焊接结构设计复习提纲。
1.1焊接结构的优点及局限性。
优点：1.整体性，具有高刚性，整体刚性强，传力特性好高致密性，气密性好，可制造高压容器2.
重量轻，焊接结构减少材料消耗，比铆接轻15~20%，比铸件轻50~60%3.接头等强性，焊缝与母材不同质，强度不同，其强度等于或高于母材结构材质好，材料利用率高4.合理利用材料，异种材料焊接，合金锯条，容器衬里，硬质合金刀具，金刚石钻具，挖煤机械，仿生光滑犁壁、自动控制记忆合金、喷涂、堆焊5.
焊接结构设计灵活性大；焊接结构几何形状不受限制，结构的壁厚不受限制，结构的外形尺寸不受限制，可联合其他工艺，如铸——焊，锻——焊，实现不同金属的连接。
局限性：1.存在严重的应力集中；焊接时局部加热—内应力—变形—工艺缺陷——承载能力下降——尺寸精度，稳定性下降——校形——增加工作量、成本。
2.必然产生残余应力和变形；因焊接结构具有整体性，刚度大，焊缝布置、数量和次序等都会影响热应力分布，对应力集中敏感，然后诱发疲劳，脆断等破坏。3.
接头存在性能不均匀性。焊接接头组织不均匀，该不均匀程度远远超过了铸、锻件，对断裂有重要影响。
1.2 焊接热过程的复杂性有几个方面？
1.焊接热过程不均性局部性；与热处理工艺不同，多数焊接过程都是局部进行加热的，只有在热源直接作用下的区域受到加热，有热量输入，其它区域则存在热量损耗，（举例：电弧焊、电阻焊等），受热区域的金属熔化，形成焊接熔池，这正是引起残余应力和变形的根源。
2.焊接热过程瞬时性；由于金属材料中热的传播速度很快，焊接将必到用高度集中的热源，这种热源可以在极短的瞬间内将大量的热量由热源传递给工件，这就造成了焊接热过程的时变性和非稳态特性。
3.焊接热源的行对运动由于焊接热源相对于工件的位置在不断发生变化，这就造成了焊接热过程的不稳定性。
2.1 焊接热源的类型。
1.电弧焊热源。
电弧焊时，热量产生于阳极与阴极斑点之间气体柱的放电过程。焊接过程采用的是直接弧，阳极斑点和阴极斑点直接加热母材和焊丝（或电极材料）。等离子弧焊时，应用非直接弧，也就是电弧是间接加热被焊工件。
直接弧：主要作用：阴、阳极斑点直接加热母材和焊丝；辅助作用：
弧柱产生的辐射、对流，电极斑点产生的辐射等。 间接弧：主要依靠辐射和对流加热。
2.气体火焰焊接热源
气焊时，乙炔c2h2在纯氧o2中部分燃烧，在环绕焰心的还原区形成一氧化碳co和氢h2，然后在外焰区与空中的氧作用，完全燃烧形成二氧化碳co2和水h2o蒸气，焰流以高速冲击焊接区表面，通过对流和辐射加热工件。
3. 电阻焊热源
电阻点焊和电阻对焊时，在通过传导或感应传递能量的高频电阻焊时，由于集肤效应和传输电阻，首先使极薄的表面层被加热；电渣焊时，熔融而导电的渣池被电阻热加热，并熔化母材和连续给进的焊丝。
4.摩擦焊热源
磨擦焊时，相对旋转的表面被摩擦加热，去除不纯材料层，最后在轴向加压及焊件在略低于熔点的温度下连接起来。 搅拌摩擦焊是由于摩擦热和变形热来提高工件的温度和塑性变形能力，并在压力下形成接头。振动焊接（超声波）时，利用了高频率的摩擦效应，但其温度远低于材料熔化温度。
5. 电子束焊接热源
在电子束焊时，电子（由热阴极发射，电子透镜聚焦）被大约10μm厚的表面层吸收，并产生热量。当电子束功率密度足够大时，焊件表面被熔化，最后导致形成很深的穿透型蒸气毛细孔，其周围是熔化的金属，并由此进行加热焊接。
6.激光束焊接热源。
聚焦的激光束直接照射焊接区域，并被大约0.5μm厚的表面层吸收。如果功率密度足够大，可以像电子束一样形成毛细管。作为实际焊接热源，激光散焦时，通过热传导传递热量到焊件内部。
7.铝热剂焊接热源。
这种方法主要用于钢轨焊接，熔池通过铝粉和金属氧化物的化学（放热）反应而使工件被加热并形成熔池，反应后形成铝的氧化物（熔渣），填充金属和热量都是在反应区体积内产生的。
2.2 焊接热循环的主要参数。
1.加热速度焊接加热速度要比热处理时的加热速度快得多，这种快速加热使体系处于非平衡状态，因而在其冷却过程中必然影响热影响区的组织和性能； 如：h(加热速度)—tp(相变温度)，会导致奥氏体化程度和碳化物溶解程度。
2.加热最高温度 tmax指工件上某一点在焊接过程中所经历的最高温度，即该点热循环曲线上的峰值温度。 考察位置不同最高温度不同冷却速度不同焊接组织不同性能不同。
例如：熔合线附近（对一般低碳钢和低合金钢来说，其tm可达1300—1350℃），由于温度高，其母材晶粒发生严重长大，导致塑性降低。
3. 在相变温度以上停留的时间在相变温度以上停留的时间越长，就会有利于奥氏体的均匀化过程。如果温度很高时（如1100 ℃以上），即使时间不长，对某些金属来说，也会造成严重的晶粒长大。
为了研究问题方便，一般将th分成两部分。即 t’—加热过程停留时间： t”—冷却过程停留时间：
4.冷却速度或冷却时间冷却速度是决定热影响区组织和性能的最重要参数之一，是研究热过程的重要内容。通常我们说冷却速度，可以是指一定温度范围内的平均冷却速度（或冷却时间）也可以是指某一瞬时的冷却速度。
对于低碳钢和低合复钢来说，我们比较关心的熔合线附近在冷却过程中经过540℃时的瞬时速度，或者是从800℃降温到500℃的冷却时间t8-5,因为这个温度范围是相变最激烈的温度范围。
3.1 焊接变形的种类：收缩变形，角变形，弯曲变形，波浪变形，扭曲变形，错边变形。
3.2 焊接变形的根本原因： 焊接过程的加热和冷却受到周围冷金属的拘束，不能自由膨胀和收缩。
（1）杆件的不均匀受热。 （2）焊缝金属的收缩。（3）金属组织的变化。
（4）焊件的刚性和拘束。
3.3 焊接残余应力：不均匀的温度场所造成的内应力达到材料的区服极限，使构件局部发生塑性变形，当温度恢复均匀后，产生的内应力残留在物体里，称为残余应力。
3.4 减小残余应力的措施。
1. 设计措施：正确布置焊缝，避免应力叠加。尽量减少结构上焊缝的数量和焊缝尺寸。 避免焊缝过分集中，焊缝间应保持足够的距离。采用刚性较小的接头形式。
2.工艺措施。
1）采用合理的装配焊接顺序和方向。
如在一个平面上的焊缝，焊接时，应保证焊缝的纵向和横向收缩均能比较自由；
收缩量大的焊缝应先焊；工作时受力最大的焊缝应先焊；平面交叉焊缝焊接时，在焊缝的交叉点易产生较大的焊接应力；对接焊缝与角焊缝交叉的结构。
2）预热法。
3）冷焊法。
4）降低焊缝的拘束度。
5）加热“减应区”法。
3.5 消除残余应力的措施。
1.高温回火，改变金相组织与性能。
2. 热塑性法，在焊接接头两侧压应力区域局部加热。
3.机械拉伸法。
4.振动法。
3.6 控制焊接变形的措施。
1.设计措施 1）合理选择焊缝的尺寸和形状2）合理选择焊缝长度和数量3）合理安排焊缝的位置。
2.工艺措施 1）反变形法2）留余量法3）刚性固定法4）选择合理的装配焊接顺序5）合理选择焊接方法和焊接工艺参数6）热平衡法7）散热法。
3.7 矫正焊接变形的措施。
1.手工矫正法2.机械矫正法3.火焰加热矫正法。
3.8 焊接应力和变形有什么危害？
1）对静载强度的影响如果材料处于脆性状态时，应力达到强度极限时，构件将发生局部破坏，最后导致构件断裂。（2）残余应力对疲劳强度的影响削减疲劳强度（3）残余应力对机械加工精度的影响机械加工后，原内应力的平衡打破，工件将产生变形。（4）残余应力对受压杆件的影响对翼缘宽厚比较大的h型截面，压缩残余应力将降低翼缘的局部稳定性。
局部失稳可能造成杆件整体失稳。（5）残余应力σ1对刚度的影响刚度降低（6）残余应力对应力腐蚀（开裂）的影响速度加快。
4.1 焊接接头的一般组成：焊缝金属，融合区，热影响区。
4.2 焊接接头的特点：不均匀性，应力集中，刚性大，4.3 焊接接头突出的优点：
承载多向性；结构的多样性；链接的可靠性；加工的经济性。
5.1 预防焊接结构脆性断裂的措施。
1.正确选用材料 1）保证结构在工作条件下，接头的最脆部位有足够的抗开裂性能，母材应有一定的止裂能力；2）不宜采用比实际需要强度更高的材料。
2.采用合理的焊接结构设计。
1）尽量减少结构或焊接接头部位的应力集中。
6.1 焊接结构疲劳特点与脆断的区别。
1.特点： 1）焊接结构的疲劳破坏多由焊缝处开始，2）低应力断裂，无塑性变形与与脆断共同点。
2，与脆断的区别：
1） 多次加载，逐渐破坏，有一定寿命，有时长达数年高周期疲劳，2） 对温度不敏感，不存在脆性转变温度，即tk.脆断受温度的影响，而疲劳对应力集中很敏感。
3） 断口，疲劳辉纹，宏观呈壳纹。
4） 疲劳过程裂纹扩展界限不明显，有不同的观点。
6.2 各类参数对疲劳强度的影响。
1. 材料的影响。
2. 表面状况的影响表面硬化及表面层中的残余压应力均可使疲劳强度大大提高。
3. 循环次数的影响。
4. 应力性质的影响
5. 缺口效应的影响。
6.3 疲劳强度设计的一般原则。
1. 承受拉伸、弯曲和扭转的构件应采用长而圆滑的过渡结构，以减小刚度的突然变化。
2. 优先选用对接焊缝、单边v形焊缝和k形焊缝，尽量不用角焊缝。
3. 最好采用双面角焊缝，避免使用单面角焊缝。
4. 采用有搭接板的搭接接头和弯搭接接头，尽量不用偏心搭接。
5. 是焊缝位于低应力区，使缺口效应分散而避免其叠加。
6. 在焊趾缺口、焊缝根部缺口和焊缝端部缺口之前或之后设置一些缓冲缺口以消除或降低上述缺口部位的应力。
7. 承受横向弯曲的构件应缩短支撑间距以减小弯矩。
8. 横向力应作用于剪切中心之上以减少扭矩。
9. 承受拉伸与弯曲的构件如需要加强，则强件长度应小，以减小加强件对于构件变形的拘束。
10. 承受扭转的构件，为避免横截面翘曲受阻可采用切除翼缘端部。
11. 使焊缝能包围较大面积或局部增加构件壁厚以减轻外力作用于薄壁构件上引起的局部弯曲。
12. 在薄板范围内合理布置焊缝以减轻弯曲变形。
13. 避免能扰乱力流的开口，但与力流垂直的加强肋板角部应切除。
14. 在特别危险的部位以螺栓接头或铆接接头，锻造连接件或铸造连接件代替焊接接头。
15. 消除能引起腐蚀的本部间隙。
8.1 焊缝的有效厚度
1.全断面焊头对接焊缝的理论厚度是板厚。不同厚度对接焊时，取较薄钢板厚度。
2.角焊缝的理论厚度取焊缝根部至等边三角形斜边垂直距离，8.2 焊接结构设计的一般思路。
1.实用性，2.可靠性 3. 工艺性 4.经济性。
8.3 焊接结构设计的基本方法。
1.许用应力设计法 2.可靠性设计法 3.有限元数值模拟辅助设计法。
8.4 焊接接头的合理性书p298 表8-2,9.1 对焊缝进行机加工对疲劳强度有何影响？
用表面机械加工的方法，消除焊缝及其附近的各种刻槽，可以降低构件中的应力集中程度，提高接头疲劳强度。
焊接结构生产复习提纲
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