第一講 焊接結(jié)構(gòu)及其生產(chǎn)設(shè)備

1、焊接結(jié)構(gòu)學(xué)（第一講） 焊接結(jié)構(gòu)學(xué) 緒論 焊接技術(shù)在工業(yè)部門中應(yīng)用的歷史并不長(zhǎng)，但其發(fā)展卻非常迅速。短短的幾十年中，焊接已在許多工業(yè)部門的金屬結(jié)構(gòu)中，如建筑鋼結(jié)構(gòu)，船體，鐵道車輛、壓力容器等幾乎全部取代了鉚接。此外，在機(jī)械制造業(yè)中，以往由整鑄整鍛方法生產(chǎn)的大型毛坯改成了焊接結(jié)構(gòu)，目前，世界主要工業(yè)國(guó)家生產(chǎn)的焊接結(jié)構(gòu)占到鋼產(chǎn)量的45%。緒論 焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 與鉚接、螺栓連接的結(jié)構(gòu)相比較，或者與鑄造鍛造的結(jié)構(gòu)相比較，焊接結(jié)構(gòu)有下列特點(diǎn)（優(yōu)點(diǎn)）：1、焊接接頭強(qiáng)度高 鉚接、螺栓連接的結(jié)構(gòu)，要在母材上鉆孔，削弱了工作截面，強(qiáng)度下降約20% 焊接；接頭強(qiáng)度可達(dá)到與母材等強(qiáng)度甚至高于母材強(qiáng)度。緒論 焊接結(jié)構(gòu)的

2、特點(diǎn) 2、焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活性大，主要表現(xiàn)在：焊接結(jié)構(gòu)的幾何形狀不受限制：如鉚、鑄、鍛等方法無(wú)法制造空心結(jié)構(gòu)，焊接則可以；結(jié)構(gòu)的壁厚不受限制：兩被連接構(gòu)件的壁厚可以相差很大，薄厚均可；結(jié)構(gòu)的外形尺寸不受限制：對(duì)大型結(jié)構(gòu)可分段制成部件，現(xiàn)場(chǎng)組焊、鍛、鑄、工藝則不允許；可利用標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)型材組焊接成所需要結(jié)構(gòu)，段結(jié)構(gòu)重量減輕。焊縫減少；可與其它工藝方法聯(lián)合使用：鑄焊 鍛焊 栓焊 沖壓焊接等聯(lián)合的金屬結(jié)構(gòu)；可實(shí)現(xiàn)異種材料的連接：同一結(jié)構(gòu)的不同部位可按需要配置不同性能的材料，做到物盡其用。緒論 焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)3、焊接接頭密封性好 氣密性，水密性均優(yōu)于其它方法，特別是在高溫，高壓容器上，只有焊接接頭才是最

3、理想的連接形式。4、焊前準(zhǔn)備工作簡(jiǎn)單 由于近年來(lái)數(shù)控精密氣割設(shè)備的發(fā)展，對(duì)于各種厚度或形式狀復(fù)雜的待焊接，不必預(yù)劃線就能直接從板料上切割出來(lái)，一般不用再機(jī)械加工就可投入裝配焊接。緒論 焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)5、易于結(jié)構(gòu)的變更和改型 鑄造鑄型（木型） 鍛造開(kāi)模具 周期長(zhǎng)、成本高 焊接、則快速、簡(jiǎn)便、投資少6、適用于制作大型或重型、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且是單件小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu) 大 簡(jiǎn)單 批量小 焊接占優(yōu)勢(shì) 結(jié)構(gòu) 小 復(fù)雜 批量大 鑄鍛占優(yōu)勢(shì)7、成品率高 一旦出現(xiàn)缺陷，可以修復(fù)、很少產(chǎn)生廢品。緒論 焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)焊接結(jié)構(gòu)所存在的問(wèn)題（缺點(diǎn)）：1、存在較大的焊接應(yīng)力和變形 焊接（局部加熱）內(nèi)應(yīng)力變形工藝缺欠承

4、載能力（剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性）下降尺寸精度，尺寸穩(wěn)定性下降校形增加工作量增加成本緒論 焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)焊接結(jié)構(gòu)所存在的問(wèn)題（缺點(diǎn)）：2、對(duì)應(yīng)力集中敏感 焊接結(jié)構(gòu)具有整體性，其剛度大，焊縫的布置、數(shù)量和次序等都會(huì)影響到應(yīng)力分布，對(duì)應(yīng)力集中敏感，而應(yīng)力集中是疲勞，脆斷等破壞的起源，因此在焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要妥善緒論 焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)焊接結(jié)構(gòu)所存在的問(wèn)題（缺點(diǎn)）：3、焊接接頭的性能不均勻 焊接金屬是由母材料和填充金屬在焊接熱作用下熔合而成的鑄造組織，靠近焊接金屬的母材（近縫區(qū)）受焊接熱的影響，組織和性能發(fā)生變化（謂之熱影響區(qū)），因此，焊接接頭在成分，組織和性能上都是一個(gè)不均勻體，其不均勻程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了鑄、鍛件

5、，這種不均勻性對(duì)結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為，特別是斷裂行為有重要影響。焊接結(jié)構(gòu)學(xué) 緒論二、焊接性分析 焊接作為一種制造技術(shù)或生產(chǎn)手段，其目的是要獲得具有優(yōu)異的連接質(zhì)量和優(yōu)秀的使用性能的產(chǎn)品（或構(gòu)件）。但是由于焊接過(guò)程的復(fù)雜性和眾多的影響因素、非線性問(wèn)題，瞬時(shí)作用以及溫度的相關(guān)性效應(yīng)等等，使得要正確描述在各種情況下產(chǎn)生的焊接變形和焊接殘余應(yīng)力，準(zhǔn)確把握產(chǎn)品質(zhì)量變得非常困難。 在實(shí)際工作中，人們采用焊接性的概念。作為一個(gè)分類系統(tǒng)，它在考慮焊接殘余應(yīng)力和焊接變形的影響方面有一定的意義。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，現(xiàn)在已經(jīng)有可能將焊接性分解為熱學(xué)、力學(xué)，顯微結(jié)構(gòu)等過(guò)程，從而降低了焊接性各種現(xiàn)象的復(fù)雜性。 緒論

6、焊接性分析 1、構(gòu)件焊接性 與焊接冶金課程中介紹的，“材料焊接性”的概念相比，構(gòu)件焊接性含義更廣泛，它可以包含以下幾方面內(nèi)容：“材料的焊接適應(yīng)性”、“設(shè)計(jì)的焊接可靠性”和“制造的焊接可行性”。 焊接殘余應(yīng)力和焊接變形是焊接性的多要組成部分，它影響到冷、熱裂紋、影響使用性能并妨礙制造過(guò)程。 焊接性的定義緒論 焊接性分析2、影響焊接性的因素 根據(jù)上述分類，可將影響焊接的因素按下面的方式分類：影響焊接性的因素與材料有關(guān)的因素與制造有關(guān)的因素與設(shè)計(jì)有關(guān)的因素母材和填充材料的類型(化學(xué))成分和顯微組織結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸、支撐條件和負(fù)載，焊縫類型，厚度和配置焊接方法、焊速，焊接操作，坡口形狀，焊接順序，多層

7、焊，定位焊。夾緊、預(yù)熱和焊后熱處理。緒論 焊接性分析 從狹義上來(lái)說(shuō)，焊接性可理解為所需求的強(qiáng)度性能、焊接接頭的強(qiáng)度受到化學(xué)分成或溫度循環(huán)等主要影響因素的支配，而這些因素又受到如焊縫類型，或預(yù)熱溫度等的影響，強(qiáng)度行為可用一些主要的或物理特征值來(lái)描述，而這些特征值又可能涉及另一些次要的或工藝的特征值，下圖為一張僅限于影響強(qiáng)度性能的不完全的可變因素圖，由此，可看出“焊接性”的復(fù)雜性。 緒論本課程的內(nèi)容和范圍 從前述內(nèi)容可以看出，焊接結(jié)構(gòu)的性能和質(zhì)量問(wèn)題涉及到三個(gè)主要方面，即熱場(chǎng)（溫度場(chǎng)），應(yīng)力和變形場(chǎng)以及顯微組織狀態(tài)場(chǎng)，其對(duì)應(yīng)的基本理論分別為熱學(xué)（傳熱學(xué)、）、力學(xué)（流體力學(xué)、材料力學(xué)、彈塑性力學(xué)、斷裂力學(xué)）和金相學(xué)（金屬學(xué)、冶金學(xué)、金屬力學(xué)性能等）。 關(guān)于顯微組織狀態(tài)場(chǎng)的問(wèn)題，重點(diǎn)在焊接冶金學(xué)中解決，關(guān)于應(yīng)力和變形場(chǎng)以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等問(wèn)題則是本課程的主要內(nèi)容。而熱