國際焊接工程師考試結構最后復習提綱

1、 焊接結構設計 8/8焊接結構設計復習提綱1、結構設計基礎 概述進行結構設計時不考慮所用的材料和元素，只考慮結構本身所能達到的性能。結構設計的過程就是按所提出的要求，把各個單獨部件焊接連接成一個構件的過程。 靜力學基礎 力與力矩（N、kN、kNm） 平衡條件（H=0, V=0，M=0） 構件組成 支座的種類 支座的受力條件 靜定系統(tǒng) n=a+z-3·s 內力計算 內力是指物體內部各質點之間的相互作用，物體不受外力時，其內部各質點之間也存在內力，它使質點間相對位置保持不變。當物體受外力作用而發(fā)生變形時，物體所受內力發(fā)生變化，產生了“附加內力”，稱為內力。 水平方向力 N（Nx該點處物體

2、水平方向所受內力）垂直方向力 V（Vx該點處物體垂直方向所受內力）彎 矩 M（Mx該點處物體所受力矩） 內力分布 強度理論 應力 應力=力/受力面積 正應力（作用力垂直作用到橫截面積上） 剪應力（作用力平行作用到橫截面積上） 變形 變形是物體內部承受載荷，從而迫使它的外形發(fā)生改變的可見的標志。 屈強比 許用應力：為了使建筑物不致在應力達到屈服極限時出現(xiàn)變形現(xiàn)象，許用應力是根據(jù)屈服極限而不是根據(jù)斷裂極限來進行保障。 截面參量 靜矩S：Sy=A·Z1 慣性矩I:：Iy=bh3/12，Iy=A·Z3 構件的應力分布 = ，2、焊縫設計基礎 焊接接頭形式 焊接接頭是把零件或部件用焊

3、接的方法相互連接起來的區(qū)域，接頭的種類是通過零部件在結構設計上相互配置的情況而確定的。 焊接接頭種類 焊接接頭準備和焊縫的基本概念 焊縫的形式及應用 對接焊縫（焊縫厚度、焊縫長度） 角焊縫（焊縫形狀說明和焊縫尺寸、角焊縫應用、焊縫厚度的限定、斷續(xù)焊接的角焊縫） 焊縫的表示（ISO2553） 焊縫的受載荷方式 （垂直正應力） （平行正應力） （垂直剪應力） （平行剪應力） 焊縫的極限應力和許用應力 影響焊接接頭應力極限的因素有（材料的連接強度、載荷種類、焊縫形式、焊縫質量、結構中焊縫的位置） 靜載條件下的焊縫計算w,v 扭曲 扭曲構件橫截面在扭矩的作用下相對軸線而產生的轉動變形 扭矩MT：當作用

4、力偏離剪力中心時，則將產生扭矩。 剪力中心：構件上不產生扭矩的剪力作用點 扭距作用在截面上的應力Am是剪力作用的面積，即圖中陰影線部分 電阻焊接頭 點焊可用于力的傳遞，力的承載，物件連續(xù)和瞬間定位以及容器密封焊縫的生產。 根據(jù)焊接接頭的設計情況，焊縫可以承剪切、拉伸、撕拉和扭轉等載荷。 設計合理性3、不同載荷下的焊接結構 不同載荷條件下的破壞形式 在靜載及主要承受靜載的狀態(tài)下，將導致：形變斷裂、脆性斷裂、層狀撕裂和失穩(wěn)破壞。 在熱負荷狀態(tài)下，將導致：低溫的影響脆性斷裂，高溫的影響屈服極限的高溫失效及蠕變失效。 在動載荷狀態(tài)下，將導致：疲勞斷裂。 層狀撕裂的產生和防止 應用低硫含量和/或高ED（

5、板材厚度方向的斷面收縮率）值的材料。 設計及生產技術方面：盡可能避免厚度方向上由于焊接殘余應力引起的應力或者把它降至很低。 作用于收縮方向上的焊縫厚度aD盡可能低焊縫連接基礎應盡可能大焊道數(shù)應少焊道次數(shù)應考慮局部緩沖盡可能選擇對稱焊縫形式和對稱焊接順序盡可能使用軋制產品所有層次與焊縫連接通過連接范圍的緩沖減少層狀撕裂傾向予熱（>100）4、主靜載焊接結構 鋼結構特點 鋼材強度高，塑性、韌性較好；重量輕；材質均勻和力學計算的假定比較符合；制作簡便，施工工 期短；密閉性好；耐蝕性差；耐熱不耐火；低溫和其它條件下，可能發(fā)生脆斷。 構件結構設計要求（受壓條件下的失穩(wěn)、桁架梁和實壁梁） 受壓構件的

6、彎曲失穩(wěn) 軸心受力構件（軸心受力構件的常用截面形式可分為實腹式和格構式兩大類） 受彎構件（實腹式受彎構件梁、格構式受彎構件桁架梁、梁的局部穩(wěn)定和腹板加勁肋設計） 按DIN18800-1鋼制構件的限定和結構基礎 鋼材種類 鋼材選擇和證書 冷變形區(qū)域的焊接 焊接填充材料及輔助材料 焊接的實壁梁 使用軋制型材可以很方便地改變實壁梁的高度，只需改變腹板的高度，可增大該處的慣性矩，并減小支座，但應注意在支承處驗證其抗剪能力。 在彎矩和剪力的作用下，需對受彎梁進行局部加強。在L0長度區(qū)域內進行加強后，增大在該區(qū)域內的慣性矩，提高承載能力。 實壁梁加強板的配置及翼板加強時端部的焊接接頭 由腹板及加強板組成的

7、區(qū)域稱作翹曲區(qū)，為提高梁的穩(wěn)定性及承受彎曲和剪應力的能力，需對梁進行剛度加強，即：橫向加強和縱向加強。 桁架梁 桁架梁的優(yōu)點是，每個桿件的材料性能均可得到充分利用。從焊接觀點來說，每個桿件的截面形狀選擇以及節(jié)點的結構形式設計非常重要。 桿件的截面形狀可根據(jù)不同的條件進行選擇，并有不同的方案（合理的焊接方案、合理的制作方案、防腐技術方案） 焊接節(jié)點 型材的選擇 閉式型材：封閉式結構的優(yōu)點是可充分利用其截面面積，并可將頂部承受的壓應力傳遞到基礎上，但卻增加了受彎梁的連接困難，并將導致局部過載。 開式型材：開式結構不能充分利用其截面面積，但卻不存在受彎梁的連接困難，因此在工程結構上經(jīng)常采用。 鋼質量

8、組別的選擇 應力狀態(tài) 構件的重要性 溫度 構件厚度 框架轉角結構 角平分線上受載時的應力分布（應力分布不是直線而是雙曲線；在直角截面上，平面交界處的拉應力，在轉角凸出處上的分布一直為零；尖銳的轉角凹進處，壓應力在理論上上升到無窮大）。 框架轉角結構設計準則 選R/h1 內翼板的強度要高于外翼板 框架轉角區(qū)域的腹板加強 對于徑向力，采取通過徑向的調整加強，同時增加板厚等措施，提高穩(wěn)定性 腹板和翼板之間的頸部焊縫測定為雙軸應力狀態(tài)五、動載焊接結構（斷裂力學） 脆性斷裂的產生原因及特點 名義工作應力低；斷裂之前無明顯塑性變形，突發(fā)斷裂；低應力脆性破壞多發(fā)生在低溫陰冷的時刻。 發(fā)生低應力脆性斷裂的結構

9、內，多半存在著較大的內應力，有較高的內能；發(fā)生低應力脆性斷裂的結構上，必有裂源或應力集中點存在；脆性斷裂對缺陷和應力集中很敏感。 拉應力是裂紋產生和擴展的動力，拉應力及缺陷的大小直接影響裂紋萌生和擴展的速度；阻止裂紋擴展的主要因素是壓應力和材料的塑性變形。 內因，即結構抗力是預防脆性斷裂的根基；外因，即載荷性質、加載速率、環(huán)境因素等，是發(fā)生脆性斷裂的條件，須同時兼顧，方能避免脆斷災害的發(fā)生！ 預防脆性斷裂的措施（正確選擇材料、正確設計合理、安排結構制造工藝、正確使用，精心維護） 斷裂力學的應用 斷裂力學的在于研究宏觀裂紋在什么條件下，才會導致失穩(wěn)擴展，引發(fā)脆性斷裂；建立裂紋尺寸與破壞應力之間的

10、關系。這對結構安全設計、合理選材、改進材質和施工工藝，以及制定裂紋體力學的概念標準等都有重要意義。 線彈性斷裂力學 應力強度因子它反映材料抵抗脆性斷裂，或裂紋失穩(wěn)擴展的能力。 平面應變條件下，材料抵抗脆性斷裂的判據(jù)是： 非線性（彈塑性）斷裂力學 用裂紋尖端張開位移（COD）和形變功率(J積分)等來描述大范圍屈服裂紋尖端的力學狀態(tài)。 疲勞斷裂的產生原因及特點 脆性破壞與疲勞破壞的相同點（都屬于低應力破壞；破壞之前，結構都沒有明顯的征兆或外觀變形，突發(fā)性強，令人促不及防；都對應力集中很敏感 起裂位置多半都存在原始缺陷，或起裂于應力集中點） 脆性破壞與疲勞破壞的相同點與不同點（載荷性質不同、對溫度敏

11、感性 、受載次數(shù)多少、斷裂經(jīng)歷時間、斷裂經(jīng)歷過程、斷裂機理機制、宏觀斷口形貌、微觀斷口形貌） 疲勞強度的基本概念 五個基本參數(shù)、 最大應力 ；最小應力 應力循環(huán)特征系數(shù) 平均應力 ；應力振幅 。 疲勞強度：在某疲勞應力的作用下，經(jīng)過次循環(huán)，發(fā)生破壞，稱該應力為次循環(huán)的疲勞強度。疲勞強度是應力循環(huán)中的最大值，用表示。 疲勞極限：在規(guī)定循環(huán)次數(shù)以后，疲勞強度不再下降，達到飽和的極限值，如圖7所示的水平線，所對應的疲勞應力值，稱為疲勞極限。 影響焊接接頭疲勞強度的因素 疲勞載荷的性質和大??；腐蝕介質會加速疲勞裂紋的萌生和擴展速率，降低疲勞壽命結構構造剛柔相濟的程度；結構上，特別是接頭上的各種應力集中

12、現(xiàn)象；材質的純度與材料的塑性和韌度；結構殘余拉應力 提高焊接結構疲勞強度的工藝 結構中的應力集中是降低焊接結構疲勞強度的最主要因素。預防、減小應力集中的工作，應該貫穿于產品設計、制造和使用的整個過程當中。 設計措施 工藝措施 使用中的維護措施 焊接結構疲勞強度設計的一般原則 考慮實用性，進行功能設計；進行方案設計；進行具體的施工圖設計 設計動載焊接結構必須特別強調兩點：動載對應力集中非常敏感；焊接接頭屬于剛性連接形式，對應力集中也比較敏感。而且“焊接結構”難免有焊接殘余應力、變形、焊接缺陷等，存在應力集中現(xiàn)象。六、焊接壓力裝置的制作 技術規(guī)程 歐洲壓力裝置技術規(guī)程DGRL 壓力容器條例 （TR

13、B 壓力容器、TRG壓縮氣體、TRR壓力管道） 壓力容器工作組規(guī)范 AD規(guī)范 歐洲壓力裝置技術規(guī)程DGRL DGRL所敘述的只是基本的安全要求！ 概念解釋 壓力容器條例 壓力容器分類 檢驗范圍（初檢、定期檢驗、特殊檢驗） 檢驗機構 檢驗專家 AD2000版壓力裝置的設計和制造 AD規(guī)范的章節(jié)分配 設計參數(shù) 壓力容器組件的計算 七、鋁合金焊接結構 設計原則 鋁結構的設計，雖然在計算方法上與鋼結構基本相同，但由于其焊接接頭性能的特殊性，在接頭設計、許用應力等方面又不同于鋼結構。 鋁與鋼相比重要的區(qū)別（比較低的強度；低彈性模量；焊接熱影響區(qū)；擠壓型材的成型不可預測性；有減少輕型結構質量可能性） 材料

14、特點 非熱處理強化的鋁合金在焊接狀態(tài)下的斷裂強度和0.2%屈服強度與供貨狀態(tài)幾乎沒有區(qū)別，而對一可熱處理化鋁合金則有明顯的差別。非熱處理強化鋁合金的比值大約0.5至0.6之間，在焊接狀態(tài)要稍低一些，對于熱處理強化鋁合金鋼在0.7至0.8之間。 鋁合金的斷裂延伸率還沒有達到EN10025中普通結構鋼的一半（S235）。 焊后接頭強度下降。 鋁合金基本沒有低溫脆性問題 結構設計及焊接 鋼和鋁的坡口有區(qū)別： 靜載時的計算準則焊接鋁結構的計算原理上可以與按DIN18800T1進行的鋼結構的計算相比較。但 、母材和焊縫的許用應力卻不一樣，必須按不同的標準規(guī)程選取。 應該考慮到，焊接時在熱影響區(qū)的橫截面內要產生強度的降低。焊接結構的熱影響區(qū)是從焊縫中點及根部算起向各個方向延伸30mm的區(qū)域。 合理的焊接結構設計的一般要求；盡量減小結構或焊接接頭部位的應力集中；盡量減小結構的剛度，以減小應力集中和附加應力的影響；不采用過厚的截面；對于附件或不受力焊縫的設計，應與主焊縫同樣重視；焊縫位置應具有可達性便于施焊和焊前現(xiàn)場清理。 擠壓型材結構焊接焊縫不在最高應力區(qū)在軋制型材上已有熔池保護在軋制型材上已有鋼性加強僅2種不同的型材八、鋼筋焊接結構 鋼筋焊接工藝 按德國工業(yè)標準DIN4099，可采用下列焊接方法焊接鋼筋（111 手工電弧焊、135