焊接结构生产-PPT演示文稿.ppt

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1、焊接结构生产,绪论,焊接是金属连接的一种工艺方法，也是一门综合性应用技术。焊接技术在机械制造工业中具有重要地位，是国家经济建设各个领域不可缺少的工艺技术手段。焊接作为现代工业生产中重要的金属连接手段，与其他连接方法相比，具有很多优点，其应用更是涉及国民经济的各个领域。,通过本项目的学习，学生要掌握焊接结构的应用、特点及分类，知道本课程主要内容及要求、教学方法及建议。,通过本项目的学习，学生要掌握焊接结构的应用、特点及分类；了解本课程主要内容及要求；知道教学方法及建议。,一、焊接结构的应用和特点,绪 论,绪 论,应用举例：,图0-1 上海卢浦大桥,图0-2 国家体育场（鸟巢）局部结构,图0-3气

2、东输二线 工程施工现场,图0-4世界最重的不锈钢焊接转轮,图0-5 壁厚280mm的大型热壁加氢反应器,绪 论,绪 论,绪 论,焊缝处容易产生各类焊接缺陷,焊接结构对于脆性断裂、疲劳破坏、应力腐蚀和蠕变破坏等都比较敏感。,焊接结构中存在残余应力和变形。,焊接接头附近变为一个不均匀体。,对于一些高强度的材料，因其焊接性能较差，更容易产生焊接裂纹等缺陷。,优质焊接结构的关键：,绪 论,绪 论,焊接工装夹具和焊接变位机械,典型焊接结构制造的有关知识,2.本课程主要内容及要求,焊接结构制造工艺规程的有关知识,焊接应力与变形的基本知识,焊接结构零件加工,焊接生产的质量保证体系,焊接安全和安全防护,3.学

3、习方法及建议： 学习内容：分为两大部分： 基本理论：涉及焊接结构概述、焊接应力与焊接变形、焊接接头强度等。共计32个学时，以理论为主，实训为辅； 制造工艺：按照焊接结构制造工艺流程，逐项学习相关知识、分组编制并研讨制造工艺、分组实施自己编制的工艺并作出实际产品、集答辩。 学习方法： 1.本课程有三个特点：内容多但很实用、知识面宽且跨度大、难度深浅不一。 2.注重三个联系： 理论与实践联系（与生产、实习、实验）； 专业可与专业基础课联系（力学、制图、金工、金热等）； 与其他专业课联系（原理、材料、检验、气焊气割、方法与设备）,绪 论,焊接结构生产,项目一 焊接结构基本知识,焊接结构基本知识是焊接

4、结构生产的基础，通过对焊接结构基本知识的了解，能够读懂、看懂焊接结构生产的内容。本项目主要通过对焊接结构基本构件、焊接接头基本知识和焊接结构生产工艺过程等内容的介绍，使读者了解焊接结构生产。,1.能够了解焊接结构基本构件的组成、特点。 2.能够掌握焊接接头的组成、焊缝的种类及焊接接头的基本形式，识读焊缝代号和焊接结构图。 3.了解焊接结构生产的一般工艺流程,1.了解焊接结构基本构件。 2.掌握焊接接头基本知识。 3.了解焊接结构生产工艺过程。,任务1 焊接结构基本构件,任务1 焊接结构基本构件,【任务目标】,本任务对焊接结构基本构件的概念、分类、结构特点、工作条件及结构生产过程等基本知识进行介

5、绍，使读者对焊接结构基本构件有所认识和了解。,焊接结构是由一个或若干个基本构件组成的，如梁、柱、容器、机器零部件等。,【任务分析】,任务1 焊接结构基本构件,1.梁、柱桁 架焊接结构,3机械零部 件焊接结构,2压力容 器焊接结构,【相关知识】,任务1 焊接结构基本构件,（1）焊接梁,1.梁、柱、桁架焊接结构,焊接梁是由钢板或型钢焊接成形的结构件，通常多应用于载荷和跨度较大的场合，如吊车梁、工作平台梁、楼盖梁等。其主要截面形式有工字形和箱形，一般称为工字梁和箱形梁。,任务1 焊接结构基本构件,任务1 焊接结构基本构件,（2）焊接柱,焊接柱是由钢板或型钢经焊接成形的受压构件，并将其所受到的载荷传递

6、至基础。按焊接柱的受力特点不同可分为轴心受压柱和偏心受压柱。,（a） 实腹式柱 （b）格构式柱 柱的结构形式,任务1 焊接结构基本构件,任务1 焊接结构基本构件,2压力容器焊接结构,（1）压力容器的基本概念 压力容器是指压力和容积达到一定数值，容器所处的工作温度使其内部介质呈气体状态的密闭容器。这类容器一旦发生事故其后果非常严重。,（2）压力容器的分类和构造,（a） 球形容器,（b） 圆筒形容器,球形和圆筒形压力容器,任务1 焊接结构基本构件,任务1 焊接结构基本构件,（3）压力容器的焊接结构,任务1 焊接结构基本构件,一般用途的压力容器压力低，焊接结构比较单储存气体或液体的容器储存气体或液体

7、的容器裙式支座是高大容器设备最常用的一种支座，由钢板卷制的座体、基础环和螺栓座焊接而成。,厚壁容器筒体及筒体环焊缝结构,裙式支座,裙座与塔壳的连接,（a）,（b）,任务1 焊接结构基本构件,任务1 焊接结构基本构件,主要包括机床大件压力机机身、减速器箱体以及大型机器零件等。是在交变载荷或多次重复载荷状态下工作的，因此这类焊接结构应要求具有良好的动载性能和刚度，保证机械加工后的尺寸精度和使用稳定性等。,3机械零部件焊接结构,（1）切削机床的焊接床身,（b）床身钢部件分解图 （b）焊接床身结构 （c）床身断面结构形式 1箱形床腿；2加强筋；3导轨；4纵梁；5斜板；6液盘 卧式车床焊接床身,任务1

8、焊接结构基本构件,（2）锻压设备焊接机身,（a）开式整体机身 （b）闭式整体机身 （c）闭式组合机身 锻压设备机身焊接结构形式,任务1 焊接结构基本构件,（3）减速器箱体的焊接结构,剖分式减速器箱体焊接结构,任务1 焊接结构基本构件,（4）轴承座和支架焊接结构,任务1 焊接结构基本构件,任务2 焊接接头基本知识,【任务目标】,本任务通过对焊接接头的组成、基本形式，焊缝基本形式、表示符号及表示方法以及焊缝应力分布和静载强度的相关知识进行介绍，使读者对焊接接头的组成及符号等知识有直观的印象，能对焊接结构中的焊接接头进行识别。,焊接接头的组成对焊接接头的应力分布及静载强度有很大的影响，所以不同的焊接

9、接头，其工作要求与状态是不同的。焊接接头的表示对焊接工作人员来讲是焊接接头的语言，应有统一的标准来规定。,【任务分析】,任务2 焊接接头基本知识,1焊接接头组成,焊接接头是指用焊接方法连接的接头。以熔化焊为例，焊接接头由焊缝金属、熔合区、热影响区组成。焊接接头是一个成分、组织和性能都不一样的不均匀体。,【相关知识】,任务2 焊接接头基本知识,影响焊接接头性能的主要因素,影响接头性能的因素,任务2 焊接接头基本知识,2焊接接头基本形式,对接接头、搭接接头、T形接头、十字接头、角接头和端面接头。,任务2 焊接接头基本知识,3焊缝基本形式,工作焊缝,联系焊缝,指在焊接结构中承担着传递全部载荷作用的焊

10、缝。焊缝一旦产生断裂，结构就立即失效。,指在焊接结构中不直接承受载荷只起连接作用的焊缝。它是将两个或更多的焊件连成一个整体。,焊缝的形式,任务2 焊接接头基本知识,（a）工作焊缝,（b）联系焊缝,任务2 焊接接头基本知识,联系 焊缝,工作焊缝,塞焊缝,角焊缝,端接焊缝,定位焊缝,密封焊缝,焊缝基本形式,对接焊缝,组合焊缝,任务2 焊接接头基本知识,焊缝符号的组成与表示: 基本符号 辅助符号 补充符号 焊缝尺寸符号,4焊缝符号及其表示方法,常用焊缝尺寸符号及标注示例,任务2 焊接接头基本知识,（a） 焊缝指引线,（b） 焊缝尺寸符号及数据标注位置,焊缝符号的指引线及尺寸符号标注位置,任务2 焊接

11、接头基本知识,焊缝符号应用实例,任务2 焊接接头基本知识,（a）T形接焊缝,（b）焊缝符号标注,T形接焊缝标注实例,（a）角接焊缝,任务2 焊接接头基本知识,简单原则,连续过渡原则,方便检验原则,工艺合理原则,设计合理原则,等强度原则,残余应力影响原则,5焊接接头的设计和选用原则,任务2 焊接接头基本知识,任务2 焊接接头基本知识,（1）应力集中,6焊接接头工作应力分布,在几何形状突变处或不连续处应力突然增大的现象称为应力集中。,KT=,任务2 焊接接头基本知识,1.焊缝中的工艺缺陷,3不合理的接头形式和焊缝外形,2焊接接头处几何形状的改变,焊接接头产生应力集中的原因,（2）对接接头的工作应力

12、分布,对接接头的工作应力分布,任务2 焊接接头基本知识,（3）T形（十字）接头的工作应力分布,未开坡口的T形（十字）接头,T形（十字）接头的应力分布 （图中数字是表示应力集中系数KT值）,任务2 焊接接头基本知识,几种插入件形成的十字接头,任务2 焊接接头基本知识,（4）搭接接头的工作应力分布,任务2 焊接接头基本知识,正面角焊缝的工作应力分布,正面搭接接头的弯曲变形,任务2 焊接接头基本知识,侧面角焊缝的应力分布 F1、F2上、下搭板的截面积,任务2 焊接接头基本知识,侧面角焊缝的工作应力分布,侧面角焊缝的应力分布,任务2 焊接接头基本知识,联合角焊缝的工作应力分布,任务2 焊接接头基本知识

13、,（1）静载强度计算的假定,7焊接接头静载强度的计算,1.焊接残余应力不影响焊接接头的静载强度。 2.由于几何形状不连续而引起局部应力集中，对焊接接头没有影响。 3.焊接接头工作应力的分布是均匀的，以平均应力计算。 4.正面角焊缝和侧面角焊缝在强度上无差别。 5.焊角尺寸的大小对角焊缝的强度没有影响。 6.角焊缝均是在切应力的作用下破坏，一律按切应力计算其强度。 7.忽略焊缝的余高和少量的熔深，以焊缝中最小截面（又称危险断面）计算强度。,任务2 焊接接头基本知识,或,对接接头受力图,式中,或,平均工作应力；,或,焊缝的许用应力。,（2）电弧焊对接接头的静载强度计算,【任务目标】,本任务通过对焊

14、接结构生产工艺过程的介绍，使读者对整个焊接结构的生产过程有所了解，懂得焊接结构的生产流程。,焊接结构生产工艺过程是根据生产任务的性质、产品的图纸、技术要求和工厂条件，运用现代焊接技术、相应的金属材料加工和保护技术以及无损检测技术来完成焊接结构产品的全部生产过程的各个工艺过程。,【任务分析】,任务3 焊接结构的生产工艺过程,任务3 焊接结构的生产工艺过程,生产准备,1,材料加工,2,装配与焊接,3,质量检验与安全评定,4,生产工艺过程,(1) 技术准备,(2) 物质准备,(1)金属材料的预处理,(2)基本加工,【相关知识】,焊接结构生产主要工艺过程,任务3 焊接结构的生产工艺过程,焊接结构生产,

15、项目二 典型结构焊接应力与变形的控制,项目二 典型结构焊接应力与变形的控制,项目简介,在本项目中我们通过完成几个任务，主要介绍内容有：焊接应力与变形及其产生的原因；典型结构中焊接应力分布的一般规律；焊接过程中如何降低或消除焊接应力；预防焊接变形的方法和焊后矫正焊接残余变形的措施；焊接结构的脆性断裂和疲劳破坏。,项目二 典型结构焊接应力与变形的控制,任务1 典型结构焊接应力与变形,【任务目标】,了解焊接应力与变形的基本概念，熟悉焊接应力与变形的影响因素，掌握焊接应力与变形产生的原因，为控制焊接结构中的焊接应力与变形提供理论依据。,在焊接结构的制造过程中，焊接结构中不可避免地会产生焊接应力与变形，

16、这是焊接生产所特有的问题。焊接应力与变形会直接影响焊接结构的生产质量和使用性能，其中应力的存在可能导致焊接裂纹、脆性断裂和疲劳破坏，焊接变形则影响焊接结构的加工精度。因此，我们应该了解焊接应力与变形的基本知识，尤其是熟悉典型焊接结构中的应力与变形，以便采取有效措施来控制这些焊接问题，从而提高焊接结构的生产质量，保证焊接结构的使用安全性。,【任务分析】,任务1 典型结构焊接应力与变形,（1）应力,1.应力与变形的基本概念,【相关知识】,任务1 典型结构焊接应力与变形,（2）变形,弹性变形和塑性变形,自由变形与非自由变形,当外力或其它因素去除后变形也随之消失，物体可恢复原状，这样的变形称为弹性变形

17、。当外力或其它因素去除后变形仍然存在，物体不能恢复原状的这种变形称为塑性变形。,物体的变形不受外界任何阻碍自由地进行，这种变形称为自由变形。如果金属杆件在均匀加热时变形局部受阻，则变形量不能完全表现出来，就是非自由变形。,（1）焊接应力,任务1 典型结构焊接应力与变形,焊接应力属于内应力，它是由于焊接的不均匀加热和冷却而引起并存在于焊件中。按作用时间分为：焊接瞬时应力和焊接残余应力。焊接过程中，某一瞬时存在于焊件中的内应力称为焊接瞬时应力，它随时间而变化；待焊件冷却后，残留于焊件中的内应力称为焊接残余应力。,2.焊接应力与变形,（2）焊接变形,任务1 典型结构焊接应力与变形,焊接变形是由焊接而

18、引起焊件的尺寸改变。其中焊接过程中的变形称为焊接瞬时变形；焊后残存于焊件中的变形称为焊接残余变形。,任务1 典型结构焊接应力与变形,平截面假定：假定构件在焊前所取的横截面焊后仍保持为平面，即构件变形时截面本身并不变形。,金属性能不变的假定：假定在焊接过程中材料的某些物理性能如线胀系数( )、比容（C）、热导率()等均不随温度的变化而变化。,应力应变关系的假设：材料呈理想弹-塑性状态，即材料屈服后不发生强化。,金属屈服强度的假定：在500以下，下屈服强度与常温下相同，不随温度变化，500至600之间，下屈服强度迅速下降；600以上时呈全塑性状态 。,3.研究焊接应力与变形的基本假定,任务1 典型

19、结构焊接应力与变形,4.构件中焊接应力与变形产生的原因,产生的原因,焊件的受热不均匀,焊缝金属的收缩,金属组织的变化,焊件的刚性和拘束,其他影响因素,（1）平板对接直焊缝中的残余应力 纵向应力x,5.典型焊接结构中的残余应力分布,任务1 典型结构焊接应力与变形,垂直于焊缝的横向应力y的分部情况比较复杂。它可分为两个组成部分，其中一个是由于焊缝及其附近的塑性变形区的纵向收缩所引起的，用y来表示；另一个是由焊缝及其附近塑性变形区的横向收缩的不同时性所引起的，用y来表示。,任务1 典型结构焊接应力与变形,横向应力y,任务1 典型结构焊接应力与变形,图a是由两块平板条对接而成的构件，如果假想沿焊缝中心

20、将构件一分为二，即两块板条都相当于板边堆焊，它们将分别向外侧弯曲，如图b，焊缝上必然存在着两端部分为压应力，中心部分为拉应力的横向内应力y,如图c。,纵向收缩引起的y的分布,任务1 典型结构焊接应力与变形,80mm厚板V形坡口多层焊焊缝残余应力的分布,残余应力z,厚板对接焊缝中的残余应力 厚板接头焊缝中除了纵向残余应力和横向残余应力外，还存在厚度方向上的残余应力z。,（2）焊接粱柱中的残余应力,任务1 典型结构焊接应力与变形,焊接梁柱的纵向残余应力分布,（3）拘束条件下焊接的残余应力,(a)拘束状态下焊件 (b)拘束横向残余应力 (c)焊接横向残余应力 (d)合成横向残余应力,任务1 典型结构

21、焊接应力与变形,拘束状态下对接接头的横向残余应力的分布,（4）封闭焊缝中的残余应力,任务1 典型结构焊接应力与变形,圆形键块封闭焊缝的残余应力,（5）环形焊缝中的残余应力,圆筒环焊缝的纵向残余应力分布,任务1 典型结构焊接应力与变形,任务1 典型结构焊接应力与变形,6.典型结构中的焊接残余变形,焊接残余变形在焊接结构中的分布是很复杂的。通常，按照变形的外观形态来分以下为五种基本变形形式：,收缩变形,角变形,弯曲变形,波浪变形,扭曲变形,（1）收缩变形,任务1 典型结构焊接应力与变形,焊后，焊件尺寸缩短的现象称为收缩变形，它分为纵向收缩变形和横向收缩变形。,焊接收缩变形,（2）角变形 焊后，构件

22、的平面围绕焊缝产生的角位移。中厚板堆焊、搭接焊、对接焊及T形接头焊接时，都可能产生角变形。,任务1 典型结构焊接应力与变形,焊接角变形示意图,（3）弯曲变形,任务1 典型结构焊接应力与变形,焊接弯曲变形示意图,弯曲变形是由于焊缝的中心线与结构截面的中性轴不重合或不对称，焊缝的收缩沿构件宽度方向分布不均匀而引起的。,（4）波浪变形,任务1 典型结构焊接应力与变形,波浪变形是一种失稳变形，在焊接薄板结构时，离焊缝较远的区域会产生焊接残余压应力，当此压应力超过了失稳的临界应力值，薄板就会出现波浪变形。,焊接波浪变形示意图,（5）扭曲变形,任务1 典型结构焊接应力与变形,扭曲变形的原因主要是焊缝的角变

23、形沿焊缝长度方向分布不均匀。工形梁产生的扭曲变形主要是角变形沿焊缝长度逐渐增大的结果。,工形梁的扭曲变形,任务2 焊接残余应力的控制,【任务目标】,了解焊接残余应力对焊接结构的影响，熟悉掌握减小焊接残余应力的结构设计和生产工艺措施，熟练掌握消除焊接残余应力的基本方法，以达到控制焊接残余应力、保证焊接结构质量的最终目的。,在焊接结构生产过程中，由于受焊件加热不均匀、焊缝金属的收缩、金相组织的变化及焊件的刚性拘束等众多因素的影响，焊接结构不可避免地会产生各种焊接残余应力。焊接残余应力不仅会直接导致各种焊接残余变形，影响到焊接结构的形状尺寸精度，而且还会降低焊接结构的抗拉强度、疲劳强度、刚度及受压件

24、的稳定性等，严重影响焊接结构的力学性能和安全使用性能。因此，为了保证焊接结构具有良好的使用性能，必须采取措施对焊接过程中的焊接残余应力进行控制。有些重要的结构，焊后还必须采取有效的措施来彻底消除焊接残余应力，从而不断的提高焊接产品的质量。,【任务分析】,任务2 焊接残余应力的控制,1.焊接残余应力对焊接结构的影响,【相关知识】,任务2 焊接残余应力的控制,2.控制焊接残余应力的途径和思路,（1）从设计和工艺两个方面来减小焊接残余应力。,（2）合理选择焊后处理工艺方法来消除焊接残余应力。,【工作过程】,任务2 焊接残余应力的控制,1.减小焊接残余应力的措施,（1）热处理法,2.消除焊接残余应力的

25、方法,任务2 焊接残余应力的控制,利用材料在高温下屈服点下降和蠕变现象来达到松弛焊接残余应力的目的。 整体热处理 一般可消除6090的焊接残余应力，在生产中应用比较广泛。 局部热处理,（2）机械拉伸法,任务2 焊接残余应力的控制,采用不同方式在构件上施加一定的拉应力，使焊缝及其附近产生拉伸塑性变形，与焊接时在焊缝及其附近所产生的压缩塑性变形相互抵消一部分，达到松弛焊接残余应力的目的。,（3）温差拉伸法,其基本原理与机械拉伸法相同，都是利用拉伸来抵消焊接时产生的压缩塑性变形 。 不同的是机械拉伸法利用外力来进行拉伸，而温差拉伸法是利用局部加热的温差来拉伸焊缝区。,任务2 焊接残余应力的控制,（4

26、）锤击焊缝,任务2 焊接残余应力的控制,焊后用锤子锤击焊缝，可使焊缝金属产生延伸变形，能抵消一部分压缩塑性变形，起到减小焊接残余应力的作用。,（5）振动法,又称振动时效或振动消除应力法(VSR)。它是利用由偏心轮和变速电动机组成的激振器，使结构发生共振所产生的循环应力来降低内应力 。,任务3 焊接残余变形的控制,【工作过程】,1.预防焊接残余变形的措施,预防焊接残余变形可以从设计和工艺两方面来解决。设计上如果考虑比较周到，注意减少焊接残余变形，往往比单从工艺来解决问题方便得多。相反，如果设计考虑不周，则往往给生产带来许多额外的工序，大大延长生产周期，提高产品成本。因此，我们要首先考虑设计措施，

27、然后还要采取必要工艺措施来控制焊接变形。,（1）设计措施 尽量选用对称的构件截面和焊缝位置 ；,任务3 焊接残余变形的控制,各种对称截面和对称焊缝位置示意图, 合理选择焊缝长度和焊缝数量； 尽量减小焊缝的截面尺寸,角接时不同的接头形式,任务3 焊接残余变形的控制,（2）工艺措施,任务3 焊接残余变形的控制, 留余量法, 反变形法,在下料时，考虑到收缩变形而将下料零件的长度或宽度尺寸比设计尺寸适当加大，以补偿焊件的收缩。,焊前预先将焊件向着与焊接变形的相反方向进行人为的变形，焊后残余变形抵消了预变形量。,任务3 焊接残余变形的控制, 合理选择装配焊接顺序,任务3 焊接残余变形的控制, 散热法,即

28、通过不同的方式迅速带走焊缝结构的易变形区及其附近的热量，减小焊缝及其附近的受热区，达到减小焊接变形的目的。, 热平衡法,在与焊缝的位置上采用气体火焰与焊接同步加热，以防止变形。,热平衡法防止箱形梁焊接变形, 刚性固定法,焊接时，将焊件固定在具有足够刚性的基体上，使焊件在焊接时不能移动 。,任务3 焊接残余变形的控制,任务3 焊接残余变形的控制, 合理地选择焊接方法和规范 如选用线能量较低的焊接方法，可以有效地防止焊接变形。,任务3 焊接残余变形的控制,2.矫正焊接残余变形的方法,矫正的实质是使构件产生新的变形，以抵消焊接残余变形。但矫正过程往往会增加构件的内应力，因此矫正变形之前，最好先消除焊

29、接残余应力，以免矫正变形时内应力叠加增大，使构件发生局部破裂。,机械矫正法,锤击矫正法,焰加热矫正法,常用的矫正方法,任务3 焊接残余变形的控制,（1）机械矫正法 机械矫正法是在机械力的作用下使部分金属得到延伸，使其恢复到所要求的形状。,机械法矫正焊接变形应注意以下事项： 对冷裂倾向较大的高强度钢采用此法应慎重，因为机械法矫正易产生冷作硬化。 对重要焊件和合金钢焊件，矫正后应仔细检查矫正处有无裂纹。 矫正波浪变形时，可沿焊缝进行锻打或用碾压设备碾压焊缝。,任务3 焊接残余变形的控制,（2）锤击矫正法 该法用锤击来延展焊缝及其周围压缩塑性变形区域的金属，达到消除焊接变形的目的。这种方法比较简单，

30、经常用来矫正不太厚的板结构。但它的缺点就是劳动强度大，表面质量不好。,（3）火焰加热矫正法 利用火焰局部加热，在高温处，产生局部压缩塑性变形，冷却后收缩，抵消了焊后在该部位的伸长变形，达到矫正变形之目的。 火焰加热可使用普通的气焊焊炬，不需要专用的设备，操作方便，工艺灵活，适应性强，可以在压力容器、船舶、工字梁、箱形梁等焊接结构上进行各类变形矫正，因此在生产上应用比较广泛。,工字梁弯曲变形的三角形和带状加热矫,任务3 焊接残余变形的控制,任务4 焊接结构的脆性断裂,1.金属材料断裂的基本概念,（1）断裂概念 断裂是指金属材料受力后局部变形量超过一定限度时，原子间的结合力受到破坏，从而萌生微裂纹

31、，继而发生扩展使金属断开的破坏形式。 断裂可分为脆性断裂和韧性断裂。,任务4 焊接结构的脆性断裂,任务4 焊接结构的脆性断裂,（2）断裂机制,（3）影响金属断裂的因素,任务4 焊接结构的脆性断裂,金属断裂的影响因素主要有：温度、应力状态和加载速度。在一定温度、应力状态和加载速度下金属材料呈韧性断裂破坏，而在另外一些条件下，金属材料又呈脆性断裂破坏。, 温度的影响,任务4 焊接结构的脆性断裂,材料的脆性断裂在很大程度上决定于温度。通常金属在高温时，具有良好的变形能力，但当温度降低时，其变形能力就减小，金属的这种低温脆化的现象称为“低温脆性”。 对具体的金属材料结构而言，工作温度越低，则发生脆性断

32、裂的倾向性就越大。,抗拉强度和屈服强度与温度关系示意图,温度和断裂性质的关系示意图, 加载速度的影响,任务4 焊接结构的脆性断裂,提高加载速度（即增大应变速率）能促进材料脆性断裂破坏，其作用相当于降低材料的工作温度，或提高了韧性-脆性转变温度。, 应力状态的影响,任务4 焊接结构的脆性断裂,物体受外载时，在不同截面上产生不同的正应力和切应力。一般，在裂纹尖端或结构上其他应力集中缺陷处，容易出现三向拉应力状态，导致断裂 。 除了上述三大因素之外，还有金属材料的晶粒度、显微组织及化学成分等对金属结构的断裂破坏也有较大影响。,（1）焊接结构脆断的特征,任务4 焊接结构的脆性断裂,2.焊接结构的脆性断

33、裂, 在没有显著塑性变形的情况下发生的，具有突然破坏的性质。 一旦发生脆断破坏，瞬时扩展到结构的整体，事故难以预防。 结构断裂的名义应力较低，是一种低应力下的破坏。又称为低应力脆性破坏。 断口是脆性的平断口，宏观外貌呈人字纹和晶粒状，微观上多为晶界断裂和解理断裂。 多数脆断是在环境温度较低时发生，故称为低温脆断。 破坏总从焊接缺陷处或几何形状突变、应力和应变集中处开始的。,（2）影响焊接结构脆性断裂的因素,任务4 焊接结构的脆性断裂, 材料状态的影响 主要是母材和焊缝金属晶粒度，母材和焊缝金属化学成分等对材料韧性的影响。 焊接结构设计的影响 焊接结构刚度大，整体性强，对应力集中的敏感性高，不合

34、理的结构设计等产生不利的应力状态。 焊接制造工艺的影响 冷热加工后，其材质可能发生变化，焊接可能产生缺陷，焊后产生残余应力和变形等，都对结构脆断有影响。,【工作过程】,任务4 焊接结构的脆性断裂,脆性断裂是由裂纹的萌生和扩展两个阶段组成的。因此为了防止焊接结构发生脆性断裂，相应地提出了两个设计准则：一是防止裂纹产生的准则（即“开裂控制”）；二是止裂性能准则（即“止裂控制”）。 前者是要求焊接结构的最薄弱的部位，即焊接接头处具有抵抗脆性裂纹产生的能力，即抗裂能力；后者要求如果这些部位产生了脆性小裂纹，其周围材料应具有将其迅速止住的能力。显然，后者比前者要求更苛刻。,1.防止焊接结构脆性断裂的设计

35、准则,任务4 焊接结构的脆性断裂,2.防止焊接结构脆性断裂的措施,造成焊接结构脆性断裂的基本因素是：材料在工作条件下韧性不足，结构上存在严重应力集中（包括设计上和工艺上）和过大的拉应力（包括工作应力、残余应力和温度应力）。若能有效地解决其中一方面因素所存在的问题，则发生脆断的可能性将显著减小。通常是从选材、设计和制造三方面采取措施来防止结构的脆性破坏。,任务4 焊接结构的脆性断裂,与其他结构选择相同，焊接结构选择材料的基本原则也是既要保证结构的使用安全性，又要考虑制造的经济性。,设计时应注意以下几个原则： 减少结构或焊接接头部位的应力集中； 减小焊接结构的截面厚度 ； 减小结构的刚度 ； 重视

36、附件或不受力焊缝 ；,（2）合理的结构设计,（1）正确、合理地选用材料,（3）合理安排焊接结构的制造工艺,任务4 焊接结构的脆性断裂,合理的制造工艺是决定结构抗裂能力的最后保障。 充分考虑应变时效引起局部脆性； 合理选择焊接材料、焊接方法和工艺参数； 必要时采用热处理工艺； 文明生产、严格管理，妥善运输和保管。,任务5 焊接结构的疲劳破坏,（1）疲劳破坏的基本概念,1.焊接结构的疲劳破坏, 疲劳的定义 在某点或某些点承受循环应力，且在足够多的循环应力作用之后，形成裂纹或完全断裂，称为“疲劳”。 只有在金属材料承受扰动应力作用条件下，疲劳才会发生。, 疲劳断裂的过程和断口特征,任务5 焊接结构的

37、疲劳破坏,疲劳断裂一般由疲劳裂纹的萌生阶段、疲劳裂纹的扩展阶段和疲劳断裂阶段三个阶段组成。,工形、箱形梁构件中的残余应力分布示意图,（2）影响焊接接头疲劳强度的因素,任务5 焊接结构的疲劳破坏,【工作过程】,任务5 焊接结构的疲劳破坏,1.提高焊接结构疲劳强度的措施,应力集中是降低焊接接头和结构疲劳强度的主要原因，只有当焊接接头和结构的构造合理，焊接工艺完善，焊缝金属质量良好时，才能保证焊接接头和结构具有较高的疲劳强度。提高焊接接头的疲劳强度，一般采取下列措施：,降低应力集中,调整焊接残余应力,改善材料的组织和性能,其他特殊保护措施,任务5 焊接结构的疲劳破坏, 采用合理的结构形式 控制焊缝的

38、焊接缺陷,（1）降低应力集中,搭接接头形式的选择,任务5 焊接结构的疲劳破坏,（2）调整焊接残余应力, 结构的整体处理 对结构或元件的整体处理包括整体热处理和超载预拉伸法。 接头的局部处理 采用局部加热或挤压，如局部的滚压、锤击或喷丸等工艺使金属表面塑性变形而硬化，并在表层产生残余压应力，以达到提高疲劳强度的目的。,任务5 焊接结构的疲劳破坏,（3）改善材料的组织和性能 提高焊接结构组织的内在质量。 合理搭配结构的强度、塑性和韧性。,（4）其他特殊保护措施,大气及介质侵蚀往往对材料的疲劳强度有影响，因此采用一定的保护涂层是有利的。例如在应力集中处涂上含填料的塑料层是一种实用的改进方法。,焊接结

39、构生产,项目三焊接结构生产工艺,1.钢材的矫正及预处理 2.划线、放样、下料 3.弯曲与成形 4.焊接结构的装配-焊接用机械装备 5.焊接结构的装配-焊接用机械装备 6.焊接结构的接工艺,1.能够了解焊接结构基本构件的组成、特点。 2.能够掌握焊接接头的组成、焊缝的种类及焊接接头的基本形式，识读焊缝代号和焊接结构图。 3.了解焊接结构生产的一般工艺流程,1.掌握钢材的矫正及预处理； 2.掌握划线、放样、下料的基本规则及方法； 3.掌握弯曲与成形工艺； 4.了解冲压成形工艺； 5.学会焊接结构的装配方法、掌握装配-焊接工装夹具和焊接用机械装备使用； 6.掌握焊接工艺的制定方法。,项目三 焊接结构

40、生产工艺,通过本任务学习，了解钢材变形的原因，掌握的矫正原理及预处理方法。,板材、管材和型钢都是轧制材料，可能产生由残余应力引起的存在弯曲、变形；或者在下料过程中，因钢材受外力、加热等因素的影响，材料力学性能发生变化，表面产生不平、弯曲、扭曲和波浪变形等缺陷；另外，钢材因运输、存放不妥和其他因素的影响，也会使钢材表面产生铁锈、氧化皮等，这些都将严重影响零件和产品的质量，因此必须对变形钢材矫正及预处理。,【任务目标】,【任务分析】,任务1 钢材的矫正及预处理,当钢材的变形大于技术规定或大于允许偏差时，划线前必须进行矫正。,1.钢材变形的原因,任务1 钢材的矫正及预处理,q,钢材在轧制过程中引起的

41、变形,钢材因运输和不正确堆放产生的变形,钢材在下料过程中引起的变形,钢材变形的原因,【相关知识】,钢材在划线前允许的偏差,任务1 钢材的矫正及预处理,项目三,钢材平直时，各层纤维长度都相等，,；钢材弯曲,。矫正是通过采用,后，各层纤维长度不一致，即,加压或加热的方式进行的，其过程是把已伸长的纤维缩短，把缩短的纤维拉长。最终使钢板厚度方向的纤维趋于一致。,(a) 平直 (b) 弯曲 钢板平直和弯曲时纤维长度的变化,任务1 钢材的矫正及预处理,2.钢材的矫正原理,（1）钢材的矫正方法,任务1 钢材的矫正及预处理,【工作过程】,1.钢材的矫正,钢板矫正机工作原理,（a）工作原理 (b)辊轮形状 型钢

42、矫正机的工作原理,任务1 钢材的矫正及预处理,钢材矫正方法的选择 :,对刚性较大的钢结构产生的弯曲变形不宜采用冷矫正，应在与焊接部位所对 称的位置采用火焰矫正法矫正。,火焰矫正时，要严格控制加热温度，避免因钢材组织变化而产生较大的热应力。,尽量避免在结构危险截面的受拉区进行火焰矫正。,任务1 钢材的矫正及预处理,对钢材表面进行去除铁锈、油污、氧化皮清理等为后序加工作准备的工艺称为预处理。,喷砂（或喷丸），手动砂轮或钢丝刷，砂布打磨，刮光或抛光等。,任务1 钢材的矫正及预处理,2.钢材的预处理,（1）机械除锈法:,钢材经喷砂（或喷丸）除锈后，随即进行防护处理，其步骤为：,用经净化过的压缩空气将原

43、材料表面吹净。 涂刷防护底漆或浸入钝化处理槽中做钝化处理。 将涂刷防护底漆后的钢材送入烘干炉中，用加热到70的空气进行干燥处理。,即用腐蚀性的化学溶液对钢材表面进行清理。,就是在锈层表面喷上一层化学可燃试剂，点燃，利用氧化皮和钢铁机体的膨胀系数不同在高温下开裂脱落。,任务1 钢材的矫正及预处理,（2）化学除锈法:,（3）火焰除锈法:,通过本任务学习，能够读懂焊接结构的施工图，掌握零件的划线、放样、下料与边缘加工的方法。,焊接结构件生产过程中，根据图样和技术要求，在毛坯或半成品上用划线工具画出加工界线，或按照一定比例进行放样画出图形，再对原材料进行下料切割工作。划线、放样、下料等工艺是最初机械加

44、工环节，对保证在零、部件及整个结构的生产效率、成本及质量起着重要的作用。,任务2 划线、放样、下料,【任务目标】,【任务分析】,（1）焊接结构施工图的特点:,读识顺序：先读标题栏，了解产品名称、材料、质量、设计单位等；再阅读技术要求和工艺文件，正式识图时，要先看总图，后看部件图，最后再看零件图；有剖视图的要结合剖视图，弄清大致结构，然后按投影规律逐个零件阅读，先看零件明细栏，确定是钢板还是型钢；然后再看图，弄清每个零件的材料、尺寸及形状，还要看清各零件之间的连接方法、焊缝尺寸、坡口形状，是否有焊后加工的孔洞、平面等。,任务2 划线、放样、下料,1.焊接结构施工图的读识,【相关知识】,划线是根据

45、设计图样上的图形和尺寸，准确地按1：1的比例在待下料的钢材表面上划出加工界线的过程。,作用:是确定零件各加工表面的余量和孔的位置，使零件加工时有明确的标志；还可以检查毛坯是否正确；对于有些误差不大，但已属不合格的毛坯，可以通过下料得到挽救。,划线包括:在原材料或经初加工的坯料上划下料线、加工线、各种位置线等，划线的精度要求在0.250.5 mm范围内。,划线的基本规则: 垂线必须用作图法； 用划针或石笔划线时，应紧贴直尺或样板的边沿； 圆规在钢板上划圆、圆弧或分量尺寸时，应先打上样冲眼，以防圆规尖滑动； 平面划线应遵循先划基准线，后按由外向内，从上到下，从左到右的顺序划线的原则。,任务2 划线

46、、放样、下料,2划线,划线的方法:划线可分为平面划线和立体划线两种。,划线时应注意的问题 熟悉结构的图样和制造工艺，核对选用的钢号、规格应符合规定的要求。 检查钢板表面是否有麻点、裂纹、夹层及厚度不均匀等缺陷。 划线前应将材料垫平、放稳，划线时要尽可能使线条细且清晰。 划线时应标注各道工序用线，井加以适当标记，以免混淆。 弯曲零件时，应考虑材料的轧制纤维方向。 钢板两边不垂直时，一定要去边。划尺寸较大的矩形时，一定要检查对角线。 划线的毛坯应注明产品的图号、件号和钢号，以免混淆。 注意合理安排用料，提高材料的利用率。,任务2 划线、放样、下料,（1）直线的划法:直线长不超过1m可用直尺划线;直

47、线长不超过5m用弹粉法划线;直线超过5m用拉钢丝的方法划线,基本线型的划法,（2）大圆弧的划法:采用近似几何作图或计算法作图。,大圆弧的准确划法,任务2 划线、放样、下料,1划线,【工作过程】,大圆弧的计算做图法 已知大圆弧半径为R，弦弧距为ab，弦长为cg,求弧高（d为ac线上任意一点）。,式中R,ab为已知，d为ac线上的任意一点，所以只要设一个ad长，即可代入式中求出de的高，e点求出后，则大圆弧gec即可划出。,计算式,用计算法作大圆弧,任务2 划线、放样、下料,根据构件图样，按构件的实际尺寸或一定比例画出该物体的轮廓，或将曲面摊成平面，以便准确地定出构件的尺寸，以作为制造样板、加工和

48、装配的依据，这一工作过程称为放样。,任务2 划线、放样、下料,2放样,结构处理 划基本线型 展开,实尺放样 展开放样 光学放样,放样程序,放样方法,实尺放样过程举例,炉壳主体部件施工图,冶炼炉炉壳主体部件的施工图，某厂在制作该部件时的放样过程如下 ：,（1）识读施工图 弄清产品的用途及一般技术要求；了解产品的结构等概况，与本厂加工能力比较，确定或熟悉产品制造工艺；弄清各部分投影关系和尺寸要求，并确定可变动和不可变动的部位及尺寸。 （2）结构放样 连接部位、的处理 ；大尺寸构件的处理,任务2 划线、放样、下料,部位连接形式分析 锥台结构草图,大尺寸零件拼接方法 件号料样板,任务2 划线、放样、下

49、料,划基本线型,展开放样 具体步骤如下： 计算弯曲展开长,(a)圆筒中性层 (b)圆筒采用中性层展开 圆筒卷弯的中性层,任务2 划线、放样、下料,确定放样划线基准,划出构件的基本线型,可展曲面的展开放样,90弯头的展开,平行线展开法：展开原理是将立体的表面看作由无数条相互平行的素线组成。,任务2 划线、放样、下料,放射线展开法 放射线法适用于立体表面的素线相交于一点的锥体。,圆锥的展开,三角形展开法 三角形展开是将立体表面分割成一定数量的三角形平面，然后求出各三角形每边的实长，并把它的实形依次划在平面上，从而得到整个立体表面的展开图。,任务2 划线、放样、下料,样板制作,用于检验零件制图精度的卡形样板,件号料板的展开图,任务2 划线、放样、下料,正四棱台的展开图,（）手工下料,克切,砂轮切割机 1-砂轮片 2-可转夹钳 3-底座 4-调修机构 5-动力头 6-手柄,任务2 划线、放样、下料,3下料,气割又称火焰切割，是利