最新焊接結(jié)構(gòu)學(xué)期末考試試卷

1、精品文檔焊接結(jié)構(gòu)學(xué)期末考試試卷一、名詞解釋.內(nèi)應(yīng)力：是指在沒有外力的條件下平衡于物體內(nèi)部的力。.解理斷裂：是沿晶內(nèi)一定結(jié)晶學(xué)平面分離而形成的斷裂，是一種晶內(nèi)斷裂。.應(yīng)力腐蝕開裂：是指在拉應(yīng)力和腐蝕共同作用下產(chǎn)生裂紋的現(xiàn) 象。.溫差拉伸法：是利用在焊接結(jié)構(gòu)上進(jìn)行的不均勻加熱造成的適當(dāng)?shù)臏囟炔?，來使焊縫 及其附近區(qū)域產(chǎn)生拉伸塑性變形，從而抵消焊接時所產(chǎn)生的壓縮塑性變形，達(dá)到消除部 分焊接殘余應(yīng)力的目的。.焊接結(jié)構(gòu)：用焊接的方法生產(chǎn)制造出來的結(jié)構(gòu)。.焊接溫度場：是指在焊接過程中，某一時刻所有空間各點(diǎn)溫度的總計或分布。.應(yīng)力集中：是指接頭局部區(qū)域的最大應(yīng)力值比平均應(yīng)力值高的現(xiàn)象。.焊接變形：由于焊接而

2、引起的焊件尺寸的改變稱為焊接變形。.聯(lián)系焊縫：是一種焊縫與被連接的元件是并聯(lián)的，它僅傳遞很小的載荷，焊縫一旦斷裂結(jié)構(gòu)不會立即失效，這種焊縫稱為聯(lián)系焊縫。.工作焊縫：是一種焊縫與被連接的元件是串聯(lián)的，它承擔(dān)著傳遞全部載荷的作用， 即焊縫一旦斷裂結(jié)構(gòu)就立即失效，這種焊縫稱為工作焊縫。.動應(yīng)變時效：金屬和合金在塑性變形時或塑性變形后所發(fā)生的時效過程.焊接殘余應(yīng)力： 焊件在焊接過程中，熱應(yīng)力、相變應(yīng)力、加工應(yīng)力等超過屈服極限， 以致冷卻后焊件中留有未能消除的應(yīng)力。這樣焊接冷卻后的殘余在焊件中的宏觀應(yīng)力稱為殘余焊接應(yīng)力。.焊接熱循環(huán)：在焊接過程中，工件上的溫度隨著瞬時熱源或移動熱源的作用而發(fā)生變 化，溫

3、度隨時間由低而高，達(dá)到最大值后，又由高而低的變化稱為焊接熱循環(huán)。.延性斷裂：伴隨明顯塑性變形而形成延性斷口（斷裂面與拉應(yīng)力垂直或傾斜，其上 具有細(xì)小的凹凸，呈纖維狀）的斷裂。二、簡答題.焊接結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)？焊接結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：（1）焊接可以把不同形狀， 不同厚度，不同材料的工件連接起來，且可與母材相當(dāng)，同時可使產(chǎn)品重量減輕，生產(chǎn)成本明顯降低。（2）焊接是一種金屬原子間的結(jié)合，剛度大，整體性好，不像機(jī)械連接那樣有間隙，可以減少變形，且能保證 容器類結(jié)構(gòu)的氣密性和水密性。（3）與鑄、鍛等其它加工方法相比，生產(chǎn)焊接產(chǎn)品一般不需要大型貴重設(shè)備。投資少，見效快。（4）大多數(shù)焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工藝簡單，設(shè)備的操作比較容

4、易，應(yīng)用面非常廣泛。（5）焊接特別適用于幾何尺寸大，而材料較分散的制品。（6）焊接結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)可實(shí)現(xiàn)全過程的質(zhì)量跟蹤。比如生產(chǎn)過程中的聲發(fā)射檢測技術(shù)，焊前的材料檢驗(yàn)，焊后的多種檢測手段（X射線，超聲波）等。.簡述焊接殘余變形的分類及特點(diǎn)？縱向收縮變形，即構(gòu)件焊后在焊縫長度方向上發(fā)生收縮。橫向收縮變形，即構(gòu)件精品文檔精品文檔焊在垂直焊縫方向上發(fā)生收縮。撓曲變形，即構(gòu)件焊后發(fā)生撓曲，由焊縫的縱向 收縮和橫向收縮引起。角變形，即焊后構(gòu)件的平面繞焊縫產(chǎn)生角位移。波浪變 形，即焊后構(gòu)件呈波浪形，多在焊接薄板時發(fā)生。錯邊變形，即由于焊接件的熱 膨脹不一致，在厚度或長度方向上引起錯邊。螺旋形變形，即焊后在結(jié)構(gòu)

5、上產(chǎn)生 扭曲。.焊接熱過程的復(fù)雜性主要表現(xiàn)在哪幾方面？1）、熱過程的局部性或不均勻性與熱處理工藝不同，多數(shù)焊接過程都是局部進(jìn)行加熱的，只有在熱源直接作用 下的區(qū)域受到加熱，有熱量輸入，其它區(qū)域則存在熱量損耗，（舉例：電弧焊、電阻焊等），受熱區(qū)域的金屬熔化，形成焊接熔池，這正是引起殘余應(yīng)力和變形的根 源。2）、熱源的相對運(yùn)動由于焊接熱源相對于工件的位置在不斷發(fā)生變化，這就造成了焊接熱過程的 不穩(wěn)定性3）、熱過程的瞬時性（非穩(wěn)態(tài)性）由于金屬材料中熱的傳播速度很快，焊接將必用到高度集中的熱源，這種熱 源可以在極短的瞬間內(nèi)將大量的熱量由熱源傳遞給工件，這就造成了焊接熱過程 的時變性和非穩(wěn)態(tài)特性4.內(nèi)應(yīng)

6、力的存在，對塑性材料和靜載強(qiáng)度有何影響？如果材料具足夠的塑性，當(dāng)外力所引起的應(yīng)力與內(nèi)應(yīng)力疊加達(dá)到材料的屈服極限后， 應(yīng)力就不再增加，而是產(chǎn)生塑性變形，這樣就會使構(gòu)件整個截面上應(yīng)力逐漸均勻化，只 要材料有足夠的延性，內(nèi)應(yīng)力的存在并不影響材料的靜載強(qiáng)度。5、常用的疲勞圖有幾種表示形式？）用最大應(yīng)力和應(yīng)力循環(huán)特性系數(shù)表示的疲勞圖 2 ）用最大應(yīng)力和平均應(yīng)力表示的 疲勞圖3）用應(yīng)力振幅和平均應(yīng)力表示的疲勞圖 4）用最大應(yīng)力和最小應(yīng)力表示的疲勞圖 6、例舉焊接熱源模型。1）點(diǎn)熱源模型2）線熱源模型3）面熱源模型4）高斯熱源模型5）雙橢球熱源模型 6）廣義雙橢球熱源模型7、以平板對接為例，用圖示的方式給出

7、縱向焊接殘余應(yīng)力的縱向和橫向分布形勢。精品文檔精品文檔8、畫出未開坡口的十字形接頭的工作應(yīng)力分布。9,預(yù)防焊接變形的措施？（一）設(shè)計措施：合理地選擇焊縫的尺寸和形式盡可能減少不必要焊縫合理地安排焊縫的位置 工藝措施：采取反變形法。剛性固定法，即在沒有反變形的情 況下，采用裝夾具來增加構(gòu)件的剛性，提高其抵抗變形的能力。合理地選擇焊接 方法和規(guī)范，即在滿足設(shè)計要求作使用要求的前題下，盡量采用小的焊接線能量。10.簡述焊縫及接頭的基本型式。（一）焊縫的基本型式：1、對接焊縫；2、角焊縫；（二）接頭的基本型式：1、對接接頭；2、搭接接頭；3、丁字（十字）接頭；4、角接 頭11、簡述焊接接頭疲勞斷裂的過

8、程。疲勞斷裂的過程一般由三個階段所組成：一、在應(yīng)力集中處產(chǎn)生初始疲勞裂紋。疲 勞裂紋“產(chǎn)生”的定義帶有一定的隨意性，隨裂紋檢測技術(shù)的不同而不同；二、裂紋穩(wěn) 定擴(kuò)展；三、斷裂，斷裂階段一般根據(jù)結(jié)構(gòu)的型式而定。12、簡述焊接熱循環(huán)的概念及其主要參數(shù)。熱循環(huán)及其特征在焊接過程中熱源沿焊件移動時，焊件上某點(diǎn)的溫度隨時間由低而 高達(dá)到最大值后又由高到低變化的過程稱焊接熱循環(huán)?？梢?，焊接是一個不均勻加熱和 冷卻的過程，它給母材造成了不均勻的組織和不均勻的性能，又使焊件產(chǎn)生復(fù)雜的應(yīng)變 和應(yīng)力。掌握近縫區(qū)的熱循環(huán)，對于控制和提高焊接質(zhì)量相當(dāng)重要。1）加熱速度焊接的加熱速度比普通的金屬熱處理?xiàng)l件下快得多，它受焊

9、接方法、焊接熱輸入、板厚及幾何 尺寸和金屬熱物理性質(zhì)的影響。焊接鋼材時，加熱速度越快，鋼中奧氏體的均質(zhì)化和碳化物溶解就越不充分，必然影響到焊接熱影響區(qū)冷卻后的組織與性能。2）峰值溫度即加熱最高溫度，它決定著焊后母材熱影響區(qū)的組織與性能，例如，接頭熔合線附近的過熱 段，就是因?yàn)闇囟雀?，引起晶粒粗大，致使韌性下降。低合金鋼對接單道焊的熱循環(huán)參 精品文檔精品文檔數(shù)（焊縫旁的過熱粗晶區(qū)）焊接方法。3）高溫停留時間是指在相變溫度以上停留的時間，該時間對于金屬相的溶解、析出、擴(kuò)散均質(zhì)化以及晶粒粗化等影響很大。對于低碳鋼和 低合金鋼，相變溫度以上的停留時間是指）.以上的停留時間，這時間越長，越有利于奧氏體的

10、均質(zhì)化和奧氏體晶粒長大。常把高溫停留時間分成加熱過程的高溫停留時間 和冷卻過程的高溫停留時間冷卻速度和冷卻時間4）冷卻速度或冷卻時間是影響焊接熱影響區(qū)組織與性能的主要因素。在熱循環(huán)曲線上，每一溫度下的瞬時冷卻速度都不相同，各點(diǎn) 的冷卻速度可用該點(diǎn)切線的斜率表示。對于低合金鋼，在連續(xù)冷卻條件下組織轉(zhuǎn)變最快 13、內(nèi)應(yīng)力的存在對構(gòu)件剛度有何影響？當(dāng)外載產(chǎn)生的應(yīng)力 8與結(jié)構(gòu)中某區(qū)域的殘余應(yīng)力疊加之和達(dá)到屈服點(diǎn)fy時，這一區(qū)：域的材料就會產(chǎn)生局部塑性變形，喪失了進(jìn)一步承受外載的能力，造成結(jié)構(gòu)的有效截而 積減小，結(jié)構(gòu)的剛度也隨之降低。結(jié)構(gòu)上有縱向和橫向焊縫時（例如工字梁上的肋板焊縫），或經(jīng)過火焰校正，都

11、可能在較大的截面上產(chǎn)生殘余拉伸應(yīng)力，雖然在構(gòu)件長度上的 分布范圍并不太大，但是它們對剛度仍然能有較大的影響。特別是采用大量火焰校正后 的焊接梁，在加載時剛度和卸載時的回彈量可能有較明顯的下降，對于尺寸精確度和穩(wěn) 定性要求較高的結(jié)構(gòu)是不容忽視的。14、簡述延性斷裂和脆性斷裂的斷裂機(jī)理及斷口形貌。根據(jù)金屬材料斷裂前塑性變形量的大小，斷裂可分為延性斷裂和脆性斷裂兩種形式。、延性斷裂 斷裂過程是：金屬材料在載荷作用下，首先發(fā)生彈性變形。當(dāng)載荷繼續(xù)增加到某一數(shù)值，材料即發(fā)生屈服，產(chǎn)生塑性變形。繼續(xù)加大載荷，金屬將進(jìn)一 步變形，繼而發(fā)生斷裂口或微空隙。這些斷裂口或微空隙一經(jīng)形成，便在隨后的加載過 程中逐步

12、匯合起來，形成宏觀裂紋。宏觀裂紋發(fā)展到一定尺寸后，擴(kuò)展而導(dǎo)致最后斷裂。延性斷裂的裂口呈纖維狀，色澤灰暗邊緣有剪切唇，裂口附近有宏觀的塑性變 形。、脆性斷裂 應(yīng)力低于材料的設(shè)計應(yīng)力和沒有顯著塑性變形情況下，金屬結(jié)構(gòu)發(fā)生瞬時、突然破壞的斷裂 （裂紋擴(kuò)展速度可達(dá)1500-2000m/s）,稱脆性斷裂。脆性斷裂的裂口平整，與正應(yīng)力垂直，沒有可以覺察到的塑性變形，斷口有金 屬光澤15、以熱影響區(qū)強(qiáng)度和延性的變化為例，說明焊接接頭力學(xué)性能的不均勻性。由于焊接溫度場的梯度很大，所以在這個范圍內(nèi)各點(diǎn)上的熱循環(huán)也是不同的，從而 引起熱影響區(qū)力學(xué)性能的分布不均勻加熱溫度在1200 c以上時，由原始組織轉(zhuǎn)變而成的奧

13、氏體晶粒急劇長大，冷卻后得到晶粒粗大的過熱組織，稱為粗晶區(qū)。粗晶區(qū)的硬度 和強(qiáng)度都高于母材，而延性較母材低，這種現(xiàn)象主要是受冷卻速度的影響。延性的降低 與鋼材的含碳量和熱循環(huán)時產(chǎn)生的馬氏體多少有關(guān)加熱溫度在1200c Ac3范圍內(nèi)，原始組織全部轉(zhuǎn)化為奧氏體，但由于加熱速度快、奧氏體晶粒細(xì)小，稱之為細(xì)晶區(qū)。該區(qū) 的綜合力學(xué)性能良好， 既具有較高的強(qiáng)度， 又具有較高的延性加熱溫度在900700 c的區(qū)域，原始組織中僅有一部分轉(zhuǎn)化為奧氏體，冷卻后得到粗細(xì)不勻的組織，使的該區(qū) 屈服強(qiáng)度比母材略低，這種傾向?qū)τ谡{(diào)質(zhì)鋼特別明顯。加熱溫度低于700 c的區(qū)域，因精品文檔精品文檔 沒有組織變化，其強(qiáng)度和延性與

14、母材無大的差異。16、簡述焊接熱過程的疊加原理。疊加原理就是假設(shè)有若干個不相干的獨(dú)立熱源作用在同一焊件上，則焊件上某一點(diǎn)的溫度等于個獨(dú)立熱源對該點(diǎn)產(chǎn)生溫升的總和。17、構(gòu)件的焊接性包括哪幾方面內(nèi)容？答：構(gòu)件焊接性包含以下幾個方面：材料的焊接適應(yīng)性、設(shè)計的焊接可靠性、制造的焊 接可行性。18、簡述焊后消除焊接內(nèi)應(yīng)力的方法。1.整體高溫回火2.局部高溫回火3.機(jī)械拉伸法4.溫差拉伸法5.振動法三、論述題1、綜述調(diào)控焊接應(yīng)力與變形的焊前措施。1、合理地選擇焊縫的尺寸和形狀。焊縫的尺寸直接關(guān)系到焊接的工作量、焊接應(yīng) 力和變形的大小。在保證結(jié)構(gòu)承載能力的前提下，應(yīng)遵循的原則是：盡可能的使 焊縫長度最短，

15、盡可能采用小的板厚，盡可能的使焊腳尺寸小，斷續(xù)焊縫和連續(xù) 焊縫相比，優(yōu)先采用斷續(xù)焊縫，角焊縫與對接焊縫相比，優(yōu)先采用角焊縫以及復(fù) 雜結(jié)構(gòu)最好采用分部組合焊接。2、盡量避免焊縫的密集與交叉。焊縫間相互平行且密集時，相同方向上的焊接殘 余應(yīng)力和塑性變形區(qū)會出現(xiàn)一定程度的疊加；焊縫交叉時，兩個方向上均會產(chǎn)生較高的殘余應(yīng)力。3、合理的選擇肋板的形狀并適當(dāng)?shù)陌才爬甙宓奈恢茫梢詼p少焊縫并使得焊縫的 密集程度減小，提高肋板加固的效果。4、采用壓形板來提高平板的剛性和穩(wěn)定性，大大減少了鋼板的拼接焊縫，可以有 效地減小焊接應(yīng)力與變形。5、聯(lián)系焊縫（按構(gòu)件設(shè)計要求不直接承載的焊縫）可以采用斷續(xù)焊縫的形式以降 低

16、熱輸入總量。雙面斷續(xù)焊縫的焊段可左交替布置。在可能出現(xiàn)腐蝕的地方用切 口使焊縫閉合。6、預(yù)變形法或反變形法也是焊前需要考慮采用的重要措施。按照預(yù)先估計好的結(jié) 構(gòu)的變形大小和方向，在裝配時對構(gòu)件施加一個大小相等方向相反的變形與焊接 變形相抵消，使構(gòu)件焊后保持設(shè)計要求。2、綜述影響金屬脆性斷裂的主要因素。1、應(yīng)力狀態(tài)的影響：處于單軸或雙軸拉伸應(yīng)力下，呈塑性；在三軸拉伸應(yīng)力下， 不易發(fā)生塑性變形，呈脆性。2、溫度的影響：溫度降低，材料剪切屈服限增大，正斷抗力相對不變，發(fā)生解理 斷裂的危險性增大。3、加載速度的影響：提高加載速度，材料剪切屈服限增大，正斷抗力相對不變， 其作用相當(dāng)降低溫度，促使材料脆性

17、斷裂。4、材料狀態(tài)的影響：精品文檔精品文檔A、厚度的不利影響：厚板在缺口處容易形成三軸拉應(yīng)力、厚板軋制次數(shù)少，終軋 溫度較高，組織疏松，內(nèi)外層均勻性較差。B、晶粒的影響：對脆性-延性轉(zhuǎn)變溫度有很大影響，晶粒越細(xì)，其轉(zhuǎn)變溫度越低。C、化學(xué)成分影響：C、N、O、H、S、P增加鋼的脆性；適量加入 Mn、Ni、Cr、V等合金元素可減少鋼的脆性。1、綜述提高焊接接頭疲勞強(qiáng)度的措施有：（一）、降低應(yīng)力集中。采用合理的構(gòu)件結(jié)構(gòu)形式，減少應(yīng)力集中，提高疲勞強(qiáng)度。盡量采用應(yīng)力集中系數(shù)小的焊接接頭，采用復(fù)合結(jié)構(gòu)把角焊縫變?yōu)閷?；使聯(lián)接件的截面無突變；降低對接焊縫中的缺陷。采用角焊縫時，必須采用綜合措施來降低應(yīng)用

18、集中。在焊縫附近緩和，使力線繞開應(yīng)力集中處。采用電弧整形，使焊縫與基本金屬過渡平滑。在構(gòu)件表面進(jìn)行機(jī)加工，消除焊縫及其附近的缺口來降低應(yīng)力集中。（二）、調(diào)整殘余應(yīng)力場，使殘余應(yīng)力的分布盡量均勻化。（三）、改善材料的機(jī)械性能，提高材料的疲勞強(qiáng)度。（四）、采用保護(hù)介質(zhì)實(shí)現(xiàn)特殊保護(hù)。2、預(yù)防焊接結(jié)構(gòu)脆性斷裂的措施一、正確選用材料選擇材料的基本原則是既要保證結(jié)構(gòu)的安全使用，又要考慮經(jīng)濟(jì)效果。一般地說， 應(yīng)使所選用的鋼材的焊接用填充金屬保證在使用溫度下具有合格的缺口韌性，其含義是：第一，在結(jié)構(gòu)工作和要件下，焊縫、熱影響區(qū)、熔合線的最脆部位應(yīng)有足夠的抗開裂性能，母材應(yīng)具有一定的止裂性能。第二、隨著鋼材強(qiáng)度的提高，斷裂韌性和工藝性一般都有所下降。因此，不宜采 用此實(shí)際需要強(qiáng)度更高的材料。特別不應(yīng)該單純追求強(qiáng)度指標(biāo)，忽視其它性能。二、采用合理的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計（一）盡量減少結(jié)構(gòu)或焊接接頭部位的應(yīng)力集中1、在一些構(gòu)件截面改變的地方，必須設(shè)計成平緩過渡，不要形成尖角。2、在設(shè)計中應(yīng)盡量采用應(yīng)力集中系數(shù)小的對接接頭。3、不同厚度的構(gòu)件的