第一篇：焊接基礎知識教案（模版）

第1,2課時

焊接基礎知識

教學目標：

知識與技能：

1、了解焊接的概念及分類。

2、知道焊接電弧的組成及焊接電弧的偏吹。過程與方法：

1、理解焊接參數的概念

2、掌握焊接接頭的種類及接頭型式

情感態度價值觀：以圖片和視頻吸引學生注意，激發學習興趣。教學重點：焊接的分類、焊接電弧的偏吹

教學難點：焊接參數、焊接接頭的種類及接頭型式 教學方法：講授法 教學準備：多媒體教學 教學過程：

（一）導入：

觀看圖片、視頻導入。

（二）新授：

一、焊接的概念及分類 1.焊接的概念：

焊接就是通過加熱或加壓，或者兩者并用，并且用或不用填充材料使焊件達到結合的一種加工方法。2.焊接的分類：

按造焊接過程中金屬所處的狀態不同，可以把焊接方法分為熔焊、壓焊、釬焊三類。（1）熔焊，熔焊是在焊接過程中將焊接接頭加熱至熔化狀態，不加壓力完成的焊接方法。我們常用的焊條電弧焊、CO2氣體保護焊、氬弧焊、埋弧焊、氣焊等都屬于這種焊接方法。（2）壓焊，壓焊是在焊接過程中必須對焊件施加壓力（加熱或不加熱），以完成焊接的方法。電阻焊、摩擦焊、爆炸焊等都屬于這種焊接方法。

（3）釬焊，釬焊是采用比母材熔點低的金屬材料作釬料將焊件和釬料加熱到高于釬料的熔點，低于母材的熔化溫度，利用液態釬料潤濕母材填充接頭間隙并與母材相互擴散實現連接焊件的方法。常見的釬焊方法有烙鐵釬焊、火焰釬焊等。

二、焊接電弧：

1、電弧的組成

由焊接電源供給的，具有一定電壓的兩極間，在氣體介質中，產生強烈而持久的放電現象稱為焊接電弧。焊接電弧由陰極區、陽極區、弧柱區三個部分組成。

2、焊接時的極性和應用

用直流電源焊接時焊件接電源正極，工件接電源負極稱為正接；焊件接電源負極，工件接電源正極稱為反接。交流電源不存在正反接。

焊接時極性的選用：

直流弧焊時，為獲得較大的熔深，可采用正接，這是因為電弧的陽極區溫度較高，在焊接薄板時，為防止燒穿，可采用反接。當采用低氫型（堿性）焊條時，為保證電弧穩定性必須采用反接。

3、焊接電弧的偏吹

在焊接過程中，因氣流的干擾、磁場的作用或焊條偏心的影響，會出現電弧中心偏離電極軸線的現象。這就是所謂的電弧偏吹。電弧偏吹不僅是焊接發生困難，甚至息弧。對焊接質量也將帶來較大影響。產生偏吹的主要原因如下：

1）焊條偏心度過大

2）電弧周圍氣流的干擾

3）磁偏吹

使用直流焊機焊接時，因受到焊接回路產生的電磁力的作用而產生的電弧偏吹，稱為電弧的磁偏吹。造成磁偏吹的主要原因如下：

（1）接地線位置不當引起的偏吹

（2）鐵磁物質引起的偏吹

（3）焊條和焊件位置不對稱引起的磁偏吹

三、焊接參數：

焊接參數是指為保證焊接質量而選定的諸物理量的總稱。焊條電弧焊的焊接參數主要是指焊條直徑、焊接電流、電弧電壓、焊接速度等。而電弧電壓和焊接速度在焊條電弧焊中不作原則規定，可根據具體情況靈活掌握。

四、焊接接頭的種類及接頭型式：

焊接中，由于焊件的厚度、結構及使用條件的不同，其接頭型式及坡口形式也不同。焊接接頭型式有：對接接頭、T形接頭、角接接頭及搭接接頭。

1、對接接頭

兩件表面構成大于或等于135°，小于或等于180°夾角的接頭，叫做對接接頭。在各種焊接結構中它是采用最多的一種接頭型式。

2、角接接頭

兩焊件端面間構成大于30°、小于135°夾角的接頭，叫做角接接頭。

3、T形接頭

一焊件的端面與另一焊件表面構成直角或近似直角的接頭，叫做T形接頭。

4、搭接接頭

兩焊件部分重疊構成的接頭叫搭接接頭。

（三）、小結：

1、焊接的概念

2、焊接的分類

3、焊接電弧

4、焊接參數

5、焊接接頭的種類及接頭型式

（四）、作業：

1、焊接的概念

2、焊接的分類

3、焊接電弧

4、焊接參數

5、焊接接頭的種類及接頭型式

第二篇：焊接基礎知識培訓有感

焊接基礎知識培訓有感

6月11日下午2點整點上課，我和同事忙完活，提前走進了公司國家級技術中心二樓展示廳的課堂。公司副總工程師楊九成、早已在主講臺等候。為了有利于一小時的學習，我選擇了最前面的第二排坐下。這次培訓由人力資源部牽頭組織，聽課的有技術部門、制造一公司車間一線焊工、工藝部門、品管部檢驗人員等，是我進公司以來的第一次上課。楊總工程師從實際情況出發，以充盈的焊接專業知識和豐富的工作經驗，從焊接節點的設計、生產現場的操作到檢驗、驗收的標準面面俱到，得到同事們的一致好評。不時有員工拿手機拍下PPT板書，學習求進的風氣空前濃厚。原計劃一小時的培訓延長到兩小時才結束。

現在想想回味無窮。通過學習，使我對焊接知識有了更充分的認識。做到老學到老,只有不斷的充電，才能跟上現代企業的發展步伐。目前市場競爭愈來愈激烈、用戶對產品質量的要求越來越高，特別是焊接這一項尤為重要。不僅要看到焊縫的外表美觀，而且還要產品、設備經久內用。焊縫的牢固程度在動態載荷達三萬次以上不斷裂，可想而知焊縫在鋼結構產品制造中，是個不容忽視的重要組成部分。只有不斷的學習、才會不斷的提高；只有各部門形成共識，才會讓產品的設計、制造、檢驗、安裝焊接的質量得到整體的提高。

張興余

第三篇：焊接教案范文

焊條電弧焊

一、焊條電弧焊概念、特點及應用

焊條電弧焊是工業生產中應用最廣的一種焊接方法，它適用于厚度2mm以上的各種金屬材料和各種形狀結構機械零件的焊接。特別適用于結構形狀復雜、焊縫短小，彎曲式各種空間位置的焊接。利用電弧作為焊接熱源的熔焊方法，稱為電弧焊。用手工操作進行焊接的方法稱為焊條電弧焊，簡稱手弧焊。

特點：設備簡單，操作方便、靈活，適應性強，尤其適合于形狀不規則、批量較小的工件焊接。但和自動焊相比，生產率較低，焊接質量不穩定，對操作者技術水平要求較高。

應用：它是機械制造業應用最廣的一種焊接方法。廣泛應用于艦船船體、高爐爐殼、建筑結構、鍋爐、機車車廂、高壓容器及管道等部件的連接。

二、焊接電弧

焊接電弧是在電極與工件之間氣體介質中進行的強烈而持久的放電現象。其組成可分為三個部分：（1）陰極區；（2）弧柱區；（3）陽極區。其中弧柱區溫度可高達5000~8000K。

三、手弧焊設備種類及使用方法

手弧焊設備又叫弧焊機，按照供應電流的性質可分為二種：交流弧焊機、直流弧焊機。

1．交流弧焊機

交流弧焊機是具有一定特性的降壓變壓器。它具有結構簡單，價格便宜，使用方便，噪聲較小及維護容易等優點，工藝上一般能滿足要求，但電弧穩定性較差。

BH-300交流弧焊機是廣泛使用的一種典型設備。B表示交流弧焊變壓器，H表示焊機具有下降特性曲線，結構為動鐵芯式。300表示弧焊機的最大輸出電流300安培。

BX1-300主要技術參數：一次電壓為380V，空載電壓為60-80V，工作電壓為20~30V，電流調節范圍60~300A，額定電流為300 A。

2．直流弧焊機

直流弧焊機由一臺互感電動機和一臺直流弧焊發電機組成。其主要特點是：電弧穩定好，焊縫質量高，但結構復雜，制造成本高，使用時噪聲較大。典型的直流弧焊機有ZXG-300等。

四、焊條的組成及使用

焊條由焊芯、藥皮兩部分組成。

1．焊芯

焊芯是由優質焊條專用鋼經軋制、拉拔后制成的金屬條。它在焊接過程中的主要作用有兩個：導電的電極、焊縫中的填充金屬。

2．藥皮

藥皮是壓涂在焊芯表面上的涂料層。它是由多種礦石粉、易電離物質粉末、鐵合金粉及粘接劑組成。主要作用有四個：穩弧、造渣及造氣、滲合金、脫氧及去硫磷。

在焊接過程中，焊芯和藥皮由于電弧的高溫不斷熔化。藥皮熔化后完全覆蓋在金

屬焊縫上表面；當焊縫冷卻后，必須將表層藥皮敲掉，才會露出金屬焊縫。3．焊條的分類

按藥皮熔化后形成的溶渣性質不同，焊條可分成兩大類：酸性焊條和堿性焊條。藥皮熔化后形成的溶渣以酸性氧化物為主的焊條，稱為酸性焊條，常用牌號有J422，J502等；溶渣以堿性氧化物為主的焊條稱為堿性焊條，常用牌號有J427，J507等。焊條牌號中的“J” 表示焊芯為結構鋼，前兩位數字“42”和“50”分別表示焊縫金屬的抗拉強度為420MPa和500MPa。第三位數字表示藥皮類型和焊接電源種類。2表示酸性（鈦鈣型藥皮）焊條，用交、直流電源均可；7表示堿性焊條（低氫鈉型藥皮），用直流電源。

4．使用焊條的注意事項

1）所有焊條都有2公分不帶藥皮的部分，使用時應將不帶藥皮處夾在焊鉗上，因為藥皮不導電。

2）在焊接過程中，隨著焊芯的不斷縮短，焊芯溫度越來越高，而且越到焊條根部溫度越高。所以實際焊接時，焊芯只能用到距焊鉗2~3公分處就應更換，否則溫度太高焊接質量得不到保證。

五、焊接接頭和坡口

平板焊接常用四種接頭形式：對接接頭，搭接接頭，角接接頭和T形接頭。為了保證焊透工件，厚板焊接時則需要開坡口。坡口形狀根據焊件的板厚而定。常用的坡口形狀有四種典型的形式：I形坡口，V形坡口，X形坡口及U形坡口。

六、手弧焊基本操作技術

1．引弧。引弧就是引燃焊接電弧的過程。引弧時，首先將焊條末端與工件表面形成短路，然后迅速向上提起2~4mm，電弧即被引燃。引弧方法有兩種，即敲擊法和劃擦法。電弧引燃后，為了維持電弧的穩定燃燒，應不斷向下送進焊條。焊條送進速度應和焊條熔化速度相同，以保持電弧長度基本不變。

2．推敷平焊波。推敷平焊波是在平焊位置的焊件上推敷焊縫，這是手弧焊最基本操作。施焊中焊條角度60°~ 90°，電弧長度一般為2~3mm，焊條沿中心線均勻而下送進，保持電弧長度約等于焊條直徑；焊接速度要均勻，沿焊接方向前移的焊條應使焊接過程中熔池寬度保持基本不變。

3．對接平焊操作。對接平焊在生產中最常用，厚度4~6mm鋼板的對接平焊步驟如下：

裝配：將兩板水平放置對齊并留出1~2mm間隙。注意防止錯邊。錯邊允許值應小于板厚的10%。

點固：用焊條點固，固定兩工件的相對位置，點固后須除渣。如工件較長，可每隔300mm左右點固一次。

焊接：選擇合適規范；先焊點固面的反面，使溶深大于板厚的一半，焊后除渣；翻轉工件，焊另一面。

焊后清理：用鋼絲刷等工具把焊件表面的渣殼和飛濺物等清除干凈。

檢驗：焊完后焊縫應形成一條直線；焊縫表面無焊接缺陷；焊縫寬度應控制正負誤差1~2mm；焊縫波紋平整，工件形變小于3mm。

七、手弧焊的安全規則

1．防止觸電

1）焊前檢查焊機外殼接地是否良好。2）檢查焊鉗和電纜絕緣是否良好。

3）焊接操作前應穿好絕緣鞋，戴好電焊手套。4）人體不要同時觸及焊機輸出兩端。

2．防止弧光傷害

1）穿好工作服，戴好電焊面罩，以免弧光傷害皮膚。2）施焊時必須使用面罩，保護眼睛和臉部。

3．防止燙傷

清渣時注意渣的飛出方向，防止渣燙傷眼睛和臉部。

氣焊講稿

氣焊是利用氣體火焰作熱源的焊接方法。氣焊常用乙炔（C2H2）純氧（O2）混合形成可燃燒的火焰，稱為氧乙炔焰。氣焊最高溫度可達3150℃。氣焊火焰在燃燒時產生CO2和CO氣體，包圍著熔化的金屬熔池，排開空氣起到保護作用。氣焊除了可焊接金屬外，還可以切割金屬。氣焊與氣割廣泛用于安裝、工業生產及修理等行業。實際生產中，經常是電弧焊和氣焊配合使用。利用氣焊進行切割，使鋼板和管材分開或制成不同幾何形狀；然后利用電弧焊進行焊接或使分離的工件連接到一起。

一、氣焊特點

氣焊具有設備簡單、溫度控制靈活、不需電源，適合薄板結構等特點。但和電弧相比，氣焊火焰溫度低、加熱速度慢且熱量分散、熱影響區寬、工件受熱范圍大、焊接變形大，其保護效果差以及接頭質量較低。因此氣焊一般應用于厚度5mm以下的低碳鋼薄板、鑄件和管子的焊接，不銹鋼、鋁、銅及其合金焊接時，在質量要求不高的情況下，也可采用。

二、氣焊設備

分成三個部分：氧氣供給系統、乙炔供給系統和管路焊炬系統。1．氧氣瓶

氧氣瓶是儲存和運輸氧氣的高壓容器。氧氣瓶外表面為藍色，在氧氣瓶上標有氧氣字樣。氧氣瓶的工作壓力為15MPa，容積為40升。使用時，一般選用焊接壓力為0.2~0.3 MPa，切割為0.48 MPa。使用氧氣瓶時要保證安全可靠，為防止爆炸，放置它時必須平穩。不與其它氣瓶混放，不得靠近明火或熱源，避免撞擊。夏日要防止日曬，冬季閥門凍結時應用熱水解凍，不能用其它明火加熱。氧氣瓶禁止染沾油脂。氧氣瓶內部壓力很高達15 MPa，但在焊接時一般使用壓力只為0.2~0.3 MPa，所以在氧氣瓶的出口端裝有減壓器。減壓器上面有2個表頭，一個表頭指示氧氣瓶內部有多高壓力，另一個表頭指示焊接時所需的壓力。減壓器工作時，先擰入調壓螺釘，使調壓彈簧受壓。當閥門被頂開高壓氣體進入低壓室時，由于氣體體積膨脹，使氣體壓力降低，低壓表指示出低壓氣體的壓力。隨著低壓室中氣體壓力的增加，壓力薄膜及調壓彈簧自動使閥門的開啟度逐漸減小；當低壓室內氣體壓力達到一定

數值時，就會將閥門固定。調節調壓螺釘的擰入程度，可以改變低壓室內氣體壓力。2．乙炔瓶

乙炔瓶是儲存和運輸乙炔的容器。其外形與氧氣瓶相似，外表面漆成白色，并標出紅色的“乙炔”字樣和“火不可近”字樣，乙炔瓶的工作壓力為1.5MPa。在乙炔瓶內裝有浸滿丙酮的多孔性填料，這種材料能使乙炔穩定而又安全地儲存在瓶內。使用時，溶解在丙酮內的乙炔就分解出來，通過乙炔瓶閥流出。而丙酮仍留在瓶內，以便溶解再次壓入的乙炔。

3．回火防止器

回火防止器是裝在燃料氣路上的防止燃氣管路或氣源回燒的保險裝置。在氣焊或氣割時，由于氣體壓力不正常或焊嘴堵塞等原因發生的火焰沿導管倒燃時，倒流的火焰如進入乙炔發生器就會產生嚴重的爆炸事故。所以，乙快發生器的輸出管路上必須裝置回火防止器。回火防止器的進氣管與乙炔發生器相連，出氣管通往焊炬。回火火焰倒流進入回火防止器時，水將壓下使止回閥關閉從而切斷氣源，同時推開安全閥而將回火火焰排入大氣。這樣就使乙炔不致回燒到乙炔發生器而造成爆炸事故。回火防止器的出口端接到焊炬上。

4．焊炬

焊炬是氣焊時用于控制氣體混合比例、流量及火焰大小并進行焊接的工具。乙炔和氧氣按一定比例均勻混合后由焊嘴噴出，點火燃燒，產生氣體火焰，各種型號的焊炬均配有3~5個大小不同的焊嘴，以供焊接不同厚度的焊件選用。

5．氧乙炔焰

焊接常使用的是三種氧乙炔焰：中性焰、碳化焰及氧化焰。

中性焰：氧和乙炔的混合比例為1.1~1.2時燃燒所形成的火焰稱為中性焰。它由焰心，內焰和外焰三部分組成。焰心呈尖錐狀，白色明亮輪廓清楚；內焰呈藍白色，輪廓不清楚，與外焰無明顯界線，外焰由里向外逐漸由淡紫色變為橙黃色。中性焰在距離焰心前面2~4mm處溫度最高，可達3150℃左右。中性焰適用于焊接低碳鋼、中碳鋼、普通低合金鋼、不銹鋼、紫銅、鋁及鋁合金等金屬材料。

碳化焰：氧氣與乙炔的混合比例小于1.1時燃燒所形成的火焰。由于氧氣不足，燃燒不完全，過量的乙炔分解為碳和氫，故碳會滲到熔池中造成焊縫增碳。碳化焰比中性焰長，適用于焊接高碳鋼，鑄鐵和硬質合金等材料。

氧化焰：氧與乙炔混合比例大于1.2時燃燒所生成的火焰稱為氧化焰。氧化焰比中性焰短，分為焰心和外焰兩部分。由于火焰中有過量的氧，故對熔池金屬有強烈的氧化作用，一般氣焊不宜采用。只有在氣焊黃銅、鍍鋅鐵板時才用輕微氧化焰，以利用其氧化性，在熔池表面形成一層氧化物薄膜，以減少低沸點鋅的蒸發。

6．焊絲

氣焊的焊絲只作為填充金屬，與熔化的母材一起組成焊縫。焊接低碳鋼時，常用的焊絲牌號有H08、H08A等。焊絲直徑一般為2~4mm，氣焊時根據焊件厚度來選擇。為了保證焊接接頭的質量，焊絲直徑與焊件厚度不宜相差太大。

7．氧氣切割

氧氣切割是利用某些金屬在純氧中燃燒的原理來實現金屬切割的方法。氣割開

始時，用氣體火焰將待切割處附近的金屬預熱到燃點。然后打開切割氧氣的閥門，純氧射流使高溫金屬燃燒生成的金屬氧化物被燃燒熱熔化，并被氧氣流吹掉。金屬燃燒產生的熱量和預熱火焰同時又把鄰近的金屬預熱到燃點，沿切割線以一定速度移動割炬，便形成切口。在整個氣割過程中，割件金屬沒有熔化。因此，金屬氣割過程實質上是金屬在純氧中的燃燒過程。氣割所需設備中，除用割炬代替焊炬外，其它設備與氣焊相同。常用割矩的型號有G01-30和G01-100等。

對金屬材料進行氣割時，必須具備下列條件：

1）被切割金屬的燃點必須低于其熔點，這樣才能保證金屬氣割過程是燃燒過程而不是熔化過程。碳鋼中，隨含碳量增加，燃點升高而熔點降低。

2）金屬氧化物的熔點應低于金屬本身的熔點，同時流動性要好，否則，氣割過程形成的高熔點金屬氧化物會阻礙下層金屬與切割射流的接觸，使氣割發生困難。

3）金屬燃燒時能放出大量的熱，而且金屬本身的導熱性要低，這樣才能保證氣割處的金屬具有足夠的預熱溫度，使氣割過程繼續進行。滿足上述條件的金屬材料有純鐵，低碳鋼、中碳鋼和低合金結構鋼等，而鑄鐵、不銹鋼和銅、鋁及其合金不能氣割。

8．氣焊操作

焊槍與工件夾角約30°左右，焊絲與焊槍夾角約90°，焰心與工件距離約2~4mm。

氣體保護焊講授內容

利用外加氣體作為電弧介質并保護電弧和熔池的電弧焊方法稱為氣體保護焊。常用的保護氣體有兩種：氬氣和二氧化碳氣。

一、氬弧焊

用氬氣作為保護性氣體的氣體保護焊稱為氬弧焊。

1．基本原理

利用從氬弧焊槍體噴咀中勻速噴出的氬氣，在電弧及熔池周圍形成連續封閉的氣流把空氣排開，保護焊絲和熔池不與空氣相接觸。由于氬氣是惰性氣體，它不與液態金屬起化學反應，也不溶于金屬。同時氬氣氣流對電弧還有一定的冷卻和壓縮作用，所以氬弧的能量比較集中，加熱速度快。因此氬弧焊的焊縫質量較高。

2．氬弧焊特點

氬氣是惰性氣體，能有效地保護液態金屬不被氧化；電弧熱量集中，熱影響區小，焊件變形小；操作明弧可見，比較直觀、容易；電弧穩定、飛濺小、焊縫致密，機械性能和抗腐蝕性能都比較好，表面無渣，焊縫外型美觀；容易實現機械化和自動化。

3．氬弧焊的應用

氬弧焊是一種高質量的焊接方法，具有很多優點，因此在造船、航空、航天、化工、機械及電子等工業部門都得到了廣泛的應用。但氬弧焊設備復雜、焊接成本較高，目前主要用于焊接一些較貴重金屬，如高合金鋼、鈦合金、不銹鋼、鋁及銅合金和一些稀有金屬等材料。

4．氬弧焊的設備及工藝

根據實習現場的實際設備，介紹我們現有的設備、工藝及操作要領。5．氬弧焊操作

典型工件：不銹鋼、鋁板的氬弧焊操作。

二、CO2氣體保護焊

利用CO2作為作為保護氣體的氣體保護焊稱為CO2氣體保護焊。一般可分為半自動焊、自動焊兩種。1．基本原理

它是用焊絲和工件之間產生電弧來熔化金屬的一種熔化極氣體保護焊。CO2氣體勻速流過焊絲和熔融焊縫周圍的空間，把空氣中的氧氣與焊縫隔離，起到保護焊縫的作用。

2．CO2氣體保護焊的特點

優點： CO2氣體價格廉價，和電弧焊相比生產效率高（不用清渣及換焊條），焊接成本較低；焊接時電流密度大，電弧熱利用率高，焊后不需清渣，生產率高；電弧熱量集中，焊件受熱面積小，變形小；焊縫抗裂性好，焊接質量較高，明弧焊接易于控制；操作靈活，適宜各種空間位置的焊接；易于實現機械化和自動化。

缺點： CO2氣體在高溫時會分解，使電弧氣氛具有強烈氧化性，導致合金元素的氧化燒損，所以不能焊接容易氧化的有色金屬和高合金鋼等；另外CO2焊表面成形差，飛濺較多等；CO2氣體過多地排向大氣，會影響地球大氣環境。

3．CO2氣體保護焊的應用

低碳鋼、低合金鋼、耐磨零件的堆焊，鑄鋼件的補焊等。4．CO2氣體保護焊設備及工藝

根據現場實物介紹我們的設備、工藝及操作要領。5．CO2氣體保護焊操作

典型工件：低碳鋼板的焊接操作。

第四篇：焊接結構教案

第三編 焊接結構 第十三章

焊接應力與變形

本章主要討論焊接應力與變形的基本概念及其產生原因；焊接應力的分布規律；焊接過程中如何降低焊接應力和焊后如何消除焊接殘余應力；焊接變形的種類，焊接過程中如何控制焊接變形和焊后的矯正措施。

第一節 焊接應力和變形的形成過程

一、應力與變形的基本知識

1．應力

物體在單位截面上表現的內力稱為應力。根據引起內力的原因不同，應力可分為：工作應力：物體由于外力作用在其單位截面上出現的內力。

內應力：物體在無外力作用下而存在于內部的應力。內應力按其產生的原因不同分為熱應力、裝配應力、相變應力和殘余應力。

2．變形

物體在外力或溫度等因素的作用下，其內部原子的相對位置發生改變，其宏觀表現為形狀和尺寸的變化，這種變化稱為物體的變形。

按變形性質可分為：彈性變形和塑性變形；

按變形的拘束條件可分為：自由變形和非自由變形。

二、研究焊接應力與變形的基本假定

（1）平截面假定

（2）金屬性能不變的假定

（3）金屬屈服點的假定

三、焊接應力與變形的產生原因

影響焊接應力與變形的因素很多，如焊件受熱不均勻、焊縫金屬的收縮、金相組織的變化及焊件剛性與拘束的影響等，其最根本的原因是焊件受熱不均勻。

為便于了解焊接應力與變形產生的基本原因，首先對均勻加熱時產生的應力與變形進行討論。

1．均勻加熱時引起應力與變形的原因

（1）不受約束的桿件，均勻加熱

屬于自由變形，無殘余應力，無殘余變形。

（2）受約束的桿件在均勻加熱時的應力與變形

如果加熱溫度較低，材料的變形在彈性范圍內，根據虎克定律，應力與應變符合線性關系，當溫度恢復到原始溫度時，桿件自由收縮到原來的長度，壓應力全部消失，即不存在殘余應力與殘余變形。

如果加熱溫度比較高，達到或超過材料屈服點溫度時，桿件的壓縮變形量增大，產生塑性變形，此時的內部變形率由彈性變形率和塑性變形率兩部分組成。當溫度恢復到原始溫度時，彈性變形部分恢復，塑性變形部分不能恢復。① 若桿件能自由收縮，則由于壓縮塑性變形的出現，桿件將比原來長度縮短，出現縮短的殘余變形，但無殘余應力存在。② 如果桿件不能自由收縮，則不存在外觀的殘余變形，但桿件中會產生殘余拉應力。

2．不均勻加熱時引起的應力與變形

（1）長板條中心加熱引起的應力與變形

（2）長板條一側加熱引起的應力與變形 綜上所述：

① 金屬不均勻受熱時，只要加熱溫度高于屈服點溫度，加熱時產生壓縮塑性變形，焊后就會產生殘余應力與殘余變形；

② 焊接過程中的變形與焊接殘余變形方向相反；

③ 焊接加熱時，焊縫附近產生壓縮塑性變形，冷卻后收縮，如果收縮充分，則變形大，應力小；否則變形小，應力大。

④ 焊接瞬時及殘余應力分布不均勻，焊縫及其附近區域通常為殘余拉應力。

第二節 焊接殘余應力

一、焊接殘余應力的分類

1．根據應力性質劃分：拉應力、壓應力

2．根據引起應力的原因劃分：熱應力、組織應力、拘束應力

3．根據應力作用方向劃分：縱向應力、橫向應力、厚度方向應力

4．根據應力在焊接結構中的存在情況劃分：單向應力、兩向應力、三向應力

5．根據內應力的發生和分布范圍劃分：第一類應力、第二類應力、第三類應力

二、焊接殘余應力的分布規律

1．縱向應力бx的分布

бx在焊件橫截面上的分布規律為：焊縫及其附近區域為殘余拉應力，一般可達材料的屈服強度，隨著離焊縫距離的增加，拉應力急劇下降并轉為壓應力。

бx在焊件縱截面上的分布規律為：在焊件縱截面端頭，бx=0，越靠近縱截面的中間，бx越大，逐漸趨近于бs。如圖2-9所示。

圖2-11為板邊堆焊時，бx在焊縫橫截面上的分布。

T形接頭的бx分布與立板和水平板尺寸有很大關系，δ/h越小，接近于板邊堆焊的情況；δ/h越大，接近于等寬板對接的情況。

2．橫向應力бy的分布

бy =бy′+бy″

бy′：焊縫及其塑性變形區的縱向收縮引起的橫向應力；

бy″：焊縫及其塑性變形區的橫向收縮不均勻、不同時引起的橫向應力。

3．特殊情況下的焊接殘余應力

① 厚板中的焊接殘余應力

② 拘束狀態下焊接殘余應力

③ 封閉焊縫中的殘余應力

④ 焊接梁柱中的殘余應力

⑤ 焊接管道中的殘余應力

三、焊接殘余應力對焊接結構的影響

1．對結構強度的影響

只要材料具有足夠的塑性，焊接殘余應力的存在并不影響結構的靜載強度。

對脆性材料制造的焊接結構，由于材料不能進行塑性變形，隨著外力的增加，構件不可能產生應力均勻化，所以在加載過程中應力峰值不斷增加。當應力峰值達到材料的強度極限時，局部發生破壞，而最后導致構件整體破壞。所以焊接殘余應力對脆性材料的靜載強度有較大的影響。

2．對構件加工尺寸精度的影響 3．對梁柱結構穩定性的影響

四、減小焊接殘余應力的措施

一般來說，可以從設計和工藝兩方面著手：

1．設計措施

① 盡可能減少焊縫數量；

② 合理布置焊縫；

③ 采用剛性較小的接頭形式。

2．工藝措施

（1）采用合理的裝配和焊接順序及方向

① 鋼板拼接焊縫的焊接；

② 同時存在收縮量大和收縮量小的焊縫時，應先焊收縮量大的焊縫；

③ 對工作時受力較大的焊縫應先焊；

④平面交叉焊縫的焊接。

（2）縮小焊接區與結構整體之間的溫差

（預熱法、冷焊法）

（3）加熱“減應區”法

（4）降低接頭局部的拘束度

（5）錘擊焊縫

五、消除焊接殘余應力的方法

1．熱處理法

熱處理法是利用材料在高溫下屈服點下降和蠕變現象來達到松馳焊接殘余應力的目的，同時熱處理還可以改善接頭的性能。

（1）整體熱處理

整體爐內熱處理、整體腔內熱處理

整體加熱熱處理消除殘余應力的效果取決于熱處理溫度、保溫時間、加熱和冷卻速度、加熱方法和加熱范圍。保溫時間根據板厚確定，一般按每毫米板厚1~2 min計算，但最短不小于30 min，最長不超過3h。

碳鋼及中、低合金鋼：加熱溫度為580~680℃；

鑄鐵：加熱溫度為600~650℃。

（2）局部熱處理

局部熱處理只能降低殘余應力峰值，不能完全消除殘余應力。加熱方法有電阻爐加熱、火焰加熱、感應加熱、遠紅外加熱等，消除應力效果與加熱區的范圍、溫度分布有關。

2．加載法

加載法就是通過不同方式在構件上施加一定的拉伸應力，使焊縫及其附近產生拉伸塑性變形，與焊接時在焊縫及其附近所產生的壓縮塑性變形相互抵消一部分，達到松馳應力的目的。

（1）機械拉伸法

（2）溫差拉伸法

（3）振動法

六、焊接殘余應力的測定

目前，測定焊接殘余應力的方法主要可歸結為兩類，即機械方法和物理方法。

1．機械方法

利用機械加工將試件切開或切去一部分，測定由此而釋放的彈性應變來推算構件中原有的殘余應力。包括切條法、鉆孔法和套孔法。

2．物理方法

是非破壞性測定焊接殘余應力的方法，常用的有磁性法、超聲波法和X射線衍射法。

（1）磁性法是利用鐵磁材料在磁場中磁化后的磁致伸縮效應來測量殘余應力的。（2）X射線衍射法是根據測定金屬晶體晶格常數在應力的作用下發生變化來測定殘余應力的無損測量方法。

（3）超聲波法是根據超聲波在有應力的試件和無應力的試件中傳播速度的變化來測定殘余應力的。

第三節 焊接殘余變形

一、焊接殘余變形的種類及其影響因素

按變形對整個焊接結構影響程度分類：局部變形、整體變形

按變形特征分類：收縮變形、彎曲變形、角變形、波浪變形、扭曲變形、錯邊變形

1．收縮變形

焊件焊后其尺寸的縮短稱為收縮變形。它可分為縱向收縮變形和橫向收縮變形。

（1）縱向收縮變形Δx

產生原因：焊縫及其附近區域在焊接高溫的作用下產生縱向的壓縮塑性變形。

焊件在假想力的作用下產生的縱向收縮量可用下式表示：

影響因素：

① 焊縫長度L

② 焊件的截面積A

③ 壓縮變形區的面積Ap

④ 壓縮塑性應變εp（與焊接方向、焊接線能量、焊接工藝有關）

（2）橫向收縮變形Δy

橫向收縮變形的過程比較復雜，影響因素很多，現分述如下：

1）堆焊焊縫及角焊縫的橫向收縮

影響因素：

① 焊接線能量：焊接線能量越大，橫向收縮量越大；

② 板厚：板厚增加，橫向收縮量減小。

③ 沿焊縫長度方向Δy逐漸增大，但到一定長度后趨于穩定，不再增大。

2）對接焊縫的橫向收縮

影響因素：

Δy的大小與板厚、材質、拘束情況、焊接工藝、焊接順序有關。

2．角變形

中厚板對接焊、堆焊、搭接焊及T形接頭焊接中會產生角變形。

原因：熔化金屬在厚度上收縮量不一致而引起的。

（1）平板堆焊的角變形

影響因素：

① 焊接線能量

② 板厚

堆焊引起的角變形沿堆焊焊縫長度方向開始比較小，隨后增加，直至達到穩定。

（2）對接接頭的角變形

影響因素：

①坡口形式

②坡口尺寸

③焊接層數

④焊接順序

（3）T形接頭角變形

T形接頭角變形可以看成是由立板相對于水平板的回轉角變形β′與水平板本身的角變形β″兩部分組成。

減小T形接頭角變形的方法有：

① 采用開坡口，減小立板與水平板之間焊縫夾角，減小β′；

② 通過減小焊腳尺寸以減小焊縫金屬量，降低β″。3．彎曲變形

產生原因：焊縫的中心線與結構截面的中性軸不重合或不對稱，焊縫的收縮沿構件寬度方向分布不均勻引起的。

（1）縱向收縮引起的彎曲變形

（2）橫向收縮引起的彎曲變形

4．波浪變形

波浪變形是一種失穩變形，一般產生于薄板結構中。

產生原因：板中遠離焊縫區的壓縮殘余應力超過了失穩的臨界應力值。

防止措施：

① 能降低焊接殘余壓應力的措施都可以減小波浪變形；

② 提高板的剛度或增大板的拘束度均可減小或防止波浪變形。

5．扭曲變形

產生原因：焊縫的角變形沿焊縫長度方向分布不均勻。

6．錯邊變形

錯邊變形可分為長度方向錯邊和厚度方向錯邊。

產生原因：

① 裝配不良；

② 組成焊件的零件裝配時夾緊不一致；

③ 兩零件的剛度或熱物理性質不一樣；

④ 電弧偏離坡口中心。

以上6種變形是焊接變形的基本形式，其中收縮變形是最基本的變形形式，所有焊件都不可避免地會產生收縮變形，而其它幾種變形在有些焊接結構中容易出現，而在有些焊接結構中不容易出現。

二、焊接變形對焊接結構生產的影響

首先，零部件的焊接變形給裝配帶來困難，進而影響后續焊接質量；

其次，焊接變形增加了結構的制造成本；

另外，焊接變形也會降低焊接接頭性能和承載能力。

三、控制焊接變形的措施

1．設計措施

（1）盡量選用對稱的構件截面和焊縫位置

（2）合理地選擇焊縫長度和焊縫數量

（3）合理選擇焊縫截面尺寸和坡口形式

2．工藝措施

（1）留余量法

主要是用于補償焊件的收縮變形。

（2）反變形法

主要用于控制角變形及彎曲變形。

例：V形坡口單板對接；（圖2-52）

鍋爐集箱；（圖）

工字梁翼板；（圖2-53）

板式起重機主梁，腹板預制上拱度（圖2-54）

（3）剛性固定法

① 焊件固定在剛性平臺上（圖2-55）

② 將焊件組合成剛性更大或對稱的結構（圖2-56）

③ 利用焊接夾具增加結構的剛性和拘束（圖2-57）

④ 利用臨時支撐增加結構的拘束（圖2-58）（4）選擇合理的裝配焊接順序

① 正在施焊的焊縫應盡量靠近結構截面的中性軸。（圖2-54）

② 對于焊縫非對稱布置的結構，裝配焊接時應先焊焊縫少的一側。（圖2-59）

③ 焊縫對稱布置的結構，應由偶數焊工對稱地施焊。（圖2-60）

④ 長焊縫焊接時，應采用合理的分段焊接順序。（圖2-61）

⑤ 相鄰兩條焊縫，為防止產生扭曲變形，應注意焊接方向與順序。（圖2-62）

（5）合理地選擇焊接方法和焊接工藝參數（圖2-63）

（6）熱平衡法（圖2-64）

（7）散熱法（圖2-65）

四、矯正焊接殘余變形的方法

矯正焊接變形的實質是使構件產生新的變形，以抵消焊接殘余變形。矯正的方法一般有機械矯正法和火焰加熱矯正法。

1．機械矯正法

機械矯正法是在機械力的作用下使部分金屬得到延伸，產生拉伸塑性變形，使變形的構件恢復到所要求的形狀。（如圖2-66）

2．火焰加熱矯正法

火焰加熱矯正，是利用火焰加熱時產生的局部壓縮塑性變形使較長的部分在冷卻后縮短來消除變形。

加熱方式：

① 點狀加熱

用于矯正薄件的波浪變形。

② 線狀加熱

用于矯正焊件的角變形及大厚度板的彎曲變形。

③ 三角形加熱 用于矯正剛度大，厚度大的焊件的彎曲變形。

第十四章 焊接接頭強度及計算

本章主要介紹焊接接頭的作用和基本形式；焊接接頭的工作應力分布狀況及其靜載強度計算；影響焊接接頭的疲勞強度因素有提高疲勞強度的措施；焊接接頭脆性斷裂、影響脆性斷裂的因素及防止措施。

第一節 焊接接頭的特點及形式

一、焊接接頭的基本形式

1．電弧焊接頭的基本形式

（1）對接接頭

把同一平面上的兩被焊工件相對焊接起來而形成的接頭。這是一種比較理想的接頭形式，受力狀況好，應力集中小，材料消耗小。

（2）角接接頭

是兩被焊工件端面間構成大于30o、小于150o夾角的接頭。多用于箱形構件上。

（3）T形接頭

是把互相垂直的被焊工件用角焊縫連接起來的接頭，可承受各種方向的力和力矩。

（4）搭接接頭

是把兩被焊工件部分地重疊在一起，以角焊縫連接，或加上塞焊縫、槽焊縫連接起來的接頭。

（5）端接接頭

是兩被焊工件重疊放置或兩被焊工件之間夾角不大于30o在端面進行連接的接頭。

2．電阻焊接頭的基本類型

（1）對接接頭

（2）點焊接頭（3）縫焊接頭

二、電弧焊焊縫的類型

1．按工作特點分

①承載焊縫

②非承載焊縫

③密封焊縫

④定位焊縫

2．按接頭的結構特點分

①對接焊縫 ②角焊縫 ③端接焊縫 ④塞焊縫 ⑤組合焊縫

第二節 焊接接頭的工作應力分布

一、應力集中

1．應力集中概念

在幾何形狀突變處或不連續處應力突然增大的現象稱為應力集中。應力集中程度的大小，常以應力集中系數KT表示：

KT=бmax/бm

2．焊接接頭中產生應力集中的原因

（1）焊縫中的工藝缺陷

如氣孔、夾渣、裂紋和未焊透等。

（2）焊接接頭處幾何形狀的改變

（3）不合理的接頭形式和不合理的焊縫外形

二、電弧焊接頭的工作應力分布

1．對接接頭的工作應力分布

對接接頭的應力集中位于由焊縫向母材過渡的轉角處，KT的大小取決于焊縫寬度c、余高h、焊趾處的θ角及轉角半徑r。在其它因素不變的情況下，余高h增加、焊縫寬度c減少、θ角增加、r減小等都會使KT增加。

2．搭接接頭的工作應力分布

（1）正面角焊縫的工作應力分布

如圖3-5所示，在角焊縫的根部A點和焊趾B點有較大的應力集中，B點的應力集中系數隨角焊縫的斜邊與水平邊的夾角θ而變，減小θ、增大熔深及焊透根部等都可降低應力集中系數。

搭接接頭的正面角焊縫受偏心載荷時，在焊縫上會產生附加彎曲應力，導致彎曲變形，見圖3-6。為了減少彎曲應力，兩條正面角焊縫之間的距離l應不小于其板厚的4倍。

（2）側面角焊縫的工作應力分布

在用側面角焊縫連接的搭接接頭中，其應力分布更加復雜。切應力沿焊縫長度上分布是不均勻的，它與焊縫尺寸、斷面尺寸和外力作用點的位置等因素有關。

外力作用如圖3-7a所示時，其沿側面焊縫長度上切力分布見圖3-8，因為搭接板材不是絕對剛體，在受力時本身產生彈性變形，所以形成兩端切力大，中間切力小的分布狀態。

外力作用如圖3-7 b所示時，兩板各對應點的相對位移從左至右逐漸下降，因而焊縫傳遞的切力以左端為最高，向右逐漸減小。當側面角焊縫長度超過某一長度時，焊縫中間部分的切力就會接近零，因此，采用過長的側面角焊縫是不合理的。一般工藝規定側面角焊縫長度不得大于50K。

（3）聯合角焊縫搭接接頭工作應力分布

如圖3-9b所示，在B—B截面上正應力的分布比較均勻，最大切應力ηmax 降低，所以在B—B截面兩端點的應力集中得到改善。

3．T形接頭的工作應力分布

T形接頭在角焊縫的過渡處和根部都有很大的應力集中，如圖3-10所示。

（1）未開坡口的T形接頭

如圖3-10a所示，焊縫根部應力集中很大，在焊趾截面B—B上應力分布也不均勻，B點的應力集中系數隨角焊縫θ角減小而減小，也隨焊腳尺寸增大而減小；但非承載焊縫在B點的KT隨焊腳尺寸增大而增大。

（2）開坡口并焊透的T形接頭

如圖3-10b所示，這種接頭的應力集中大大降低。可見，保證焊透是降低T形接頭應力集中的重要措施之一。

第三節 焊接接頭強度計算基礎

一、焊接接頭的設計

1．焊接接頭設計要點

（1）應盡量使接頭形式簡單、結構連續，且不設在最大應力作用截面上。

（2）要特別重視角焊縫的設計。

（3）盡量避免在厚度方向傳遞力。

（4）接頭的設計要便于制造和檢驗。

（5）一般不考慮殘余應力對接頭強度的影響。

2．常見不合理的接頭設計及改進

見表3-3

二、電弧焊接頭靜載強度計算

1．焊接接頭靜載強度計算的幾個假設

2．電弧焊接頭的靜載強度計算

靜載強度計算方法，目前仍采用許用應力法，強度計算時許用應力均為焊縫的許用應力。

焊縫的強度計算一般表達為：

б≤[б′]或η≤[η′]

(1)對接接頭的靜載強度計算

對接接頭強度計算時，不考慮焊縫余高，焊縫長度取實際長度，計算厚度取兩板中較薄者。

全部焊透的對接接頭如圖3-17所示。其各種受力情況的計算公式如下：

1）受拉時

2）受壓時

3）受剪切時

4）受板平面內彎矩

5）受垂直板面彎矩

（2）搭接接頭靜載強度計算

受拉、壓的搭接接頭計算公式如下：

正面焊縫

側面焊縫

聯合焊縫

第十五章 焊接結構的脆性斷裂

第一節 金屬材料或結構的斷裂及其影響因素

一、疲勞破壞

重復應力所引起的裂紋起始和緩慢擴展而產生的結構部件的損傷。焊接結構在交變應力或應變作用下，也會由于裂紋引發擴展而發生疲勞破壞。疲勞破壞一般從應力集中處開始，而焊接結構的疲勞破壞又往往從焊接接頭處產生。

1．影響焊接接頭疲勞強度的因素

（1）應力集中的影響

（2）殘余應力的影響（3）缺陷的影響

2．提高焊接接頭疲勞強度的措施

（1）降低應力集中

1）采用合理的結構形式，減少應力集中，以提高疲勞強度。

2）盡量采用應力集中系數小的焊接接頭，如對接接頭。

3）當采用角焊縫時，應采取綜合措施來提高接頭的疲勞強度。

4）用表面機械加工方法消除焊縫及其附近的各種刻槽，通過降低應力集中程度來提高接頭的疲勞強度。

（2）調整殘余應力場

消除焊接接頭應力集中處的殘余拉應力或使該處產生殘余壓應力，都可以提高疲勞強度。

1）整體處理。包括整體退火或超載預拉伸法。

2）局部處理。采用局部加熱或擠壓可以調節殘余應力場，在應力集中處產生殘余壓應力。

（3）改善材料的力學性能。

（4）特殊保護措施

二、焊接結構的脆性斷裂

在應力不高于結構的設計應力和沒有明顯塑性變形的情況下發生，并瞬時擴展到結構整體的破壞方式。

1．影響金屬脆斷的主要因素

（1）應力狀態的影響

實驗證明，許多材料處于單軸或雙軸拉伸應力下，可呈塑性狀態。當處于三軸拉伸應力時，因不易發生塑性變形而呈脆性。

（2）溫度的影響

對于一定的加載方式，當溫度降至某一臨界值時，將出現塑性到脆性斷裂的轉變，這個溫度稱為脆性轉變溫度。脆性斷裂通常發生在體心立方和密排六方點陣的金屬和合金中，只有在特殊情況下，如應力腐蝕條件下才在面心立方點陣金屬中發生。

（3）加載速度的影響

提高加載速度能促使材料脆性破壞，其作用相當于降低溫度。

（4）材料狀態的影響

1）厚度的影響

①厚板在缺口處容易形成三軸應力，因為沿厚度方向的收縮和變形受到較大的限制，產生三軸應力使材料變脆。

②冶金因素。厚板軋制次數少、終軋溫度高，組織疏松，內外層均勻性差。

2）晶粒度的影響。對于低碳鋼和低合金鋼來說，晶粒度越細，其轉變溫度越低。

3）化學成分的影響。鋼中C、N、O、H、S、P均增加鋼的脆性。Mn、Ni、Cr、V加入適量，有助于減少鋼的脆性。

2．預防焊接結構脆性斷裂的措施

（1）正確選用材料

①在結構工作條件下，焊縫、熱影響區、熔合區的最脆部位應有足夠的抗開裂性能，母材應具有一定的止裂性能。

②材料的選擇可通過缺口韌性試驗或斷裂韌性評定試驗來確定。

（2）采用合理的焊接結構設計

1）盡量減少結構或焊接接頭部位的應力集中。

2）在滿足結構的使用條件下盡量減少結構的剛度，以降低應力集中和附加應力。

3）不應通過降低許用應力值來減少脆性的危險性。

4）對于附件或不受力焊縫的設計，應與主要承力焊縫一樣給予足夠重視。

5）減少和消除焊接殘余拉伸應力的不利影響。在制訂工藝過程中，應當考慮盡量減少焊接殘余應力值，在必要時應考慮消除應力熱處理。第二節 金屬材料和焊接結構斷裂的評定方法

轉變溫度

金屬材料有兩個重要的強度指標，即屈服強度ζs和斷裂強度ζf。溫度降低，ζs上升速率大于ζf上升速率，兩線交點對應溫度Tk稱為韌脆轉變溫度，當T

防止結構產生脆性破壞有兩種設計原則

防止開裂原則：

止裂原則：設計的結構在可能出現的最低溫度下工作，必須能阻止裂紋的自由擴展。

根據斷裂力學理論，能夠止裂的條件是裂紋起源于局部脆化區內，且處于較高的應力場中，當裂紋擴展進入韌性區和低應力場時，該裂紋如果小于失穩斷裂的臨界長度，則該裂紋被阻止。

轉變溫度評定方法(沖擊試驗)(一)沖擊試驗

分為夏比V形缺口沖擊試驗和梅氏U形缺口沖擊試驗。

夏比V形缺口沖擊試驗評定：

1． 能量準則：以沖擊斷裂功αk值降低到某一特定數值時的溫度作為臨界溫度Tk。

斷口形貌準則：按斷口中纖維狀區域與結晶狀區域某一相對面積對應的溫度來確定臨界溫度Tk。

延性準則：按斷口在缺口根部橫向相對收縮變形急劇降低的溫度來作為臨界轉變溫度Tk。轉變溫度評定方法(威爾斯寬板試驗)

在實驗室里再現低應力脆性斷裂的開裂情況，同時又能在板厚、焊接殘余應力、焊接熱循環方面模擬實際結構。

該試驗脆性斷裂有三種情況： 1． 低應力產生裂紋并立即斷裂

2． 低應力產生裂紋擴展一定長度后自行停止

3． 在較高溫度下，要有高達屈服強度的應力才會產生

裂紋，最后產生斷裂。轉變溫度評定方法(落錘試驗)

測定厚度大于16mm鋼板的NDT(無塑性轉變溫度)的試驗方法，可替代大型止裂試驗研究材料的止裂性能，其缺點是試樣尺寸不能反映大型焊接結構的尺寸效應和較大拘束效應，表面堆焊脆性焊道，對熱敏感的合金材料難以使用。

轉變溫度評定方法(動態撕裂試驗)

確定材料斷裂韌性的全范圍的試驗方法，屬于大型沖擊試驗。除了確定NDT溫度之外，還能確定最高塑性斷裂溫度及相應的沖擊功。適用于高強鋼及厚板和特厚板焊接結構。這類鋼與低強度鋼相比，各向異性受鋼中雜質的影響，難以保證穩定的抗脆斷性能；晶粒大小及碳化物金相組織的大小、分布等對顯微裂紋的形成有較大的影響。

轉變溫度評定方法(雙重拉伸)

前述各種方法試件中的脆性裂紋都是在沖擊載荷作用下開裂的，但大多數焊接結構工作在靜載下，所以開裂條件不夠真實。

通過試驗確定止裂應力與溫度的關系。利用一塊耳板在低溫和拉伸負載下將試樣拉斷，使裂紋向有均勻拉伸負載的試件主體擴展。第三節 焊接結構的特點及其對脆斷的影響

設計影響

焊接結構的整體性及大剛度 1． 引起較大的附加應力 2． 對應力集中因素特別敏感

3． 一旦有不穩定脆性裂紋出現，很可能會穿越接頭擴展至整個結構，從而造成整個結構的破壞。不應在高應力集中區布置焊縫。制造影響(應變時效)人工時效：鋼材在剪切、冷作、彎曲成型之后，如果在150~450℃范圍內加熱，材料性能會產生脆化，即產生應變時效。該應變時效較動應變時效的影響弱的多。

動應變時效：材料在熱循環和熱塑性變形循環的作用下，在缺陷處和產生較嚴重的應變集中，具有較大的熱應變量，降低了材料的延性，提高了材料的轉變溫度。

制造影響(接頭金相組織、焊接缺陷)在焊接熱循環的作用下，焊縫及近縫區的組織會發生一系列的變化，使接頭各部位的缺口韌性不同。金相組織變化取決于材料原始組織、化學成分、焊接方法和焊接線能量。過小的線能量，引起淬硬組織，易產生裂紋；過大的線能量，使晶粒粗大，造成韌性降低。焊接缺陷是造成結構產生脆斷的重要因素。其影響程度與缺陷的性質、尺寸、形狀及部位有關，其中裂紋、未焊透等影響最為嚴重。制造影響(角變形、錯邊、殘余應力)產生附加彎曲力矩和新的應力應變集中，在拉伸載荷和附加彎曲力矩的共同作用下，易造成接頭破壞。

平面缺陷―裂紋、分層、未焊透

非平面缺陷―氣孔、夾渣

1)試驗溫度在材料的轉變溫度以上時對脆斷無影響

2)試驗溫度在材料的轉變溫度以下時，和拉伸載荷疊加，造成脆斷的產生。

第四節 預防焊接結構脆性斷裂的措施

設計方面

(一)掌握結構工作條件：最低溫度、介質溫度和工作載荷的性質。(二)減少結構和接頭的應力集中

1． 選擇結構傳力截面及接頭形式要盡量使力線均勻分布，避免截面尺寸突變，防止應力集中。

2． 盡量減小結構剛性，大型結構采用較薄的材料。3． 充分考慮到可焊到性。4． 避免焊縫密集和焊縫相交 正確選用材料

按缺口韌性試驗驗收材料

一般對選定的材料用V形缺口沖擊試驗的結果來驗證其適應性，即所選材料和焊接填充金屬保證在工作溫度下有合格的缺口韌性。

按斷裂韌性和屈服極限之比選擇材料

斷裂韌性尚不足以說明材料的脆-塑性，斷裂韌性(KIC)與材料屈服極限之比才能好好地說明這一問題，因為兩者之比反映了裂紋尖端處在斷裂前塑性區的大小。嚴格制造工藝和質量監督

1．嚴格按規定的工藝參數施工，禁止使用過大的線能量 2．較強質量檢驗，及時消除嚴重缺陷

3．盡可能利用焊接工夾具和機械化裝置進行施工

4．對于重要的和危險的結構應通過試驗決定是否需要焊后熱處理

第十六章 焊接接頭和焊接結構的疲勞強度

第一節 疲勞斷裂的基本概念

疲勞斷裂分類

按疲勞破壞的原因分為：腐蝕疲勞；熱疲勞；機械疲勞 按應力大小和應力循環次數分為

1．低周高應變疲勞：作用的應力超過彈性范圍，疲勞循環次數小于104~105 2．高周低應力疲勞：公稱循環應力小于材料的屈服極限，疲勞破壞的應力循環次數大于104~105 疲勞裂紋形成過程

1.疲勞形核：疲勞裂紋首先在應力最高、強度最弱的基體上形成。

2.擴展階段；初始裂紋在交變載荷作用下，當裂紋尖端處在拉伸應力場時，由于裂紋尖端極大的應力集中，使該處晶粒發生滑移，裂紋張開，尖端向前延伸

3.瞬時斷裂階段：當疲勞裂紋擴展到材料的強度極限時，疲勞裂紋達到臨界裂紋尺寸而產生瞬時斷裂。

疲勞斷口可分成三個區域

1.疲勞裂紋源：肉眼可見晶粒的粗滑移。

2．疲勞裂紋擴展區：宏觀有條帶和貝殼狀花紋，每一條輝紋代表一次應力(應變)循環及裂紋逐次向前推進的位置。對于高強鋼來說，很難辨認明顯的疲勞條紋

3.瞬時斷裂區：一般呈粗晶狀斷口或出現放射棱線，外觀與脆性失穩斷裂相似。

第二節 疲勞破壞機理

裂紋亞臨界擴展

裂紋受到一個低于ζc但有足夠大的循環應力時，則初始裂紋會由起始尺寸a0逐漸擴展到臨界尺寸ac，這一過程稱為疲勞裂紋的亞臨界擴展。

可以分為兩種類型來研究裂紋的亞臨界擴展：裂紋在裂紋尖端彈性區的擴展和裂紋在塑性區的擴展。在前一種情況，裂紋長度遠遠超過裂紋尖端塑性區的尺寸，承受低載荷、高循環、低裂紋擴展速率的屬于該情況；當裂紋尺寸遠小于塑性區尺寸，并承受高載荷、低循環、高裂紋擴展速率屬于后者情況。裂紋擴展速率

當外加應力強度因子幅度達到臨界值ΔKth后，裂紋擴展速率急劇上升，此線段幾乎與縱坐標平行；此后，da/dN與ΔK成指數關系變化，斷口平直，與拉應力成900，穿晶斷裂，疲勞輝紋明顯；繼續增加ΔK出現斜率轉折點I，過此點斜率n2斜率，出現切變斜斷口，為解理斷裂和疲勞斷裂的混合型；繼續增加ΔK接近材料的KIC時，到了材料的第Ⅱ轉折點，過此點后，斜率增加，點Ⅱ是裂紋擴展加速轉變點，此區內斷口全為切變斷口。

帕瑞斯表達式

ΔK―應力強度因子幅度(ΔK=Kmax-Kmin)

c、n―由試驗確定的材料、環境、頻率和循環特形等的函數

帕瑞斯表達式不足：沒有考慮平均應力對da/dN影響；沒有考慮當裂紋尖端應力強度因子趨近于其臨界值KIC時，裂紋加速擴展效應

da

dN?????n第三節 疲勞斷裂力學的基本概念

疲勞設計方法分類

1． 許用應力設計法：把各種構件和接頭試驗疲勞強度除以特殊安全系數作為許用應力(疲勞極限、非破壞概率95％的2×106次疲勞強度等)，使設計載荷引起應力最大值不超過其許用應力，從而確定構件斷面尺寸設計方法。

2． 安全壽命設計：傳統疲勞設計方法都是安全壽命設計。所謂安全壽命指在某一環境下，在已知小于疲勞破壞許用應力的最大負載概率時工作的循環次數。由ζ-N曲線獲得ζr，并利用ζmax-ζmin疲勞圖進行設計。

應力應變循環圖(小載荷)

應力應變循環圖(大載荷)

第四節 疲勞強度的常用表示法

在靜強度計算中，所用材料的強度指標是屈服極限ζS和強度極限ζb，靜載強度計算的出發點是名義應力(或稱基本應力)，而疲勞強度計算中，所用材料的強度指標是疲勞極限ζr，計算的出發點是是局部應力(或稱峰值應力)。

將破壞應力與加載循環次數N繪成如圖5-7所示的曲線，曲線上對應的某一循環次數N的破壞應力即為該循環次數條件下的疲勞強度，曲線的水平漸近線代表疲勞極限。

第五節 影響焊接結構疲勞強度的因素

(一)應力集中的影響

當局部峰值應力達到材料屈服極限時，在斷裂前局部材料將產生塑性變形，造成應力重新分布，故實際峰值應力低于理論峰值應力。在這種情況下，應該用有效應力集中系數Kf來估計，其值為光滑試樣的疲勞強度ζp與有效應力集中試樣的疲勞強度ζp’之比

對接接頭焊縫形狀變化不大，因此和角接接頭及十字等相比，應力集中程度要小，接頭疲勞強度最高。

(二)焊接殘余應力的影響

在ζa和ζm表示的疲勞圖中，曲線ACB代表不同平均應力時的極限應力振幅值ζa。當構件中的應力振幅值大于極限振幅值時，將發生疲勞破壞。隨著ζm的增加，極限應力幅值有所下降。

(三)材料表面狀態

材料表面有缺陷易造成疲勞強度降低。疲勞裂紋開始產生于材料表面，尤其在拉伸載荷作用下，表層應力最高。

(四)焊接缺陷的影響

焊接缺陷在焊件中會引起應力集中，在交變載荷作用下，很容易引發疲勞裂紋。缺陷對疲勞強度的影響比對靜載強度的影響大得多。(五)不同強度金屬的影響 強度極限越高，材料對應力集中就越敏感，只有表面拋光的試件其疲勞強度才能隨強度極限的提高而增大。

(六)其他影響因素

1．試樣尺寸的影響：尺寸增大，疲勞極限降低； 2．負載特點：交變彎曲疲勞破壞的壽命最短。3．溫度升高，裂紋擴展速率隨之增高。

第六節 提高焊接接頭疲勞強度的措施

(一)降低應力集中

1.采用合理的結構形式

2．盡量采用應力集中系數小的焊接接頭。3．改善非連續的幾何形狀，緩和應力集中

(二)調整殘余應力場

在易產生裂紋的缺口部位預制殘余壓應力，消除接頭應力集中處的殘余拉應力。

(三)表面強化處理

第五篇：焊接公開課教案

鳳 陽 縣 職 業 教 育 中 心

課 題：學 科：授課人：陳博班 級：地 點：時 間；公 開 課 教 案

焊接技術（維修板凳）機 電 李明 吳曉榕 朱永梅

2009級機電（2）班 電焊實訓室 2011年3月22日

焊接技術（維修板凳）

教學目標：

1、檢驗所學電焊技術

2、為學校節省開支

教學重難點：

焊接牢固、油漆美觀 教學工具：

電焊機、面罩、手套、工作服 教學材料：

Ф3.2mm焊條、4×Ф10mm鋼筋、壞板凳、油漆、毛刷、砂紙 教學過程：

一、焊接及刷漆注意事項

1、焊工必須配備合適濾光板的面罩、干燥的帆布工作服、手套、橡膠絕緣和清渣防護白光眼鏡等安全用具。

2、防止飛濺金屬造成灼傷和火災。

3、防止電弧光輻射對人體的危害。

4、防止某些有害氣體中毒，注意保持室內通風。

5、焊機使用前必須仔細檢查導線絕緣是否完整，接線是否絕緣良好，注意避免發生觸電事故。

二、板凳損壞情況分析

由于螺絲的松動，使板凳面支架不成整體，經晃動使底支撐架脫焊，板凳損壞不能使用

正常支架

損壞支架

三、焊接修復

用四根Ф10鋼筋在原損壞支架上下面各焊兩根，使板凳上表面成為一個整體，下表面也成為一個整體，這樣螺絲再松動，支架仍然是整體，板凳再晃動，也不會損壞焊接點，板凳不得輕易損壞。

焊接好的支架

焊接點示意圖

四、焊接流程技術要求

1、焊機電流調到100A左右（根據技術熟練程度自己掌握）。

師問：焊接電流為什么要調到100A?

2、擰緊支架與凳面上的螺絲，使支架于等面垂直。

3、把鋼筋放在支架上，開始焊接。

4、焊條與板凳支架成30°角，與鋼筋成60°角。師問：為何要求如此角度？

5、鋼筋與支架接觸面有三個接觸點，焊點時間在3~5秒（根據技術熟練程度自己掌握），保證焊點光滑圓潤，無毛刺。

6、焊后清理焊點熔渣及飛濺物，檢查焊接質量，總結經驗。師問：焊后清理目的是什么？

五、刷漆

1、用砂紙把鋼筋及焊點表面打磨干凈。

2、用刷子刷上防銹漆，晾干。

六、學生實訓過程，教師巡視指導。

七、板凳維修完成后，教師檢驗，并評出優秀實訓學生給予表揚。實訓總結

通過本次實訓，讓學生在原有的焊接技術基礎上，進一步得到了鞏固，進一步深化了對焊接實訓中注意事項的理解。在實戰中不斷地檢驗自己，提高自己的技術水平。板書設計

焊接技術（維修板凳）

一、焊接及刷漆注意事項

二、板凳損壞情況分析

三、焊接修復

四、焊接流程技術要求

五、刷漆