第一講 焊接結構及其生產設備

1、焊接結構學（第一講） 焊接結構學 緒論 焊接技術在工業(yè)部門中應用的歷史并不長，但其發(fā)展卻非常迅速。短短的幾十年中，焊接已在許多工業(yè)部門的金屬結構中，如建筑鋼結構，船體，鐵道車輛、壓力容器等幾乎全部取代了鉚接。此外，在機械制造業(yè)中，以往由整鑄整鍛方法生產的大型毛坯改成了焊接結構，目前，世界主要工業(yè)國家生產的焊接結構占到鋼產量的45%。緒論 焊接結構的特點 與鉚接、螺栓連接的結構相比較，或者與鑄造鍛造的結構相比較，焊接結構有下列特點（優(yōu)點）：1、焊接接頭強度高 鉚接、螺栓連接的結構，要在母材上鉆孔，削弱了工作截面，強度下降約20% 焊接；接頭強度可達到與母材等強度甚至高于母材強度。緒論 焊接結構的

2、特點 2、焊接結構設計靈活性大，主要表現(xiàn)在：焊接結構的幾何形狀不受限制：如鉚、鑄、鍛等方法無法制造空心結構，焊接則可以；結構的壁厚不受限制：兩被連接構件的壁厚可以相差很大，薄厚均可；結構的外形尺寸不受限制：對大型結構可分段制成部件，現(xiàn)場組焊、鍛、鑄、工藝則不允許；可利用標準或非標準型材組焊接成所需要結構，段結構重量減輕。焊縫減少；可與其它工藝方法聯(lián)合使用：鑄焊 鍛焊 栓焊 沖壓焊接等聯(lián)合的金屬結構；可實現(xiàn)異種材料的連接：同一結構的不同部位可按需要配置不同性能的材料，做到物盡其用。緒論 焊接結構的特點3、焊接接頭密封性好 氣密性，水密性均優(yōu)于其它方法，特別是在高溫，高壓容器上，只有焊接接頭才是最

3、理想的連接形式。4、焊前準備工作簡單 由于近年來數(shù)控精密氣割設備的發(fā)展，對于各種厚度或形式狀復雜的待焊接，不必預劃線就能直接從板料上切割出來，一般不用再機械加工就可投入裝配焊接。緒論 焊接結構的特點5、易于結構的變更和改型 鑄造鑄型（木型） 鍛造開模具 周期長、成本高 焊接、則快速、簡便、投資少6、適用于制作大型或重型、結構簡單而且是單件小批量生產的產品結構 結構 大 簡單 批量小 焊接占優(yōu)勢 結構 小 復雜 批量大 鑄鍛占優(yōu)勢7、成品率高 一旦出現(xiàn)缺陷，可以修復、很少產生廢品。緒論 焊接結構的特點焊接結構所存在的問題（缺點）：1、存在較大的焊接應力和變形 焊接（局部加熱）內應力變形工藝缺欠承

4、載能力（剛度、強度、穩(wěn)定性）下降尺寸精度，尺寸穩(wěn)定性下降校形增加工作量增加成本緒論 焊接結構的特點焊接結構所存在的問題（缺點）：2、對應力集中敏感 焊接結構具有整體性，其剛度大，焊縫的布置、數(shù)量和次序等都會影響到應力分布，對應力集中敏感，而應力集中是疲勞，脆斷等破壞的起源，因此在焊接結構設計時要妥善緒論 焊接結構的特點焊接結構所存在的問題（缺點）：3、焊接接頭的性能不均勻 焊接金屬是由母材料和填充金屬在焊接熱作用下熔合而成的鑄造組織，靠近焊接金屬的母材（近縫區(qū)）受焊接熱的影響，組織和性能發(fā)生變化（謂之熱影響區(qū)），因此，焊接接頭在成分，組織和性能上都是一個不均勻體，其不均勻程度遠遠超過了鑄、鍛件

5、，這種不均勻性對結構的力學行為，特別是斷裂行為有重要影響。焊接結構學 緒論二、焊接性分析 焊接作為一種制造技術或生產手段，其目的是要獲得具有優(yōu)異的連接質量和優(yōu)秀的使用性能的產品（或構件）。但是由于焊接過程的復雜性和眾多的影響因素、非線性問題，瞬時作用以及溫度的相關性效應等等，使得要正確描述在各種情況下產生的焊接變形和焊接殘余應力，準確把握產品質量變得非常困難。 在實際工作中，人們采用焊接性的概念。作為一個分類系統(tǒng)，它在考慮焊接殘余應力和焊接變形的影響方面有一定的意義。隨著科學技術的不斷發(fā)展和進步，現(xiàn)在已經有可能將焊接性分解為熱學、力學，顯微結構等過程，從而降低了焊接性各種現(xiàn)象的復雜性。 緒論

6、焊接性分析 1、構件焊接性 與焊接冶金課程中介紹的，“材料焊接性”的概念相比，構件焊接性含義更廣泛，它可以包含以下幾方面內容：“材料的焊接適應性”、“設計的焊接可靠性”和“制造的焊接可行性”。 焊接殘余應力和焊接變形是焊接性的多要組成部分，它影響到冷、熱裂紋、影響使用性能并妨礙制造過程。 焊接性的定義緒論 焊接性分析2、影響焊接性的因素 根據上述分類，可將影響焊接的因素按下面的方式分類：影響焊接性的因素與材料有關的因素與制造有關的因素與設計有關的因素母材和填充材料的類型(化學)成分和顯微組織結構的形狀、尺寸、支撐條件和負載，焊縫類型，厚度和配置焊接方法、焊速，焊接操作，坡口形狀，焊接順序，多層

7、焊，定位焊。夾緊、預熱和焊后熱處理。緒論 焊接性分析 從狹義上來說，焊接性可理解為所需求的強度性能、焊接接頭的強度受到化學分成或溫度循環(huán)等主要影響因素的支配，而這些因素又受到如焊縫類型，或預熱溫度等的影響，強度行為可用一些主要的或物理特征值來描述，而這些特征值又可能涉及另一些次要的或工藝的特征值，下圖為一張僅限于影響強度性能的不完全的可變因素圖，由此，可看出“焊接性”的復雜性。 緒論本課程的內容和范圍 從前述內容可以看出，焊接結構的性能和質量問題涉及到三個主要方面，即熱場（溫度場），應力和變形場以及顯微組織狀態(tài)場，其對應的基本理論分別為熱學（傳熱學、）、力學（流體力學、材料力學、彈塑性力學、斷裂力學）和金相學（金屬學、冶金學、金屬力學性能等）。 關于顯微組織狀態(tài)場的問題，重點在焊接冶金學中解決，關于應力和變形場以及結構強度等問題則是本課程的主要內容。而熱