焊接結(jié)構(gòu)力學(xué)總結(jié)

1、緒論1. 焊接的三個過程a) 冶煉i. 熱循環(huán)的三個特點：1. 加熱速度很快；2. 在最高溫度下停留時間很短；3. 各點按照不同的冷卻速度進(jìn)行冷卻。ii. 熱循環(huán)的四個參數(shù)：加熱速度；加熱的最高溫度；在相變溫度以上停留時間；冷卻速度。iii. 冷卻有先后，導(dǎo)致非均質(zhì)不連續(xù)：成分，組織，性能，尺度不連續(xù)iv. 收縮有先后，導(dǎo)致殘余應(yīng)力及殘余變形不均勻b) 鑄造：焊縫凝固時接頭的力學(xué)性能c) 熱處理2. 焊接結(jié)構(gòu)的特點a) 焊接結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中變化范圍比鉚接結(jié)構(gòu)大；b) 焊接接頭是一個非均質(zhì)體，焊接接頭具有較大的性能不均勻性；c) 焊接接頭的剛性大，整體性強，止裂性能較差；d) 在焊接生產(chǎn)中易產(chǎn)生缺

2、陷：如裂紋等；e) 焊接制造對材料敏感；f) 焊接接頭對低溫、高溫敏感。3. 焊接結(jié)構(gòu)優(yōu)點a) 焊接接頭系數(shù)高；b) 水密性和氣密性好；c) 重量輕，省材料；d) 焊接結(jié)構(gòu)的厚度基本上不受限制；e) 結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單；f) 生產(chǎn)周期短，成本低。焊接應(yīng)力與變形1. 內(nèi)應(yīng)力與變形的基本概念a) 內(nèi)應(yīng)力及其產(chǎn)生原因；i. 概念.：在沒有外力的條件下，平衡于物體內(nèi)部的應(yīng)力。ii. 分類1. 分布范圍：宏觀應(yīng)力，微觀應(yīng)力，超微觀應(yīng)力2. 結(jié)構(gòu)中的空間位置：單向應(yīng)力，雙向應(yīng)力，三向應(yīng)力3. 與焊縫的相對位置.：縱向應(yīng)力，橫向應(yīng)力4. 產(chǎn)生，作用的時間.：瞬時應(yīng)力，殘余應(yīng)力5. 應(yīng)力形成原因：溫度應(yīng)力，拘束應(yīng)力

3、，組織應(yīng)力b) 變形i. 自由變形.（焊接變形發(fā)生的原因）ii. 外觀變形.iii. 內(nèi)部變形.c) 四個基本假定.i. 平截面假定：假定構(gòu)件在焊前所取的截面，焊后仍保持平面。ii. 金屬性質(zhì)不變的假定：假定在焊接過程中材料的某些熱物理性質(zhì)不隨溫度而變化。iii. 焊接溫度場假定：假定焊接溫度場不隨時間而改變。iv. 金屬屈服點假定：1. 在500以下，屈服點與常溫相同，不隨溫度而變化；2. 500 600之間，屈服點迅速下降；3. 600以上時呈全塑性狀態(tài)，即屈服點為零。d) 桿件加熱時的應(yīng)力與變形.i. 不受約束的桿件在均勻加熱時的應(yīng)力與變形：冷卻后不會有任何殘余應(yīng)力與變形。ii. 受約束

4、的桿件在均勻加熱時的應(yīng)力與變形：1. 當(dāng)加熱溫度T<Ts（屈服點溫度）時，冷卻后即不存在殘余變形也不存在殘余應(yīng)力。2. 當(dāng)加熱溫度T>Ts時，可能出現(xiàn)以下三種情況：a) 如果桿件能充分自由收縮，那么桿件中只出現(xiàn)殘余變形而無殘余應(yīng)力。b) 如果桿件受絕對拘束，那么桿件中沒有殘余變形而存在較大的殘余(拉)應(yīng)力。c) 如果桿件收縮不充分，那么桿件中既有殘余應(yīng)力又有殘余變形。e) 長板條受不均勻溫度場作用（加熱及冷卻過程！）i. 在板中心加熱.加熱過程中中心受壓，兩側(cè)受拉；冷卻過程中心受拉，兩側(cè)受壓。ii. 在板一側(cè)加熱.加熱過程中加熱側(cè)受壓，對側(cè)受拉，應(yīng)力分布為中心拉應(yīng)力，兩側(cè)壓應(yīng)力。冷

5、卻過程中加熱側(cè)受拉，對側(cè)受壓，應(yīng)力分布為中心壓應(yīng)力，兩側(cè)拉應(yīng)力。討論時要全面討論加熱過程和冷卻過程兩方面，還要注意討論加熱時是否超過屈服極限。若超過則冷卻時存在殘余應(yīng)力及應(yīng)變，若未超過則冷卻時可以完全恢復(fù)，無應(yīng)力及應(yīng)變。f) 金屬框架的應(yīng)力與變形.中心加熱膨脹產(chǎn)生溫度應(yīng)力（壓應(yīng)力）壓縮屈服變形兩側(cè)受拉應(yīng)力中心冷卻收縮產(chǎn)生殘余應(yīng)力（拉應(yīng)力）拉伸屈服變形兩側(cè)受壓應(yīng)力g) 焊接引起的內(nèi)應(yīng)力與變形主要取決于熱循環(huán)及拘束度。2. 焊接殘余變形；a) 分類及概念i. 縱向收縮變形：構(gòu)件焊后在平行焊縫的方向上的尺寸縮短；ii. 橫向收縮變形：構(gòu)件焊后在垂直焊縫的方向上的尺寸縮短；iii. 角變形：焊后構(gòu)件的

6、平面圍繞焊縫產(chǎn)生的角位移；iv. 彎曲變形：由于焊縫的布置偏離焊件的形心軸而產(chǎn)生的變形；v. 波浪變形：焊后構(gòu)件呈波浪形，在焊薄板中出現(xiàn)的變形；vi. 錯邊變形：兩焊件熱膨脹不一致，所引起的長度或厚度方向上的錯邊。vii. 回轉(zhuǎn)變形：在板厚方向由于不均勻的橫向收縮，引起沿焊縫中心線發(fā)生彎曲變形。受焊接熱輸入的影響及焊速的影響。SAW埋弧焊：功率高，速度快；焊前必須做好定位(點固)焊，防止回轉(zhuǎn)變形。b) 焊接后產(chǎn)生基本尺寸的變化：i. 與焊縫軸向垂直的橫向收縮；ii. 與焊縫軸向平行的縱向收縮；iii. 角度的變化：板外，板內(nèi)。c) 縱向收縮變形及其引起的撓曲變形i. 產(chǎn)生原因.在焊接時，焊縫及

7、其附近的金屬由于在高溫下的自由變形受到阻礙，產(chǎn)生了壓縮塑性變形區(qū)，是產(chǎn)生縱向變形的主要原因。ii. 縱向收縮變形結(jié)論及影響因素1. 焊縫縱向收縮量與焊接線能量或主作用區(qū)的面積成正比；2. 焊縫縱向收縮量與工件橫截面積成反比；3. 焊縫絕對收縮量隨焊縫長度的增大而增大。4. 多層焊接所引起的縱向收縮比單層焊小。 5. 工件原始溫度的影響：溫度升高相當(dāng)于增加焊接線能量，增大縱向收縮量6. 間斷焊的縱向收縮變形比連續(xù)焊小 。iii. 其引起的撓曲變形規(guī)律1. 與焊接線能量或堆焊面積成正比；2. 與焊縫偏離板條形心軸的距離成正比；3. 與構(gòu)件的截面慣性矩成反比。d) 橫向收縮變形及其引起的撓曲變形i.

8、 堆焊和角焊縫的橫向收縮規(guī)律.1. 角焊縫的橫向收縮量與角焊縫尺寸與板厚有關(guān)。2. 在同樣的角焊縫尺寸下，板越厚，剛度越大，橫向收縮越小。3. 丁字接頭：立板越厚，橫板上的熱能量越小，變形小。ii. 對接接頭的橫向收縮規(guī)律.及影響因素.1. 對接接頭的橫向變形大小與焊接線能量，焊縫坡口形式，焊縫截面積以及焊接工藝(焊接順序等)有關(guān)；2. 變形量：氣焊>手工焊>自動焊；3. 隨焊絲金屬量，板厚和坡口角度的增大而增大；4. 板厚：角焊縫(板越厚，橫向收縮越小)和對接接頭焊縫(隨板厚而增大)；5. 材質(zhì)：熱固性越高，橫向收縮越高；是否在施焊過程中發(fā)生相變；6. 拘束：拘束系數(shù)越高，橫向收

9、縮越小7. 焊接工藝：焊根間隙，平板對接，坡口形式，焊接線能量(低)，焊條直徑，焊接順序a) 焊條直徑：直徑越粗，板的橫向收縮量越小；尤其是多層多道焊的初道，應(yīng)選用粗焊條。鏟平焊縫金屬后堆焊增加橫向收縮量；火焰氣刨會使橫向收縮量顯著增加。b) 焊接順序：先焊中間，再焊兩側(cè)，橫向收縮量最??；直通焊的橫向收縮量最大，分段焊的平均橫向收縮量小于多層焊的橫向收縮量。當(dāng)橫向焊縫在結(jié)構(gòu)上分布不對稱時，其橫向收縮也會引起結(jié)構(gòu)的撓曲變形。e) 角變形i. 產(chǎn)生原因. 根本原因：橫向收縮變形在厚度方向上的不均勻分布。1. 焊縫橫向收縮引起的彎曲角變形2. 焊縫金屬收縮引起的傾斜角變形ii. 堆焊影響因素.1.

10、產(chǎn)生原因：平板堆焊高溫區(qū)金屬的熱膨脹受到附近溫度較低區(qū)金屬的阻礙受擠壓，產(chǎn)生壓縮塑性變形。而焊接面壓縮塑性變形量>背面，因此產(chǎn)生。2. 角變形的大小取決于壓縮塑性變形的大小和分布情況，同時也取決于板的剛度。3. 焊接線能量與板厚的影響。iii. 對接接頭影響因素.1. 坡口角度：越大則角變形越大2. 焊縫截面形狀3. 焊接方式：對于同樣板厚和坡口形式，多層焊比單層焊角變形大，焊接層數(shù)越多，角變形越大，多道焊比多層焊角變形大；4. 焊接順序：在焊接非對稱坡口時，應(yīng)先焊焊接量小的一面，然后再焊焊接量大的一面iv. 丁字接頭角變形.1. 筋板與主板的角變形(破壞了腹板的垂直度)；2. 主板自身

11、的角變形(破壞了平板的平直度)f) 波浪變形i. 原因：薄板在承受壓應(yīng)力時，當(dāng)其中的壓應(yīng)力達(dá)到一臨界應(yīng)力，薄板將出現(xiàn)波浪變形失去承載能力。ii. 波浪(壓曲)變形與彎曲變形的差別：1. 波浪變形的變形量比彎曲變形大得多；2. 波浪(壓曲)變形后的穩(wěn)定狀態(tài)不止一個。iii. 預(yù)防措施1. 降低壓應(yīng)力：減小塑性變形區(qū)，采用塑性變形區(qū)小的焊接方法和措施。2. 提高臨界應(yīng)力：增加板厚和減小板寬。3. 施加預(yù)拉應(yīng)力：最有效的方法iv. 影響因素1. 寬長比（B/L）：在寬長比不變的情況下，不發(fā)生波浪變形的臨界厚度，隨著板寬的增加而增加；2. 焊接線能量：焊接線能量增加，不僅會使焊件開始發(fā)生變形的時間提前

12、，而且會使焊件最終的變形量增加；3. 殘余應(yīng)力：殘余壓應(yīng)力是導(dǎo)致波浪變形的主要因素。間斷焊，減小焊縫尺寸可以降低殘余應(yīng)力。g) 焊接錯邊.i. 原因：焊接過程中對接邊的熱量不平衡，裝配不善。ii. 后果：使應(yīng)力集中嚴(yán)重，減小截面面積，構(gòu)件承載能力大大下降。h) 扭曲變形：與焊接角變形沿長度上的分布不均勻性和工件的縱向錯邊有關(guān)。i) 預(yù)防焊接變形的措施i. 焊接變形的危害.1. 影響裝配質(zhì)量；2. 降低接頭性能（從局部觀察）；3. 降低結(jié)構(gòu)的承載能力（從整體分析）；4. 增加制造成本。ii. 設(shè)計措施.1. 合理選擇焊件尺寸：焊件的長度、寬度和厚度等對焊接變形有明顯影響。2. 合理的選擇焊縫的尺

13、寸和坡口形式：在保證結(jié)構(gòu)的承載能力的條件下，盡量采用較小的焊縫尺寸。3. 盡可能減少焊縫的數(shù)量：用型鋼代替鋼板，用斷續(xù)焊代替連續(xù)焊。4. 合理安排焊縫位置：選用對稱截面的結(jié)構(gòu)，焊縫布置對稱，在設(shè)計時，安排焊縫盡可能使焊縫對稱于截面的中性軸。iii. 工藝措施1. 正確的確定裝配、焊接順序2. 選擇適當(dāng)?shù)氖┖复涡蚝头较騛) 當(dāng)結(jié)構(gòu)形心軸兩側(cè)有焊縫時，先焊成型量少的一側(cè)；b) 先焊離構(gòu)件形心軸近的，對構(gòu)件變形影響大的最后焊；c) 截面對稱的構(gòu)件應(yīng)對稱的交替焊，盡可能增加翻轉(zhuǎn)輔助時間。3. 反變形法：構(gòu)件在焊前預(yù)制成與變形方向相反的變形，這種方法可以防止彎曲變形和角變形。4. 剛性固定法：在無反變形

14、的情況下，將構(gòu)件加以固定來限制焊接變形，防止角變形和波浪變形較好。5. 合理選擇焊接方法和焊接工藝a) 選擇線能量較低的焊接方法(高能量密度的焊接方法，并不代表其焊接線能量高）b) 采用多層焊代替單層焊c) 選擇高能量密度的焊接方法d) 采用冷卻方式限制、縮小焊接熱場6. 預(yù)熱：整體預(yù)熱+局部預(yù)熱j) 矯正殘余變形的方法.i. 機械矯正法ii. 火焰矯正法3. 焊接殘余應(yīng)力a) 焊接殘余應(yīng)力的分布i. 影響對接接頭縱向殘余應(yīng)力分布的因素.1. 焊縫長度的影響：短焊縫中的縱向殘余應(yīng)力小于長焊縫中的縱向殘余應(yīng)力；（分段焊接）2. 焊接規(guī)范的影響：焊板的寬度不同，應(yīng)力分布也明顯不同；3. 材質(zhì)的影響

15、：不同的材質(zhì)有不同的理化性能(高溫時的變化規(guī)律不同，直接影響壓縮塑性變形的累積量)；4. 鋼中的相變：金屬相變后比熱容會發(fā)生變化；5. 焊接順序：不同的焊接順序會產(chǎn)生不同的溫度場，不一樣的拘束。ii. 橫向應(yīng)力.(后焊部分受到拉應(yīng)力，先焊部分受到壓應(yīng)力)1. 第一部分：由焊縫及其附近的塑性變形區(qū)的縱向收縮所引起的。分布狀態(tài).，影響因素（中心受拉，兩側(cè)受壓）2. 第二部分：由焊縫及其附近的塑性變形區(qū)的橫向收縮的不同時性所引起的。產(chǎn)生原因.，分布狀態(tài)（先焊受壓，后焊受拉）3. 影響因素a) 焊接的方向和焊接順序的影響：對直通焊和從中心向兩端焊所產(chǎn)生的 y''的分布規(guī)律相同，兩者產(chǎn)生

16、的y'相互抵消，最終使得總橫向殘余應(yīng)力減小。b) 焊縫長度的影響：焊縫長度對橫向殘余應(yīng)力的影響沒有對縱向殘余應(yīng)力的影響顯著。c) 拘束的影響：在拘束的情況下，焊件中橫向殘余應(yīng)力的峰值比沒有拘束的焊件大得多，會引起焊件縱向的裂紋。b) 焊接殘余應(yīng)力對性能的影響i. 對靜載強度的影響ii. 對機械加工精度的影響iii. 對疲勞強度的影響iv. 對應(yīng)力腐蝕開裂(SCC)的影響v. 對壓曲強度的影響vi. 對結(jié)構(gòu)剛度的影響c) 應(yīng)力腐蝕的三個階段i. 第一階段：局部腐蝕(點蝕)造成小腐蝕坑和其它形式的應(yīng)力集中，以后又發(fā)展成為微小裂紋；（局部腐蝕）ii. 第二階段：在腐蝕作用下，裂紋尖端處不斷地

17、被腐蝕掉，而在應(yīng)力作用下又不斷地產(chǎn)生新的表面，這些表面又進(jìn)一步被腐蝕。在應(yīng)力和腐蝕的交替作用下裂紋逐漸擴展；（裂紋擴展）iii. 第三階段：當(dāng)裂紋擴展到一臨界值，裂紋就在應(yīng)力作用下以極快的速度擴展造成脆性斷裂。（斷裂）d) 減小焊接殘余應(yīng)力的措施i. 在焊接過程中調(diào)節(jié)內(nèi)應(yīng)力1. 設(shè)計措施.a) 采用剛性加熱減應(yīng)區(qū)方法減小焊縫殘余應(yīng)力；b) 采用分段焊方法減小焊縫殘余應(yīng)力，減小焊后收縮變形。c) 在保證結(jié)構(gòu)強度的前提下，盡量減少焊縫截面尺寸和長度；d) 焊縫不止應(yīng)避免集中，相鄰焊縫最小距離要符合相關(guān)要求；e) 盡量避免三軸交叉焊縫；f) 采用剛性較小的接頭形式；g) 焊縫盡量不布置在工作應(yīng)力最嚴(yán)

18、重的區(qū)域和斷面突變處，減小應(yīng)力集中。2. 工藝措施a) 留余量法b) 剛性固定法c) 采用合理的焊接順序和方向：d) 先焊收縮量大的焊縫；e) 先焊工作時受力較大的焊縫；f) 在拼板時，應(yīng)先拼焊錯開的短焊縫，然后再焊直通的長焊縫；g) 在焊接封閉焊縫后其他剛性較大，自由度較小的焊縫時，可采用反變形法來增加焊縫處的自由度；h) 錘擊或碾壓焊縫；i) 焊接時預(yù)熱和跟蹤加熱。ii. 機械拉伸法降低殘余應(yīng)力.iii. 焊后熱處理1. 目的.：改善焊接接頭組織、性能；消除殘余應(yīng)力。2. 影響因素.：熱處理的溫度，加熱及冷卻的速度，加熱方法，加熱 范圍的大小。4. 焊接殘余應(yīng)力的測定方法：（全破壞，半破壞

19、，無損）a) 應(yīng)力釋放法：切條法，車削法，刨削法，套孔法，小孔法。b) 磁性法；c) X射線衍射法。5. 本章復(fù)習(xí)題a) 焊接變形與應(yīng)力形成的原因是什么？i. 焊接變形的原因：當(dāng)物體的溫度發(fā)生變化，或發(fā)生了相變，其尺寸和形狀就要發(fā)生變化。ii. 焊接應(yīng)力形成的原因：1. 溫度應(yīng)力：由于焊件不均勻加熱引起的應(yīng)力；2. 拘束應(yīng)力：由于焊件熱變形受到拘束引起的應(yīng)力；3. 組織應(yīng)力：由于接頭金屬組織轉(zhuǎn)變時的體積變化受阻引起的應(yīng)力。iii. 殘余應(yīng)力：不均勻溫度場所造成的內(nèi)應(yīng)力達(dá)到材料的屈服限，使局部區(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，所產(chǎn)生新的內(nèi)應(yīng)力。b) 焊接應(yīng)力和變形有什么危害？i.

20、焊接應(yīng)力增加結(jié)構(gòu)工作時的應(yīng)力，降低承載能力；ii. 焊接變形影響裝配質(zhì)量，降低接頭性能（從局部觀察），降低結(jié)構(gòu)的承載能力（從整體分析），增加制造成本。c) 焊接角變形、彎曲變形產(chǎn)生的原因是什么？i. 角變形：橫向收縮變形在厚度方向上的不均勻分布，可分為焊縫橫向收縮引起的彎曲角變形，焊縫金屬收縮引起的傾斜角變形 ii. 彎曲變形：1. 縱向收縮變形引起：焊縫在構(gòu)件中的位置不對稱時，焊縫引起的假想壓力是一個偏心力，它在使構(gòu)件縮短的同時，也會使構(gòu)件彎曲?？v向收縮引起的彎曲變形與焊接線能量或堆焊面積成正比，與焊縫偏離板條形心軸的距離成正比，與構(gòu)件的截面慣性矩成反比。2. 橫向收縮變形引起：橫向焊縫在結(jié)

21、構(gòu)上分布不對稱，則它的橫向收縮也能引起結(jié)構(gòu)的彎曲變形。d) 減少和消除焊接應(yīng)力與變形的措施有哪些？i. 減小焊接應(yīng)力措施：1. 在焊接過程中調(diào)節(jié)內(nèi)應(yīng)力：采用合理的焊接順序，減小接頭剛度，采用加熱減應(yīng)區(qū)法。2. 機械拉伸法降低殘余應(yīng)力：液壓試驗；3. 焊后熱處理(高溫回火)：改善焊接接頭組織、性能，消除殘余應(yīng)力；4. 熱塑性法，振動法。5. 設(shè)計措施：a) 在保證結(jié)構(gòu)強度的前提下，盡量減少焊縫截面尺寸和長度；b) 焊縫不止應(yīng)避免集中，相鄰焊縫最小距離要符合相關(guān)要求；c) 盡量避免三軸交叉焊縫；d) 采用剛性較小的接頭形式；e) 焊縫盡量不布置在工作應(yīng)力最嚴(yán)重的區(qū)域和斷面突變處，減小應(yīng)力集中。6.

22、 工藝原則：a) 采用合理的焊接順序和方向：i. 先焊收縮量大的焊縫；ii. 先焊工作時受力較大的焊縫；iii. 在拼板時，應(yīng)先拼焊錯開的短焊縫，然后再焊直通的長焊縫。b) 在焊接剛性較大，自由度較小的焊縫時可采用反變形法來增加焊縫處的自由度；c) 錘擊或碾壓焊縫；d) 焊接時預(yù)熱和跟蹤加熱。ii. 預(yù)防焊接變形的措施：1. 設(shè)計措施：a) 合理選擇焊件尺寸：焊件長度、寬度和厚度等尺寸對焊接變形有明顯影響；b) 合理的選擇焊縫的尺寸和坡口形式：在保證結(jié)構(gòu)的承載能力的條件下，盡量采用較小的焊縫尺寸，采用開坡口的焊縫可以比一般角焊縫減少焊縫金屬，對減少變形有利；c) 盡可能減少焊縫的數(shù)量：用型鋼代

23、替鋼板，用斷續(xù)焊代替連續(xù)焊；d) 合理安排焊縫位置：選用對稱截面的結(jié)構(gòu)，焊縫布置對稱，在設(shè)計時，安排焊縫盡可能使焊縫對稱于截面的中性軸。2. 工藝措施a) 正確的確定裝配、焊接順序；b) 選擇適當(dāng)?shù)氖┖复涡蚝头较?；c) 采用反變形法：即在焊前將構(gòu)件預(yù)制成與變形方向相反的變形，這種方法可以防止彎曲變形和角變形；d) 采用剛性固定法：在無反變形的情況下，將構(gòu)件加以固定來限制焊接變形，防止角變形和波浪變形較好。e) 合理選擇焊接方法和焊接規(guī)范：選擇線能量較低的焊接方法，采用多層焊代替單層焊，選擇高能量密度的焊接方法，采用冷卻方式限制和縮小焊接熱場。f) 預(yù)熱：適當(dāng)?shù)念A(yù)熱可使得焊接溫度分布趨于均勻化。

24、e) 如何矯正焊接變形？i. 機械矯正法：將變形構(gòu)件中的尺寸較短的部分通過機械力作用，使之產(chǎn)生塑性延展變形，而恢復(fù)和達(dá)到形狀的要求，對于薄板結(jié)構(gòu)和焊縫比較規(guī)則的結(jié)構(gòu)時，采用輾壓法消除焊接變形；ii. 火焰矯正法：利用火焰加熱時產(chǎn)生的局部壓縮變形使較長部分在冷卻后縮短來消除變形，但不適用于具有晶間腐蝕傾向的不銹鋼和淬硬傾向較大的鋼材。焊接接頭1. 焊接熱循環(huán)（焊接過程包括冶煉，鑄造，熱處理三個過程。）焊接過程中，在焊接熱源的作用下，焊件上某點溫度隨時間變化的過程，其特征是加熱速度很快，在最高溫度下停留時間很短，隨后各點按照不同的冷卻速度進(jìn)行冷卻。主要參數(shù)：加熱速度，最高加熱溫度，在相變溫度以上停

25、留時間，冷卻速度。2. 焊接接頭：焊縫金屬；熔合區(qū)；熱影響區(qū)；母材。a) 基本參數(shù).：熔深，熔寬，余高及焊縫成形系數(shù)i. 余高作用1. 防止因凝固收縮而造成的缺陷2. 增大承受靜載的能力；3. 造成應(yīng)力集中；4. 疲勞壽命下降。ii. 焊縫成形系數(shù)作用1. 影響氣孔敏感性；2. 影響結(jié)晶方向；3. 影響中心偏析及裂紋傾向。影響焊縫形狀尺寸的因素有哪些?熔化焊導(dǎo)致不均勻溫度場，使其產(chǎn)生非平衡凝固。隨著冷卻速度的提高，平衡相圖上的各個相變點和溫度線都會發(fā)生偏移。b) 熔合區(qū)c) 焊縫金屬區(qū)焊接加熱時，焊縫金屬區(qū)的溫度在液相線以上，冷卻后成為柱狀晶鑄態(tài)組織。d) 熱影響區(qū)(特點)及力學(xué)性能i. 過熱

26、區(qū)：此區(qū)的加熱溫度范圍為固相線至1100，具有過熱組織或晶粒顯著粗大的組織。ii. 細(xì)晶區(qū)：此區(qū)的加熱溫度范圍為AC3以上，未達(dá)到過熱溫度，由于焊后空冷，相當(dāng)于熱處理后的正火組織。iii. 部分相變區(qū)：此區(qū)的加熱溫度范圍為AC3-AC1之間?？绽鋾r為先共析鐵素體（細(xì)?。┖椭楣怏w以及未溶的粗大鐵素體組織。3. 影響焊接接頭性能的主要因素 .a) 焊接缺陷：焊接裂紋(接頭破壞的破壞源)、熔合不良、咬邊、夾渣、氣孔 b) 接頭形狀不連續(xù)性(加強高即余高)c) 焊接殘余應(yīng)力和變形（應(yīng)力疊加+變形=接頭強度下降）前三項主要是對力學(xué)性能的影響。d) 材質(zhì)：塑性應(yīng)變，相變使材質(zhì)性能下降e) 焊后熱處理f)

27、焊接材料：焊條和焊絲等（焊條，焊絲與母材強度及化學(xué)成分的搭配）g) 焊接方法h) 焊接工藝：焊接電流、電弧電壓、焊接速度和線能量等的總稱為工藝參數(shù)4. 設(shè)計焊接接頭的注意事項.a) 保證焊接接頭滿足使用要求；b) 在不損害強度的前提下，必須盡量減少焊接部位。c) 在設(shè)計焊接接頭時，要注意使接頭的可焊性好，并盡可能選用自動化程度較高的焊接方法。d) 力求減小焊接接頭的拘束應(yīng)力。避免幾條焊縫集中在一起，或者焊縫彼此過于接近，以避免產(chǎn)生裂紋和材質(zhì)性能變壞。e) 接頭形式能保證選擇的焊接方法正常施焊；f) 對大型焊接結(jié)構(gòu)，必須對胚料的加工精度和接頭的裝配精度有較嚴(yán)格的技術(shù)要求，以避免產(chǎn)生接頭錯邊；g)

28、 接頭形式應(yīng)盡量簡單，盡量采用平焊和自動焊焊接方法，少采用仰焊和立焊，且最大應(yīng)力盡量不設(shè)在焊縫上；h) 焊接工藝能保證焊接接頭在設(shè)計溫度和腐蝕介質(zhì)中正常工作；i) 焊接接頭便于檢驗；j) 焊前準(zhǔn)備的工作量和焊接所需費用低。5. 焊接接頭的基本形式.（圖樣繪制）a) 對接接頭：將同一平面上的兩個被焊工件的邊緣相對焊接起來而形成的接頭。對接接頭是焊接結(jié)構(gòu)中理想的方式，具有受力好、強度大和節(jié)省金屬材料的特點。b) T型接頭：將相互垂直的被連接件用角焊縫連接起來的接頭。T形(十字)接頭能承受各種方向的力和力矩，是各種箱型結(jié)構(gòu)中最常見的接頭形式。c) 搭接接頭：兩塊板料相疊，而在端部或側(cè)面進(jìn)行角焊，或加

29、上塞焊縫、槽焊縫連接的接頭。搭接接頭中兩鋼板中心線不一致，受力時產(chǎn)生附加彎矩，會影響焊縫強度。d) 角接接頭：兩鋼板成一定角度，在鋼板邊緣焊接的接頭。角接頭多用于箱形構(gòu)件，騎座式管接頭和筒體的連接，小型鍋爐中火筒和封頭連接。6. 焊接坡口a) 定義b) 開坡口的根本目的：保證焊接接頭的質(zhì)量，性能以及經(jīng)濟性i. 質(zhì)量：是為保證電弧能深入到焊縫根部使其焊透，便于清渣以獲得良好的焊縫成形性，對于合金鋼來說，坡口還能起到調(diào)節(jié)熔合比的作用；ii. 性能：對動載強度，疲勞強度，斷裂強度的影響 ；iii. 經(jīng)濟性。c) 坡口的設(shè)計原則.坡口的形式和尺寸主要根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的板厚、選用的焊接方法、焊接位置和焊接工藝

30、等來選擇和設(shè)計。 i. 焊縫中填充的材料少；ii. 具有好的可焊性；iii. 坡口的形狀應(yīng)容易加工；iv. 便于調(diào)整焊接變形；d) 選擇坡口的依據(jù)i. 加工的難易程度；ii. 焊接材料的消耗量；iii. 具有好的可焊性及可焊到性.7. 焊接接頭的力學(xué)性能a) 焊縫金屬的凝固(特點)：柱狀晶和細(xì)晶的形成過程？單道焊組織為典型的柱狀晶。柱狀晶通常是與等溫線垂直的方向長大。多層焊時，后續(xù)焊道對前一道焊縫重新加熱，于是消除了柱狀晶，并使晶粒細(xì)化。b) 焊縫金屬的力學(xué)性能：取決于焊接方法，焊接規(guī)范，焊接工藝，線能量，接頭形式。c) 熔合區(qū)的力學(xué)性能焊縫與母材交接的過渡區(qū)。冷卻后熔化的金屬凝固成鑄態(tài)組織，

31、未熔化的金屬因加熱溫度過高成為粗晶，其韌性和塑性明顯變差，容易產(chǎn)生裂紋和脆性破壞，是焊接接頭的危險區(qū)域之一。d) 熱影響區(qū)的力學(xué)性能i. 強度分布1. 1200，粗晶區(qū)，硬度、強度比母材高，塑性比母材低；(主要受冷卻速度的影響)2. 700-900，屈服強度比母材低；3. 低于700，無組織變化。ii. 韌性變化.：韌性不均勻。（控制母材組織及韌化處理）1200度以上的粗晶區(qū)到熔合線部分：焊縫附近的脆化區(qū)。iii. 熱塑性應(yīng)變脆化.iv. 硬化.：主要取決于被焊鋼種的化學(xué)成分和冷卻條件v. 軟化HAZ的軟化或失強對焊接接頭力學(xué)性能影響相對較??；采用小焊接線能量、多層焊并保持較低的層間溫度，可降

32、低強化相的析出聚集，從而降低HAZ的軟化傾向。8. 焊接接頭的工作應(yīng)力分布及性能a) 應(yīng)力集中(系數(shù))：由于焊接的形狀和焊縫布置的特點，焊接接頭工作應(yīng)力的分布是不均勻的，其最大應(yīng)力比平均應(yīng)力值高，這種情況稱應(yīng)力集中。b) 應(yīng)力集中產(chǎn)生原因i. 焊接工藝缺陷、冶金缺陷：夾渣、氣孔、咬邊、未焊透均會引起應(yīng)力集中、其中咬邊、未焊透較為嚴(yán)重。ii. 不合理的焊縫外形：不同焊縫形狀會引起不同程度的應(yīng)力集中。iii. 不合理的接頭設(shè)計：不同接頭型式引起應(yīng)力集中不同。iv. 焊縫布置不合理v. 焊接殘余應(yīng)力vi. 制造過程中的缺陷應(yīng)力集中系數(shù)的大小與余高及焊縫向母材過渡的半徑有關(guān)。c) 對接接頭的工作應(yīng)力分

33、布.（原因：余高及焊縫向母材過渡的半徑）對接接頭的焊縫形狀產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)不連續(xù)性，因而引起不同的應(yīng)力分布，在焊縫與母材的過渡處引起應(yīng)力集中，最大應(yīng)力集中部位在焊趾。d) T形接頭的工作應(yīng)力分布. （原因：未熔透）未熔透的十字接頭，在焊趾和焊根處有較大的應(yīng)力集中系數(shù)，其中以焊根處為最大；熔透的十字接頭有較小的應(yīng)力集中系數(shù)。對于板厚方向承受高拉應(yīng)力的十字接頭，以防厚板出現(xiàn)層狀撕裂，使用插件將工作焊縫轉(zhuǎn)化為聯(lián)系焊縫。e) 搭接接頭的工作應(yīng)力分布.i. 正面搭接角焊縫：與力作用方向垂直的焊縫1. 焊縫根部、焊趾應(yīng)力集中嚴(yán)重2. 焊趾的應(yīng)力集中系數(shù)隨角焊縫的斜邊與水平邊的夾角而改變3. 減小、增大熔深焊透根

34、部和增大底邊焊腳長度，可使KT減小4. 為了減少彎曲應(yīng)力，兩條正面角焊縫之間的距離應(yīng)不小于其板厚的4倍。ii. 側(cè)面搭接角焊縫iii. 斜向搭接角焊縫iv. 聯(lián)合搭接角焊縫f) 根據(jù)焊接接頭的設(shè)計情況，焊縫可以承剪切、拉伸、撕拉和扭轉(zhuǎn)等載荷。g) 電阻點焊接頭i. 焊點主要承受剪切應(yīng)力；ii. 單排點焊接頭的應(yīng)力分布與t/d有關(guān)；iii. 多排點焊以兩端焊點排受力最大，中間焊點最小。iv. 焊點排數(shù)不宜過多，不多于3排v. 焊點排數(shù)指垂直于受力方向vi. 最多3排的原因：電流分流影響焊點質(zhì)量；排數(shù)越多，應(yīng)力分布越不均勻。h) 鉚焊聯(lián)合結(jié)構(gòu).和鉚焊聯(lián)合接頭(不合理)i. 鉚接接頭比焊接接頭剛度小

35、，在承受沖擊載荷的時候能夠吸收較大的能量，起到緩沖作用。ii. 鉚接接頭的應(yīng)力集中系數(shù)較某些焊接接頭的小，疲勞強度大。iii. 鉚接接頭中的內(nèi)應(yīng)力較焊接接頭低。iv. 鉚接結(jié)構(gòu)有良好的止裂性能。v. 鉚接結(jié)構(gòu)易于在工地條件下連接，有較好的安裝質(zhì)量。9. 焊接接頭靜載強度計算和設(shè)計a) 工作焊縫及聯(lián)系焊縫.i. 工作焊縫：焊縫與被連接板件沿受力方向成串聯(lián)形式布置，焊縫傳遞全部載荷，一旦焊縫斷裂，則接頭立即破壞。ii. 聯(lián)系焊縫：焊縫與被連接板件沿受力方向成并聯(lián)形式布置，焊縫只傳遞很少的載荷，主要在被連接板之間起到聯(lián)系作用，即使焊縫斷裂，焊接結(jié)構(gòu)并不立即失效。b) 聯(lián)系焊縫要考慮經(jīng)濟性而減小、減短

36、焊縫；c) 具有雙重性的焊縫，即有工作應(yīng)力又有聯(lián)系應(yīng)力，則只計算工作應(yīng)力，而不考慮聯(lián)系應(yīng)力d) 在判斷焊縫是工作焊縫還是聯(lián)系焊縫時，不僅要看焊縫與被連接板的布置形式，更重要的是看焊縫斷裂后接頭是否立即失效焊接結(jié)構(gòu)的脆性斷裂1. 脆性斷裂的特點及分類a) 特點i. 突然性或不可預(yù)見性；ii. 斷裂時的平均應(yīng)力比屈服極限和設(shè)計許用應(yīng)力小得多，是低應(yīng)力脆斷；iii. 由宏觀裂紋擴展引起，沒有顯著的塑性變形。b) 解理斷裂i. 定義及原理(解理面)解理斷裂是材料在拉應(yīng)力的作用下，由于原子間結(jié)合鍵遭到破壞，嚴(yán)格地沿一定的結(jié)晶學(xué)平面(即所謂“解理面”)劈開而造成的。ii. 特點c) 沿晶斷裂i. 定義：沿

37、晶斷裂是裂紋沿晶界擴展的一種脆性斷裂。ii. 導(dǎo)致原因1. 晶界存在連續(xù)分布的脆性第二相2. 微量有害雜質(zhì)元素在晶界上偏聚3. 由于環(huán)境介質(zhì)的作用損害了晶界iii. 特點.斷口較灰暗、巖石狀、冰糖狀。宏觀呈顆粒狀，有剪切唇；微觀為明顯的多面體，沒有明顯塑性變形。2. 塑性斷裂的兩個階段.及特征.a) 外力作用使得材料發(fā)生變形，夾雜物和第二相粒子的存在使周圍形成位錯塞積。隨外力繼續(xù)增加，形成微空穴。b) 隨外力繼續(xù)增加，材料繼續(xù)變形和滑移，形成的微空穴會聚集長大，使裂紋擴展，最終出現(xiàn)斷裂。c) 韌窩的尺寸形狀的影響因素d) 脆性斷裂及塑性斷裂的相同及不同點.i. 最大的不同點：塑性斷裂在斷裂前比

38、解理斷裂有更大的塑性變形。（斷裂前的塑性變形量的大?。?；ii. 相同點：都是由于夾雜物和第二相質(zhì)點導(dǎo)致的位錯塞積造成的。3. 影響構(gòu)件脆性斷裂的因素a) 化學(xué)成分b) 金屬晶粒度和各向異性i. 晶粒細(xì)小，滑移距離短，在障礙物前塞積的位錯數(shù)目較少，相應(yīng)的應(yīng)力集中較小，而且由于相鄰晶粒取向不同，裂紋越過晶界有轉(zhuǎn)折，需要消耗更多的能量；ii. 晶界對裂紋擴展有阻礙作用，裂紋能否越過晶界，往往是產(chǎn)不產(chǎn)生失穩(wěn)擴展的關(guān)鍵。晶粒越細(xì)，則晶界越多，阻礙作用越大。iii. 晶粒細(xì)化既提高了材料的強度，又提高了它的塑性和韌性。iv. 形變強化、固溶強化、彌散強化(沉淀強化)等方法，在提高材料強度的同時，總要降低一

39、些塑性和韌性。c) 板厚i. 薄板處于平面應(yīng)力狀態(tài)，較大；ii. 厚板在缺口處容易形成三軸拉應(yīng)力，由于沿厚度方向的收縮和變形受到較大的限制，處于平面應(yīng)變狀態(tài)，較小，易產(chǎn)生脆斷。iii. 終軋溫度越低，軋制次數(shù)越多，其塑韌性越好d) 應(yīng)力狀態(tài)：應(yīng)力集中會引起材料脆化。e) 加載速度：加載速度的增加，材料的屈服點升高，促使材料向脆性轉(zhuǎn)變。f) 溫度：隨著溫度降低，材料的屈服點升高，而抗拉強度基本上與溫度變化無關(guān)。4. 脆斷特征及事故因素a) 結(jié)構(gòu)在低溫下工作，低溫使得材料的性質(zhì)變脆；b) 焊接殘余應(yīng)力起到不良作用；c) 焊接過程引起的熱應(yīng)變脆化，使材質(zhì)韌性下降；d) 用不合格材料；e) 結(jié)構(gòu)設(shè)計不

40、合理；f) 焊接過程中形成錯邊和產(chǎn)生角變形。5. 焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生脆性斷裂的原因a) 材料的韌性不足：材料的微觀塑性變形能力差，特別是焊接結(jié)構(gòu)的缺口、尖端處，起弧位置，脆性斷裂在大多數(shù)情況下從焊接區(qū)開始，所以焊縫及熱影響區(qū)的韌性不足往往是造成低應(yīng)力脆性破壞的主要原因。b) 存在裂紋等缺陷：斷裂總是從材料缺陷處開始，缺陷中則以裂紋為最危險，而焊接則是產(chǎn)生裂紋的主要原因。c) 設(shè)計和制造工藝不合理：不正確的設(shè)計和不良的制造工藝會產(chǎn)生較大的焊接殘余應(yīng)力，該應(yīng)力過大時，則導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的脆性斷裂。6. 缺口效應(yīng)a) 引起應(yīng)力集中，并引起三向應(yīng)力狀態(tài)或兩向應(yīng)力狀態(tài)；b) 使材料強度增高，塑性降低，脆性增大。c)

41、缺口越尖銳、曲率越小應(yīng)力集中越嚴(yán)重。7. 材料斷裂的評定方法a) 轉(zhuǎn)變溫度方法(屈強比的影響)i. 臨界轉(zhuǎn)變溫度的確定方法.：沖擊試驗，佩里斷裂分析理論，尼伯林克試驗，靜載試驗。ii. 沖擊韌性定義：材料在沖擊載荷下吸收塑性變形功和斷裂功的能力，是材料強度和塑性的綜合表現(xiàn)。iii. 沖擊試驗的評定方法：能量準(zhǔn)則法，斷口形貌準(zhǔn)則法，延性準(zhǔn)則法。iv. 止裂的情況：1. 裂紋前方區(qū)域具有足夠的韌性；2. 裂紋到達(dá)應(yīng)力低值區(qū)。b) 斷裂力學(xué)方法i. (臨界)應(yīng)力強度因子ii. 斷裂韌度及判據(jù)iii. 斷裂韌度的應(yīng)用8. 影響焊接結(jié)構(gòu)脆性斷裂的因素a) 焊接結(jié)構(gòu)的特點：剛性大、整體性強b) 焊接結(jié)構(gòu)制

42、造工藝特點對脆斷的影響i. 焊接殘余應(yīng)力的影響.焊接殘余應(yīng)力對脆性斷裂有哪些影響？低應(yīng)力脆性斷裂有以下幾種情況：A.在低應(yīng)力下產(chǎn)生裂紋并立即斷裂。這是最危險的失隱斷裂。B.低應(yīng)力下雖產(chǎn)生脆性裂紋，但裂紋擴展到一定長度后自行停止。以后繼續(xù)加載到屈服強度后才完全斷裂。C.在較高溫度下，則要有高達(dá)屈服強度的應(yīng)力才會產(chǎn)生裂紋，最后發(fā)生斷裂。當(dāng)溫度在材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度以下時，如果焊接殘余應(yīng)力為拉應(yīng)力，拉伸殘余應(yīng)力將和工作應(yīng)力迭加共同起作用，在外加載荷很低時，發(fā)生低應(yīng)力脆性破壞。 拉伸殘余應(yīng)力一般只限于焊縫附近部位，所以在焊縫附近的峰值殘余應(yīng)力有助于斷裂的發(fā)生。ii. 焊接應(yīng)力循環(huán)和應(yīng)變循環(huán)的影響1. 試

43、驗結(jié)果表明，焊接應(yīng)力、應(yīng)變循環(huán)對于焊前有裂紋和焊后開裂的寬板試件抗脆斷能力有不同程度的影響，特別是應(yīng)變循環(huán)的影響差別更大。2. 由應(yīng)力循環(huán)、應(yīng)變循環(huán)、熱塑性變形循環(huán)以及熱循環(huán)引起的應(yīng)變時效對局部脆化影響嚴(yán)重。由熱循環(huán)引起的應(yīng)變時效熱應(yīng)變時效或動應(yīng)變時效。iii. 焊接生產(chǎn)過程的影響：預(yù)應(yīng)變+彎板矯形iv. 焊接熱循環(huán)產(chǎn)生的組織變化的影響：q的大小焊接過程的快速加熱和冷卻，使焊縫本身和熱影響區(qū)發(fā)生一系列組織變化，過小的焊接熱輸入易造成淬硬組織并易產(chǎn)生裂紋；過大的焊接熱輸入易造成晶粒粗大和脆化，降低接頭的韌性。v. 角變形和錯邊的影響vi. 焊接缺陷的影響：面缺陷>體缺陷 焊接接頭中，大約4

44、0的脆斷事故是從焊接缺陷處開始的。在外載作用下，裂紋前沿附近會產(chǎn)生少量塑性變形，同時尖端有一定量的張開位移，使裂紋緩慢發(fā)展，當(dāng)外載增加到某一臨界值時，裂紋即以高速度擴展，此時裂紋如位于高值拉應(yīng)力區(qū)，往往引起整個結(jié)構(gòu)的脆性斷裂。 除去裂紋以外，其他焊接缺陷，如咬邊、未焊透、焊縫表面成形不良等，都會產(chǎn)生應(yīng)力集中和可能引起脆性破壞。9. 脆性斷裂的分析a) 亞臨界裂紋引起的脆斷的原因i. 對結(jié)構(gòu)提供了附加能量；ii. 使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生局部脆化（熱塑性脆化）；iii. 造成疲勞和應(yīng)力腐蝕裂紋。b) 裂紋擴展.i. 穩(wěn)定擴展（亞臨界擴展）：在不斷接收外界能量的情況下擴展（半臨界裂紋尺寸到臨界裂紋尺寸）；ii.

45、 失穩(wěn)擴展：不需要持續(xù)提供能量，裂紋自動發(fā)生擴展（大于臨界裂紋尺寸）c) 斷裂理論的應(yīng)用d) 焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則.i. 防止斷裂引發(fā)原則：結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)應(yīng)具有一定的抗開裂性能（易）ii. 止裂原則：一旦出現(xiàn)裂紋，材料應(yīng)具有止裂能力（難）10. 預(yù)防焊接結(jié)構(gòu)脆性斷裂的措施a) 采用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計i. 全面了解焊接結(jié)構(gòu)的工作條件ii. 盡量減少結(jié)構(gòu)和接頭的應(yīng)力集中.1. 在結(jié)構(gòu)中一些界面需要改變的地方，必須設(shè)計成平緩過渡，不允許有突變和尖角。2. 在設(shè)計中應(yīng)盡量選用應(yīng)力集中系數(shù)小的對接接頭，避免選應(yīng)力集中系數(shù)較大的蓋板接頭。辨析：設(shè)計時應(yīng)該采用應(yīng)力集中系數(shù)小的接頭，避免使用蓋板接頭及搭接接頭。上圖

46、為角焊縫的環(huán)焊縫，下圖為對接接頭的環(huán)焊縫，它的收縮空間較大，橫向應(yīng)力有足夠的釋放空間，應(yīng)力集中系數(shù)較小。3. 不同厚度的構(gòu)件對接時應(yīng)盡可能采用圓滑過渡。4. 充分考慮可焊到性。5. 避免焊縫密集。iii. 盡量減小結(jié)構(gòu)的剛度iv. 不采用過厚的板材v. 要重視結(jié)構(gòu)中附加件的連接形式和不受力焊縫的設(shè)計vi. 采用合理的焊接工藝b) 正確選用材料.選材原則是既要保證結(jié)構(gòu)的安全性，又要考慮經(jīng)濟效益。一般，應(yīng)使所選母材和焊接填充金屬保證在工作溫度下有合格的缺口韌性。含義：i. 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)有足夠的抗開裂能力；ii. 隨著鋼材強度等級的提高，斷裂韌性和工藝性一般都

47、有所下降。所以不宜采用比實際需要強度更高的材料。c) 嚴(yán)格執(zhí)行制造工藝和質(zhì)量要求斷裂力學(xué)方法評定結(jié)構(gòu)的安全性，重視質(zhì)量監(jiān)督。焊接接頭和結(jié)構(gòu)的疲勞強度1. 疲勞斷裂定義（名解）2. 脆性破壞與疲勞破壞的相同點與不同點.a) 都屬低應(yīng)力破壞；b) 破壞前結(jié)構(gòu)都沒有明顯的征兆或外觀變形，突發(fā)性強；c) 都對應(yīng)力集中很敏感，起裂位置多半存在原始缺陷，或起裂于應(yīng)力集中點。3. 疲勞強度的基本概念a) 疲勞應(yīng)力循環(huán)特性的基本參數(shù).：最大，最小，平均，特征，應(yīng)力幅b) 應(yīng)力循環(huán)的基本類型（載荷的種類）.：靜載，脈動，波動，隨機，對稱c) 疲勞強度與疲勞極限d) 圖解法4. 疲勞分類.a) 應(yīng)力狀態(tài)：扭轉(zhuǎn)疲勞

48、，拉壓疲勞，彎曲疲勞，復(fù)合疲勞；b) 環(huán)境：熱疲勞，腐蝕疲勞，接觸疲勞；c) 循環(huán)周期：高周疲勞，低周疲勞；d) 破壞原因：機械疲勞，熱疲勞，腐蝕疲勞。5. 疲勞裂紋形成(及疲勞破壞定義)疲勞斷裂是由循環(huán)應(yīng)力(形核)、拉應(yīng)力(擴展)、塑性應(yīng)變同時作用而造成的。a) 疲勞裂紋的形成（三種形核方式）i. 滑移帶開裂；ii. 夾雜物和基體晶面開裂；iii. 孿晶和晶界開裂b) 疲勞裂紋的擴展過程及機理i. 第一階段：與拉應(yīng)力軸線成45度角。沿主滑移系，以純剪切方式向內(nèi)擴展；ii. 第二階段：與拉應(yīng)力軸向垂直。由于晶界的阻礙作用，使擴展方向逐漸垂直于主應(yīng)力方向，可以穿晶擴展。形成疲勞輝紋，一條輝紋就是

49、一次循環(huán)的結(jié)果。c) 疲勞破壞的宏觀斷口特征i. 疲勞源：斷面光亮平滑，可以有一個或幾個不等；ii. 疲勞區(qū)：斷口比較光滑并且分布有貝紋線；iii. 瞬斷區(qū)：斷口粗糙，呈結(jié)晶狀或放射狀，邊緣有剪切唇。6. 影響構(gòu)件疲勞強度的因素.a) 應(yīng)力集中：強度越高，缺口越尖銳，應(yīng)力集中越敏感；b) 表面狀況：表面粗糙度及表面強化的影響；c) 尺寸的影響：尺寸增加，疲勞極限降低，應(yīng)力集中系數(shù)增加；i. 試樣尺寸增加時，材料疲勞極限降低；（考慮表層狀態(tài)影響越顯著）ii. 強度高的合金鋼，其尺寸影響比強度低的鋼大；iii. 當(dāng)應(yīng)力分布不均勻性增加時，尺寸影響也增加；iv. 尺寸增加時，有效應(yīng)力集中系數(shù)也增加。

50、d) 材料內(nèi)因：包括化學(xué)成分，顯微組織，冶金缺陷；e) 工件結(jié)構(gòu)：包括壁厚，壁厚均勻性及表面溝槽；f) 工況因素：包括載荷及環(huán)境的影響。7. 斷裂力學(xué)中裂紋的亞臨界擴展8. 焊接結(jié)構(gòu)疲勞強度設(shè)計的一般原則9. 影響焊接接頭疲勞強度的因素a) 焊接接頭應(yīng)力集中i. 結(jié)構(gòu)表面形狀的突然變化；ii. 各種缺陷和孔洞；iii. 焊接變形錯邊，角變形。b) 焊接殘余應(yīng)力的影響i. 對于無應(yīng)力集中現(xiàn)象的試件，殘余應(yīng)力一般不會降低疲勞強度；只有在應(yīng)力集中的情況下，殘余拉伸應(yīng)力才會降低疲勞強度。ii. 殘余拉應(yīng)力提高了疲勞循環(huán)的平均應(yīng)力，加速疲勞破壞；殘余壓應(yīng)力可以阻止或減緩疲勞裂紋的萌生及擴展。iii. 結(jié)

51、構(gòu)剛?cè)嵯酀某潭龋簶?gòu)件的整體剛度和強度是結(jié)構(gòu)承載的根基；接頭間的平滑、圓滑、柔韌程度，是減低應(yīng)力集中敏感性的重要手段c) 焊接缺陷的影響i. 表面缺陷比內(nèi)部缺陷影響大，與作用力方向垂直的面缺陷的影響比其它方向的大；ii. 位于殘余拉應(yīng)力區(qū)內(nèi)的缺陷的影響比在殘余壓應(yīng)力區(qū)的大；iii. 位于應(yīng)力集中區(qū)的缺陷（如焊縫趾部裂紋）比在均勻應(yīng)力場中同樣缺陷影響大。d) 疲勞載荷性質(zhì)及大小e) 環(huán)境因素(腐蝕介質(zhì))f) 材質(zhì)的純度及材料的塑性和韌性10. 提高焊接接頭疲勞強度的措施a) 降低應(yīng)力集中i. 設(shè)計合理的結(jié)構(gòu)形式，減少應(yīng)力集中，以提高疲勞強度。 ii. 盡量采用應(yīng)力集中系數(shù)小的焊接接頭iii. 在

52、必須采用角焊縫的情況下，應(yīng)采取綜合措施來提高疲勞強度，焊趾處采用機械加工，合理選擇角接板形狀，保證焊縫根部焊透。這些措施都能使應(yīng)力集中降低，減少殘余應(yīng)力的不利影響。iv. 試驗證明，當(dāng)焊縫周圍剛性較大時，可以通過開緩和槽的方法來提高接頭的疲勞強度v. 采用表面機械加工的方法，消除焊趾處的刻槽，降低應(yīng)力集中程度，以提高接頭的疲勞強度。vi. 采用電弧TIG或等離子束整形的方法可以代替機械加工的方法來使焊縫與基本金屬之間平滑過渡。b) 調(diào)整殘余應(yīng)力場.i. 超載預(yù)拉伸ii. 局部擠壓或點狀加熱c) 表面強化處理.i. 錘擊法ii. 噴丸11. 其他類型疲勞.12. 復(fù)習(xí)題a) 什么是疲勞破壞？疲勞

53、破壞可分哪幾類？疲勞破壞：材料在循環(huán)變應(yīng)力作用下，雖然工作應(yīng)力的最大值小于材料的強度極限，但由于材料局部造成永久性累積損傷，從而產(chǎn)生裂紋并且最終斷裂。按應(yīng)力狀態(tài)分：彎曲疲勞，扭轉(zhuǎn)疲勞，拉壓疲勞，復(fù)合疲勞；按環(huán)境分：腐蝕疲勞，熱疲勞，接觸疲勞；按循環(huán)周期分：高周疲勞，低周疲勞；按破壞原因分：機械疲勞，腐蝕疲勞，熱疲勞b) 斷口形貌可分為哪三個區(qū)域？有何特征？疲勞源，疲勞區(qū)，瞬斷區(qū)。疲勞源：斷面光亮平滑，可以有一個或幾個不等；疲勞區(qū)：斷口比較光滑并且分布有貝紋線；瞬斷區(qū)：斷口粗糙，呈結(jié)晶狀或放射狀，邊緣有剪切唇。c) 試闡述疲勞斷裂的過程。疲勞斷裂分為三個階段：裂紋形成，裂紋擴展，瞬時斷裂。i. 裂紋形成：有三種方式：滑移帶開裂；夾雜物和基體晶面開裂；孿晶和晶界開裂。ii. 裂紋擴展：1. 第一階段：擴展方向與拉應(yīng)力軸線成45度角，沿主滑移系以純剪切方式向內(nèi)擴展；2. 第二階段：與拉應(yīng)力軸向垂直。由于晶界的阻礙作用，使擴展方向逐漸垂直于主應(yīng)力方向，可以穿晶擴展。形成疲勞輝紋，一條輝紋就是一次循環(huán)的結(jié)果。iii. 瞬時斷裂d) 影響零件疲勞強度的因素有哪些？i. 應(yīng)力集中：強度越高，缺口越尖銳，應(yīng)力集中越敏感；ii. 表面狀況：表面粗糙度及表面強化的影響