焊接應(yīng)力變形與接頭強(qiáng)度培訓(xùn)課件

1、焊接應(yīng)力變形焊接應(yīng)力變形與接頭強(qiáng)度與接頭強(qiáng)度 2016 2016年年5 5月月 主講：劉偉主講：劉偉第一節(jié)第一節(jié) 焊接應(yīng)力和變形的形成過(guò)程焊接應(yīng)力和變形的形成過(guò)程一、內(nèi)應(yīng)力和內(nèi)部變形概述內(nèi)應(yīng)力是在沒(méi)有外力的條件下產(chǎn)生并平衡于物體內(nèi)部的應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力在物體內(nèi)部構(gòu)成平衡，即內(nèi)力與內(nèi)力矩之和為零。內(nèi)應(yīng)力不同于外載條件下產(chǎn)生的應(yīng)力。在實(shí)際的焊接過(guò)程中，一種為自由狀態(tài)下的焊接；另一種為拘束條件下的焊接，即通過(guò)夾具緊固時(shí)的焊接。在這兩種情況下，一般均有內(nèi)應(yīng)力出現(xiàn)。1、內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生原因分析如右圖，若只給金屬框架的中心桿件加熱，兩邊的桿件溫度保持不變，中心桿件由于溫度升高而伸長(zhǎng)，但由于其受到兩邊桿件的約束不能自由

2、伸長(zhǎng)，故中心桿件將受到壓力作用而產(chǎn)生壓應(yīng)力，兩邊桿件將受到中心桿件的拉應(yīng)力。圖1 內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的金屬框架模型2、內(nèi)應(yīng)力的分類根據(jù)內(nèi)應(yīng)力分布的尺寸范圍，可分為：、第一類內(nèi)應(yīng)力：即宏觀內(nèi)應(yīng)力，與物體尺寸大小相當(dāng)，分布范圍較大；、第二類內(nèi)應(yīng)力：即微觀內(nèi)應(yīng)力，其范圍在一個(gè)或幾個(gè)晶粒的微觀區(qū)域內(nèi)平衡；、第三類內(nèi)應(yīng)力：即超微觀內(nèi)應(yīng)力，在金屬晶格的超微觀范圍內(nèi)平衡。根據(jù)內(nèi)應(yīng)力的存在方式，可分為：瞬時(shí)內(nèi)應(yīng)力和殘余內(nèi)應(yīng)力。 3、內(nèi)部變形、自由變形：物體在某些因素（如溫度的影響等）作用下，在無(wú)任何外界阻礙而自由進(jìn)行的變形。 LT=aL0(T1-T0)單位長(zhǎng)度上的自由變形，即自由變形率，用T表示： T= LT / L

3、0=a (T1-T0) = aT其中，a、L0、T0、T1分別表示材料的熱膨脹系數(shù)、桿件的原始長(zhǎng)度、原始溫度及加熱后溫度。圖2 自由變形、外觀變形：當(dāng)物體的自由變形受到外界的阻礙時(shí)只能部分表現(xiàn)出來(lái)的變形部分，即Le。單位長(zhǎng)度上的外觀變形，即為外觀變形率，用e表示：e =Le / L0、內(nèi)部變形：物體的自由變形受到外界的阻礙時(shí)而沒(méi)有表現(xiàn)出來(lái)的變形部分，即L。單位長(zhǎng)度上的內(nèi)部變形，即為內(nèi)部變形率，用表示：=L / L0圖3 外觀變形和內(nèi)部變形 、自由變形、外觀變形和內(nèi)部變形之間的關(guān)系一般而言，當(dāng)材料拉伸時(shí)，其變形為正值；當(dāng)受到壓縮時(shí)，其變形量為負(fù)值。L=-(LT Le )= Le LT ； =eT

4、在彈性范圍內(nèi)，內(nèi)應(yīng)力與內(nèi)部應(yīng)變滿足虎克定律：=E = E （eT）圖4 自由變形、外觀變形和內(nèi)部變形的關(guān)系二、熱循環(huán)中應(yīng)力與應(yīng)變的演變過(guò)程假設(shè)受拘束的金屬桿件為低碳鋼棒，其長(zhǎng)度為單位長(zhǎng)度，并固定在絕緣的剛性壁之間，對(duì)其進(jìn)行均勻加熱然后均勻冷卻至原始溫度，完成熱循環(huán)過(guò)程。假定熱循環(huán)過(guò)程中低碳鋼的熱膨脹系數(shù)為常數(shù)，其屈服應(yīng)變?cè)?00以下為常數(shù)，現(xiàn)分析當(dāng)桿件的內(nèi)部應(yīng)變小于屈服應(yīng)變時(shí)（s），應(yīng)力和應(yīng)變的演變過(guò)程。由于金屬鋼棒在整個(gè)熱循環(huán)過(guò)程中被固定，故其外觀變形量e=0；內(nèi)部變形量=eT 0t1：隨溫度升高，壓縮的內(nèi)部變形量增加，壓應(yīng)力上升； t1：溫度至最大值，內(nèi)部變形和壓應(yīng)力也為最大 t1 t2：

5、溫度逐漸降低，內(nèi)部變形及壓應(yīng)力減小 t2：溫度降至原始值，內(nèi)部變形及壓應(yīng)力減至零圖5 受拘束碳鋼棒熱循環(huán)過(guò)程中的應(yīng)力與變形經(jīng)過(guò)以上的熱循環(huán)過(guò)程后，在低碳鋼金屬棒內(nèi)沒(méi)有殘余應(yīng)力和殘余變形，應(yīng)力和變形的大小隨時(shí)間而變化，且變化是瞬時(shí)性的。三、焊接過(guò)程中應(yīng)力和變形的形成1、焊接熱過(guò)程的特點(diǎn)：、加熱的局部性熱源僅作用在焊件的接頭部位，焊件上的溫度分布很不均勻，溫差很大；、熱源的移動(dòng)性焊接過(guò)程中熱源沿一定方向移動(dòng)，在焊件上形成一種準(zhǔn)穩(wěn)定溫度場(chǎng)；、加熱速度和冷卻速度快可在短時(shí)間內(nèi)升至很高溫度并降至很低溫度，如加熱速度可至1500/s以上。由圖可見(jiàn)，焊接過(guò)程中應(yīng)力和變形的過(guò)程十分復(fù)雜，比一般的熱處理過(guò)程要復(fù)

6、雜得多。圖6 低碳鋼力學(xué)性能與溫度的關(guān)系1-彈性模量E； 2-抗拉強(qiáng)度點(diǎn)b； 3-屈服點(diǎn)s； 4-膨脹系數(shù)； 5-伸長(zhǎng)率2、焊接條件下應(yīng)力和變形的分布：右為沿低碳鋼板條長(zhǎng)度方向焊一縱向焊縫，焊后由于溫度升高造成的膨脹使端面從AA平移至A1A1，則AA1為外觀變形e 。在DD區(qū)域內(nèi)由于溫度超過(guò)熱塑性溫度600，故可認(rèn)為該區(qū)域內(nèi)s=0，不產(chǎn)生應(yīng)力。圖7 低碳鋼長(zhǎng)板條中心焊接的溫度及應(yīng)力分布DC和DC區(qū)域的溫度從600的熱塑性溫度降至500的屈服應(yīng)變溫度，屈服應(yīng)變s從零上升到室溫時(shí)的數(shù)值。這兩個(gè)區(qū)域內(nèi)的內(nèi)應(yīng)力大小是隨屈服應(yīng)變s的增加而增加。在CB和CB區(qū)域內(nèi)(e-T)s，故內(nèi)應(yīng)變?yōu)槭覝貢r(shí)的s并保持不

7、變。AB和AB區(qū)域內(nèi)金屬完全處于彈性狀態(tài)，其內(nèi)應(yīng)力正比于內(nèi)部應(yīng)變值。圖7 低碳鋼長(zhǎng)板條中心焊接的溫度及應(yīng)力分布 第二節(jié)第二節(jié) 焊接殘余應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力是焊接后殘留在焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力。薄板時(shí)視為二維分布，厚板時(shí)則為三維分布。一般而言，將平行于焊縫方向的應(yīng)力稱為縱向殘余應(yīng)力，x；將垂直于焊縫方向的應(yīng)力稱為橫向殘余應(yīng)力，y；厚度方向的殘余應(yīng)力用z表示。一、焊接殘余應(yīng)力的分布1、縱向殘余應(yīng)力x焊縫附近的縱向殘余應(yīng)力x為拉應(yīng)力。離開(kāi)焊縫區(qū)，拉應(yīng)力迅速下降，隨后出現(xiàn)壓應(yīng)力。圖8 垂直焊縫截面的縱向殘余應(yīng)力x焊縫中縱向殘余應(yīng)力x的分布并不完全相同，且與焊縫長(zhǎng)度有關(guān)。長(zhǎng)焊縫的中部區(qū)域x基本保持一穩(wěn)

8、定的常數(shù)，在焊縫的兩端x逐漸降為零；隨焊縫長(zhǎng)度的縮小，焊縫中部的x穩(wěn)定區(qū)域逐漸減小直至消失；且短焊縫比長(zhǎng)焊縫的x應(yīng)力峰值小。若長(zhǎng)焊縫進(jìn)行分段焊接，可減少焊件的x。圖9 不同長(zhǎng)度焊縫的縱向殘余應(yīng)力x2、橫向殘余應(yīng)力y 橫向殘余應(yīng)力y由兩部分組成：焊縫及附近塑性區(qū)的縱向收縮引起的橫向殘余應(yīng)力y 以及焊縫及附近塑性區(qū)的橫向收縮不同時(shí)引起的橫向殘余應(yīng)力y 。、縱向收縮引起的橫向殘余應(yīng)力y ：沿焊縫方向截面上的上、下端部為壓應(yīng)力，中部為拉應(yīng)力。圖10 縱向應(yīng)力x引起的橫向應(yīng)力y 在與焊縫距離不同的截面上，y 的分布不同：離焊縫越遠(yuǎn)，應(yīng)力值越小；當(dāng)焊縫長(zhǎng)寬比（L / B）增加時(shí)，y 將隨之增加。但當(dāng)焊縫足

9、夠長(zhǎng)時(shí)，中部區(qū)域的y 將逐漸減小，甚至趨于零。圖11 不同長(zhǎng)度焊縫的y 分布 、橫向收縮不同時(shí)引起的橫向殘余應(yīng)力y ：在焊接過(guò)程中，由于焊接熱源對(duì)材料的加熱存在時(shí)間上的先后順序，因此其冷卻也不完全同步，這種冷卻時(shí)的不同時(shí)性將引起材料的橫向殘余應(yīng)力y 。為分析焊接橫向應(yīng)力的演變過(guò)程，現(xiàn)將焊接過(guò)程分為三個(gè)區(qū)段：假如當(dāng)電弧位于某點(diǎn)時(shí)，區(qū)段的焊縫金屬在恢復(fù)彈性，區(qū)段的金屬處于熱塑性狀態(tài)，區(qū)段的金屬處于熔化狀態(tài)。在焊接過(guò)程中，區(qū)段的金屬在橫向收縮時(shí)不會(huì)受到區(qū)段和區(qū)段的約束。當(dāng)區(qū)段恢復(fù)到彈性狀態(tài)并開(kāi)始橫向收縮時(shí)，將受到區(qū)段的拘束，在區(qū)段上端和區(qū)段的下端產(chǎn)生橫向拉伸應(yīng)力，在區(qū)段和區(qū)段的結(jié)合處附近產(chǎn)生橫向壓應(yīng)

10、力，此時(shí)區(qū)段處于熱塑性狀態(tài)，對(duì)區(qū)段的橫向收縮不起作用。當(dāng)區(qū)段過(guò)渡到彈性狀態(tài)時(shí)，其橫向收縮將受到區(qū)段和區(qū)段的拘束，使分布區(qū)擴(kuò)展，直至焊接結(jié)束。圖12 焊縫橫向收縮不同時(shí)性引起的橫向應(yīng)力y圖13 低碳鋼焊接接頭的應(yīng)力分布z3、厚板中的殘余應(yīng)力z：當(dāng)焊接構(gòu)件的厚度超過(guò)25mm時(shí)，除了有縱向殘余應(yīng)力x和橫向殘余應(yīng)力y外，在厚度方向還有殘余應(yīng)力z。下圖為240mm厚的碳鋼焊接后焊接接頭在厚度方向上的應(yīng)力分布。由于焊縫正面和背面均有水冷銅塊，故凝固過(guò)程中，中心部位冷卻最慢，中心部位就有較高的拉應(yīng)力。二、焊接殘余應(yīng)力對(duì)焊接結(jié)構(gòu)性能的影響1、殘余應(yīng)力對(duì)靜載強(qiáng)度的影響殘余應(yīng)力對(duì)靜載強(qiáng)度的影響與材料的塑性有關(guān)。右

11、圖為低碳鋼板材中的殘余應(yīng)力分布，中間為殘余拉應(yīng)力，兩側(cè)為壓應(yīng)力。在外力的作用下，構(gòu)件內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)是殘余應(yīng)力和外力共同作用的結(jié)果。圖14 殘余應(yīng)力對(duì)材料強(qiáng)度的影響構(gòu)件在外加拉力的作用下，殘余應(yīng)力為拉應(yīng)力的區(qū)域?qū)⑴c外加拉力疊加而使拉力增大，直至屈服產(chǎn)生塑性變形；殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力的區(qū)域與外加拉力疊加后，壓應(yīng)力逐漸變小并轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚?yīng)力。如果材料的塑性足夠好，使其全面屈服而不破壞，則殘余應(yīng)力的存在并不影響靜載強(qiáng)度。如果構(gòu)件是塑性較低的材料，在外加拉力的作用下，應(yīng)力峰值高的部位在發(fā)生塑性變形后應(yīng)力繼續(xù)上升，當(dāng)達(dá)到材料的最大抗拉強(qiáng)度后，構(gòu)件就會(huì)發(fā)生破壞。此時(shí)，殘余應(yīng)力的存在會(huì)影響其靜載強(qiáng)度。圖15 殘余應(yīng)力對(duì)

12、材料強(qiáng)度的影響2、殘余應(yīng)力對(duì)機(jī)加工精度的影響在機(jī)械加工時(shí)，如果構(gòu)件被切削部分的材料中有殘余應(yīng)力存在，機(jī)械加工后構(gòu)件中殘余應(yīng)力的平衡狀態(tài)將被破壞，殘余應(yīng)力將重新分布，并達(dá)到新的平衡。如，對(duì)T型焊件進(jìn)行平面加工后，工件將會(huì)出現(xiàn)翹曲變形；若在加工過(guò)程中用夾具將其夾緊，使之不發(fā)生變形，但松開(kāi)夾具后，變形就會(huì)逐漸表現(xiàn)出來(lái)。為此，對(duì)一些精度要求較高的構(gòu)件，如精密機(jī)床、大型量具，保證加工精度最好的辦法是先消除焊接應(yīng)力，再進(jìn)行加工。3、殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)受壓穩(wěn)定性的影響對(duì)于某些細(xì)長(zhǎng)的構(gòu)件（如豎立的柱），當(dāng)其長(zhǎng)細(xì)比達(dá)到一定程度時(shí)（150），外載引起的壓應(yīng)力與構(gòu)件中的殘余壓應(yīng)力疊加，使該區(qū)域的應(yīng)力值達(dá)到屈服點(diǎn)以后時(shí)，

13、可能會(huì)使構(gòu)件出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。圖16 工字梁焊接后受壓時(shí)的應(yīng)力分析4、焊接殘余應(yīng)力對(duì)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的影響焊件在拉應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的共同作用下，易出現(xiàn) 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，如低碳鋼在NaOH溶液中的腐蝕。應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的原因和步驟：、在腐蝕介質(zhì)中，構(gòu)件表面出現(xiàn)的局部腐蝕將形成微小蝕坑造成應(yīng)力集中，并產(chǎn)生微小裂紋；、在腐蝕介質(zhì)的作用下，裂紋尖端將被不斷腐蝕，并在應(yīng)力的作用下產(chǎn)生新的表面；、新表面又將被腐蝕介質(zhì)腐蝕掉，并使裂紋擴(kuò)展。當(dāng)裂紋擴(kuò)展到臨界值時(shí)，在應(yīng)力的作用下裂紋將快速擴(kuò)展造成脆斷。應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂所需的時(shí)間與應(yīng)力大小有關(guān)。應(yīng)力越大，發(fā)生斷裂的時(shí)間越短。圖17 不銹鋼的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂Cr18Ni9Ti；Cr25N

14、i20三、焊接殘余應(yīng)力的控制和消除措施1、焊接殘余應(yīng)力的控制、采用合理的焊接順序先焊收縮量大和工作應(yīng)力大的焊縫。圖18 焊接過(guò)程中焊接順序的選擇、采用局部加熱法通過(guò)局部加熱既減少溫度梯度降低內(nèi)應(yīng)力，同時(shí)局部加熱產(chǎn)生的膨脹使焊接區(qū)產(chǎn)生與焊縫收縮時(shí)相反的變形，冷卻時(shí)加熱區(qū)的收縮和焊縫收縮一致，通過(guò)焊縫自由收縮降低內(nèi)應(yīng)力。圖19 通過(guò)局部加熱降低內(nèi)應(yīng)力2、焊接后消除應(yīng)力的措施、機(jī)械拉伸法通過(guò)施加外載對(duì)焊件進(jìn)行拉伸，焊件的拉應(yīng)力區(qū)在外力的作用下總體拉力變大，甚至產(chǎn)生塑性變形；構(gòu)件的壓應(yīng)力區(qū)將與外載的拉力相互抵消，甚至壓應(yīng)力完全消除。圖20 通過(guò)加載降低內(nèi)應(yīng)力、焊后熱處理焊后熱處理是將焊接構(gòu)件整體或局部

15、加熱到某一溫度，并保持一定時(shí)間，然后使其均勻冷卻到室溫，從而降低或消除應(yīng)力的方法。A、局部高溫回火在焊縫周圍的局部區(qū)域內(nèi)進(jìn)行加熱。該方法可改善焊接接頭的力學(xué)性能，降低應(yīng)力的峰值，但不能完全消除應(yīng)力。B、整體高溫回火將整個(gè)焊接構(gòu)件在高溫下進(jìn)行回火。一般而言，回火溫度越高，回火時(shí)間越長(zhǎng)，應(yīng)力消除就越徹底。圖21 消除應(yīng)力與高溫回火溫度和時(shí)間的關(guān)系 第三節(jié)第三節(jié) 殘余應(yīng)力變形殘余應(yīng)力變形焊接殘余變形是焊接熱循環(huán)過(guò)程中的壓縮塑性變形導(dǎo)致構(gòu)件出現(xiàn)縮短的現(xiàn)象。該過(guò)程的出現(xiàn)是不可逆的。一、焊接殘余變形的基本形式焊接構(gòu)件的收縮主要是由沿焊縫長(zhǎng)度方向的縱向收縮和垂直于長(zhǎng)度方向的橫向收縮綜合作用形成。 焊接殘余變

16、形的部分實(shí)例：圖22 沿焊縫縱向和橫向的收縮變形圖23 翹曲變形圖25 薄板焊件承受外力后的波浪變形圖24 焊件平面圍繞焊縫產(chǎn)生的角變形圖27 焊接后發(fā)生扭曲變形圖26 兩焊件的熱膨脹不一致出現(xiàn)的錯(cuò)邊二、焊接殘余變形的計(jì)算1、縱向收縮變形：對(duì)于細(xì)長(zhǎng)的鋼質(zhì)焊件（如梁、柱），單層焊時(shí)其縱向收縮率可用如下的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算：L= k1 AH L / A 式中，A焊縫截面積（mm2）； AH塑性變形區(qū)面積 （mm2 ）； L 構(gòu)件長(zhǎng)度（mm）。2、橫向收縮變形：對(duì)于對(duì)接接頭，其橫向收縮量可用如下的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算：B=0.18 AH / 式中，B對(duì)接接頭的橫向收縮量 （mm）； AH焊縫截面積（mm2

17、 ）； 板厚（mm）。三、焊接殘余變形的控制與矯正1、控制焊接變形的措施、設(shè)計(jì)措施：A、合理選擇焊件尺寸焊件的長(zhǎng)度、寬度和高度對(duì)焊接變形有明顯影響。如，當(dāng)鋼件和鋁件的厚度分別為9mm和7mm時(shí)，角變形最大；細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件焊接時(shí)易產(chǎn)生彎曲變形；薄板焊接時(shí)易出現(xiàn)波浪變形。故對(duì)焊件的尺寸參數(shù)應(yīng)精心設(shè)計(jì)。 B、合理選擇焊縫尺寸和坡口形式一般而言，焊縫尺寸越大，填充金屬就越多，焊接變形就越大，因此，應(yīng)在保證結(jié)構(gòu)承載能力的情況下，盡量采用較小的焊縫尺寸；但是，若焊縫尺寸過(guò)小，冷卻速度就會(huì)很大，又容易產(chǎn)生焊接缺陷如焊接裂紋、熱影響區(qū)硬度過(guò)高等。此外，合理設(shè)計(jì)坡口也可控制焊接變形。如雙Y型坡口對(duì)接接頭的角變形明顯比

18、V型坡口的小；對(duì)于受力較大的丁字接頭和十字接頭，開(kāi)坡口的焊縫比不開(kāi)坡口的角焊縫更能有效地減少焊接變形。C、合理進(jìn)行焊接安排焊接規(guī)劃時(shí)，應(yīng)盡量減少不必要的焊縫，減少焊縫數(shù)量就可減少焊接變形量。此外，應(yīng)力求使焊縫位置對(duì)稱于焊接結(jié)構(gòu)的中性軸，或接近中性軸。當(dāng)焊縫對(duì)稱于中性軸時(shí)，有可能使焊縫引起的彎曲變形相互抵消；當(dāng)焊縫接近中性軸時(shí)，可以減少由焊縫收縮引起的彎曲力矩，使焊接構(gòu)件的彎曲變形減少。、工藝措施：A、反變形法焊接前通過(guò)估算構(gòu)件在焊接后出現(xiàn)變形的大小和方向，在裝配時(shí)給予一相反的變形量，使之與焊后構(gòu)件的焊接變形量相抵消，從而達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 圖28 減少焊接變形的反變形法B、剛性固定方法焊前將焊件固

19、定再進(jìn)行焊接。此法可在一定程度上減小焊接變形量，尤其適用于防止角變形和波浪變形的焊件。圖29 剛性固定法焊接法蘭盤C、合理選擇焊接規(guī)范選擇熱輸入較小的焊接法，可有效防止焊接變形。也可采用水冷或銅冷卻塊的方法限制和縮小焊接熱場(chǎng)的分布，減少焊接變形。2、矯正焊接變形的方法、機(jī)械矯正法利用外力使構(gòu)件產(chǎn)生與焊接變形方向相反的塑性變形，使之相互抵消。在薄板結(jié)構(gòu)中，若焊縫為比較規(guī)則的直焊縫或圓焊縫，可用圓盤形輥輪碾壓焊縫及兩側(cè)，使之伸長(zhǎng)來(lái)消除焊接殘余變形。該法尤其適用于塑性較好的材料，其效率高，質(zhì)量好。對(duì)于不太厚的板材，可用錘擊法來(lái)延展焊縫及周圍壓縮塑性變形區(qū)域，以消除焊接變形。該法簡(jiǎn)單，但勞動(dòng)強(qiáng)度大，錘

20、擊力不易控制。、火焰加熱矯正法利用火焰局部加熱時(shí)產(chǎn)生的壓縮塑性變形，使焊件在冷卻后產(chǎn)生收縮，以矯正焊件的變形。 第四節(jié)第四節(jié) 焊接接頭強(qiáng)度基本理論焊接接頭強(qiáng)度基本理論 一、焊接接頭的概念及特點(diǎn)焊接接頭是由焊縫金屬、熔合線、熱影響區(qū)及鄰近母材組成的化學(xué)成分、金相組織和力學(xué)性能不均勻的焊接體。其特點(diǎn)為：幾何形狀不連續(xù)；化學(xué)成分不連續(xù)；金相組織不連續(xù)；力學(xué)性能不連續(xù)。圖30 焊接接頭的構(gòu)成 1-焊縫金屬；2-熔合線；3-熱影響區(qū)；4-母材 二、焊縫及焊縫接頭的基本形式1、焊縫的基本形式對(duì)接焊縫和角焊縫、對(duì)接焊縫：對(duì)接接頭實(shí)施的焊縫，是沿焊件的厚度方向進(jìn)行連接，其力學(xué)性能較好。、角焊縫：沿焊件的兩個(gè)表

21、面進(jìn)行的截面為三角形的連接。一般用三角形的腰長(zhǎng)，即焊角尺寸K表示角焊縫的大小，斜邊上的高a所在的截面為計(jì)算截面。圖31 角焊縫截面形狀及計(jì)算截面2、焊接接頭的基本形式 A、對(duì)接接頭根據(jù)焊件的厚度，可分為卷邊對(duì)接、平對(duì)接和坡口對(duì)接等。圖32 對(duì)接接頭的形式B、搭接接頭用（角）焊縫將兩個(gè)工件相互重疊連接而成的接頭。圖33 搭接接頭的形式a-直焊搭接；b-鉆孔塞焊；c-電阻點(diǎn)焊；d-開(kāi)槽塞焊C、T型接頭亦稱十字接頭，是將相互垂直的工件用（角）焊縫連接起來(lái)的接頭。圖34 T型接頭的基本形式圖35 角接頭的基本形式D、角接接頭：a-角接頭最簡(jiǎn)單，但承載能力差；b-雙面角焊縫，承載能力增強(qiáng)；c、d-開(kāi)坡口

22、后易焊透，使用強(qiáng)度提高；e、f-簡(jiǎn)單實(shí)用的接頭；g-有最準(zhǔn)確直角的接頭；h-不易施焊的不合理接頭。 三、焊接接頭工作應(yīng)力分布特點(diǎn)在焊接接頭中，工作應(yīng)力的分布是不均勻的，存在著局部應(yīng)力峰值（max）比平均應(yīng)力（m）高的現(xiàn)象，稱為應(yīng)力集中。應(yīng)力集中系數(shù)為：KT =max /m應(yīng)力集中主要是由焊縫中的工藝缺陷如氣孔、夾雜、裂紋引起。其中，裂紋和未焊透引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重。四、焊接接頭的工作應(yīng)力分布1、對(duì)接接頭的工作應(yīng)力分布對(duì)接接頭的工作應(yīng)力分布比較均勻，其應(yīng)力主要集中在焊縫的加厚高及焊縫與母材的過(guò)渡區(qū)。對(duì)于承受沖擊載荷的構(gòu)件，應(yīng)將加厚高用砂輪等工具打磨掉，以降低應(yīng)力集中系數(shù)。圖36 電弧焊對(duì)接接頭的

23、應(yīng)力分布2、搭接接頭的工作應(yīng)力分布根據(jù)搭接接頭中角焊縫的受力方向可分為：正面角焊縫與受力方向垂直的角焊縫；側(cè)面角焊縫與受力方向平行的角焊縫；斜向角焊縫與受力方向成一定角度的角焊縫；圖37 電弧焊搭接接頭的角焊縫A、正面角焊縫應(yīng)力主要集中在角焊縫的根部（A）和焊趾（B）。其中，焊趾部位的應(yīng)力集中系數(shù)隨角焊縫的斜邊與直角邊的夾角而變化。當(dāng)夾角減小和增大根部的焊透性時(shí)，可以大大降低應(yīng)力集中系數(shù)。圖38 電弧焊正面搭接角焊縫的應(yīng)力分布由于搭接接頭的正面角焊縫常常不在板的中心，此時(shí)角焊縫將會(huì)產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力。為減少?gòu)澢鷳?yīng)力，防止較大的變形，兩條角焊縫之間的距離應(yīng)大于板厚的4倍，即l4。圖39 電弧焊正面搭接焊縫的彎曲變形B、側(cè)面角焊縫應(yīng)力的分布較為復(fù)雜，焊縫中既有正應(yīng)力，又有剪應(yīng)力。由于搭接的薄板并非絕對(duì)的剛體，焊接后的薄板在外力的作用下會(huì)產(chǎn)生彈性變形，在兩板搭接區(qū)域的各個(gè)不同截面上，受力將不同，故剪應(yīng)力沿角焊縫長(zhǎng)度上的