂紋、氣孔等焊接缺陷時(shí)，應(yīng)鏟掉并重新焊接，不允許留在焊縫中。

需預(yù)熱的焊件，定位焊時(shí)也應(yīng)預(yù)熱，預(yù)熱溫度與正式焊接時(shí)相同。由于定位焊為斷續(xù)焊，工件溫度較低，熱量不足而容易產(chǎn)生未焊透，故定位焊接電流應(yīng)比焊接正式焊縫時(shí)打10％~15％。

定位焊的尺寸要按要求選用，對(duì)保證焊件尺寸起重要作用的部位，可適當(dāng)?shù)脑黾佣ㄎ缓缚p的尺寸和數(shù)量。

在焊縫交叉處和焊縫方向急劇變化處不要進(jìn)行定位焊，而應(yīng)該離開50mm左右。

對(duì)于強(qiáng)行裝配的結(jié)構(gòu)，定位焊縫承受較大外力，應(yīng)根據(jù)具體情況 適當(dāng)加大定位焊縫長(zhǎng)度，間距適當(dāng)縮小。

必要時(shí)采用堿性低氫焊條，而且特別注意定位焊后應(yīng)盡快焊接，避免中途停頓和時(shí)間間隔過長(zhǎng)。

定位焊所使用的焊條牌號(hào)和正式焊接所用的焊條相同，直徑可略細(xì)些，常用φ3.2mm和φ4mm的焊條。

四、裝配中的測(cè)量

測(cè)量是檢驗(yàn)定位質(zhì)量的一個(gè)工序，裝配中的測(cè)量包括；正確。合理的選擇測(cè)量基準(zhǔn)，準(zhǔn)確完成零件定位所需要的測(cè)量項(xiàng)目。在焊接結(jié)構(gòu)中常見的測(cè)量項(xiàng)目有；線性尺寸、平行度、垂直度、同軸度及角度等。當(dāng)然了這些測(cè)量都是很重要的，如果沒有這些測(cè)量那就很難保證裝配后的焊接結(jié)構(gòu)有的準(zhǔn)確性以及質(zhì)量的要求等。

測(cè)量所用的工具有鋼直尺、水平尺、90°角尺等。

五、裝配前的準(zhǔn)備

裝配前的準(zhǔn)備工作是裝配工藝的重要組成部分。充分細(xì)致的準(zhǔn)備工作，是高質(zhì)量高效率的完成裝配工作的有力保證。準(zhǔn)備工作通常包括一下幾個(gè)方面：

熟悉產(chǎn)品圖樣和工藝規(guī)程。要清楚各部件之間的關(guān)系和連接方法，并根據(jù)工藝規(guī)程選擇好裝配基準(zhǔn)和裝配方法。

裝配現(xiàn)場(chǎng)和裝配設(shè)備的選擇。裝配所需要的操作空間要對(duì)周圍進(jìn)行清理，使之達(dá)到場(chǎng)地平整、清潔、人行道通暢。

裝配的工具準(zhǔn)備，如焊機(jī)，氣割設(shè)備，砂輪機(jī)等都必須安置在規(guī)定的場(chǎng)所。

零、部件的預(yù)檢和除銹。對(duì)零部件的表面進(jìn)行去毛刺，除銹等清理工作。對(duì)于已經(jīng)切割好的零件也要進(jìn)行檢查。

適當(dāng)?shù)膭澐植考梢蕴岣呱a(chǎn)效率，還可以減小焊接變形。1.焊接結(jié)構(gòu)的裝配特點(diǎn)；

1)產(chǎn)品的零件由于精度低，裝配時(shí)需要進(jìn)行調(diào)整。

2)產(chǎn)品的連接大多采用焊接結(jié)構(gòu)，采用的是不可以拆的連接方式。返修困難，因此裝配時(shí)應(yīng)該嚴(yán)格要求。

3)裝配時(shí)有大量的焊接工作，應(yīng)該掌握焊接的盈利和變形。在裝配時(shí)應(yīng)該采取措施，防止焊接后變形。

⒉裝配——焊接順序的類形： ①整裝整焊②分部件裝配③隨裝隨焊 ⒊裝配的質(zhì)量檢驗(yàn);裝配質(zhì)量的好壞將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，所以產(chǎn)品裝好后應(yīng)進(jìn)行檢查是否符合技術(shù)要求。

裝配質(zhì)量的檢驗(yàn)，包括裝配過程中的檢驗(yàn)和完工產(chǎn)品的檢驗(yàn)，主要內(nèi)容有：

按圖樣檢查產(chǎn)品各零、部件的裝配位置和主要尺寸是否正確。檢查產(chǎn)品各連接部位的連接形式是否正確，并根據(jù)技術(shù)條件、規(guī)范和圖樣來檢查。

檢查產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件上為連接、加固各零、部件所做的定位焊是不是符合要求，要使這種結(jié)構(gòu)在焊接后不產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。

檢查產(chǎn)品連接部位焊縫處的金屬表面，不允許有油，鐵銹，以免 焊接后造成不可避免的焊接缺陷。

檢查產(chǎn)品的表面質(zhì)量，對(duì)于剛才上的裂紋，起層、砂眼等等應(yīng)該根據(jù)技術(shù)要求酌情處理。

裝配質(zhì)量的檢驗(yàn)方法，主要是運(yùn)用測(cè)量技術(shù)和各種量具，儀器進(jìn)行檢查，有些檢驗(yàn)項(xiàng)目，比如表面質(zhì)量，也常用外觀檢驗(yàn)的方法。

第七章

焊接工藝制定

7.1 焊接方法的選擇

在支撐座的制造中，生產(chǎn)中常用的焊接方法有很多，但是我們選擇的是焊條電弧焊，使用焊條電弧焊應(yīng)該考慮其生產(chǎn)效率，但是由于是課程設(shè)計(jì)而且做的是支撐座生產(chǎn)成本也不是很高。由于工件材料是Q235，板厚均為6mm,屬于中厚板，選用手工電弧焊，其特點(diǎn)為：

⑴焊接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。

⑵工藝靈活，對(duì)焊接場(chǎng)所沒有什么特殊的要求。⑶可以在任何位置焊接 ⑷對(duì)各種鋼材的適應(yīng)性強(qiáng)

⑸焊條的品種齊全，可以達(dá)到和母材同樣的強(qiáng)度 ⑹焊縫金屬的力學(xué)性能好，特別是低溫韌性特別好 ⑺操作方便，容易控制焊接變形

7.2

焊接工藝參數(shù)的選擇

⒈焊接電流的選擇

選擇焊接電流時(shí)，應(yīng)該根據(jù)板材的厚度、焊條直徑、接頭形式、焊接位置等綜合因素考慮。如果焊接電流過小會(huì)使電弧不穩(wěn)，造成為焊透，夾渣以及焊縫成形不良等焊接缺陷。反之，焊接電流過大容易產(chǎn)生咬邊、焊穿，增加工件變形和金屬飛濺，也會(huì)使焊接接頭的組織由于過熱而發(fā)生變化。所以焊接時(shí)要合理選擇電流。

⒉電弧電壓的選擇和速度的選擇

焊條電弧焊的電弧電壓主要由電弧長(zhǎng)度決定：電弧長(zhǎng)度越大,電弧電壓越高；電弧長(zhǎng)度越短，電弧電壓越低。在焊接過程中，應(yīng)盡量使用短弧焊接。立焊。仰焊時(shí)弧長(zhǎng)應(yīng)比平焊更短些，以利于熔滴過渡。防止熔化金屬不滴。堿性焊條焊接時(shí)應(yīng)比酸性焊條焊接弧長(zhǎng)短些，以利于電弧的穩(wěn)定和防止氣孔。

焊接過程中，焊接速度應(yīng)該均勻適當(dāng)，既要保證焊透又要保證不焊穿，同時(shí)還要使焊縫寬度和余高符合設(shè)計(jì)要求。如果焊接過快；，融化能量不夠，易造成未融合，焊縫成形不良等缺陷；如果焊速過慢，使高溫停留時(shí)間增長(zhǎng)，熱影響區(qū)寬度增加，焊接焊頭的晶粒變粗，力學(xué)性能降低，同時(shí)使工件變形量增大。當(dāng)焊接較薄工件時(shí)，易形成燒穿。

⒊焊條直徑的選擇

焊條直徑一般根據(jù)工件厚度選擇，還要考慮接頭形式和焊接位置平焊位置焊接所選用的焊條直徑應(yīng)該比其他位置大些，立焊橫焊仰焊應(yīng)選用較細(xì)的焊條，一般不超過4.0毫米。T型接頭，搭接接頭都應(yīng)選用較大直徑的焊條。

⒋焊接區(qū)域的清理

它是指焊前對(duì)焊件表面的油、銹、漆和水等污染的清理，用堿性焊條焊接時(shí)，清理要求嚴(yán)格和徹底，否則容易產(chǎn)生氣孔和延遲裂紋。酸性焊條焊接時(shí)，對(duì)于銹不敏感，若銹蝕較輕，而且對(duì)于焊縫質(zhì)量的要求不高時(shí)，可以不清理。清理時(shí)可以根據(jù)被清污的種類和條件，分別選用鋼絲刷，砂輪打磨等機(jī)械處理方法，必要時(shí)候也可以用化學(xué)方法處理，還可以用氧乙炔焰烘烤等。

⒌焊接順序

在各部位點(diǎn)牢后在進(jìn)行焊接一般先焊肋板焊縫，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度，保證零件在裝配位置的穩(wěn)定性。先焊利縫，在焊水平的，對(duì)于長(zhǎng)焊縫應(yīng)該采取分段焊，以減少應(yīng)力集中，避免所帶來的傷害。在結(jié)構(gòu)中一些突變的地方一定要改成圓滑過渡，減少應(yīng)力突變。

⒍確定焊接順序 ⑴背板與底板之間的焊接(2)肋板與底板之間的焊接(3)背板與肋板之間的焊接(4)肋板與平板之間的焊接(5)平板與背板之間的焊接(6)立板與平板之間的焊接

7.3 焊接工藝卡的內(nèi)容

⑴合理的選擇焊接方法和焊接設(shè)備以及焊接材料

⑵合理的選擇焊接工藝參數(shù) ⑶合理的選擇焊接材料 ⑷合理的選擇焊接工藝參數(shù) ⑸選擇或設(shè)計(jì)合理的工藝裝備 ⑹合理的選擇控制焊縫質(zhì)量 焊接工藝制定的原則 ⑴技術(shù)上的可行性 ⑵經(jīng)濟(jì)上的合理性 ⑶良好的勞動(dòng)條件

本次的課程設(shè)計(jì)我們的支撐座雖然結(jié)構(gòu)形式和技術(shù)要求是完全相同的焊接結(jié)構(gòu)，但是我們六個(gè)組的工藝過程是不一樣的，而且大家做出來的產(chǎn)品也是不一樣的，大家做的尺寸多少多有點(diǎn)誤差的，但是由于各組的焊接順序不同，做成的產(chǎn)品產(chǎn)生的應(yīng)力也是不同的，我們?cè)诤附又岸际遣扇∠日w點(diǎn)固好然后在焊接的方法。

第八章

課程設(shè)計(jì)總結(jié)

⒈通過支撐座的焊接結(jié)構(gòu)的課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，不僅僅鞏固了現(xiàn)學(xué)的專業(yè)知識(shí)，也學(xué)到了書本中沒有學(xué)到的知識(shí)。

⒉通過課程設(shè)計(jì)綜合運(yùn)用《焊接結(jié)構(gòu)制造及工藝實(shí)施》和《鉚工》課程和相關(guān)課程的學(xué)習(xí)起到了鞏固，深化，融會(huì)貫通和擴(kuò)展焊接方面有關(guān)的知識(shí)。

⒊重要的是通過這次焊接結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)，是我們掌握了焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想

⒋通過焊接結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐學(xué)習(xí)，培養(yǎng)了和分析解決問題的能力，同時(shí)也使自己掌握了焊接各方面的有關(guān)知識(shí)。

⒌通過這次焊接結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)，提高了有關(guān)自己的設(shè)計(jì)能力，如思考能力、繪圖能力還有氣割能力、焊接角焊縫的能力。

⒍同時(shí)也掌握了團(tuán)隊(duì)合作的重要性，我們這次分工明確，大家都有自己的活干，使這次的產(chǎn)品有條不紊的進(jìn)行。而且在這次比賽中獲得了良好的成績(jī)，這都與團(tuán)隊(duì)合作是分不開的。

謝謝老師在這次課程設(shè)計(jì)中的幫助，及時(shí)幫我們解決難題，才使得我們的課程設(shè)計(jì)圓滿的完成。

第三篇：焊接結(jié)構(gòu)教案

第三編 焊接結(jié)構(gòu) 第十三章

焊接應(yīng)力與變形

本章主要討論焊接應(yīng)力與變形的基本概念及其產(chǎn)生原因；焊接應(yīng)力的分布規(guī)律；焊接過程中如何降低焊接應(yīng)力和焊后如何消除焊接殘余應(yīng)力；焊接變形的種類，焊接過程中如何控制焊接變形和焊后的矯正措施。

第一節(jié) 焊接應(yīng)力和變形的形成過程

一、應(yīng)力與變形的基本知識(shí)

1．應(yīng)力

物體在單位截面上表現(xiàn)的內(nèi)力稱為應(yīng)力。根據(jù)引起內(nèi)力的原因不同，應(yīng)力可分為：工作應(yīng)力：物體由于外力作用在其單位截面上出現(xiàn)的內(nèi)力。

內(nèi)應(yīng)力：物體在無外力作用下而存在于內(nèi)部的應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力按其產(chǎn)生的原因不同分為熱應(yīng)力、裝配應(yīng)力、相變應(yīng)力和殘余應(yīng)力。

2．變形

物體在外力或溫度等因素的作用下，其內(nèi)部原子的相對(duì)位置發(fā)生改變，其宏觀表現(xiàn)為形狀和尺寸的變化，這種變化稱為物體的變形。

按變形性質(zhì)可分為：彈性變形和塑性變形；

按變形的拘束條件可分為：自由變形和非自由變形。

二、研究焊接應(yīng)力與變形的基本假定

（1）平截面假定

（2）金屬性能不變的假定

（3）金屬屈服點(diǎn)的假定

三、焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生原因

影響焊接應(yīng)力與變形的因素很多，如焊件受熱不均勻、焊縫金屬的收縮、金相組織的變化及焊件剛性與拘束的影響等，其最根本的原因是焊件受熱不均勻。

為便于了解焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的基本原因，首先對(duì)均勻加熱時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力與變形進(jìn)行討論。

1．均勻加熱時(shí)引起應(yīng)力與變形的原因

（1）不受約束的桿件，均勻加熱

屬于自由變形，無殘余應(yīng)力，無殘余變形。

（2）受約束的桿件在均勻加熱時(shí)的應(yīng)力與變形

如果加熱溫度較低，材料的變形在彈性范圍內(nèi)，根據(jù)虎克定律，應(yīng)力與應(yīng)變符合線性關(guān)系，當(dāng)溫度恢復(fù)到原始溫度時(shí)，桿件自由收縮到原來的長(zhǎng)度，壓應(yīng)力全部消失，即不存在殘余應(yīng)力與殘余變形。

如果加熱溫度比較高，達(dá)到或超過材料屈服點(diǎn)溫度時(shí)，桿件的壓縮變形量增大，產(chǎn)生塑性變形，此時(shí)的內(nèi)部變形率由彈性變形率和塑性變形率兩部分組成。當(dāng)溫度恢復(fù)到原始溫度時(shí)，彈性變形部分恢復(fù)，塑性變形部分不能恢復(fù)。① 若桿件能自由收縮，則由于壓縮塑性變形的出現(xiàn)，桿件將比原來長(zhǎng)度縮短，出現(xiàn)縮短的殘余變形，但無殘余應(yīng)力存在。② 如果桿件不能自由收縮，則不存在外觀的殘余變形，但桿件中會(huì)產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。

2．不均勻加熱時(shí)引起的應(yīng)力與變形

（1）長(zhǎng)板條中心加熱引起的應(yīng)力與變形

（2）長(zhǎng)板條一側(cè)加熱引起的應(yīng)力與變形 綜上所述：

① 金屬不均勻受熱時(shí)，只要加熱溫度高于屈服點(diǎn)溫度，加熱時(shí)產(chǎn)生壓縮塑性變形，焊后就會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力與殘余變形；

② 焊接過程中的變形與焊接殘余變形方向相反；

③ 焊接加熱時(shí)，焊縫附近產(chǎn)生壓縮塑性變形，冷卻后收縮，如果收縮充分，則變形大，應(yīng)力?。环駝t變形小，應(yīng)力大。

④ 焊接瞬時(shí)及殘余應(yīng)力分布不均勻，焊縫及其附近區(qū)域通常為殘余拉應(yīng)力。

第二節(jié) 焊接殘余應(yīng)力

一、焊接殘余應(yīng)力的分類

1．根據(jù)應(yīng)力性質(zhì)劃分：拉應(yīng)力、壓應(yīng)力

2．根據(jù)引起應(yīng)力的原因劃分：熱應(yīng)力、組織應(yīng)力、拘束應(yīng)力

3．根據(jù)應(yīng)力作用方向劃分：縱向應(yīng)力、橫向應(yīng)力、厚度方向應(yīng)力

4．根據(jù)應(yīng)力在焊接結(jié)構(gòu)中的存在情況劃分：?jiǎn)蜗驊?yīng)力、兩向應(yīng)力、三向應(yīng)力

5．根據(jù)內(nèi)應(yīng)力的發(fā)生和分布范圍劃分：第一類應(yīng)力、第二類應(yīng)力、第三類應(yīng)力

二、焊接殘余應(yīng)力的分布規(guī)律

1．縱向應(yīng)力бx的分布

бx在焊件橫截面上的分布規(guī)律為：焊縫及其附近區(qū)域?yàn)闅堄嗬瓚?yīng)力，一般可達(dá)材料的屈服強(qiáng)度，隨著離焊縫距離的增加，拉應(yīng)力急劇下降并轉(zhuǎn)為壓應(yīng)力。

бx在焊件縱截面上的分布規(guī)律為：在焊件縱截面端頭，бx=0，越靠近縱截面的中間，бx越大，逐漸趨近于бs。如圖2-9所示。

圖2-11為板邊堆焊時(shí)，бx在焊縫橫截面上的分布。

T形接頭的бx分布與立板和水平板尺寸有很大關(guān)系，δ/h越小，接近于板邊堆焊的情況；δ/h越大，接近于等寬板對(duì)接的情況。

2．橫向應(yīng)力бy的分布

бy =бy′+бy″

бy′：焊縫及其塑性變形區(qū)的縱向收縮引起的橫向應(yīng)力；

бy″：焊縫及其塑性變形區(qū)的橫向收縮不均勻、不同時(shí)引起的橫向應(yīng)力。

3．特殊情況下的焊接殘余應(yīng)力

① 厚板中的焊接殘余應(yīng)力

② 拘束狀態(tài)下焊接殘余應(yīng)力

③ 封閉焊縫中的殘余應(yīng)力

④ 焊接梁柱中的殘余應(yīng)力

⑤ 焊接管道中的殘余應(yīng)力

三、焊接殘余應(yīng)力對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的影響

1．對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響

只要材料具有足夠的塑性，焊接殘余應(yīng)力的存在并不影響結(jié)構(gòu)的靜載強(qiáng)度。

對(duì)脆性材料制造的焊接結(jié)構(gòu)，由于材料不能進(jìn)行塑性變形，隨著外力的增加，構(gòu)件不可能產(chǎn)生應(yīng)力均勻化，所以在加載過程中應(yīng)力峰值不斷增加。當(dāng)應(yīng)力峰值達(dá)到材料的強(qiáng)度極限時(shí)，局部發(fā)生破壞，而最后導(dǎo)致構(gòu)件整體破壞。所以焊接殘余應(yīng)力對(duì)脆性材料的靜載強(qiáng)度有較大的影響。

2．對(duì)構(gòu)件加工尺寸精度的影響 3．對(duì)梁柱結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響

四、減小焊接殘余應(yīng)力的措施

一般來說，可以從設(shè)計(jì)和工藝兩方面著手：

1．設(shè)計(jì)措施

① 盡可能減少焊縫數(shù)量；

② 合理布置焊縫；

③ 采用剛性較小的接頭形式。

2．工藝措施

（1）采用合理的裝配和焊接順序及方向

① 鋼板拼接焊縫的焊接；

② 同時(shí)存在收縮量大和收縮量小的焊縫時(shí)，應(yīng)先焊收縮量大的焊縫；

③ 對(duì)工作時(shí)受力較大的焊縫應(yīng)先焊；

④平面交叉焊縫的焊接。

（2）縮小焊接區(qū)與結(jié)構(gòu)整體之間的溫差

（預(yù)熱法、冷焊法）

（3）加熱“減應(yīng)區(qū)”法

（4）降低接頭局部的拘束度

（5）錘擊焊縫

五、消除焊接殘余應(yīng)力的方法

1．熱處理法

熱處理法是利用材料在高溫下屈服點(diǎn)下降和蠕變現(xiàn)象來達(dá)到松馳焊接殘余應(yīng)力的目的，同時(shí)熱處理還可以改善接頭的性能。

（1）整體熱處理

整體爐內(nèi)熱處理、整體腔內(nèi)熱處理

整體加熱熱處理消除殘余應(yīng)力的效果取決于熱處理溫度、保溫時(shí)間、加熱和冷卻速度、加熱方法和加熱范圍。保溫時(shí)間根據(jù)板厚確定，一般按每毫米板厚1~2 min計(jì)算，但最短不小于30 min，最長(zhǎng)不超過3h。

碳鋼及中、低合金鋼：加熱溫度為580~680℃；

鑄鐵：加熱溫度為600~650℃。

（2）局部熱處理

局部熱處理只能降低殘余應(yīng)力峰值，不能完全消除殘余應(yīng)力。加熱方法有電阻爐加熱、火焰加熱、感應(yīng)加熱、遠(yuǎn)紅外加熱等，消除應(yīng)力效果與加熱區(qū)的范圍、溫度分布有關(guān)。

2．加載法

加載法就是通過不同方式在構(gòu)件上施加一定的拉伸應(yīng)力，使焊縫及其附近產(chǎn)生拉伸塑性變形，與焊接時(shí)在焊縫及其附近所產(chǎn)生的壓縮塑性變形相互抵消一部分，達(dá)到松馳應(yīng)力的目的。

（1）機(jī)械拉伸法

（2）溫差拉伸法

（3）振動(dòng)法

六、焊接殘余應(yīng)力的測(cè)定

目前，測(cè)定焊接殘余應(yīng)力的方法主要可歸結(jié)為兩類，即機(jī)械方法和物理方法。

1．機(jī)械方法

利用機(jī)械加工將試件切開或切去一部分，測(cè)定由此而釋放的彈性應(yīng)變來推算構(gòu)件中原有的殘余應(yīng)力。包括切條法、鉆孔法和套孔法。

2．物理方法

是非破壞性測(cè)定焊接殘余應(yīng)力的方法，常用的有磁性法、超聲波法和X射線衍射法。

（1）磁性法是利用鐵磁材料在磁場(chǎng)中磁化后的磁致伸縮效應(yīng)來測(cè)量殘余應(yīng)力的。（2）X射線衍射法是根據(jù)測(cè)定金屬晶體晶格常數(shù)在應(yīng)力的作用下發(fā)生變化來測(cè)定殘余應(yīng)力的無損測(cè)量方法。

（3）超聲波法是根據(jù)超聲波在有應(yīng)力的試件和無應(yīng)力的試件中傳播速度的變化來測(cè)定殘余應(yīng)力的。

第三節(jié) 焊接殘余變形

一、焊接殘余變形的種類及其影響因素

按變形對(duì)整個(gè)焊接結(jié)構(gòu)影響程度分類：局部變形、整體變形

按變形特征分類：收縮變形、彎曲變形、角變形、波浪變形、扭曲變形、錯(cuò)邊變形

1．收縮變形

焊件焊后其尺寸的縮短稱為收縮變形。它可分為縱向收縮變形和橫向收縮變形。

（1）縱向收縮變形Δx

產(chǎn)生原因：焊縫及其附近區(qū)域在焊接高溫的作用下產(chǎn)生縱向的壓縮塑性變形。

焊件在假想力的作用下產(chǎn)生的縱向收縮量可用下式表示：

影響因素：

① 焊縫長(zhǎng)度L

② 焊件的截面積A

③ 壓縮變形區(qū)的面積Ap

④ 壓縮塑性應(yīng)變?chǔ)舙（與焊接方向、焊接線能量、焊接工藝有關(guān)）

（2）橫向收縮變形Δy

橫向收縮變形的過程比較復(fù)雜，影響因素很多，現(xiàn)分述如下：

1）堆焊焊縫及角焊縫的橫向收縮

影響因素：

① 焊接線能量：焊接線能量越大，橫向收縮量越大；

② 板厚：板厚增加，橫向收縮量減小。

③ 沿焊縫長(zhǎng)度方向Δy逐漸增大，但到一定長(zhǎng)度后趨于穩(wěn)定，不再增大。

2）對(duì)接焊縫的橫向收縮

影響因素：

Δy的大小與板厚、材質(zhì)、拘束情況、焊接工藝、焊接順序有關(guān)。

2．角變形

中厚板對(duì)接焊、堆焊、搭接焊及T形接頭焊接中會(huì)產(chǎn)生角變形。

原因：熔化金屬在厚度上收縮量不一致而引起的。

（1）平板堆焊的角變形

影響因素：

① 焊接線能量

② 板厚

堆焊引起的角變形沿堆焊焊縫長(zhǎng)度方向開始比較小，隨后增加，直至達(dá)到穩(wěn)定。

（2）對(duì)接接頭的角變形

影響因素：

①坡口形式

②坡口尺寸

③焊接層數(shù)

④焊接順序

（3）T形接頭角變形

T形接頭角變形可以看成是由立板相對(duì)于水平板的回轉(zhuǎn)角變形β′與水平板本身的角變形β″兩部分組成。

減小T形接頭角變形的方法有：

① 采用開坡口，減小立板與水平板之間焊縫夾角，減小β′；

② 通過減小焊腳尺寸以減小焊縫金屬量，降低β″。3．彎曲變形

產(chǎn)生原因：焊縫的中心線與結(jié)構(gòu)截面的中性軸不重合或不對(duì)稱，焊縫的收縮沿構(gòu)件寬度方向分布不均勻引起的。

（1）縱向收縮引起的彎曲變形

（2）橫向收縮引起的彎曲變形

4．波浪變形

波浪變形是一種失穩(wěn)變形，一般產(chǎn)生于薄板結(jié)構(gòu)中。

產(chǎn)生原因：板中遠(yuǎn)離焊縫區(qū)的壓縮殘余應(yīng)力超過了失穩(wěn)的臨界應(yīng)力值。

防止措施：

① 能降低焊接殘余壓應(yīng)力的措施都可以減小波浪變形；

② 提高板的剛度或增大板的拘束度均可減小或防止波浪變形。

5．扭曲變形

產(chǎn)生原因：焊縫的角變形沿焊縫長(zhǎng)度方向分布不均勻。

6．錯(cuò)邊變形

錯(cuò)邊變形可分為長(zhǎng)度方向錯(cuò)邊和厚度方向錯(cuò)邊。

產(chǎn)生原因：

① 裝配不良；

② 組成焊件的零件裝配時(shí)夾緊不一致；

③ 兩零件的剛度或熱物理性質(zhì)不一樣；

④ 電弧偏離坡口中心。

以上6種變形是焊接變形的基本形式，其中收縮變形是最基本的變形形式，所有焊件都不可避免地會(huì)產(chǎn)生收縮變形，而其它幾種變形在有些焊接結(jié)構(gòu)中容易出現(xiàn)，而在有些焊接結(jié)構(gòu)中不容易出現(xiàn)。

二、焊接變形對(duì)焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的影響

首先，零部件的焊接變形給裝配帶來困難，進(jìn)而影響后續(xù)焊接質(zhì)量；

其次，焊接變形增加了結(jié)構(gòu)的制造成本；

另外，焊接變形也會(huì)降低焊接接頭性能和承載能力。

三、控制焊接變形的措施

1．設(shè)計(jì)措施

（1）盡量選用對(duì)稱的構(gòu)件截面和焊縫位置

（2）合理地選擇焊縫長(zhǎng)度和焊縫數(shù)量

（3）合理選擇焊縫截面尺寸和坡口形式

2．工藝措施

（1）留余量法

主要是用于補(bǔ)償焊件的收縮變形。

（2）反變形法

主要用于控制角變形及彎曲變形。

例：V形坡口單板對(duì)接；（圖2-52）

鍋爐集箱；（圖）

工字梁翼板；（圖2-53）

板式起重機(jī)主梁，腹板預(yù)制上拱度（圖2-54）

（3）剛性固定法

① 焊件固定在剛性平臺(tái)上（圖2-55）

② 將焊件組合成剛性更大或?qū)ΨQ的結(jié)構(gòu)（圖2-56）

③ 利用焊接夾具增加結(jié)構(gòu)的剛性和拘束（圖2-57）

④ 利用臨時(shí)支撐增加結(jié)構(gòu)的拘束（圖2-58）（4）選擇合理的裝配焊接順序

① 正在施焊的焊縫應(yīng)盡量靠近結(jié)構(gòu)截面的中性軸。（圖2-54）

② 對(duì)于焊縫非對(duì)稱布置的結(jié)構(gòu)，裝配焊接時(shí)應(yīng)先焊焊縫少的一側(cè)。（圖2-59）

③ 焊縫對(duì)稱布置的結(jié)構(gòu)，應(yīng)由偶數(shù)焊工對(duì)稱地施焊。（圖2-60）

④ 長(zhǎng)焊縫焊接時(shí)，應(yīng)采用合理的分段焊接順序。（圖2-61）

⑤ 相鄰兩條焊縫，為防止產(chǎn)生扭曲變形，應(yīng)注意焊接方向與順序。（圖2-62）

（5）合理地選擇焊接方法和焊接工藝參數(shù)（圖2-63）

（6）熱平衡法（圖2-64）

（7）散熱法（圖2-65）

四、矯正焊接殘余變形的方法

矯正焊接變形的實(shí)質(zhì)是使構(gòu)件產(chǎn)生新的變形，以抵消焊接殘余變形。矯正的方法一般有機(jī)械矯正法和火焰加熱矯正法。

1．機(jī)械矯正法

機(jī)械矯正法是在機(jī)械力的作用下使部分金屬得到延伸，產(chǎn)生拉伸塑性變形，使變形的構(gòu)件恢復(fù)到所要求的形狀。（如圖2-66）

2．火焰加熱矯正法

火焰加熱矯正，是利用火焰加熱時(shí)產(chǎn)生的局部壓縮塑性變形使較長(zhǎng)的部分在冷卻后縮短來消除變形。

加熱方式：

① 點(diǎn)狀加熱

用于矯正薄件的波浪變形。

② 線狀加熱

用于矯正焊件的角變形及大厚度板的彎曲變形。

③ 三角形加熱 用于矯正剛度大，厚度大的焊件的彎曲變形。

第十四章 焊接接頭強(qiáng)度及計(jì)算

本章主要介紹焊接接頭的作用和基本形式；焊接接頭的工作應(yīng)力分布狀況及其靜載強(qiáng)度計(jì)算；影響焊接接頭的疲勞強(qiáng)度因素有提高疲勞強(qiáng)度的措施；焊接接頭脆性斷裂、影響脆性斷裂的因素及防止措施。

第一節(jié) 焊接接頭的特點(diǎn)及形式

一、焊接接頭的基本形式

1．電弧焊接頭的基本形式

（1）對(duì)接接頭

把同一平面上的兩被焊工件相對(duì)焊接起來而形成的接頭。這是一種比較理想的接頭形式，受力狀況好，應(yīng)力集中小，材料消耗小。

（2）角接接頭

是兩被焊工件端面間構(gòu)成大于30o、小于150o夾角的接頭。多用于箱形構(gòu)件上。

（3）T形接頭

是把互相垂直的被焊工件用角焊縫連接起來的接頭，可承受各種方向的力和力矩。

（4）搭接接頭

是把兩被焊工件部分地重疊在一起，以角焊縫連接，或加上塞焊縫、槽焊縫連接起來的接頭。

（5）端接接頭

是兩被焊工件重疊放置或兩被焊工件之間夾角不大于30o在端面進(jìn)行連接的接頭。

2．電阻焊接頭的基本類型

（1）對(duì)接接頭

（2）點(diǎn)焊接頭（3）縫焊接頭

二、電弧焊焊縫的類型

1．按工作特點(diǎn)分

①承載焊縫

②非承載焊縫

③密封焊縫

④定位焊縫

2．按接頭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分

①對(duì)接焊縫 ②角焊縫 ③端接焊縫 ④塞焊縫 ⑤組合焊縫

第二節(jié) 焊接接頭的工作應(yīng)力分布

一、應(yīng)力集中

1．應(yīng)力集中概念

在幾何形狀突變處或不連續(xù)處應(yīng)力突然增大的現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中。應(yīng)力集中程度的大小，常以應(yīng)力集中系數(shù)KT表示：

KT=бmax/бm

2．焊接接頭中產(chǎn)生應(yīng)力集中的原因

（1）焊縫中的工藝缺陷

如氣孔、夾渣、裂紋和未焊透等。

（2）焊接接頭處幾何形狀的改變

（3）不合理的接頭形式和不合理的焊縫外形

二、電弧焊接頭的工作應(yīng)力分布

1．對(duì)接接頭的工作應(yīng)力分布

對(duì)接接頭的應(yīng)力集中位于由焊縫向母材過渡的轉(zhuǎn)角處，KT的大小取決于焊縫寬度c、余高h(yuǎn)、焊趾處的θ角及轉(zhuǎn)角半徑r。在其它因素不變的情況下，余高h(yuǎn)增加、焊縫寬度c減少、θ角增加、r減小等都會(huì)使KT增加。

2．搭接接頭的工作應(yīng)力分布

（1）正面角焊縫的工作應(yīng)力分布

如圖3-5所示，在角焊縫的根部A點(diǎn)和焊趾B點(diǎn)有較大的應(yīng)力集中，B點(diǎn)的應(yīng)力集中系數(shù)隨角焊縫的斜邊與水平邊的夾角θ而變，減小θ、增大熔深及焊透根部等都可降低應(yīng)力集中系數(shù)。

搭接接頭的正面角焊縫受偏心載荷時(shí)，在焊縫上會(huì)產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力，導(dǎo)致彎曲變形，見圖3-6。為了減少?gòu)澢鷳?yīng)力，兩條正面角焊縫之間的距離l應(yīng)不小于其板厚的4倍。

（2）側(cè)面角焊縫的工作應(yīng)力分布

在用側(cè)面角焊縫連接的搭接接頭中，其應(yīng)力分布更加復(fù)雜。切應(yīng)力沿焊縫長(zhǎng)度上分布是不均勻的，它與焊縫尺寸、斷面尺寸和外力作用點(diǎn)的位置等因素有關(guān)。

外力作用如圖3-7a所示時(shí)，其沿側(cè)面焊縫長(zhǎng)度上切力分布見圖3-8，因?yàn)榇罱影宀牟皇墙^對(duì)剛體，在受力時(shí)本身產(chǎn)生彈性變形，所以形成兩端切力大，中間切力小的分布狀態(tài)。

外力作用如圖3-7 b所示時(shí)，兩板各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的相對(duì)位移從左至右逐漸下降，因而焊縫傳遞的切力以左端為最高，向右逐漸減小。當(dāng)側(cè)面角焊縫長(zhǎng)度超過某一長(zhǎng)度時(shí)，焊縫中間部分的切力就會(huì)接近零，因此，采用過長(zhǎng)的側(cè)面角焊縫是不合理的。一般工藝規(guī)定側(cè)面角焊縫長(zhǎng)度不得大于50K。

（3）聯(lián)合角焊縫搭接接頭工作應(yīng)力分布

如圖3-9b所示，在B—B截面上正應(yīng)力的分布比較均勻，最大切應(yīng)力ηmax 降低，所以在B—B截面兩端點(diǎn)的應(yīng)力集中得到改善。

3．T形接頭的工作應(yīng)力分布

T形接頭在角焊縫的過渡處和根部都有很大的應(yīng)力集中，如圖3-10所示。

（1）未開坡口的T形接頭

如圖3-10a所示，焊縫根部應(yīng)力集中很大，在焊趾截面B—B上應(yīng)力分布也不均勻，B點(diǎn)的應(yīng)力集中系數(shù)隨角焊縫θ角減小而減小，也隨焊腳尺寸增大而減??；但非承載焊縫在B點(diǎn)的KT隨焊腳尺寸增大而增大。

（2）開坡口并焊透的T形接頭

如圖3-10b所示，這種接頭的應(yīng)力集中大大降低。可見，保證焊透是降低T形接頭應(yīng)力集中的重要措施之一。

第三節(jié) 焊接接頭強(qiáng)度計(jì)算基礎(chǔ)

一、焊接接頭的設(shè)計(jì)

1．焊接接頭設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）應(yīng)盡量使接頭形式簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)連續(xù)，且不設(shè)在最大應(yīng)力作用截面上。

（2）要特別重視角焊縫的設(shè)計(jì)。

（3）盡量避免在厚度方向傳遞力。

（4）接頭的設(shè)計(jì)要便于制造和檢驗(yàn)。

（5）一般不考慮殘余應(yīng)力對(duì)接頭強(qiáng)度的影響。

2．常見不合理的接頭設(shè)計(jì)及改進(jìn)

見表3-3

二、電弧焊接頭靜載強(qiáng)度計(jì)算

1．焊接接頭靜載強(qiáng)度計(jì)算的幾個(gè)假設(shè)

2．電弧焊接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算

靜載強(qiáng)度計(jì)算方法，目前仍采用許用應(yīng)力法，強(qiáng)度計(jì)算時(shí)許用應(yīng)力均為焊縫的許用應(yīng)力。

焊縫的強(qiáng)度計(jì)算一般表達(dá)為：

б≤[б′]或η≤[η′]

(1)對(duì)接接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算

對(duì)接接頭強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，不考慮焊縫余高，焊縫長(zhǎng)度取實(shí)際長(zhǎng)度，計(jì)算厚度取兩板中較薄者。

全部焊透的對(duì)接接頭如圖3-17所示。其各種受力情況的計(jì)算公式如下：

1）受拉時(shí)

2）受壓時(shí)

3）受剪切時(shí)

4）受板平面內(nèi)彎矩

5）受垂直板面彎矩

（2）搭接接頭靜載強(qiáng)度計(jì)算

受拉、壓的搭接接頭計(jì)算公式如下：

正面焊縫

側(cè)面焊縫

聯(lián)合焊縫

第十五章 焊接結(jié)構(gòu)的脆性斷裂

第一節(jié) 金屬材料或結(jié)構(gòu)的斷裂及其影響因素

一、疲勞破壞

重復(fù)應(yīng)力所引起的裂紋起始和緩慢擴(kuò)展而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)部件的損傷。焊接結(jié)構(gòu)在交變應(yīng)力或應(yīng)變作用下，也會(huì)由于裂紋引發(fā)擴(kuò)展而發(fā)生疲勞破壞。疲勞破壞一般從應(yīng)力集中處開始，而焊接結(jié)構(gòu)的疲勞破壞又往往從焊接接頭處產(chǎn)生。

1．影響焊接接頭疲勞強(qiáng)度的因素

（1）應(yīng)力集中的影響

（2）殘余應(yīng)力的影響（3）缺陷的影響

2．提高焊接接頭疲勞強(qiáng)度的措施

（1）降低應(yīng)力集中

1）采用合理的結(jié)構(gòu)形式，減少應(yīng)力集中，以提高疲勞強(qiáng)度。

2）盡量采用應(yīng)力集中系數(shù)小的焊接接頭，如對(duì)接接頭。

3）當(dāng)采用角焊縫時(shí)，應(yīng)采取綜合措施來提高接頭的疲勞強(qiáng)度。

4）用表面機(jī)械加工方法消除焊縫及其附近的各種刻槽，通過降低應(yīng)力集中程度來提高接頭的疲勞強(qiáng)度。

（2）調(diào)整殘余應(yīng)力場(chǎng)

消除焊接接頭應(yīng)力集中處的殘余拉應(yīng)力或使該處產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，都可以提高疲勞強(qiáng)度。

1）整體處理。包括整體退火或超載預(yù)拉伸法。

2）局部處理。采用局部加熱或擠壓可以調(diào)節(jié)殘余應(yīng)力場(chǎng)，在應(yīng)力集中處產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。

（3）改善材料的力學(xué)性能。

（4）特殊保護(hù)措施

二、焊接結(jié)構(gòu)的脆性斷裂

在應(yīng)力不高于結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)力和沒有明顯塑性變形的情況下發(fā)生，并瞬時(shí)擴(kuò)展到結(jié)構(gòu)整體的破壞方式。

1．影響金屬脆斷的主要因素

（1）應(yīng)力狀態(tài)的影響

實(shí)驗(yàn)證明，許多材料處于單軸或雙軸拉伸應(yīng)力下，可呈塑性狀態(tài)。當(dāng)處于三軸拉伸應(yīng)力時(shí)，因不易發(fā)生塑性變形而呈脆性。

（2）溫度的影響

對(duì)于一定的加載方式，當(dāng)溫度降至某一臨界值時(shí)，將出現(xiàn)塑性到脆性斷裂的轉(zhuǎn)變，這個(gè)溫度稱為脆性轉(zhuǎn)變溫度。脆性斷裂通常發(fā)生在體心立方和密排六方點(diǎn)陣的金屬和合金中，只有在特殊情況下，如應(yīng)力腐蝕條件下才在面心立方點(diǎn)陣金屬中發(fā)生。

（3）加載速度的影響

提高加載速度能促使材料脆性破壞，其作用相當(dāng)于降低溫度。

（4）材料狀態(tài)的影響

1）厚度的影響

①厚板在缺口處容易形成三軸應(yīng)力，因?yàn)檠睾穸确较虻氖湛s和變形受到較大的限制，產(chǎn)生三軸應(yīng)力使材料變脆。

②冶金因素。厚板軋制次數(shù)少、終軋溫度高，組織疏松，內(nèi)外層均勻性差。

2）晶粒度的影響。對(duì)于低碳鋼和低合金鋼來說，晶粒度越細(xì)，其轉(zhuǎn)變溫度越低。

3）化學(xué)成分的影響。鋼中C、N、O、H、S、P均增加鋼的脆性。Mn、Ni、Cr、V加入適量，有助于減少鋼的脆性。

2．預(yù)防焊接結(jié)構(gòu)脆性斷裂的措施

（1）正確選用材料

①在結(jié)構(gòu)工作條件下，焊縫、熱影響區(qū)、熔合區(qū)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。

②材料的選擇可通過缺口韌性試驗(yàn)或斷裂韌性評(píng)定試驗(yàn)來確定。

（2）采用合理的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1）盡量減少結(jié)構(gòu)或焊接接頭部位的應(yīng)力集中。

2）在滿足結(jié)構(gòu)的使用條件下盡量減少結(jié)構(gòu)的剛度，以降低應(yīng)力集中和附加應(yīng)力。

3）不應(yīng)通過降低許用應(yīng)力值來減少脆性的危險(xiǎn)性。

4）對(duì)于附件或不受力焊縫的設(shè)計(jì)，應(yīng)與主要承力焊縫一樣給予足夠重視。

5）減少和消除焊接殘余拉伸應(yīng)力的不利影響。在制訂工藝過程中，應(yīng)當(dāng)考慮盡量減少焊接殘余應(yīng)力值，在必要時(shí)應(yīng)考慮消除應(yīng)力熱處理。第二節(jié) 金屬材料和焊接結(jié)構(gòu)斷裂的評(píng)定方法

轉(zhuǎn)變溫度

金屬材料有兩個(gè)重要的強(qiáng)度指標(biāo)，即屈服強(qiáng)度ζs和斷裂強(qiáng)度ζf。溫度降低，ζs上升速率大于ζf上升速率，兩線交點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度Tk稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度，當(dāng)T

防止結(jié)構(gòu)產(chǎn)生脆性破壞有兩種設(shè)計(jì)原則

防止開裂原則：

止裂原則：設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)在可能出現(xiàn)的最低溫度下工作，必須能阻止裂紋的自由擴(kuò)展。

根據(jù)斷裂力學(xué)理論，能夠止裂的條件是裂紋起源于局部脆化區(qū)內(nèi)，且處于較高的應(yīng)力場(chǎng)中，當(dāng)裂紋擴(kuò)展進(jìn)入韌性區(qū)和低應(yīng)力場(chǎng)時(shí)，該裂紋如果小于失穩(wěn)斷裂的臨界長(zhǎng)度，則該裂紋被阻止。

轉(zhuǎn)變溫度評(píng)定方法(沖擊試驗(yàn))(一)沖擊試驗(yàn)

分為夏比V形缺口沖擊試驗(yàn)和梅氏U形缺口沖擊試驗(yàn)。

夏比V形缺口沖擊試驗(yàn)評(píng)定：

1． 能量準(zhǔn)則：以沖擊斷裂功αk值降低到某一特定數(shù)值時(shí)的溫度作為臨界溫度Tk。

斷口形貌準(zhǔn)則：按斷口中纖維狀區(qū)域與結(jié)晶狀區(qū)域某一相對(duì)面積對(duì)應(yīng)的溫度來確定臨界溫度Tk。

延性準(zhǔn)則：按斷口在缺口根部橫向相對(duì)收縮變形急劇降低的溫度來作為臨界轉(zhuǎn)變溫度Tk。轉(zhuǎn)變溫度評(píng)定方法(威爾斯寬板試驗(yàn))

在實(shí)驗(yàn)室里再現(xiàn)低應(yīng)力脆性斷裂的開裂情況，同時(shí)又能在板厚、焊接殘余應(yīng)力、焊接熱循環(huán)方面模擬實(shí)際結(jié)構(gòu)。

該試驗(yàn)脆性斷裂有三種情況： 1． 低應(yīng)力產(chǎn)生裂紋并立即斷裂

2． 低應(yīng)力產(chǎn)生裂紋擴(kuò)展一定長(zhǎng)度后自行停止

3． 在較高溫度下，要有高達(dá)屈服強(qiáng)度的應(yīng)力才會(huì)產(chǎn)生

裂紋，最后產(chǎn)生斷裂。轉(zhuǎn)變溫度評(píng)定方法(落錘試驗(yàn))

測(cè)定厚度大于16mm鋼板的NDT(無塑性轉(zhuǎn)變溫度)的試驗(yàn)方法，可替代大型止裂試驗(yàn)研究材料的止裂性能，其缺點(diǎn)是試樣尺寸不能反映大型焊接結(jié)構(gòu)的尺寸效應(yīng)和較大拘束效應(yīng)，表面堆焊脆性焊道，對(duì)熱敏感的合金材料難以使用。

轉(zhuǎn)變溫度評(píng)定方法(動(dòng)態(tài)撕裂試驗(yàn))

確定材料斷裂韌性的全范圍的試驗(yàn)方法，屬于大型沖擊試驗(yàn)。除了確定NDT溫度之外，還能確定最高塑性斷裂溫度及相應(yīng)的沖擊功。適用于高強(qiáng)鋼及厚板和特厚板焊接結(jié)構(gòu)。這類鋼與低強(qiáng)度鋼相比，各向異性受鋼中雜質(zhì)的影響，難以保證穩(wěn)定的抗脆斷性能；晶粒大小及碳化物金相組織的大小、分布等對(duì)顯微裂紋的形成有較大的影響。

轉(zhuǎn)變溫度評(píng)定方法(雙重拉伸)

前述各種方法試件中的脆性裂紋都是在沖擊載荷作用下開裂的，但大多數(shù)焊接結(jié)構(gòu)工作在靜載下，所以開裂條件不夠真實(shí)。

通過試驗(yàn)確定止裂應(yīng)力與溫度的關(guān)系。利用一塊耳板在低溫和拉伸負(fù)載下將試樣拉斷，使裂紋向有均勻拉伸負(fù)載的試件主體擴(kuò)展。第三節(jié) 焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及其對(duì)脆斷的影響

設(shè)計(jì)影響

焊接結(jié)構(gòu)的整體性及大剛度 1． 引起較大的附加應(yīng)力 2． 對(duì)應(yīng)力集中因素特別敏感

3． 一旦有不穩(wěn)定脆性裂紋出現(xiàn)，很可能會(huì)穿越接頭擴(kuò)展至整個(gè)結(jié)構(gòu)，從而造成整個(gè)結(jié)構(gòu)的破壞。不應(yīng)在高應(yīng)力集中區(qū)布置焊縫。制造影響(應(yīng)變時(shí)效)人工時(shí)效：鋼材在剪切、冷作、彎曲成型之后，如果在150~450℃范圍內(nèi)加熱，材料性能會(huì)產(chǎn)生脆化，即產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)效。該應(yīng)變時(shí)效較動(dòng)應(yīng)變時(shí)效的影響弱的多。

動(dòng)應(yīng)變時(shí)效：材料在熱循環(huán)和熱塑性變形循環(huán)的作用下，在缺陷處和產(chǎn)生較嚴(yán)重的應(yīng)變集中，具有較大的熱應(yīng)變量，降低了材料的延性，提高了材料的轉(zhuǎn)變溫度。

制造影響(接頭金相組織、焊接缺陷)在焊接熱循環(huán)的作用下，焊縫及近縫區(qū)的組織會(huì)發(fā)生一系列的變化，使接頭各部位的缺口韌性不同。金相組織變化取決于材料原始組織、化學(xué)成分、焊接方法和焊接線能量。過小的線能量，引起淬硬組織，易產(chǎn)生裂紋；過大的線能量，使晶粒粗大，造成韌性降低。焊接缺陷是造成結(jié)構(gòu)產(chǎn)生脆斷的重要因素。其影響程度與缺陷的性質(zhì)、尺寸、形狀及部位有關(guān)，其中裂紋、未焊透等影響最為嚴(yán)重。制造影響(角變形、錯(cuò)邊、殘余應(yīng)力)產(chǎn)生附加彎曲力矩和新的應(yīng)力應(yīng)變集中，在拉伸載荷和附加彎曲力矩的共同作用下，易造成接頭破壞。

平面缺陷―裂紋、分層、未焊透

非平面缺陷―氣孔、夾渣

1)試驗(yàn)溫度在材料的轉(zhuǎn)變溫度以上時(shí)對(duì)脆斷無影響

2)試驗(yàn)溫度在材料的轉(zhuǎn)變溫度以下時(shí)，和拉伸載荷疊加，造成脆斷的產(chǎn)生。

第四節(jié) 預(yù)防焊接結(jié)構(gòu)脆性斷裂的措施

設(shè)計(jì)方面

(一)掌握結(jié)構(gòu)工作條件：最低溫度、介質(zhì)溫度和工作載荷的性質(zhì)。(二)減少結(jié)構(gòu)和接頭的應(yīng)力集中

1． 選擇結(jié)構(gòu)傳力截面及接頭形式要盡量使力線均勻分布，避免截面尺寸突變，防止應(yīng)力集中。

2． 盡量減小結(jié)構(gòu)剛性，大型結(jié)構(gòu)采用較薄的材料。3． 充分考慮到可焊到性。4． 避免焊縫密集和焊縫相交 正確選用材料

按缺口韌性試驗(yàn)驗(yàn)收材料

一般對(duì)選定的材料用V形缺口沖擊試驗(yàn)的結(jié)果來驗(yàn)證其適應(yīng)性，即所選材料和焊接填充金屬保證在工作溫度下有合格的缺口韌性。

按斷裂韌性和屈服極限之比選擇材料

斷裂韌性尚不足以說明材料的脆-塑性，斷裂韌性(KIC)與材料屈服極限之比才能好好地說明這一問題，因?yàn)閮烧咧确从沉肆鸭y尖端處在斷裂前塑性區(qū)的大小。嚴(yán)格制造工藝和質(zhì)量監(jiān)督

1．嚴(yán)格按規(guī)定的工藝參數(shù)施工，禁止使用過大的線能量 2．較強(qiáng)質(zhì)量檢驗(yàn)，及時(shí)消除嚴(yán)重缺陷

3．盡可能利用焊接工夾具和機(jī)械化裝置進(jìn)行施工

4．對(duì)于重要的和危險(xiǎn)的結(jié)構(gòu)應(yīng)通過試驗(yàn)決定是否需要焊后熱處理

第十六章 焊接接頭和焊接結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度

第一節(jié) 疲勞斷裂的基本概念

疲勞斷裂分類

按疲勞破壞的原因分為：腐蝕疲勞；熱疲勞；機(jī)械疲勞 按應(yīng)力大小和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)分為

1．低周高應(yīng)變疲勞：作用的應(yīng)力超過彈性范圍，疲勞循環(huán)次數(shù)小于104~105 2．高周低應(yīng)力疲勞：公稱循環(huán)應(yīng)力小于材料的屈服極限，疲勞破壞的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)大于104~105 疲勞裂紋形成過程

1.疲勞形核：疲勞裂紋首先在應(yīng)力最高、強(qiáng)度最弱的基體上形成。

2.擴(kuò)展階段；初始裂紋在交變載荷作用下，當(dāng)裂紋尖端處在拉伸應(yīng)力場(chǎng)時(shí)，由于裂紋尖端極大的應(yīng)力集中，使該處晶粒發(fā)生滑移，裂紋張開，尖端向前延伸

3.瞬時(shí)斷裂階段：當(dāng)疲勞裂紋擴(kuò)展到材料的強(qiáng)度極限時(shí)，疲勞裂紋達(dá)到臨界裂紋尺寸而產(chǎn)生瞬時(shí)斷裂。

疲勞斷口可分成三個(gè)區(qū)域

1.疲勞裂紋源：肉眼可見晶粒的粗滑移。

2．疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)：宏觀有條帶和貝殼狀花紋，每一條輝紋代表一次應(yīng)力(應(yīng)變)循環(huán)及裂紋逐次向前推進(jìn)的位置。對(duì)于高強(qiáng)鋼來說，很難辨認(rèn)明顯的疲勞條紋

3.瞬時(shí)斷裂區(qū)：一般呈粗晶狀斷口或出現(xiàn)放射棱線，外觀與脆性失穩(wěn)斷裂相似。

第二節(jié) 疲勞破壞機(jī)理

裂紋亞臨界擴(kuò)展

裂紋受到一個(gè)低于ζc但有足夠大的循環(huán)應(yīng)力時(shí)，則初始裂紋會(huì)由起始尺寸a0逐漸擴(kuò)展到臨界尺寸ac，這一過程稱為疲勞裂紋的亞臨界擴(kuò)展。

可以分為兩種類型來研究裂紋的亞臨界擴(kuò)展：裂紋在裂紋尖端彈性區(qū)的擴(kuò)展和裂紋在塑性區(qū)的擴(kuò)展。在前一種情況，裂紋長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過裂紋尖端塑性區(qū)的尺寸，承受低載荷、高循環(huán)、低裂紋擴(kuò)展速率的屬于該情況；當(dāng)裂紋尺寸遠(yuǎn)小于塑性區(qū)尺寸，并承受高載荷、低循環(huán)、高裂紋擴(kuò)展速率屬于后者情況。裂紋擴(kuò)展速率

當(dāng)外加應(yīng)力強(qiáng)度因子幅度達(dá)到臨界值ΔKth后，裂紋擴(kuò)展速率急劇上升，此線段幾乎與縱坐標(biāo)平行；此后，da/dN與ΔK成指數(shù)關(guān)系變化，斷口平直，與拉應(yīng)力成900，穿晶斷裂，疲勞輝紋明顯；繼續(xù)增加ΔK出現(xiàn)斜率轉(zhuǎn)折點(diǎn)I，過此點(diǎn)斜率n2斜率，出現(xiàn)切變斜斷口，為解理斷裂和疲勞斷裂的混合型；繼續(xù)增加ΔK接近材料的KIC時(shí)，到了材料的第Ⅱ轉(zhuǎn)折點(diǎn)，過此點(diǎn)后，斜率增加，點(diǎn)Ⅱ是裂紋擴(kuò)展加速轉(zhuǎn)變點(diǎn)，此區(qū)內(nèi)斷口全為切變斷口。

帕瑞斯表達(dá)式

ΔK―應(yīng)力強(qiáng)度因子幅度(ΔK=Kmax-Kmin)

c、n―由試驗(yàn)確定的材料、環(huán)境、頻率和循環(huán)特形等的函數(shù)

帕瑞斯表達(dá)式不足：沒有考慮平均應(yīng)力對(duì)da/dN影響；沒有考慮當(dāng)裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子趨近于其臨界值KIC時(shí)，裂紋加速擴(kuò)展效應(yīng)

da

dN?????n第三節(jié) 疲勞斷裂力學(xué)的基本概念

疲勞設(shè)計(jì)方法分類

1． 許用應(yīng)力設(shè)計(jì)法：把各種構(gòu)件和接頭試驗(yàn)疲勞強(qiáng)度除以特殊安全系數(shù)作為許用應(yīng)力(疲勞極限、非破壞概率95％的2×106次疲勞強(qiáng)度等)，使設(shè)計(jì)載荷引起應(yīng)力最大值不超過其許用應(yīng)力，從而確定構(gòu)件斷面尺寸設(shè)計(jì)方法。

2． 安全壽命設(shè)計(jì)：傳統(tǒng)疲勞設(shè)計(jì)方法都是安全壽命設(shè)計(jì)。所謂安全壽命指在某一環(huán)境下，在已知小于疲勞破壞許用應(yīng)力的最大負(fù)載概率時(shí)工作的循環(huán)次數(shù)。由ζ-N曲線獲得ζr，并利用ζmax-ζmin疲勞圖進(jìn)行設(shè)計(jì)。

應(yīng)力應(yīng)變循環(huán)圖(小載荷)

應(yīng)力應(yīng)變循環(huán)圖(大載荷)

第四節(jié) 疲勞強(qiáng)度的常用表示法

在靜強(qiáng)度計(jì)算中，所用材料的強(qiáng)度指標(biāo)是屈服極限ζS和強(qiáng)度極限ζb，靜載強(qiáng)度計(jì)算的出發(fā)點(diǎn)是名義應(yīng)力(或稱基本應(yīng)力)，而疲勞強(qiáng)度計(jì)算中，所用材料的強(qiáng)度指標(biāo)是疲勞極限ζr，計(jì)算的出發(fā)點(diǎn)是是局部應(yīng)力(或稱峰值應(yīng)力)。

將破壞應(yīng)力與加載循環(huán)次數(shù)N繪成如圖5-7所示的曲線，曲線上對(duì)應(yīng)的某一循環(huán)次數(shù)N的破壞應(yīng)力即為該循環(huán)次數(shù)條件下的疲勞強(qiáng)度，曲線的水平漸近線代表疲勞極限。

第五節(jié) 影響焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的因素

(一)應(yīng)力集中的影響

當(dāng)局部峰值應(yīng)力達(dá)到材料屈服極限時(shí)，在斷裂前局部材料將產(chǎn)生塑性變形，造成應(yīng)力重新分布，故實(shí)際峰值應(yīng)力低于理論峰值應(yīng)力。在這種情況下，應(yīng)該用有效應(yīng)力集中系數(shù)Kf來估計(jì)，其值為光滑試樣的疲勞強(qiáng)度ζp與有效應(yīng)力集中試樣的疲勞強(qiáng)度ζp’之比

對(duì)接接頭焊縫形狀變化不大，因此和角接接頭及十字等相比，應(yīng)力集中程度要小，接頭疲勞強(qiáng)度最高。

(二)焊接殘余應(yīng)力的影響

在ζa和ζm表示的疲勞圖中，曲線ACB代表不同平均應(yīng)力時(shí)的極限應(yīng)力振幅值ζa。當(dāng)構(gòu)件中的應(yīng)力振幅值大于極限振幅值時(shí)，將發(fā)生疲勞破壞。隨著ζm的增加，極限應(yīng)力幅值有所下降。

(三)材料表面狀態(tài)

材料表面有缺陷易造成疲勞強(qiáng)度降低。疲勞裂紋開始產(chǎn)生于材料表面，尤其在拉伸載荷作用下，表層應(yīng)力最高。

(四)焊接缺陷的影響

焊接缺陷在焊件中會(huì)引起應(yīng)力集中，在交變載荷作用下，很容易引發(fā)疲勞裂紋。缺陷對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響比對(duì)靜載強(qiáng)度的影響大得多。(五)不同強(qiáng)度金屬的影響 強(qiáng)度極限越高，材料對(duì)應(yīng)力集中就越敏感，只有表面拋光的試件其疲勞強(qiáng)度才能隨強(qiáng)度極限的提高而增大。

(六)其他影響因素

1．試樣尺寸的影響：尺寸增大，疲勞極限降低； 2．負(fù)載特點(diǎn)：交變彎曲疲勞破壞的壽命最短。3．溫度升高，裂紋擴(kuò)展速率隨之增高。

第六節(jié) 提高焊接接頭疲勞強(qiáng)度的措施

(一)降低應(yīng)力集中

1.采用合理的結(jié)構(gòu)形式

2．盡量采用應(yīng)力集中系數(shù)小的焊接接頭。3．改善非連續(xù)的幾何形狀，緩和應(yīng)力集中

(二)調(diào)整殘余應(yīng)力場(chǎng)

在易產(chǎn)生裂紋的缺口部位預(yù)制殘余壓應(yīng)力，消除接頭應(yīng)力集中處的殘余拉應(yīng)力。

(三)表面強(qiáng)化處理

第四篇：課程設(shè)計(jì)教學(xué)大綱

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課程設(shè)計(jì)教學(xué)大綱

課程設(shè)計(jì)名稱： 英 文 名

稱： 課程設(shè)計(jì)編號(hào)： 編 寫 人： 審 核 人：

課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書：

一、周數(shù)學(xué)分

周數(shù)：

學(xué)分：

二、先修課程

三、適用專業(yè)

四、課程性質(zhì)、目的與任務(wù)：

五、具體內(nèi)容及基本要求：

六、學(xué)時(shí)分配 ：

七、考核方式：

說明：

教學(xué)大綱打印格式要求：

① 總標(biāo)題宋體加粗2號(hào)字；小標(biāo)題宋體加粗4號(hào)字；正文內(nèi)容小4號(hào)字 ② 行間距：20磅；字間距：默認(rèn)值 ③ 紙張大?。篈4 ④ 頁(yè)邊距：上2cm，下2cm，左2.5cm、右2cm

第五篇：課程設(shè)計(jì)教學(xué)大綱

附件1：課程設(shè)計(jì)教學(xué)大綱格式要求

《××××××》教學(xué)大綱

（英文）

課程編號(hào)：

學(xué)時(shí)/學(xué)分：

一、大綱說明

本大綱根據(jù)××××專業(yè)2002年教學(xué)計(jì)劃制訂

（一）適用專業(yè)

（二）課程設(shè)計(jì)性質(zhì)

（三）主要先修課程和后續(xù)課程

1、先修課程：

2、后續(xù)課程：

二、課程設(shè)計(jì)目的及基本要求

三、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及安排

四、指導(dǎo)方式

五、課程設(shè)計(jì)考核方法及成績(jī)?cè)u(píng)定

六、課程設(shè)計(jì)教材及主要參考資料

制 定 人： 教研室主任： 教 學(xué) 院 長(zhǎng)：

說明：

1、教學(xué)大綱打印格式要求：

① 總標(biāo)題宋體加粗3號(hào)字；小標(biāo)題宋體加粗5號(hào)字 ② 行間距：16磅；字間距：默認(rèn)值 ③ 紙張大?。篈4 ④ 頁(yè)邊距：上、下邊距：2.5CM；左、右邊距：2.8CM