第一篇：焊接基礎(chǔ)知識(shí)教案（模版）

第1,2課時(shí)

焊接基礎(chǔ)知識(shí)

教學(xué)目標(biāo)：

知識(shí)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(shù)的概念

2、掌握焊接接頭的種類及接頭型式

情感態(tài)度價(jià)值觀：以圖片和視頻吸引學(xué)生注意，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。教學(xué)重點(diǎn)：焊接的分類、焊接電弧的偏吹

教學(xué)難點(diǎn)：焊接參數(shù)、焊接接頭的種類及接頭型式 教學(xué)方法：講授法 教學(xué)準(zhǔn)備：多媒體教學(xué) 教學(xué)過程：

（一）導(dǎo)入：

觀看圖片、視頻導(dǎo)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(dá)到結(jié)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(tài)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(tài)，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(hù)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(duì)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(diǎn)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(diǎn)，低于母材的熔化溫度，利用液態(tài)釬料潤(rùn)濕母材填充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)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(zhì)中，產(chǎn)生強(qiáng)烈而持久的放電現(xiàn)象稱為焊接電弧。焊接電弧由陰極區(qū)、陽(yáng)極區(qū)、弧柱區(qū)三個(gè)部分組成。

2、焊接時(shí)的極性和應(yīng)用

用直流電源焊接時(shí)焊件接電源正極，工件接電源負(fù)極稱為正接；焊件接電源負(fù)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(shí)極性的選用：

直流弧焊時(shí)，為獲得較大的熔深，可采用正接，這是因?yàn)殡娀〉年?yáng)極區(qū)溫度較高，在焊接薄板時(shí)，為防止燒穿，可采用反接。當(dāng)采用低氫型（堿性）焊條時(shí)，為保證電弧穩(wěn)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(chǎng)的作用或焊條偏心的影響，會(huì)出現(xiàn)電弧中心偏離電極軸線的現(xiàn)象。這就是所謂的電弧偏吹。電弧偏吹不僅是焊接發(fā)生困難，甚至息弧。對(duì)焊接質(zhì)量也將帶來較大影響。產(chǎn)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(jī)焊接時(shí)，因受到焊接回路產(chǎn)生的電磁力的作用而產(chǎn)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(dāng)引起的偏吹

（2）鐵磁物質(zhì)引起的偏吹

（3）焊條和焊件位置不對(duì)稱引起的磁偏吹

三、焊接參數(shù)：

焊接參數(shù)是指為保證焊接質(zhì)量而選定的諸物理量的總稱。焊條電弧焊的焊接參數(shù)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(guī)定，可根據(jù)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(jié)構(gòu)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(duì)接接頭、T形接頭、角接接頭及搭接接頭。

1、對(duì)接接頭

兩件表面構(gòu)成大于或等于135°，小于或等于180°夾角的接頭，叫做對(duì)接接頭。在各種焊接結(jié)構(gòu)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(gòu)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(gòu)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(gòu)成的接頭叫搭接接頭。

（三）、小結(jié)：

1、焊接的概念

2、焊接的分類

3、焊接電弧

4、焊接參數(shù)

5、焊接接頭的種類及接頭型式

（四）、作業(yè)：

1、焊接的概念

2、焊接的分類

3、焊接電弧

4、焊接參數(shù)

5、焊接接頭的種類及接頭型式

第二篇：焊接基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)有感

焊接基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)有感

6月11日下午2點(diǎn)整點(diǎn)上課，我和同事忙完活，提前走進(jìn)了公司國(guó)家級(jí)技術(shù)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(tái)等候。為了有利于一小時(shí)的學(xué)習(xí)，我選擇了最前面的第二排坐下。這次培訓(xùn)由人力資源部牽頭組織，聽課的有技術(shù)部門、制造一公司車間一線焊工、工藝部門、品管部檢驗(yàn)人員等，是我進(jìn)公司以來的第一次上課。楊總工程師從實(shí)際情況出發(fā)，以充盈的焊接專業(yè)知識(shí)和豐富的工作經(jīng)驗(yàn)，從焊接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的操作到檢驗(yàn)、驗(yàn)收的標(biāo)準(zhǔn)面面俱到，得到同事們的一致好評(píng)。不時(shí)有員工拿手機(jī)拍下PPT板書，學(xué)習(xí)求進(jìn)的風(fēng)氣空前濃厚。原計(jì)劃一小時(shí)的培訓(xùn)延長(zhǎng)到兩小時(shí)才結(jié)束。

現(xiàn)在想想回味無窮。通過學(xué)習(xí)，使我對(duì)焊接知識(shí)有了更充分的認(rèn)識(shí)。做到老學(xué)到老,只有不斷的充電，才能跟上現(xiàn)代企業(yè)的發(fā)展步伐。目前市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)愈來愈激烈、用戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高，特別是焊接這一項(xiàng)尤為重要。不僅要看到焊縫的外表美觀，而且還要產(chǎn)品、設(shè)備經(jīng)久內(nèi)用。焊縫的牢固程度在動(dòng)態(tài)載荷達(dá)三萬(wàn)次以上不斷裂，可想而知焊縫在鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品制造中，是個(gè)不容忽視的重要組成部分。只有不斷的學(xué)習(xí)、才會(huì)不斷的提高；只有各部門形成共識(shí)，才會(huì)讓產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、安裝焊接的質(zhì)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(diǎn)及應(yīng)用

焊條電弧焊是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)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(jié)構(gòu)機(jī)械零件的焊接。特別適用于結(jié)構(gòu)形狀復(fù)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(jìn)行焊接的方法稱為焊條電弧焊，簡(jiǎn)稱手弧焊。

特點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便、靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，尤其適合于形狀不規(guī)則、批量較小的工件焊接。但和自動(dòng)焊相比，生產(chǎn)率較低，焊接質(zhì)量不穩(wěn)定，對(duì)操作者技術(shù)水平要求較高。

應(yīng)用：它是機(jī)械制造業(yè)應(yīng)用最廣的一種焊接方法。廣泛應(yīng)用于艦船船體、高爐爐殼、建筑結(jié)構(gòu)、鍋爐、機(jī)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(zhì)中進(jìn)行的強(qiáng)烈而持久的放電現(xiàn)象。其組成可分為三個(gè)部分：（1）陰極區(qū)；（2）弧柱區(qū)；（3）陽(yáng)極區(qū)。其中弧柱區(qū)溫度可高達(dá)5000~8000K。

三、手弧焊設(shè)備種類及使用方法

手弧焊設(shè)備又叫弧焊機(jī)，按照供應(yīng)電流的性質(zhì)可分為二種：交流弧焊機(jī)、直流弧焊機(jī)。

1．交流弧焊機(jī)

交流弧焊機(jī)是具有一定特性的降壓變壓器。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，使用方便，噪聲較小及維護(hù)容易等優(yōu)點(diǎn)，工藝上一般能滿足要求，但電弧穩(wěn)定性較差。

BH-300交流弧焊機(jī)是廣泛使用的一種典型設(shè)備。B表示交流弧焊變壓器，H表示焊機(jī)具有下降特性曲線，結(jié)構(gòu)為動(dòng)鐵芯式。300表示弧焊機(jī)的最大輸出電流300安培。

BX1-300主要技術(shù)參數(shù)：一次電壓為380V，空載電壓為60-80V，工作電壓為20~30V，電流調(diào)節(jié)范圍60~300A，額定電流為300 A。

2．直流弧焊機(jī)

直流弧焊機(jī)由一臺(tái)互感電動(dòng)機(jī)和一臺(tái)直流弧焊發(fā)電機(jī)組成。其主要特點(diǎn)是：電弧穩(wěn)定好，焊縫質(zhì)量高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，使用時(shí)噪聲較大。典型的直流弧焊機(jī)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(yōu)質(zhì)焊條專用鋼經(jīng)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(gè)：導(dǎo)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(zhì)粉末、鐵合金粉及粘接劑組成。主要作用有四個(gè)：穩(wěn)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(dāng)焊縫冷卻后，必須將表層藥皮敲掉，才會(huì)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(zhì)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(hào)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(hào)有J427，J507等。焊條牌號(hào)中的“J” 表示焊芯為結(jié)構(gòu)鋼，前兩位數(shù)字“42”和“50”分別表示焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度為420MPa和500MPa。第三位數(shù)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(xiàng)

1）所有焊條都有2公分不帶藥皮的部分，使用時(shí)應(yīng)將不帶藥皮處夾在焊鉗上，因?yàn)樗幤げ粚?dǎo)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(shí)際焊接時(shí)，焊芯只能用到距焊鉗2~3公分處就應(yīng)更換，否則溫度太高焊接質(zhì)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(duì)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(shí)則需要開坡口。坡口形狀根據(jù)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(shù)

1．引弧。引弧就是引燃焊接電弧的過程。引弧時(shí)，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(wěn)定燃燒，應(yīng)不斷向下送進(jìn)焊條。焊條送進(jìn)速度應(yīng)和焊條熔化速度相同，以保持電弧長(zhǎng)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(zhǎng)度一般為2~3mm，焊條沿中心線均勻而下送進(jìn)，保持電弧長(zhǎng)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(yīng)使焊接過程中熔池寬度保持基本不變。

3．對(duì)接平焊操作。對(duì)接平焊在生產(chǎn)中最常用，厚度4~6mm鋼板的對(duì)接平焊步驟如下：

裝配：將兩板水平放置對(duì)齊并留出1~2mm間隙。注意防止錯(cuò)邊。錯(cuò)邊允許值應(yīng)小于板厚的10%。

點(diǎn)固：用焊條點(diǎn)固，固定兩工件的相對(duì)位置，點(diǎn)固后須除渣。如工件較長(zhǎng)，可每隔300mm左右點(diǎn)固一次。

焊接：選擇合適規(guī)范；先焊點(diǎn)固面的反面，使溶深大于板厚的一半，焊后除渣；翻轉(zhuǎn)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(yàn)：焊完后焊縫應(yīng)形成一條直線；焊縫表面無焊接缺陷；焊縫寬度應(yīng)控制正負(fù)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(guī)則

1．防止觸電

1）焊前檢查焊機(jī)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(yīng)穿好絕緣鞋，戴好電焊手套。4）人體不要同時(shí)觸及焊機(jī)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(shí)必須使用面罩，保護(hù)眼睛和臉部。

3．防止?fàn)C傷

清渣時(shí)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(dá)3150℃。氣焊火焰在燃燒時(shí)產(chǎn)生CO2和CO氣體，包圍著熔化的金屬熔池，排開空氣起到保護(hù)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(yè)生產(chǎn)及修理等行業(yè)。實(shí)際生產(chǎn)中，經(jīng)常是電弧焊和氣焊配合使用。利用氣焊進(jìn)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(jìn)行焊接或使分離的工件連接到一起。

一、氣焊特點(diǎn)

氣焊具有設(shè)備簡(jiǎn)單、溫度控制靈活、不需電源，適合薄板結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)。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(qū)寬、工件受熱范圍大、焊接變形大，其保護(hù)效果差以及接頭質(zhì)量較低。因此氣焊一般應(yīng)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(shí)，在質(zhì)量要求不高的情況下，也可采用。

二、氣焊設(shè)備

分成三個(gè)部分：氧氣供給系統(tǒng)、乙炔供給系統(tǒng)和管路焊炬系統(tǒng)。1．氧氣瓶

氧氣瓶是儲(chǔ)存和運(yùn)輸氧氣的高壓容器。氧氣瓶外表面為藍(lán)色，在氧氣瓶上標(biāo)有氧氣字樣。氧氣瓶的工作壓力為15MPa，容積為40升。使用時(shí)，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(shí)要保證安全可靠，為防止爆炸，放置它時(shí)必須平穩(wěn)。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(jié)時(shí)應(yīng)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?jī)?nèi)部壓力很高達(dá)15 MPa，但在焊接時(shí)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(gè)表頭，一個(gè)表頭指示氧氣瓶?jī)?nèi)部有多高壓力，另一個(gè)表頭指示焊接時(shí)所需的壓力。減壓器工作時(shí)，先擰入調(diào)壓螺釘，使調(diào)壓彈簧受壓。當(dāng)閥門被頂開高壓氣體進(jìn)入低壓室時(shí)，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(diào)壓彈簧自動(dòng)使閥門的開啟度逐漸減小；當(dāng)?shù)蛪菏覂?nèi)氣體壓力達(dá)到一定

數(shù)值時(shí)，就會(huì)將閥門固定。調(diào)節(jié)調(diào)壓螺釘?shù)臄Q入程度，可以改變低壓室內(nèi)氣體壓力。2．乙炔瓶

乙炔瓶是儲(chǔ)存和運(yùn)輸乙炔的容器。其外形與氧氣瓶相似，外表面漆成白色，并標(biāo)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?jī)?nèi)裝有浸滿丙酮的多孔性填料，這種材料能使乙炔穩(wěn)定而又安全地儲(chǔ)存在瓶?jī)?nèi)。使用時(shí)，溶解在丙酮內(nèi)的乙炔就分解出來，通過乙炔瓶閥流出。而丙酮仍留在瓶?jī)?nèi)，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?xì)夤苈坊驓庠椿責(zé)谋ｋU(xiǎn)裝置。在氣焊或氣割時(shí)，由于氣體壓力不正常或焊嘴堵塞等原因發(fā)生的火焰沿導(dǎo)管倒燃時(shí)，倒流的火焰如進(jìn)入乙炔發(fā)生器就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的爆炸事故。所以，乙快發(fā)生器的輸出管路上必須裝置回火防止器。回火防止器的進(jìn)氣管與乙炔發(fā)生器相連，出氣管通往焊炬。回火火焰倒流進(jìn)入回火防止器時(shí)，水將壓下使止回閥關(guān)閉從而切斷氣源，同時(shí)推開安全閥而將回火火焰排入大氣。這樣就使乙炔不致回?zé)揭胰舶l(fā)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(shí)用于控制氣體混合比例、流量及火焰大小并進(jìn)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(diǎn)火燃燒，產(chǎn)生氣體火焰，各種型號(hào)的焊炬均配有3~5個(gè)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(shí)燃燒所形成的火焰稱為中性焰。它由焰心，內(nèi)焰和外焰三部分組成。焰心呈尖錐狀，白色明亮輪廓清楚；內(nèi)焰呈藍(lán)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?yōu)槌赛S色。中性焰在距離焰心前面2~4mm處溫度最高，可達(dá)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(shí)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(huì)滲到熔池中造成焊縫增碳。碳化焰比中性焰長(zhǎng)，適用于焊接高碳鋼，鑄鐵和硬質(zhì)合金等材料。

氧化焰：氧與乙炔混合比例大于1.2時(shí)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(duì)熔池金屬有強(qiáng)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(shí)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(diǎn)鋅的蒸發(fā)。

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(shí)，常用的焊絲牌號(hào)有H08、H08A等。焊絲直徑一般為2~4mm，氣焊時(shí)根據(jù)焊件厚度來選擇。為了保證焊接接頭的質(zhì)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(shí)現(xiàn)金屬切割的方法。氣割開

始時(shí)，用氣體火焰將待切割處附近的金屬預(yù)熱到燃點(diǎn)。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(chǎn)生的熱量和預(yù)熱火焰同時(shí)又把鄰近的金屬預(yù)熱到燃點(diǎn)，沿切割線以一定速度移動(dòng)割炬，便形成切口。在整個(gè)氣割過程中，割件金屬?zèng)]有熔化。因此，金屬氣割過程實(shí)質(zhì)上是金屬在純氧中的燃燒過程。氣割所需設(shè)備中，除用割炬代替焊炬外，其它設(shè)備與氣焊相同。常用割矩的型號(hào)有G01-30和G01-100等。

對(duì)金屬材料進(jìn)行氣割時(shí)，必須具備下列條件：

1）被切割金屬的燃點(diǎn)必須低于其熔點(diǎn)，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(diǎn)升高而熔點(diǎn)降低。

2）金屬氧化物的熔點(diǎn)應(yīng)低于金屬本身的熔點(diǎn)，同時(shí)流動(dòng)性要好，否則，氣割過程形成的高熔點(diǎn)金屬氧化物會(huì)阻礙下層金屬與切割射流的接觸，使氣割發(fā)生困難。

3）金屬燃燒時(shí)能放出大量的熱，而且金屬本身的導(dǎo)熱性要低，這樣才能保證氣割處的金屬具有足夠的預(yù)熱溫度，使氣割過程繼續(xù)進(jìn)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(jié)構(gòu)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(hù)焊講授內(nèi)容

利用外加氣體作為電弧介質(zhì)并保護(hù)電弧和熔池的電弧焊方法稱為氣體保護(hù)焊。常用的保護(hù)氣體有兩種：氬氣和二氧化碳?xì)狻?/p>

一、氬弧焊

用氬氣作為保護(hù)性氣體的氣體保護(hù)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(xù)封閉的氣流把空氣排開，保護(hù)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(tài)金屬起化學(xué)反應(yīng)，也不溶于金屬。同時(shí)氬氣氣流對(duì)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(zhì)量較高。

2．氬弧焊特點(diǎn)

氬氣是惰性氣體，能有效地保護(hù)液態(tài)金屬不被氧化；電弧熱量集中，熱影響區(qū)小，焊件變形小；操作明弧可見，比較直觀、容易；電弧穩(wěn)定、飛濺小、焊縫致密，機(jī)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(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。

3．氬弧焊的應(yīng)用

氬弧焊是一種高質(zhì)量的焊接方法，具有很多優(yōu)點(diǎn)，因此在造船、航空、航天、化工、機(jī)械及電子等工業(yè)部門都得到了廣泛的應(yīng)用。但氬弧焊設(shè)備復(fù)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(shè)備及工藝

根據(jù)實(shí)習(xí)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際設(shè)備，介紹我們現(xiàn)有的設(shè)備、工藝及操作要領(lǐng)。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(hù)焊

利用CO2作為作為保護(hù)氣體的氣體保護(hù)焊稱為CO2氣體保護(hù)焊。一般可分為半自動(dòng)焊、自動(dòng)焊兩種。1．基本原理

它是用焊絲和工件之間產(chǎn)生電弧來熔化金屬的一種熔化極氣體保護(hù)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(hù)焊縫的作用。

2．CO2氣體保護(hù)焊的特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)： CO2氣體價(jià)格廉價(jià)，和電弧焊相比生產(chǎn)效率高（不用清渣及換焊條），焊接成本較低；焊接時(shí)電流密度大，電弧熱利用率高，焊后不需清渣，生產(chǎn)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(zhì)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(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。

缺點(diǎn)： CO2氣體在高溫時(shí)會(huì)分解，使電弧氣氛具有強(qiáng)烈氧化性，導(dǎo)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(huì)影響地球大氣環(huán)境。

3．CO2氣體保護(hù)焊的應(yīng)用

低碳鋼、低合金鋼、耐磨零件的堆焊，鑄鋼件的補(bǔ)焊等。4．CO2氣體保護(hù)焊設(shè)備及工藝

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物介紹我們的設(shè)備、工藝及操作要領(lǐng)。5．CO2氣體保護(hù)焊操作

典型工件：低碳鋼板的焊接操作。

第四篇：焊接結(jié)構(gòu)教案

第三編 焊接結(jié)構(gòu) 第十三章

焊接應(yīng)力與變形

本章主要討論焊接應(yīng)力與變形的基本概念及其產(chǎn)生原因；焊接應(yīng)力的分布規(guī)律；焊接過程中如何降低焊接應(yīng)力和焊后如何消除焊接殘余應(yīng)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(jié) 焊接應(yīng)力和變形的形成過程

一、應(yīng)力與變形的基本知識(shí)

1．應(yīng)力

物體在單位截面上表現(xiàn)的內(nèi)力稱為應(yīng)力。根據(jù)引起內(nèi)力的原因不同，應(yīng)力可分為：工作應(yīng)力：物體由于外力作用在其單位截面上出現(xiàn)的內(nèi)力。

內(nèi)應(yīng)力：物體在無外力作用下而存在于內(nèi)部的應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力按其產(chǎn)生的原因不同分為熱應(yīng)力、裝配應(yīng)力、相變應(yīng)力和殘余應(yīng)力。

2．變形

物體在外力或溫度等因素的作用下，其內(nèi)部原子的相對(duì)位置發(fā)生改變，其宏觀表現(xiàn)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(zhì)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(yīng)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(diǎn)的假定

三、焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生原因

影響焊接應(yīng)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(yīng)力與變形產(chǎn)生的基本原因，首先對(duì)均勻加熱時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力與變形進(jìn)行討論。

1．均勻加熱時(shí)引起應(yīng)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(yīng)力，無殘余變形。

（2）受約束的桿件在均勻加熱時(shí)的應(yīng)力與變形

如果加熱溫度較低，材料的變形在彈性范圍內(nèi)，根據(jù)虎克定律，應(yīng)力與應(yīng)變符合線性關(guān)系，當(dāng)溫度恢復(fù)到原始溫度時(shí)，桿件自由收縮到原來的長(zhǎng)度，壓應(yīng)力全部消失，即不存在殘余應(yīng)力與殘余變形。

如果加熱溫度比較高，達(dá)到或超過材料屈服點(diǎn)溫度時(shí)，桿件的壓縮變形量增大，產(chǎn)生塑性變形，此時(shí)的內(nèi)部變形率由彈性變形率和塑性變形率兩部分組成。當(dāng)溫度恢復(fù)到原始溫度時(shí)，彈性變形部分恢復(fù)，塑性變形部分不能恢復(fù)。① 若桿件能自由收縮，則由于壓縮塑性變形的出現(xiàn)，桿件將比原來長(zhǎng)度縮短，出現(xiàn)縮短的殘余變形，但無殘余應(yīng)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(huì)產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。

2．不均勻加熱時(shí)引起的應(yīng)力與變形

（1）長(zhǎng)板條中心加熱引起的應(yīng)力與變形

（2）長(zhǎng)板條一側(cè)加熱引起的應(yīng)力與變形 綜上所述：

① 金屬不均勻受熱時(shí)，只要加熱溫度高于屈服點(diǎn)溫度，加熱時(shí)產(chǎn)生壓縮塑性變形，焊后就會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)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(shí)，焊縫附近產(chǎn)生壓縮塑性變形，冷卻后收縮，如果收縮充分，則變形大，應(yīng)力小；否則變形小，應(yīng)力大。

④ 焊接瞬時(shí)及殘余應(yīng)力分布不均勻，焊縫及其附近區(qū)域通常為殘余拉應(yīng)力。

第二節(jié) 焊接殘余應(yīng)力

一、焊接殘余應(yīng)力的分類

1．根據(jù)應(yīng)力性質(zhì)劃分：拉應(yīng)力、壓應(yīng)力

2．根據(jù)引起應(yīng)力的原因劃分：熱應(yīng)力、組織應(yīng)力、拘束應(yīng)力

3．根據(jù)應(yīng)力作用方向劃分：縱向應(yīng)力、橫向應(yīng)力、厚度方向應(yīng)力

4．根據(jù)應(yīng)力在焊接結(jié)構(gòu)中的存在情況劃分：?jiǎn)蜗驊?yīng)力、兩向應(yīng)力、三向應(yīng)力

5．根據(jù)內(nèi)應(yīng)力的發(fā)生和分布范圍劃分：第一類應(yīng)力、第二類應(yīng)力、第三類應(yīng)力

二、焊接殘余應(yīng)力的分布規(guī)律

1．縱向應(yīng)力бx的分布

бx在焊件橫截面上的分布規(guī)律為：焊縫及其附近區(qū)域?yàn)闅堄嗬瓚?yīng)力，一般可達(dá)材料的屈服強(qiáng)度，隨著離焊縫距離的增加，拉應(yīng)力急劇下降并轉(zhuǎn)為壓應(yīng)力。

бx在焊件縱截面上的分布規(guī)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(shí)，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(guān)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(duì)接的情況。

2．橫向應(yīng)力бy的分布

бy =бy′+бy″

бy′：焊縫及其塑性變形區(qū)的縱向收縮引起的橫向應(yīng)力；

бy″：焊縫及其塑性變形區(qū)的橫向收縮不均勻、不同時(shí)引起的橫向應(yīng)力。

3．特殊情況下的焊接殘余應(yīng)力

① 厚板中的焊接殘余應(yīng)力

② 拘束狀態(tài)下焊接殘余應(yīng)力

③ 封閉焊縫中的殘余應(yīng)力

④ 焊接梁柱中的殘余應(yīng)力

⑤ 焊接管道中的殘余應(yīng)力

三、焊接殘余應(yīng)力對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的影響

1．對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響

只要材料具有足夠的塑性，焊接殘余應(yīng)力的存在并不影響結(jié)構(gòu)的靜載強(qiáng)度。

對(duì)脆性材料制造的焊接結(jié)構(gòu)，由于材料不能進(jìn)行塑性變形，隨著外力的增加，構(gòu)件不可能產(chǎn)生應(yīng)力均勻化，所以在加載過程中應(yīng)力峰值不斷增加。當(dāng)應(yīng)力峰值達(dá)到材料的強(qiáng)度極限時(shí)，局部發(fā)生破壞，而最后導(dǎo)致構(gòu)件整體破壞。所以焊接殘余應(yīng)力對(duì)脆性材料的靜載強(qiáng)度有較大的影響。

2．對(duì)構(gòu)件加工尺寸精度的影響 3．對(duì)梁柱結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響

四、減小焊接殘余應(yīng)力的措施

一般來說，可以從設(shè)計(jì)和工藝兩方面著手：

1．設(shè)計(jì)措施

① 盡可能減少焊縫數(shù)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(shí)存在收縮量大和收縮量小的焊縫時(shí)，應(yīng)先焊收縮量大的焊縫；

③ 對(duì)工作時(shí)受力較大的焊縫應(yīng)先焊；

④平面交叉焊縫的焊接。

（2）縮小焊接區(qū)與結(jié)構(gòu)整體之間的溫差

（預(yù)熱法、冷焊法）

（3）加熱“減應(yīng)區(qū)”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(yīng)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(diǎn)下降和蠕變現(xiàn)象來達(dá)到松馳焊接殘余應(yīng)力的目的，同時(shí)熱處理還可以改善接頭的性能。

（1）整體熱處理

整體爐內(nèi)熱處理、整體腔內(nèi)熱處理

整體加熱熱處理消除殘余應(yīng)力的效果取決于熱處理溫度、保溫時(shí)間、加熱和冷卻速度、加熱方法和加熱范圍。保溫時(shí)間根據(jù)板厚確定，一般按每毫米板厚1~2 min計(jì)算，但最短不小于30 min，最長(zhǎng)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(yīng)力峰值，不能完全消除殘余應(yīng)力。加熱方法有電阻爐加熱、火焰加熱、感應(yīng)加熱、遠(yuǎn)紅外加熱等，消除應(yīng)力效果與加熱區(qū)的范圍、溫度分布有關(guān)。

2．加載法

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

（1）機(jī)械拉伸法

（2）溫差拉伸法

（3）振動(dòng)法

六、焊接殘余應(yīng)力的測(cè)定

目前，測(cè)定焊接殘余應(yīng)力的方法主要可歸結(jié)為兩類，即機(jī)械方法和物理方法。

1．機(jī)械方法

利用機(jī)械加工將試件切開或切去一部分，測(cè)定由此而釋放的彈性應(yīng)變來推算構(gòu)件中原有的殘余應(yīng)力。包括切條法、鉆孔法和套孔法。

2．物理方法

是非破壞性測(cè)定焊接殘余應(yīng)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(chǎng)中磁化后的磁致伸縮效應(yīng)來測(cè)量殘余應(yīng)力的。（2）X射線衍射法是根據(jù)測(cè)定金屬晶體晶格常數(shù)在應(yīng)力的作用下發(fā)生變化來測(cè)定殘余應(yīng)力的無損測(cè)量方法。

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

第三節(jié) 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(duì)整個(gè)焊接結(jié)構(gòu)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(cuò)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(chǎn)生原因：焊縫及其附近區(qū)域在焊接高溫的作用下產(chǎn)生縱向的壓縮塑性變形。

焊件在假想力的作用下產(chǎn)生的縱向收縮量可用下式表示：

影響因素：

① 焊縫長(zhǎng)度L

② 焊件的截面積A

③ 壓縮變形區(qū)的面積Ap

④ 壓縮塑性應(yīng)變?chǔ)舙（與焊接方向、焊接線能量、焊接工藝有關(guān)）

（2）橫向收縮變形Δy

橫向收縮變形的過程比較復(fù)雜，影響因素很多，現(xiàn)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(zhǎng)度方向Δy逐漸增大，但到一定長(zhǎng)度后趨于穩(wěn)定，不再增大。

2）對(duì)接焊縫的橫向收縮

影響因素：

Δy的大小與板厚、材質(zhì)、拘束情況、焊接工藝、焊接順序有關(guān)。

2．角變形

中厚板對(duì)接焊、堆焊、搭接焊及T形接頭焊接中會(huì)產(chǎn)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(zhǎng)度方向開始比較小，隨后增加，直至達(dá)到穩(wěn)定。

（2）對(duì)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(shù)

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(duì)于水平板的回轉(zhuǎn)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(chǎn)生原因：焊縫的中心線與結(jié)構(gòu)截面的中性軸不重合或不對(duì)稱，焊縫的收縮沿構(gòu)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(wěn)變形，一般產(chǎn)生于薄板結(jié)構(gòu)中。

產(chǎn)生原因：板中遠(yuǎn)離焊縫區(qū)的壓縮殘余應(yīng)力超過了失穩(wěn)的臨界應(yīng)力值。

防止措施：

① 能降低焊接殘余壓應(yīng)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(chǎn)生原因：焊縫的角變形沿焊縫長(zhǎng)度方向分布不均勻。

6．錯(cuò)邊變形

錯(cuò)邊變形可分為長(zhǎng)度方向錯(cuò)邊和厚度方向錯(cuò)邊。

產(chǎn)生原因：

① 裝配不良；

② 組成焊件的零件裝配時(shí)夾緊不一致；

③ 兩零件的剛度或熱物理性質(zhì)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(huì)產(chǎn)生收縮變形，而其它幾種變形在有些焊接結(jié)構(gòu)中容易出現(xiàn)，而在有些焊接結(jié)構(gòu)中不容易出現(xiàn)。

二、焊接變形對(duì)焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的影響

首先，零部件的焊接變形給裝配帶來困難，進(jìn)而影響后續(xù)焊接質(zhì)量；

其次，焊接變形增加了結(jié)構(gòu)的制造成本；

另外，焊接變形也會(huì)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(shè)計(jì)措施

（1）盡量選用對(duì)稱的構(gòu)件截面和焊縫位置

（2）合理地選擇焊縫長(zhǎng)度和焊縫數(shù)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(bǔ)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(duì)接；（圖2-52）

鍋爐集箱；（圖）

工字梁翼板；（圖2-53）

板式起重機(jī)主梁，腹板預(yù)制上拱度（圖2-54）

（3）剛性固定法

① 焊件固定在剛性平臺(tái)上（圖2-55）

② 將焊件組合成剛性更大或?qū)ΨQ的結(jié)構(gòu)（圖2-56）

③ 利用焊接夾具增加結(jié)構(gòu)的剛性和拘束（圖2-57）

④ 利用臨時(shí)支撐增加結(jié)構(gòu)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(yīng)盡量靠近結(jié)構(gòu)截面的中性軸。（圖2-54）

② 對(duì)于焊縫非對(duì)稱布置的結(jié)構(gòu)，裝配焊接時(shí)應(yīng)先焊焊縫少的一側(cè)。（圖2-59）

③ 焊縫對(duì)稱布置的結(jié)構(gòu)，應(yīng)由偶數(shù)焊工對(duì)稱地施焊。（圖2-60）

④ 長(zhǎng)焊縫焊接時(shí)，應(yīng)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(chǎn)生扭曲變形，應(yīng)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(shù)（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(shí)質(zhì)是使構(gòu)件產(chǎn)生新的變形，以抵消焊接殘余變形。矯正的方法一般有機(jī)械矯正法和火焰加熱矯正法。

1．機(jī)械矯正法

機(jī)械矯正法是在機(jī)械力的作用下使部分金屬得到延伸，產(chǎn)生拉伸塑性變形，使變形的構(gòu)件恢復(fù)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(shí)產(chǎn)生的局部壓縮塑性變形使較長(zhǎng)的部分在冷卻后縮短來消除變形。

加熱方式：

① 點(diǎn)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(qiáng)度及計(jì)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(yīng)力分布狀況及其靜載強(qiáng)度計(jì)算；影響焊接接頭的疲勞強(qiáng)度因素有提高疲勞強(qiáng)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(jié) 焊接接頭的特點(diǎn)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(duì)接接頭

把同一平面上的兩被焊工件相對(duì)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(yīng)力集中小，材料消耗小。

（2）角接接頭

是兩被焊工件端面間構(gòu)成大于30o、小于150o夾角的接頭。多用于箱形構(gòu)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(jìn)行連接的接頭。

2．電阻焊接頭的基本類型

（1）對(duì)接接頭

（2）點(diǎn)焊接頭（3）縫焊接頭

二、電弧焊焊縫的類型

1．按工作特點(diǎn)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)分

①對(duì)接焊縫 ②角焊縫 ③端接焊縫 ④塞焊縫 ⑤組合焊縫

第二節(jié) 焊接接頭的工作應(yīng)力分布

一、應(yīng)力集中

1．應(yīng)力集中概念

在幾何形狀突變處或不連續(xù)處應(yīng)力突然增大的現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中。應(yīng)力集中程度的大小，常以應(yīng)力集中系數(shù)KT表示：

KT=бmax/бm

2．焊接接頭中產(chǎn)生應(yīng)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(yīng)力分布

1．對(duì)接接頭的工作應(yīng)力分布

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

2．搭接接頭的工作應(yīng)力分布

（1）正面角焊縫的工作應(yīng)力分布

如圖3-5所示，在角焊縫的根部A點(diǎn)和焊趾B點(diǎn)有較大的應(yīng)力集中，B點(diǎn)的應(yīng)力集中系數(shù)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(yīng)力集中系數(shù)。

搭接接頭的正面角焊縫受偏心載荷時(shí)，在焊縫上會(huì)產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力，導(dǎo)致彎曲變形，見圖3-6。為了減少?gòu)澢鷳?yīng)力，兩條正面角焊縫之間的距離l應(yīng)不小于其板厚的4倍。

（2）側(cè)面角焊縫的工作應(yīng)力分布

在用側(cè)面角焊縫連接的搭接接頭中，其應(yīng)力分布更加復(fù)雜。切應(yīng)力沿焊縫長(zhǎng)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(diǎn)的位置等因素有關(guān)。

外力作用如圖3-7a所示時(shí)，其沿側(cè)面焊縫長(zhǎng)度上切力分布見圖3-8，因?yàn)榇罱影宀牟皇墙^對(duì)剛體，在受力時(shí)本身產(chǎn)生彈性變形，所以形成兩端切力大，中間切力小的分布狀態(tài)。

外力作用如圖3-7 b所示時(shí)，兩板各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的相對(duì)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(dāng)側(cè)面角焊縫長(zhǎng)度超過某一長(zhǎng)度時(shí)，焊縫中間部分的切力就會(huì)接近零，因此，采用過長(zhǎng)的側(cè)面角焊縫是不合理的。一般工藝規(guī)定側(cè)面角焊縫長(zhǎng)度不得大于50K。

（3）聯(lián)合角焊縫搭接接頭工作應(yīng)力分布

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

3．T形接頭的工作應(yīng)力分布

T形接頭在角焊縫的過渡處和根部都有很大的應(yīng)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(yīng)力集中很大，在焊趾截面B—B上應(yīng)力分布也不均勻，B點(diǎn)的應(yīng)力集中系數(shù)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(diǎn)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(yīng)力集中大大降低。可見，保證焊透是降低T形接頭應(yīng)力集中的重要措施之一。

第三節(jié) 焊接接頭強(qiáng)度計(jì)算基礎(chǔ)

一、焊接接頭的設(shè)計(jì)

1．焊接接頭設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）應(yīng)盡量使接頭形式簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)連續(xù)，且不設(shè)在最大應(yīng)力作用截面上。

（2）要特別重視角焊縫的設(shè)計(jì)。

（3）盡量避免在厚度方向傳遞力。

（4）接頭的設(shè)計(jì)要便于制造和檢驗(yàn)。

（5）一般不考慮殘余應(yīng)力對(duì)接頭強(qiáng)度的影響。

2．常見不合理的接頭設(shè)計(jì)及改進(jìn)

見表3-3

二、電弧焊接頭靜載強(qiáng)度計(jì)算

1．焊接接頭靜載強(qiáng)度計(jì)算的幾個(gè)假設(shè)

2．電弧焊接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算

靜載強(qiáng)度計(jì)算方法，目前仍采用許用應(yīng)力法，強(qiáng)度計(jì)算時(shí)許用應(yīng)力均為焊縫的許用應(yīng)力。

焊縫的強(qiáng)度計(jì)算一般表達(dá)為：

б≤[б′]或η≤[η′]

(1)對(duì)接接頭的靜載強(qiáng)度計(jì)算

對(duì)接接頭強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，不考慮焊縫余高，焊縫長(zhǎng)度取實(shí)際長(zhǎng)度，計(jì)算厚度取兩板中較薄者。

全部焊透的對(duì)接接頭如圖3-17所示。其各種受力情況的計(jì)算公式如下：

1）受拉時(shí)

2）受壓時(shí)

3）受剪切時(shí)

4）受板平面內(nèi)彎矩

5）受垂直板面彎矩

（2）搭接接頭靜載強(qiáng)度計(jì)算

受拉、壓的搭接接頭計(jì)算公式如下：

正面焊縫

側(cè)面焊縫

聯(lián)合焊縫

第十五章 焊接結(jié)構(gòu)的脆性斷裂

第一節(jié) 金屬材料或結(jié)構(gòu)的斷裂及其影響因素

一、疲勞破壞

重復(fù)應(yīng)力所引起的裂紋起始和緩慢擴(kuò)展而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)部件的損傷。焊接結(jié)構(gòu)在交變應(yīng)力或應(yīng)變作用下，也會(huì)由于裂紋引發(fā)擴(kuò)展而發(fā)生疲勞破壞。疲勞破壞一般從應(yīng)力集中處開始，而焊接結(jié)構(gòu)的疲勞破壞又往往從焊接接頭處產(chǎn)生。

1．影響焊接接頭疲勞強(qiáng)度的因素

（1）應(yīng)力集中的影響

（2）殘余應(yīng)力的影響（3）缺陷的影響

2．提高焊接接頭疲勞強(qiáng)度的措施

（1）降低應(yīng)力集中

1）采用合理的結(jié)構(gòu)形式，減少應(yīng)力集中，以提高疲勞強(qiáng)度。

2）盡量采用應(yīng)力集中系數(shù)小的焊接接頭，如對(duì)接接頭。

3）當(dāng)采用角焊縫時(shí)，應(yīng)采取綜合措施來提高接頭的疲勞強(qiáng)度。

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

（2）調(diào)整殘余應(yīng)力場(chǎng)

消除焊接接頭應(yīng)力集中處的殘余拉應(yīng)力或使該處產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，都可以提高疲勞強(qiáng)度。

1）整體處理。包括整體退火或超載預(yù)拉伸法。

2）局部處理。采用局部加熱或擠壓可以調(diào)節(jié)殘余應(yīng)力場(chǎng)，在應(yīng)力集中處產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。

（3）改善材料的力學(xué)性能。

（4）特殊保護(hù)措施

二、焊接結(jié)構(gòu)的脆性斷裂

在應(yīng)力不高于結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)力和沒有明顯塑性變形的情況下發(fā)生，并瞬時(shí)擴(kuò)展到結(jié)構(gòu)整體的破壞方式。

1．影響金屬脆斷的主要因素

（1）應(yīng)力狀態(tài)的影響

實(shí)驗(yàn)證明，許多材料處于單軸或雙軸拉伸應(yīng)力下，可呈塑性狀態(tài)。當(dāng)處于三軸拉伸應(yīng)力時(shí)，因不易發(fā)生塑性變形而呈脆性。

（2）溫度的影響

對(duì)于一定的加載方式，當(dāng)溫度降至某一臨界值時(shí)，將出現(xiàn)塑性到脆性斷裂的轉(zhuǎn)變，這個(gè)溫度稱為脆性轉(zhuǎn)變溫度。脆性斷裂通常發(fā)生在體心立方和密排六方點(diǎn)陣的金屬和合金中，只有在特殊情況下，如應(yīng)力腐蝕條件下才在面心立方點(diǎn)陣金屬中發(fā)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(dāng)于降低溫度。

（4）材料狀態(tài)的影響

1）厚度的影響

①厚板在缺口處容易形成三軸應(yīng)力，因?yàn)檠睾穸确较虻氖湛s和變形受到較大的限制，產(chǎn)生三軸應(yīng)力使材料變脆。

②冶金因素。厚板軋制次數(shù)少、終軋溫度高，組織疏松，內(nèi)外層均勻性差。

2）晶粒度的影響。對(duì)于低碳鋼和低合金鋼來說，晶粒度越細(xì)，其轉(zhuǎn)變溫度越低。

3）化學(xué)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(yù)防焊接結(jié)構(gòu)脆性斷裂的措施

（1）正確選用材料

①在結(jié)構(gòu)工作條件下，焊縫、熱影響區(qū)、熔合區(qū)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。

②材料的選擇可通過缺口韌性試驗(yàn)或斷裂韌性評(píng)定試驗(yàn)來確定。

（2）采用合理的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1）盡量減少結(jié)構(gòu)或焊接接頭部位的應(yīng)力集中。

2）在滿足結(jié)構(gòu)的使用條件下盡量減少結(jié)構(gòu)的剛度，以降低應(yīng)力集中和附加應(yīng)力。

3）不應(yīng)通過降低許用應(yīng)力值來減少脆性的危險(xiǎn)性。

4）對(duì)于附件或不受力焊縫的設(shè)計(jì)，應(yīng)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(yīng)力的不利影響。在制訂工藝過程中，應(yīng)當(dāng)考慮盡量減少焊接殘余應(yīng)力值，在必要時(shí)應(yīng)考慮消除應(yīng)力熱處理。第二節(jié) 金屬材料和焊接結(jié)構(gòu)斷裂的評(píng)定方法

轉(zhuǎn)變溫度

金屬材料有兩個(gè)重要的強(qiáng)度指標(biāo)，即屈服強(qiáng)度ζs和斷裂強(qiáng)度ζf。溫度降低，ζs上升速率大于ζf上升速率，兩線交點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度Tk稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度，當(dāng)T

防止結(jié)構(gòu)產(chǎn)生脆性破壞有兩種設(shè)計(jì)原則

防止開裂原則：

止裂原則：設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)在可能出現(xiàn)的最低溫度下工作，必須能阻止裂紋的自由擴(kuò)展。

根據(jù)斷裂力學(xué)理論，能夠止裂的條件是裂紋起源于局部脆化區(qū)內(nèi)，且處于較高的應(yīng)力場(chǎng)中，當(dāng)裂紋擴(kuò)展進(jìn)入韌性區(qū)和低應(yīng)力場(chǎng)時(shí)，該裂紋如果小于失穩(wěn)斷裂的臨界長(zhǎng)度，則該裂紋被阻止。

轉(zhuǎn)變溫度評(píng)定方法(沖擊試驗(yàn))(一)沖擊試驗(yàn)

分為夏比V形缺口沖擊試驗(yàn)和梅氏U形缺口沖擊試驗(yàn)。

夏比V形缺口沖擊試驗(yàn)評(píng)定：

1． 能量準(zhǔn)則：以沖擊斷裂功αk值降低到某一特定數(shù)值時(shí)的溫度作為臨界溫度Tk。

斷口形貌準(zhǔn)則：按斷口中纖維狀區(qū)域與結(jié)晶狀區(qū)域某一相對(duì)面積對(duì)應(yīng)的溫度來確定臨界溫度Tk。

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

在實(shí)驗(yàn)室里再現(xiàn)低應(yīng)力脆性斷裂的開裂情況，同時(shí)又能在板厚、焊接殘余應(yīng)力、焊接熱循環(huán)方面模擬實(shí)際結(jié)構(gòu)。

該試驗(yàn)脆性斷裂有三種情況： 1． 低應(yīng)力產(chǎn)生裂紋并立即斷裂

2． 低應(yīng)力產(chǎn)生裂紋擴(kuò)展一定長(zhǎng)度后自行停止

3． 在較高溫度下，要有高達(dá)屈服強(qiáng)度的應(yīng)力才會(huì)產(chǎn)生

裂紋，最后產(chǎn)生斷裂。轉(zhuǎn)變溫度評(píng)定方法(落錘試驗(yàn))

測(cè)定厚度大于16mm鋼板的NDT(無塑性轉(zhuǎn)變溫度)的試驗(yàn)方法，可替代大型止裂試驗(yàn)研究材料的止裂性能，其缺點(diǎn)是試樣尺寸不能反映大型焊接結(jié)構(gòu)的尺寸效應(yīng)和較大拘束效應(yīng)，表面堆焊脆性焊道，對(duì)熱敏感的合金材料難以使用。

轉(zhuǎn)變溫度評(píng)定方法(動(dòng)態(tài)撕裂試驗(yàn))

確定材料斷裂韌性的全范圍的試驗(yàn)方法，屬于大型沖擊試驗(yàn)。除了確定NDT溫度之外，還能確定最高塑性斷裂溫度及相應(yīng)的沖擊功。適用于高強(qiáng)鋼及厚板和特厚板焊接結(jié)構(gòu)。這類鋼與低強(qiáng)度鋼相比，各向異性受鋼中雜質(zhì)的影響，難以保證穩(wěn)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(duì)顯微裂紋的形成有較大的影響。

轉(zhuǎn)變溫度評(píng)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(shù)焊接結(jié)構(gòu)工作在靜載下，所以開裂條件不夠真實(shí)。

通過試驗(yàn)確定止裂應(yīng)力與溫度的關(guān)系。利用一塊耳板在低溫和拉伸負(fù)載下將試樣拉斷，使裂紋向有均勻拉伸負(fù)載的試件主體擴(kuò)展。第三節(jié) 焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及其對(duì)脆斷的影響

設(shè)計(jì)影響

焊接結(jié)構(gòu)的整體性及大剛度 1． 引起較大的附加應(yīng)力 2． 對(duì)應(yīng)力集中因素特別敏感

3． 一旦有不穩(wěn)定脆性裂紋出現(xiàn)，很可能會(huì)穿越接頭擴(kuò)展至整個(gè)結(jié)構(gòu)，從而造成整個(gè)結(jié)構(gòu)的破壞。不應(yīng)在高應(yīng)力集中區(qū)布置焊縫。制造影響(應(yīng)變時(shí)效)人工時(shí)效：鋼材在剪切、冷作、彎曲成型之后，如果在150~450℃范圍內(nèi)加熱，材料性能會(huì)產(chǎn)生脆化，即產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)效。該應(yīng)變時(shí)效較動(dòng)應(yīng)變時(shí)效的影響弱的多。

動(dòng)應(yīng)變時(shí)效：材料在熱循環(huán)和熱塑性變形循環(huán)的作用下，在缺陷處和產(chǎn)生較嚴(yán)重的應(yīng)變集中，具有較大的熱應(yīng)變量，降低了材料的延性，提高了材料的轉(zhuǎn)變溫度。

制造影響(接頭金相組織、焊接缺陷)在焊接熱循環(huán)的作用下，焊縫及近縫區(qū)的組織會(huì)發(fā)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(xué)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(chǎn)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(jié)構(gòu)產(chǎn)生脆斷的重要因素。其影響程度與缺陷的性質(zhì)、尺寸、形狀及部位有關(guān)，其中裂紋、未焊透等影響最為嚴(yán)重。制造影響(角變形、錯(cuò)邊、殘余應(yīng)力)產(chǎn)生附加彎曲力矩和新的應(yīng)力應(yīng)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(yàn)溫度在材料的轉(zhuǎn)變溫度以上時(shí)對(duì)脆斷無影響

2)試驗(yàn)溫度在材料的轉(zhuǎn)變溫度以下時(shí)，和拉伸載荷疊加，造成脆斷的產(chǎn)生。

第四節(jié) 預(yù)防焊接結(jié)構(gòu)脆性斷裂的措施

設(shè)計(jì)方面

(一)掌握結(jié)構(gòu)工作條件：最低溫度、介質(zhì)溫度和工作載荷的性質(zhì)。(二)減少結(jié)構(gòu)和接頭的應(yīng)力集中

1． 選擇結(jié)構(gòu)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(yīng)力集中。

2． 盡量減小結(jié)構(gòu)剛性，大型結(jié)構(gòu)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(yàn)驗(yàn)收材料

一般對(duì)選定的材料用V形缺口沖擊試驗(yàn)的結(jié)果來驗(yàn)證其適應(yīng)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?yàn)閮烧咧确从沉肆鸭y尖端處在斷裂前塑性區(qū)的大小。嚴(yán)格制造工藝和質(zhì)量監(jiān)督

1．嚴(yán)格按規(guī)定的工藝參數(shù)施工，禁止使用過大的線能量 2．較強(qiáng)質(zhì)量檢驗(yàn)，及時(shí)消除嚴(yán)重缺陷

3．盡可能利用焊接工夾具和機(jī)械化裝置進(jìn)行施工

4．對(duì)于重要的和危險(xiǎn)的結(jié)構(gòu)應(yīng)通過試驗(yàn)決定是否需要焊后熱處理

第十六章 焊接接頭和焊接結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度

第一節(jié) 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(jī)械疲勞 按應(yīng)力大小和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)分為

1．低周高應(yīng)變疲勞：作用的應(yīng)力超過彈性范圍，疲勞循環(huán)次數(shù)小于104~105 2．高周低應(yīng)力疲勞：公稱循環(huán)應(yīng)力小于材料的屈服極限，疲勞破壞的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)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(yīng)力最高、強(qiáng)度最弱的基體上形成。

2.擴(kuò)展階段；初始裂紋在交變載荷作用下，當(dāng)裂紋尖端處在拉伸應(yīng)力場(chǎng)時(shí)，由于裂紋尖端極大的應(yīng)力集中，使該處晶粒發(fā)生滑移，裂紋張開，尖端向前延伸

3.瞬時(shí)斷裂階段：當(dāng)疲勞裂紋擴(kuò)展到材料的強(qiáng)度極限時(shí)，疲勞裂紋達(dá)到臨界裂紋尺寸而產(chǎn)生瞬時(shí)斷裂。

疲勞斷口可分成三個(gè)區(qū)域

1.疲勞裂紋源：肉眼可見晶粒的粗滑移。

2．疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)：宏觀有條帶和貝殼狀花紋，每一條輝紋代表一次應(yīng)力(應(yīng)變)循環(huán)及裂紋逐次向前推進(jìn)的位置。對(duì)于高強(qiáng)鋼來說，很難辨認(rèn)明顯的疲勞條紋

3.瞬時(shí)斷裂區(qū)：一般呈粗晶狀斷口或出現(xiàn)放射棱線，外觀與脆性失穩(wěn)斷裂相似。

第二節(jié) 疲勞破壞機(jī)理

裂紋亞臨界擴(kuò)展

裂紋受到一個(gè)低于ζc但有足夠大的循環(huán)應(yīng)力時(shí)，則初始裂紋會(huì)由起始尺寸a0逐漸擴(kuò)展到臨界尺寸ac，這一過程稱為疲勞裂紋的亞臨界擴(kuò)展。

可以分為兩種類型來研究裂紋的亞臨界擴(kuò)展：裂紋在裂紋尖端彈性區(qū)的擴(kuò)展和裂紋在塑性區(qū)的擴(kuò)展。在前一種情況，裂紋長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過裂紋尖端塑性區(qū)的尺寸，承受低載荷、高循環(huán)、低裂紋擴(kuò)展速率的屬于該情況；當(dāng)裂紋尺寸遠(yuǎn)小于塑性區(qū)尺寸，并承受高載荷、低循環(huán)、高裂紋擴(kuò)展速率屬于后者情況。裂紋擴(kuò)展速率

當(dāng)外加應(yīng)力強(qiáng)度因子幅度達(dá)到臨界值ΔKth后，裂紋擴(kuò)展速率急劇上升，此線段幾乎與縱坐標(biāo)平行；此后，da/dN與ΔK成指數(shù)關(guān)系變化，斷口平直，與拉應(yīng)力成900，穿晶斷裂，疲勞輝紋明顯；繼續(xù)增加ΔK出現(xiàn)斜率轉(zhuǎn)折點(diǎn)I，過此點(diǎn)斜率n2斜率，出現(xiàn)切變斜斷口，為解理斷裂和疲勞斷裂的混合型；繼續(xù)增加ΔK接近材料的KIC時(shí)，到了材料的第Ⅱ轉(zhuǎn)折點(diǎn)，過此點(diǎn)后，斜率增加，點(diǎn)Ⅱ是裂紋擴(kuò)展加速轉(zhuǎn)變點(diǎn)，此區(qū)內(nèi)斷口全為切變斷口。

帕瑞斯表達(dá)式

ΔK―應(yīng)力強(qiáng)度因子幅度(ΔK=Kmax-Kmin)

c、n―由試驗(yàn)確定的材料、環(huán)境、頻率和循環(huán)特形等的函數(shù)

帕瑞斯表達(dá)式不足：沒有考慮平均應(yīng)力對(duì)da/dN影響；沒有考慮當(dāng)裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子趨近于其臨界值KIC時(shí)，裂紋加速擴(kuò)展效應(yīng)

da

dN?????n第三節(jié) 疲勞斷裂力學(xué)的基本概念

疲勞設(shè)計(jì)方法分類

1． 許用應(yīng)力設(shè)計(jì)法：把各種構(gòu)件和接頭試驗(yàn)疲勞強(qiáng)度除以特殊安全系數(shù)作為許用應(yīng)力(疲勞極限、非破壞概率95％的2×106次疲勞強(qiáng)度等)，使設(shè)計(jì)載荷引起應(yīng)力最大值不超過其許用應(yīng)力，從而確定構(gòu)件斷面尺寸設(shè)計(jì)方法。

2． 安全壽命設(shè)計(jì)：傳統(tǒng)疲勞設(shè)計(jì)方法都是安全壽命設(shè)計(jì)。所謂安全壽命指在某一環(huán)境下，在已知小于疲勞破壞許用應(yīng)力的最大負(fù)載概率時(shí)工作的循環(huán)次數(shù)。由ζ-N曲線獲得ζr，并利用ζmax-ζmin疲勞圖進(jìn)行設(shè)計(jì)。

應(yīng)力應(yīng)變循環(huán)圖(小載荷)

應(yīng)力應(yīng)變循環(huán)圖(大載荷)

第四節(jié) 疲勞強(qiáng)度的常用表示法

在靜強(qiáng)度計(jì)算中，所用材料的強(qiáng)度指標(biāo)是屈服極限ζS和強(qiáng)度極限ζb，靜載強(qiáng)度計(jì)算的出發(fā)點(diǎn)是名義應(yīng)力(或稱基本應(yīng)力)，而疲勞強(qiáng)度計(jì)算中，所用材料的強(qiáng)度指標(biāo)是疲勞極限ζr，計(jì)算的出發(fā)點(diǎn)是是局部應(yīng)力(或稱峰值應(yīng)力)。

將破壞應(yīng)力與加載循環(huán)次數(shù)N繪成如圖5-7所示的曲線，曲線上對(duì)應(yīng)的某一循環(huán)次數(shù)N的破壞應(yīng)力即為該循環(huán)次數(shù)條件下的疲勞強(qiáng)度，曲線的水平漸近線代表疲勞極限。

第五節(jié) 影響焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的因素

(一)應(yīng)力集中的影響

當(dāng)局部峰值應(yīng)力達(dá)到材料屈服極限時(shí)，在斷裂前局部材料將產(chǎn)生塑性變形，造成應(yīng)力重新分布，故實(shí)際峰值應(yīng)力低于理論峰值應(yīng)力。在這種情況下，應(yīng)該用有效應(yīng)力集中系數(shù)Kf來估計(jì)，其值為光滑試樣的疲勞強(qiáng)度ζp與有效應(yīng)力集中試樣的疲勞強(qiáng)度ζp’之比

對(duì)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(yīng)力集中程度要小，接頭疲勞強(qiáng)度最高。

(二)焊接殘余應(yīng)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(yīng)力時(shí)的極限應(yīng)力振幅值ζa。當(dāng)構(gòu)件中的應(yīng)力振幅值大于極限振幅值時(shí)，將發(fā)生疲勞破壞。隨著ζm的增加，極限應(yīng)力幅值有所下降。

(三)材料表面狀態(tài)

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

(四)焊接缺陷的影響

焊接缺陷在焊件中會(huì)引起應(yīng)力集中，在交變載荷作用下，很容易引發(fā)疲勞裂紋。缺陷對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響比對(duì)靜載強(qiáng)度的影響大得多。(五)不同強(qiáng)度金屬的影響 強(qiáng)度極限越高，材料對(duì)應(yīng)力集中就越敏感，只有表面拋光的試件其疲勞強(qiáng)度才能隨強(qiáng)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(fù)載特點(diǎn)：交變彎曲疲勞破壞的壽命最短。3．溫度升高，裂紋擴(kuò)展速率隨之增高。

第六節(jié) 提高焊接接頭疲勞強(qiáng)度的措施

(一)降低應(yīng)力集中

1.采用合理的結(jié)構(gòu)形式

2．盡量采用應(yīng)力集中系數(shù)小的焊接接頭。3．改善非連續(xù)的幾何形狀，緩和應(yīng)力集中

(二)調(diào)整殘余應(yīng)力場(chǎng)

在易產(chǎn)生裂紋的缺口部位預(yù)制殘余壓應(yīng)力，消除接頭應(yīng)力集中處的殘余拉應(yīng)力。

(三)表面強(qiáng)化處理

第五篇：焊接公開課教案

鳳 陽(yáng) 縣 職 業(yè) 教 育 中 心

課 題：學(xué) 科：授課人：陳博班 級(jí)：地 點(diǎn)：時(shí) 間；公 開 課 教 案

焊接技術(shù)（維修板凳）機(jī) 電 李明 吳曉榕 朱永梅

2009級(jí)機(jī)電（2）班 電焊實(shí)訓(xùn)室 2011年3月22日

焊接技術(shù)（維修板凳）

教學(xué)目標(biāo)：

1、檢驗(yàn)所學(xué)電焊技術(shù)

2、為學(xué)校節(jié)省開支

教學(xué)重難點(diǎn)：

焊接牢固、油漆美觀 教學(xué)工具：

電焊機(jī)、面罩、手套、工作服 教學(xué)材料：

Ф3.2mm焊條、4×Ф10mm鋼筋、壞板凳、油漆、毛刷、砂紙 教學(xué)過程：

一、焊接及刷漆注意事項(xiàng)

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(hù)白光眼鏡等安全用具。

2、防止飛濺金屬造成灼傷和火災(zāi)。

3、防止電弧光輻射對(duì)人體的危害。

4、防止某些有害氣體中毒，注意保持室內(nèi)通風(fēng)。

5、焊機(jī)使用前必須仔細(xì)檢查導(dǎo)線絕緣是否完整，接線是否絕緣良好，注意避免發(fā)生觸電事故。

二、板凳損壞情況分析

由于螺絲的松動(dòng)，使板凳面支架不成整體，經(jīng)晃動(dòng)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(fù)

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(gè)整體，下表面也成為一個(gè)整體，這樣螺絲再松動(dòng)，支架仍然是整體，板凳再晃動(dòng)，也不會(huì)損壞焊接點(diǎn)，板凳不得輕易損壞。

焊接好的支架

焊接點(diǎn)示意圖

四、焊接流程技術(shù)要求

1、焊機(jī)電流調(diào)到100A左右（根據(jù)技術(shù)熟練程度自己掌握）。

師問：焊接電流為什么要調(diào)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(gè)接觸點(diǎn)，焊點(diǎn)時(shí)間在3~5秒（根據(jù)技術(shù)熟練程度自己掌握），保證焊點(diǎn)光滑圓潤(rùn)，無毛刺。

6、焊后清理焊點(diǎn)熔渣及飛濺物，檢查焊接質(zhì)量，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。師問：焊后清理目的是什么？

五、刷漆

1、用砂紙把鋼筋及焊點(diǎn)表面打磨干凈。

2、用刷子刷上防銹漆，晾干。

六、學(xué)生實(shí)訓(xùn)過程，教師巡視指導(dǎo)。

七、板凳維修完成后，教師檢驗(yàn)，并評(píng)出優(yōu)秀實(shí)訓(xùn)學(xué)生給予表?yè)P(yáng)。實(shí)訓(xùn)總結(jié)

通過本次實(shí)訓(xùn)，讓學(xué)生在原有的焊接技術(shù)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步得到了鞏固，進(jìn)一步深化了對(duì)焊接實(shí)訓(xùn)中注意事項(xiàng)的理解。在實(shí)戰(zhàn)中不斷地檢驗(yàn)自己，提高自己的技術(shù)水平。板書設(shè)計(jì)

焊接技術(shù)（維修板凳）

一、焊接及刷漆注意事項(xiàng)

二、板凳損壞情況分析

三、焊接修復(fù)

四、焊接流程技術(shù)要求

五、刷漆