焊接结构学知识要点
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温度场:焊接过程中,某一时刻所有空间各点温度的总计或分布。
焊接接头:在焊件需要连接的补位,用焊接的方法制造而成的接头
应力集中:接头局部区域的最大应力值比平均应力值高的现象
抗开裂性能:焊接接头处具有一定的抗脆性断裂引发的性能
焊接热循环:在焊接过程中,工件上的温度随着瞬时热源或移动热源的作用而发生变化,温度随时间由低而高达到最大值后,有由高而低的变化
软夹层:将低组配的低强焊缝金属接头
硬夹层:将高组配的高强焊缝金属接头
热饱和:从开始输入起,至获得局部温度的极限状态
温度场:焊接过程中某一时刻所有空间各点温度的总计或分布
热传导三个定律:热传导定律、对流传导定律、辐射传热定律
内应力:是指在没有外力的条件下,平衡于物体内部的应力
应力腐蚀开裂:当材料处于持续的拉应力作用,同时又与材料敏感的腐蚀介质相接触,经过一段时间后,就会发生开裂。
温度应力(热应力):温度变化会使物体产生变形,会在内部产生应力,由于构件受热不均匀引起的
残余应力:在温度均匀后受到压应力作用,使系统中产生新的应力
相变应力:相变所带来的体积变化受到制约产生新的应力
相变残余应力:温度均匀化后,相变产物保留,相变应力也将保留,形成残余应力
疲劳强度:在规定的循环应力幅值和大量重复次数下,材料所能承受的最大变应力
焊接结构特点:优 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型 6 焊接结构的成品率高 缺 1 存在较大的焊接应力和变形 2 对应力集中敏感 3 焊接接头的性能不均匀
焊接热循环的参数:1 加热速度 2 加热最高温度 3 在相变温度以上停留的时间 4 冷却速度
焊接应力与变形的机理:焊接时焊件受到不均匀加热并使焊缝区融化,与焊接熔池毗邻的高温区材料的热膨胀则受到周围冷态材料的制约,产生不均匀压缩塑性变形。在冷却过程中,已经发生塑性变形的这部分材料同样受到金属的制约而不能自由收缩,并在一定程度上受到拉伸而卸载,与此同时,熔池凝固,焊缝金属冷却额收缩也应受到制约而产生收缩拉应力和变形。
焊接应力与变形的影响因素:焊接时的局部不均匀热输入是产生焊接应力与变形的决定性因素,热输入是通过材料因素、制造因素和结构因素所构成的内拘束度和外拘束度,而影响热源周围的金属运动,最终形成了焊接应力和变形。
应力腐蚀防止措施:可以采取消除残余应力的方法,也可以采取保护涂层,添加缓蚀剂或选用耐腐蚀性好的材料。
焊接残余应力的影响:1 内应力对静载强度的影响2 内应力对刚度的影响3 内应力对杆件受压稳定性的影响4 内应力对构件精度及尺寸稳定性的影响5 内应力对盈利腐蚀开裂的影响
疲劳失效与脆性断裂的不同:疲劳断裂形式与脆性断裂形式有明显差别。疲劳与脆性断裂相比较,虽然二者断裂时的形变都很小,但疲劳需要多次加载,而脆性断裂一般不需多次加载,结构脆断是瞬时完成的,而疲劳裂纹的扩展则是缓慢的,有时需要长达数年的时间,此外对于脆性断裂来说,温度的影响是极其重要的,随着温度的降低,脆性断裂的危险性迅速增加,单疲劳强度却不是这样的,疲劳断裂与脆性断裂相比还有不同的断口特征
焊接残余应力与变形的调整与控制
1) 焊前:1 合理的选择焊缝的形状和尺寸
2 尽量避免焊缝的密集与较差是非常重要的
3 合理的选择肋板的形状并适当的安排肋板的位置可以减小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小焊接量和变形
5 联系焊缝可采用断续焊缝的形式,以降低热输入总量
6 与变形法或反变形法也是焊前需要考虑采用的重要措施之一
2) 随焊: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 焊接时温差拉伸法 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
3) 焊后:机械方法 加热方法
软夹层的特点:1 焊缝金属一般具有较高的抗焊接裂纹能力,所以可适当降低预热温度,改变劳动条件
对接焊缝开坡口的目的:为了焊透金属,以便确保接头的质量及经济性
开坡口注意的问题:1 可焊到性或便于施焊 2 降低焊接材料的消耗 3 坡口易于加工
4 减小或控制焊接变形
应力集中产生的原因:1 焊缝中存在工艺缺陷 2 焊缝外形不合理 3 焊接接头设计不合理
脆性断裂断口形貌:
宏观:呈颗粒状或粗瓷状,色泽较灰暗,断裂前没有可以觉察到的塑性变形,断口一般与主应力垂直,表面平齐,边缘有剪切唇
微观:明显的多面体,没有明显的塑性变形,呈现不同程度的晶粒多面体,外形如岩石状花样或冰糖块状花样
影响因素:1 应力状态的影响 2 温度的影响 3 加载速度的影响 4 材料状态的影响
预防措施:1 正确选用材料 2 采用合理焊接结构设计 3 用断裂力学方法评定结构安全性
材料断裂的评定方法:转变温度法:冲击试验(V型和U型) 断裂力学方法
试验标准:1 能量标准2 端口标准 3 延性标准
疲劳断裂过程:1 裂纹萌生 2 裂纹稳定扩展 3 失稳断裂
断口特征:对于塑性材料,断口为纤维状,暗灰色,对于脆性材料则是结晶状
影响疲劳强度的因素:1 应力集中的影响 2 缺陷的影响 3 近缝区的金属性能变化的影响
4 参与应力的影响
提高措施:1 降低应力集中 2 调整残余应力场 3 改善材料的表面性能 4 特殊保护措施
焊接结构设计的一般思路:
1 焊接结构设计的基本要求:1 实用性2 可靠性 3 工艺性 4 经济性
2 结构设计的进本方法:1)许用应力设计法:1 /母材的许用应力和安全系数 2/焊接许用应力
2)可靠性设计法
3)有限无数值模拟辅助设计法