焊縫基礎(chǔ)知識(shí)演示文稿當(dāng)前第1頁(yè)\共有37頁(yè)\編于星期一\7點(diǎn)優(yōu)選焊縫基礎(chǔ)知識(shí)當(dāng)前第2頁(yè)\共有37頁(yè)\編于星期一\7點(diǎn)第二章手工電弧焊的原理通電后，在涂有藥皮的焊條和焊件之間產(chǎn)生電弧，電弧提供熱源，是焊條的焊絲溶化，滴落在被電弧所吹成的小凹槽熔池中。由電焊條藥皮形成的熔渣和氣體覆蓋著熔池，防止空氣中的氧、氮等氣體與溶化后的液體金屬接觸，避免形成脆性易裂的化合物。焊縫金屬冷卻后與連接件練成一體。手工電弧焊的焊條應(yīng)與焊接鋼材相適應(yīng)，例如Q235鋼采用E43型焊條，Q345鋼采用E50型焊條。焊條型號(hào)中E（electrodes）表示焊條,兩位數(shù)字為熔敷金屬的最小抗拉強(qiáng)度。當(dāng)前第3頁(yè)\共有37頁(yè)\編于星期一\7點(diǎn)第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件是有型鋼、鋼板等通過(guò)連接構(gòu)成的，各構(gòu)件再通過(guò)安裝連接架構(gòu)成整個(gè)結(jié)構(gòu)。因此，連接在鋼結(jié)構(gòu)中處于重要的樞紐地位。在進(jìn)行連接的設(shè)計(jì)時(shí)，必須遵守安全可靠，傳力明確，構(gòu)造簡(jiǎn)單，制造方便和節(jié)約鋼材的原則。鋼結(jié)構(gòu)的連接方法可分為焊接連接、鉚釘連接、螺栓連接和輕型鋼結(jié)構(gòu)用的緊固件鏈接等。而我們基地用的最多的就是焊接連接、及手工電弧焊。當(dāng)前第4頁(yè)\共有37頁(yè)\編于星期一\7點(diǎn)第四章焊縫連接形式及焊縫形式焊縫連接形式按被連接鋼材的相互位置可分為對(duì)接，搭接、T形連接和角部連接四種。這些連接所采用的焊縫主要有對(duì)接焊縫和角焊縫。對(duì)接連接主要用于厚度相同或者相近相同的兩構(gòu)件的相互連接。搭接連接適用于不同厚度的構(gòu)件的連接。T形連接省工省料，常用于制作組合截面。焊縫形式：對(duì)接焊縫按所受力的方向分為正對(duì)接焊縫和斜對(duì)接焊縫。角焊縫可分為正面叫焊縫、側(cè)面角焊縫和斜焊縫。按照施焊位置可分為平焊、橫焊、立焊和仰焊。平焊施工方便，立焊和橫焊要求焊工的操作水平較高。仰焊的操作條件最差，焊縫質(zhì)量不易保證。而我們中心主要采用的是平焊。當(dāng)前第5頁(yè)\共有37頁(yè)\編于星期一\7點(diǎn)第五章焊縫缺陷焊縫缺陷指焊接過(guò)程中產(chǎn)生于焊縫金屬或附近熱影響區(qū)表面或內(nèi)部的缺陷。常見(jiàn)的缺陷是有裂紋、焊瘤、燒穿、弧坑、氣孔、夾渣、咬邊、未熔合、為焊透等。以下是我拍到的我廠內(nèi)幾張焊縫有缺陷的照片：當(dāng)前第6頁(yè)\共有37頁(yè)\編于星期一\7點(diǎn)未焊透當(dāng)前第7頁(yè)\共有37頁(yè)\編于星期一\7點(diǎn)弧坑當(dāng)前第8頁(yè)\共有37頁(yè)\編于星期一\7點(diǎn)燒穿當(dāng)前第9頁(yè)\共有37頁(yè)\編于星期一\7點(diǎn)咬邊當(dāng)前第10頁(yè)\共有37頁(yè)\編于星期一\7點(diǎn)沒(méi)有缺陷的當(dāng)前第11頁(yè)\共有37頁(yè)\編于星期一\7點(diǎn)第六章焊縫質(zhì)量的檢驗(yàn)焊縫缺陷的存在將削弱焊縫的受力面積，在缺陷處引起應(yīng)力集中，故對(duì)連接的強(qiáng)度、沖擊韌性及冷彎性能等均有不利影響。因此，焊縫質(zhì)量的檢驗(yàn)極為重要。焊縫質(zhì)量的檢驗(yàn)一般可用外觀檢驗(yàn)和內(nèi)部無(wú)損傷檢驗(yàn)，前者檢查外觀缺陷和幾何尺寸，后者檢查內(nèi)部缺陷。內(nèi)部不損檢測(cè)目前廣泛采用超聲波檢驗(yàn)。一般尺寸形狀缺陷包括（1）焊縫形狀和外形平整度不合格（2）焊接變形超標(biāo)，（3）燒穿、未焊透、咬邊、為填滿(mǎn)等。這類(lèi)缺陷產(chǎn)生的原因是：焊工技術(shù)低、工作粗心、焊接規(guī)范不合適、焊接準(zhǔn)備工作不良（4）大量夾渣。組織結(jié)構(gòu)缺陷包括氣孔、非金屬夾渣、偏析、裂紋、過(guò)熱、淬硬。這類(lèi)缺陷產(chǎn)生的原因是:焊接材料選擇不好、不合適，焊接方法規(guī)范不合適、胡洛工件剛性及導(dǎo)熱。當(dāng)前第12頁(yè)\共有37頁(yè)\編于星期一\7點(diǎn)第七章對(duì)接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算對(duì)接焊縫包括焊透的對(duì)接焊縫和T形對(duì)接與角接組合焊縫。這些都是我們中心常見(jiàn)的焊縫。接下來(lái)我們將對(duì)這些焊縫受力的計(jì)算做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹：對(duì)接焊縫的強(qiáng)度與所用的鋼材的牌號(hào)、焊條型號(hào)及焊縫質(zhì)量的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等因素有關(guān)。如果焊縫中不存在任何缺陷，焊透金屬的強(qiáng)度時(shí)高于母材的。但是由于焊接技術(shù)問(wèn)題，焊縫中可能有氣孔、夾渣、咬邊、未焊透等缺陷。實(shí)驗(yàn)證明：焊透缺陷對(duì)受壓、受剪的對(duì)接焊縫影響不大，故可認(rèn)為受壓、受剪的對(duì)接焊縫與母材強(qiáng)度相等，但受拉的對(duì)接焊縫對(duì)缺陷甚為敏感。當(dāng)缺陷面積與焊接截面積之比超過(guò)5%時(shí)，對(duì)接焊縫的抗拉強(qiáng)度將明顯下降。由于對(duì)接焊縫是焊件截面的組成部分，焊縫中的應(yīng)力分布情況基本與焊件原來(lái)的情況相同，故計(jì)算方法與構(gòu)建的強(qiáng)度計(jì)算一樣。當(dāng)前第13頁(yè)\共有37頁(yè)\編于星期一\7點(diǎn)1、軸心受力的對(duì)接焊縫在對(duì)接接頭和T形接頭中，垂直于軸心受拉力與軸心壓力N的對(duì)接焊縫，其強(qiáng)度應(yīng)按下式計(jì)算：或者，為焊縫計(jì)算長(zhǎng)度；t為連接件的較小厚度，對(duì)T形接頭為腹板厚度；fwt、fwc為對(duì)接焊縫的抗拉抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。當(dāng)前第14頁(yè)\共有37頁(yè)\編于星期一\7點(diǎn)2、承受彎矩和剪力聯(lián)合作用對(duì)接的焊縫當(dāng)對(duì)接接頭受彎矩和剪力的聯(lián)合作用，由于焊縫截面是矩形，正應(yīng)力和剪應(yīng)力圖形分別為三角形和拋弧線(xiàn)形，其最大值應(yīng)分別滿(mǎn)足下列強(qiáng)度條件：Wx為焊縫截面模量：Sw為計(jì)算剪應(yīng)力處焊縫截面面積矩；Iw為焊縫截面慣性矩。當(dāng)前第15頁(yè)\共有37頁(yè)\編于星期一\7點(diǎn)第八章角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算角焊縫是最常用的焊縫。按截面形式可分為直角角焊縫和斜角角焊縫。承受軸心力作用時(shí)角焊縫連接的計(jì)算用蓋板的對(duì)接連接當(dāng)焊件受軸心力，且軸心力通過(guò)連接焊縫的中心時(shí)，可認(rèn)為焊縫應(yīng)力是均勻分布的。當(dāng)前第16頁(yè)\共有37頁(yè)\編于星期一\7點(diǎn)對(duì)于矩形蓋板，可按下式計(jì)算正面角焊縫承擔(dān)的內(nèi)力：當(dāng)前第17頁(yè)\共有37頁(yè)\編于星期一\7點(diǎn)第九章焊接殘余應(yīng)力和焊接變形

一、焊接殘余應(yīng)力的成因

焊接殘余應(yīng)力（welding

residual

stresses）簡(jiǎn)稱(chēng)焊接應(yīng)力，有沿焊縫長(zhǎng)度方向的縱向焊接應(yīng)力，垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的橫向焊接應(yīng)力和沿厚度方向的焊接應(yīng)力。

當(dāng)前第18頁(yè)\共有37頁(yè)\編于星期一\7點(diǎn)1、縱向焊接應(yīng)力

焊接過(guò)程是一個(gè)不均勻加熱和冷卻的過(guò)程。在施焊時(shí)，焊件上產(chǎn)生不均勻的溫度場(chǎng)，焊縫及其附近溫度最高，可達(dá)1600℃以上，而鄰近區(qū)域溫度則急劇下降（圖）。不均勻的溫度場(chǎng)產(chǎn)生不均勻的膨脹。溫度高的鋼材膨脹大，但受到兩側(cè)溫度較低、膨脹量較小的鋼材所限制，產(chǎn)生了熱塑性壓縮。焊縫冷卻時(shí)，被塑性壓縮的焊縫區(qū)趨向于縮短，但受到兩側(cè)鋼材限制而產(chǎn)生縱向拉應(yīng)力。在低碳鋼和低合金鋼中，這種拉應(yīng)力經(jīng)常達(dá)到鋼材的屈服強(qiáng)度。焊接應(yīng)力是一種無(wú)荷載作用下的內(nèi)應(yīng)力，因此會(huì)在焊件內(nèi)部自相平衡，這就必然在距焊縫稍遠(yuǎn)區(qū)段內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)力（圖）。

當(dāng)前第19頁(yè)\共有37頁(yè)\編于星期一\7點(diǎn)2、橫向焊接應(yīng)力橫向焊接應(yīng)力產(chǎn)生的原因有二：一是由于焊縫縱向收縮，使兩塊鋼板趨向于形成反方向的彎曲變形，但實(shí)際上焊縫將兩塊鋼板連成整體，不能分開(kāi)，于是兩塊板的中間產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力

，而兩端則產(chǎn)生壓應(yīng)力（圖）。二是由于先焊的焊縫已經(jīng)凝固，會(huì)阻止后焊焊縫在橫向自由膨脹，使其發(fā)生橫向塑性壓縮變形。當(dāng)焊縫冷卻時(shí)，后焊焊縫的收縮受到已凝固的焊縫限制而產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力，而先焊部分則產(chǎn)生橫向壓應(yīng)力，在最后施焊的末端的焊縫中必然產(chǎn)生拉應(yīng)力（圖）。焊縫的橫向應(yīng)力是上述兩種應(yīng)力合成的結(jié)果（圖）。

當(dāng)前第20頁(yè)\共有37頁(yè)\編于星期一\7點(diǎn)

3、厚度方向的焊接應(yīng)力在厚鋼板的焊接連接中，焊縫需要多層施焊。因此，除有縱向和橫向焊接應(yīng)力σx、σy外，還存在著沿鋼板厚度方向的焊接應(yīng)力σz（圖）。在最后冷卻的焊縫中部，這三種應(yīng)力形成

同號(hào)三向拉應(yīng)力，將大大降低連接的塑性。當(dāng)前第21頁(yè)\共有37頁(yè)\編于星期一\7點(diǎn)二、焊接殘余變形的成因

在焊接過(guò)程中，由于不均勻的加熱，在焊接區(qū)局部產(chǎn)生了熱塑性壓縮變形，當(dāng)冷卻時(shí)焊接區(qū)要在縱向和橫向收縮，勢(shì)必導(dǎo)致構(gòu)件產(chǎn)生局部鼓曲、彎曲、歪曲和扭轉(zhuǎn)等。焊接殘余變形（welding

residual

deformations）包括縱、橫向收縮、彎曲變形、角變形和扭曲變形等（圖），且通常是幾種變形的組合。任一焊接變形超過(guò)驗(yàn)收規(guī)范的規(guī)定時(shí)，必須進(jìn)行校正，以免影響構(gòu)件在正常使用條件下的承載能力。

當(dāng)前第22頁(yè)\共有37頁(yè)\編于星期一\7點(diǎn)當(dāng)前第23頁(yè)\共有37頁(yè)\編于星期一\7點(diǎn)十焊接應(yīng)力和變形結(jié)結(jié)構(gòu)工作的影響一、焊接應(yīng)力的影響

1、對(duì)結(jié)構(gòu)靜力強(qiáng)度的影響

對(duì)在常溫下工作并具有一定塑性的鋼材，在靜荷載作用下，焊接應(yīng)力是不會(huì)影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的。設(shè)軸心受拉構(gòu)件在受荷前（N=0）截面上就存在縱向焊接應(yīng)力，并假設(shè)其分布如圖（a）所示。在軸心力N作用下，截面bt部分的焊接拉應(yīng)力已達(dá)屈服點(diǎn)fy，應(yīng)力不再增加，如果鋼材具有一定的塑性，拉力N就僅由受壓的彈性區(qū)承擔(dān)。兩側(cè)受壓區(qū)應(yīng)力由原來(lái)受壓逐漸變?yōu)槭芾?，最后?yīng)力也達(dá)到屈服點(diǎn)fy，這時(shí)全截面應(yīng)力都達(dá)到fy（圖）。

當(dāng)前第24頁(yè)\共有37頁(yè)\編于星期一\7點(diǎn)2、對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響

構(gòu)件上的焊接應(yīng)力會(huì)降低結(jié)構(gòu)的剛度。仍以圖為例，由于截面的bt部分的拉應(yīng)力已達(dá)fy，這部分的剛度為零，則具有圖（a）所示殘余應(yīng)力的拉桿的抗拉剛度為（B-b）tE，而無(wú)殘余應(yīng)力的相同截面的拉桿的抗拉剛度為BtE，顯然Bte>(B-b)tE，即焊接殘余應(yīng)力的桿件的抗拉剛度降低了，在外力作用下其變形將會(huì)較無(wú)殘余應(yīng)力的大，對(duì)結(jié)構(gòu)工作不利。殘余應(yīng)力的存在將較大的影響壓桿的穩(wěn)定性，有關(guān)內(nèi)容將在第6章介紹。

3、對(duì)低溫冷脆的影響

焊接殘余應(yīng)力對(duì)低溫冷脆的影響經(jīng)常是決定性的，必須引起足夠的重視。在厚板和具有嚴(yán)重缺陷的焊縫中，以及在交叉焊縫（圖）的情況下，產(chǎn)生了阻礙塑性變形的三軸拉應(yīng)力，使裂紋容易發(fā)生和發(fā)展。

當(dāng)前第25頁(yè)\共有37頁(yè)\編于星期一\7點(diǎn)4、對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響

在焊縫及其附近的主體金屬殘余拉應(yīng)力通常達(dá)到鋼材屈服點(diǎn)，此部位正是形成和發(fā)展疲勞裂紋最為敏感的區(qū)域。因此，焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度有明顯不利影響。當(dāng)前第26頁(yè)\共有37頁(yè)\編于星期一\7點(diǎn)二、焊接變形的影響

焊接變形是焊接結(jié)構(gòu)中經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題。焊接構(gòu)件出現(xiàn)了變形，就需要花許多工時(shí)去矯正。比較復(fù)雜的變形，矯正的工作量可能比焊接的工作量還要大。有時(shí)變形太大，甚至無(wú)法矯正，變成廢品。

焊接變形不但影響結(jié)構(gòu)的尺寸和外形美觀，而且有可能降低結(jié)構(gòu)的承載能力，引起事故。當(dāng)前第27頁(yè)\共有37頁(yè)\編于星期一\7點(diǎn)減少焊接應(yīng)力和變形的措施

可通過(guò)合理的焊縫設(shè)計(jì)和焊接工藝措施來(lái)控制焊接結(jié)構(gòu)焊接應(yīng)力和變形。當(dāng)前第28頁(yè)\共有37頁(yè)\編于星期一\7點(diǎn)一、合理的焊縫設(shè)計(jì)

（1）合理的選擇焊縫的尺寸和形式，在保證結(jié)構(gòu)的承載能力的條件下，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該盡量采用較小的焊縫尺寸。因?yàn)楹缚p尺寸大，不但焊接量大，而且焊縫的焊接變形和焊接應(yīng)力也大。

（2）盡可能能減少不必要的焊縫。在設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，常常采用加勁肋來(lái)提高板結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和剛度。但是為了減輕自重采用薄板，不適當(dāng)?shù)卮罅坎捎眉觿爬?，反而不?jīng)濟(jì)。因?yàn)檫@樣做不但增加了裝配和焊接的工作量，而且易引起較大的焊接變形，增加校正工時(shí)。

（3）合理地安排焊縫的位置。安排焊縫時(shí)盡可能對(duì)稱(chēng)于截面中性軸，或者使焊縫接近中性軸（圖、c），這對(duì)減少梁、柱等構(gòu)件的焊接變形有良好的效果。而圖中的（b）和（d）是不正確的。

（4）盡量避免焊縫的過(guò)分集中和交叉。如幾塊鋼板交匯一處進(jìn)行連接時(shí)，應(yīng)采用圖（e）的方式，避免采用圖3.4.7(f)的方式，以免熱量集中，引起過(guò)大的焊接變形和應(yīng)力，惡化母材的組織構(gòu)造。又如圖（g）中，為了讓腹板與翼緣的縱向連接焊縫連續(xù)通過(guò)，加勁肋進(jìn)行切角，其與翼緣和腹板的連接焊縫均在切角處中斷，避免了三條焊縫的交叉。

當(dāng)前第29頁(yè)\共有37頁(yè)\編于星期一\7點(diǎn)當(dāng)前第30頁(yè)\共有37頁(yè)\編于星期一\7點(diǎn)（5）盡量避免在母材厚度方向的收縮應(yīng)力。如圖（i）的構(gòu)造措施是正確的，而圖（j）的構(gòu)造常引起厚板的層狀撕裂（由約束收縮焊接應(yīng)力引起的）。

當(dāng)前第31頁(yè)\共有37頁(yè)\編于星期一\7點(diǎn)二、合理的工藝措施

（1）采用合理的焊接順序和方向。盡量使焊縫能自由收縮，先焊工作時(shí)受力較大的焊縫或收縮量較大的焊縫。如圖示在工地焊接工字梁的接頭時(shí)，應(yīng)留出一段翼緣角焊縫最后焊接，先焊受力最大的翼緣對(duì)接焊縫1，再焊腹板對(duì)接縫2。又如圖所示的拼接板的施焊順序：先焊短焊縫1、2，最后焊長(zhǎng)焊縫3，可使各長(zhǎng)條板自由收縮后再連成整體。上述措施均可有效地降低焊接應(yīng)力。

當(dāng)前第32頁(yè)\共有37頁(yè)\編于星期一\7點(diǎn)當(dāng)前第33頁(yè)\共有37頁(yè)\編于星期一\7點(diǎn)當(dāng)前第34頁(yè)\共有37頁(yè)\編于星期一\7點(diǎn)當(dāng)前第35頁(yè)\共有37頁(yè)\編