焊接結構課複習題（）
第一章序論
1. 什麼是焊接結構?它有何優缺點?
答：全焊結構，鉚焊接構，栓焊結構3種結構的總稱就叫焊接結構。
焊接結構的優點：1、連線效率高2、水密性和氣密性好3、重量輕4、成本低、製造周期短5、厚度不受限制
缺點：1.應力集中變化範圍大2.有較大的應力和變形3.有較大的效能不均勻性，且對材料敏感4.焊接接頭的整體性導致止裂困難
5.焊接接頭缺陷難以避免,具有隱蔽性。
第二章焊接應力與變形
1. 何謂內應力？內應力有何性質及推論？
答：在沒有外載荷作用時，平衡於物體內部的應力叫內應力。
性質：自身平衡，不穩定性
推論：內應力的波形圖至少應該是三波形的，因為單波形，兩波形都不能滿足合力為零，合力矩為零。
2. 內應力的分類？熱應力和組織應力概念。
答：按內應力產生的原因來分：有熱應力和組織應力。焊接應力的平衡範圍較大，屬於巨集觀內應力。
熱應力：也叫溫度應力，是由於構件受熱不均勻而引起的應力。
組織應力：金屬冷卻時，在剛性恢復溫度之下產生相變導致體積變化而引起的應力叫組織應力。（對於低碳鋼，剛性恢復溫度是600度，而它的奧氏體轉變溫度是600~700度之間，600度以下沒有相變發生，所以低碳鋼不存在組織應力）
按內應力平衡的範圍分第一，二，三類內應力。
按內應力產生的時間來分：有瞬時應力和殘餘應力
3. 何謂自由變形、外觀變形、內部變形？搞懂他們的相互關係。利用三等份板條中間板均勻加熱的模型理解焊接應力與變形產生的原因？
答：1.自由應變εt：
當某一金屬物體的溫度有了改變，或發生了相變，它的尺寸和形狀就要發生變化，如果這種變化沒有受到外界的任何阻礙而自由地進行，這種變形稱之為自由變形。如果增加乙個乙個約束條件，自由應變εt 就不能完全表現出來，表現出來的部分為外觀應變εe，而未表現出來的部分就叫內部應變ε。（彈性內部應變σs和塑性內部應變εp）在溫度恢復到t0 之後，塑性內部應變將保留下來，這樣原桿件將縮短εp 。
三等分板條的力學模型: 如果中間部分的溫度上公升小，出現的不可見變形處於彈性範圍內，當溫度恢復到原始狀態，則剛才出現的應力和變形都會消失,不會有殘餘應力和變形出現. 如果中間部分的溫度上公升大，溫度恢復後，中間部分受拉應力而兩側部分則受壓應力。
4. 研究焊接應力與變形的基本假設。
答：1.熱物理效能的簡化:
設材料的熱物理引數不隨溫度變化 2.在500℃度以下屈服極限σs為常量，500～600℃之間，線性下降到０.大於600℃度認為材料喪失彈性。
3.平截面假設:構件的某截面在加熱前是平面，那麼加熱變形後仍然保持平面。
5. 焊縫的縱向收縮和橫向收縮是以焊縫為參照系的,而與焊件的縱橫無關。
6. 各種焊接變形（收縮變形，彎曲變形，角變形、波浪變形、焊接錯邊、扭曲變形）的產生原因，影響因素和控制措施。
答：①縱向收縮變形：不均勻加熱→壓縮塑性變形→相當於力ｐ→縮短→力ｐ偏離構件中心→彎曲
影響縱向變形的因素（6點）：多層焊的焊接縱向變形比單層焊小,間斷焊的縱向收縮變形比連續焊小(與線能量有關);構件中心與焊縫中心距離大的，彎曲變形也大，因為距離大，促使焊件變形的力的力矩也越大。
②橫向收縮變形: 1.堆焊原因：加熱不同時 → 前後各點溫度不同 → 膨脹受阻 → 壓縮塑變 → 橫向收縮
影響因素：線能量q，板厚δ：板厚增加，使得板的剛度增加抵抗變形的能力增加。
橫向變形沿焊縫長度上的分布是不均勻的，沿著焊接方向從小到大逐漸增長，到一定長度後趨於穩定，因為先焊的焊縫的橫向收縮對後焊的焊縫產生乙個擠壓作用，使後者產生乙個更大的橫向壓縮變形。
2.對接接頭：一方面：有間隙時：熱膨脹↑ → 間隙↓ → 橫向收縮↑
無間隙時：熱膨脹↑ →擠壓使厚度↑（冷卻後向外側膨脹的部分恢復，厚度方向的變形不可恢復）→橫向收縮↑
另一方面：焊縫的縱向收縮影響橫向變形，縱向變形 → 間隙↑→ 橫向收縮↓
影響因素：坡口角度↑、間隙↑ →橫向收縮↑ ，焊縫金屬量↑ —→橫向收縮↑，
線能量↑ —→橫向收縮↑
③角變形原因：橫向收縮變形在厚度方向上的不均勻分布，正面的橫向收縮大，背面的橫向收縮小。
影響因素：堆焊角變形隨線能量qn變化的關係是隨線能量qn的上公升，角變形由小到大，達到峰值後又下降。角變形隨板厚δ的變化也如此。
對接接頭影響角變形的主要因素是坡口角度、焊接層數以及焊縫截面形狀。
坡口角度α↑—→上下收縮差↑—→角變形↑，對於同樣的坡口形式多層焊比單層焊角變形大，焊接層數越多，角變形越大。用對稱坡口如：x型坡口、雙u型坡口取代型坡口有利於減少角變。
④波浪變形：板架結構焊後是否失穩的判據為：（焊接殘餘壓應力） σw≥σcr （薄板的抗失穩臨界壓應力）
降低焊接殘餘壓應力σw的方法：採用小的焊接線能量，採用間斷焊，採用能量密度高的焊接方法。增大薄板的抗失穩臨界壓應力σcr的方法：
增加板厚，增加骨架，減小骨架間距，但這些效果都不好，所以對薄板框架結構很難做到焊後不失穩，應當尋找一種新型來取代薄板框架結構，這就是新型的壓筋結構。
⑤焊接錯邊：分為厚度上的錯邊和縱向錯邊
原因：裝配不善，對接邊的熱不平衡，剛度不等。焊接錯邊在長焊縫上有逐步積累作用，所以一般不宜用直通焊焊長焊縫，可採用跳焊、分段退焊；對於環形焊縫應當對稱施焊，跳焊,而不是順著乙個方向焊,以防錯邊積累。
⑥螺旋形變形（扭曲變形）原因：角變形沿焊縫長度方向分布不均勻以及工件的縱向錯邊。措施：改變焊接順序和方向。將倆條相鄰的焊縫同時同方向焊接。
7. 預防焊接變形的設計措施，工藝措施各有那些？
答：設計措施：（1）合理地選擇焊縫尺寸和形式：
在保證結構的承載能力的條件下，設計時應盡量採用小的焊縫尺寸 （2）盡可能減少不必要的焊縫 （3）合理地安排焊縫的位置：焊縫應盡可能安排在接近結構中和軸的地方，並盡可能對稱於截面中和軸。工藝措施：
（1）嚴格對加工裝配工序的要求（2）預留收縮餘量（3）反變形法，事先估計好結構變形的大小和方向然後在裝配時給乙個相反方向的變形與焊接變形相抵消。（4）剛性固定法用來防止角變形和波浪變形效果比較好。（5）合理地選擇焊接方法和規範，選用能量密度高的焊接方法可以有效的防止焊接變形，co2焊就比手弧焊變形小，氣焊變形最大，真空電子束焊和雷射焊能量密度最大焊縫很窄變形極小。
例：如圖：對於這樣乙個不對稱的工字型結構,如果用相同的焊接規範進行焊接，則焊縫1、2造成的彎曲將大於3、4，如果把1、2焊縫適當分層焊接，每層用小線能量,則有可能使上下繞曲變形相互抵消.
(6) 合理地選擇裝配焊接順序
8. 能分析不同的裝配焊接順序對焊接變形的影響。
例：方案一先組合槽鋼 (a) 和若干隔板(b)，即先焊3縫，出現上繞f3：再組合（a+b）和c，先焊1縫，出現上繞f1；再焊2縫，出現上繞f2；總變形 ：f1+ f2+ f3
方案二先組合a、c，即先焊1縫，出現上繞f1，不變；再組合（a+c）和b，先焊2縫，出現上繞f2，不變；再焊3縫，出現下繞f3；由於此時的中和軸與a、b組合時相比下移了，所以3縫的中心可能變到中和軸的上方，f3將成為下繞度。總變形 ：f1+ f2－f3
方案三先組合b、c，即先焊2縫，繞度f2 = 0 ；此時焊縫中心和b、c的中性軸幾乎重合，所以產生的繞度很小，幾乎為0。再組合（b+c）和a，先焊1縫，出現上繞f1；再焊3縫，出現下繞f3；總變形 ：f1－ f3 最小。
9. 用機械和火焰矯正焊接變形的原理各是什麼？
答：機械矯正法是利用外力使構件產生與焊接變形相反的變形，使兩者抵消（使那些縮短的部分拉長）火焰矯正法是利用火焰區域性加熱時產生的壓縮塑性變形使較長部位的金屬縮短來達到矯正變形的目的。
10. 縱向焊接殘餘應力的分布特點及數值大小。
11. 橫向焊接殘餘應力的分布特點及與施焊方式的關係。
答：分為兩個組成部分：一是由於焊縫及其附近的塑性變形區的縱向收縮引起的，用бy′表示。
存在著兩端部分為壓應力，中間部分為拉應力的橫向內應力。另乙個是由焊縫及其附近的塑性變形區橫向收縮的不同時性引起的，用бy″表示。бy″與施焊的先後次序、方向、分段方法有關。
雖然焊接的方向不同，бy″的分布不同，但只要掌握一點，就是焊接收尾的地方бy″一定是拉應力。
12. 殘餘應力對機械加工精度的影響，對受壓桿件穩定性的影響？
答：對機械加工精度會產生很大的影響：因為機械切削加工把一部分材料從工件上切去的同時，把原先在那裡的焊接殘餘應力也一起去掉了，從而破壞了工件中原來的內應力的平衡，工件將出現變形使內應力達到新的平衡。
要減小變形，提高加工精度，可以減小每次的加工量，分幾次加工，每次加工量遞減，這樣可以提高加工精度，但不能徹底消除焊接應力對加工精度的影響。要想徹底消除焊接應力對加工精度的影響，只能先消除焊接殘餘應力然後再進行機械加工。
對受壓桿件穩定性的影響：降低了桿件的抗失穩能力，且影響壓桿穩定的主要是殘餘應力中的壓應力區。
13. 殘餘應力對靜載強度及尺寸穩定性的影響。
答：焊接殘餘應力對塑性材料的靜載強度沒有影響，而對尺寸穩定性卻有很大影響。因為要使構件全面屈服,不管有無殘餘應力需要的外載荷都是一樣的。對脆性材料，焊接殘餘應力降低其靜載強度。
14. 在焊後的加解除安裝過程中，焊接殘餘應力及應變的變化。
答：結論
一、焊接殘餘應力對塑性材料的靜載強度沒有影響.結論二: 焊接結構焊後經過乙個加解除安裝迴圈,結構內的焊接殘餘應力將減小到原來的( 1－β)倍 ,如果在該迴圈中，β= 1的話，則可完全消除殘餘應力.
結論三:焊接結構焊後經過乙個加解除安裝迴圈,結構的尺寸將發生變化，出現了二次變形.
15. 二次變形及其原理。
16. 如何調節焊接殘餘應力？消除焊接殘餘應力的方法有那些？（教材p61）
答：調節內應力的措施：1.
採取合理的焊接順序和方向（1）盡量使焊縫能自由收縮，先焊收縮量大的焊縫。（2）先焊工作時受力大的焊縫。（3）拼板時應先焊錯開的短焊縫，再焊直通的長焊縫。
2.反變形3.鎚擊或碾壓焊道
4.加熱減應法
例：工字梁的對接：1、2兩縫對結構來說是橫向焊縫，它的橫向收縮要比3縫的縱向收縮大，所以應先焊收縮量大的1、2 縫。
又面板上的1縫工作時受力較大，根據原則（2）應先焊1縫，這樣在焊後面的2、3縫時它們的收縮能使1縫預先承受壓應力，提高了結構的承載能力。
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