《焊接结构学》章节复习试题（大学期末复习资料）.docx

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1、第一、二章1 .简述构件焊接性的含义，哪些因素影响构件焊接性？答：构件的焊接性包括材料的适应焊接性、设计的焊接可靠性、制造的焊接可行性。影响构件焊接性的因素包括：与材料有关的因素：母材和填充材料的类型（化学）成分和显微组织与设计有关的因素：结构的形状、尺寸、支撑条件和负载、焊缝类型、厚度和配置与制造有关的因素：焊接方法、焊速、焊接操作、坡口形状、焊接顺序、多层焊、定位焊、夹紧、预热和焊后热处理2 .比较电弧焊（MlG）与电阻焊（点焊）过程中产热机构、散热机构和热量传递方式方面的差异。答：产热机构：电笳焊向用气体介质中的放电过程来产生热量，来熔化焊丝和加热工件，MIG采用直接弧，阳极斑点和阴极斑

2、点直接加热母材和焊丝，电弧柱产生的辐射和对流传热和电极斑点产生的辐射传热也起辅助作用；电阻焊以电阻热为主要热源，电阻点焊最初起主要作用的是被焊构件间的接触区域存在接触电阻，电流流过时导致表面被加热，并使表面局部熔化，此后接触电阻减弱甚至消失，热量的产生主要取决于电流密度和被加热的体积散热机构：电弧焊环境散热，即处于高温的工件和焊丝向周围介质散失热量，和飞溅散热，即飞溅造成热量损失电阻焊环境蔽热，即处于高温的工件和焊丝向周围介质散失热量热量传递：电弧焊热传导，即工件和焊丝中高温区域的热量将向低温区域传导；对流换热，即焊接熔池内部，由于各处温度不同，加上电弧的冲击作用产生强迫对流，工件表面处，周围

3、气体介质流过时带走热量；辐射换热，即电弧本身处于极高温度，将向周围的低温物体发生辐射，并传递热量；热焰迁移，即（1）具有高温的熔滴从焊丝向母材迁移，在传质同时传热；（2）飞溅从熔池向四周飞散，同时传质传热。电阻焊热传导；对流换热3 .哪些因素会影响MIG过程产热及散热？答：4 .举例说明焊接结构过程中涉及到几种热量传递方式。答：5 .比较交流TIG焊与电阻焊的有效热功率的差异。答：6 .请给出描述焊接熔池的三维数学模型（控制方程组及边界、体积力初始条件）答：电弧以恒定的速度UO沿X方向移动。根据温度分布，熔池分为前后两部分，在熔池前部，输入热量大于散失的热量，所以，随着电弧的移动，金属不断熔化

4、；在熔池后部，散失的热量大于输入的热量，所以发生凝固。在熔池内部则因自然对流、电磁力和表面张力等的驱动，产生流体对流。控制方程组：在固定坐标系（3y,z）中，热能方程为idTxa巩一政、。石。丁、pc（+U+V+W）=（A）+（A）H（）dtyzyyzzp密度；c比热容；导热系数；T温度；t一时间；u、v、w分别为x、y、z,方向上的速度分量。考虑到热源是一个热流密度为q（r）且以恒速运动的电弧，在此进行坐标变换，将XY-Uot代入上式，就可以将固定坐标转换为以热源中心为坐标原点的移动坐标。,d,aW、a,aa力、dt。为yzyyzz此式为热能方程，满足能量守恒定律。对于熔池中的流体应满足动量

5、守恒，即满足动量方程r/.uudu、.P.2u2u2u.pc(u-)-v-vv-1=X-A(7VT7Tvv)xoyzxoxyzrz、加v3叭P,2v2v2v.pcU-Wn)+V+WJ=Y+(-r+7+-7)xyzyx2y2z2 ) P.2W 2W=Z+ M-7 + 7 +zx2 yJ、加wwpcw0)-+v-+vv-U流体黏度；P流体压力；X、Y、Z体积力在x、y、Z方向上的分量+=Oxyz此式为连续性方程边界条件热能方程的边界条件为：当Z=O（电弧覆盖区域），有热流q（r）向工件输入热量I焊接电流；U焊接电压；oq-热流分布函数；r距电弧中心的距离；他一热效率当Z=L、z=0（上下表面的其它

6、部分），通过对流和辐射向环境放热，此时打-=a（T-o）OZ在固液界面上，T=Tm,Tm为材料熔点。当y=0,表示要求解的温度场关于中心平面（xy）对称，则艺=0Gy动量方程和连续性方程的边界条件在固体中和固液相界面上，U=-Mo,V=O,W=O在熔池表面上，vTu-=zTyuT=zTx体积力：动量方程中出现了X、Y、Z三个体积力分量，电弧焊接熔池中的体积力包括电磁力和自然对流项，体积力为：Fb=（jxB）-pgj电流强度：B磁感应强度；体积膨胀系数；g重力加速度；温差。在x、y、Z三个方面的分量分别为：X=（jB）Y=（jB）yZm-PgAT*7.如何理解焊接熔池流场计算模型中控制方程组得以

7、成立的物理基础答：控制方程组包括三个方程：热能方程（能量守恒）、动量方程（动量守恒）、连续性方程（流体是连续和不可压缩的）8 .焊接热源有几种简化方式？其适用条件如何（举例说明）答：集中热源简化模型点热点;作用于半无限体或立方体表面层,可模拟立方体或厚板的堆焊,热量向X、Y、Z三个方向传播。配合半无限体几何模型使用。线热源：将热源看成是沿板厚方向一条线，在厚度方向上，热能均匀分布，垂直作用于板平面，可模拟对接焊，一次熔透的薄板，热量二维传播。配合无限大板几何模型使用。面热源：作用于杆的横截面上，可横拟电极端面或磨擦焊接时的加热，认为热量在杆截面上均匀分布，此时只沿一个方向传热。配合无限长杆儿何

8、模型使用。分布热源简化模型正态分布热源（高斯热源）：热源密度q*为正态度分布的表面热源，即假设热量按概率分析中的高斯正态分布函数来分布：4*=lLexp（M）O卵形热源（双椭球热源）：焊接方向COQ = qr)dF = qek, 2rdr =假设在卵形面内，其容积比热源密度q*按高度斯正态分布，热源密度在卵形面的中心有最大值，从中心向边缘呈指数下降，卵形尺寸的选择约比熔池小10%,总功率应等于焊接过程的有效热功率，在比较计算的和测量焊的焊接熔池和温度场的基础上，对参数进行最后的校准。前半部分椭球内热源分布为633x23V23z2q（x,y,z）=Lf=exp（一一-）exp（-r）exp（一一

9、-）abCabcl后半部分椭球内热源分布为z、6y3frQ/3/3/zq（x,y,Z）=exp（一一-）ep（-才）exp（-abc2Jab9 .热源空间尺寸的简化会造成何种偏差？其使用范围如何?答：10 .给出高斯分布热源的表达式，并说明式中各参数的含义及确定方法。答：高斯分布热源的表达式：=exp（一女产）其中为最大热流密度；Z为热源集中系数，表示热源集中程度的系数；厂为电弧覆盖区域内某一点到热源中心的距离。由积分式：q = Jq(r)db = FOq-e可得：=-Q电弧笼罩区域是有限的，其大小可以通过实验来确定。通常，取电弧笼罩区域的直径为dn,并假定在此区域内集中力电弧绝大部分（95%

10、以上）的热量。O厂11 .证明瞬时点热源作用于半无限体时，温度场T=丫exp（一）的正确性。cp（aty4at答：瞬时点热源作用于半无限体情况可理解为，热量。在时间，=0的瞬时作用于半无限大立方体表面的中心处，热量呈三维传播。其热量的传播满足导热微分方程包=4t Cp言哆）。要证明其温度场T=前悬尸呻（一高）的正2n确性，只需证明此温度场表达式为导热微分方程a=3r+/+京）的一个特解即可。在此设：Q.r2.rrT(uv)vuU=TjT-,V=cx(),T=WV,=UFVCm4;Taf产4atttttTQ/、/1、/、/、Q=v7()(-r)exp()+exp()记则tc(4at)24at24

11、m4atc(4at)3=T(4at2H T T dr ro =x dr x cp(at)2rdrr2rdr-7()exp()=T()3/24atx4川4atx由于，=炉+,2+z2,2rdr=2xdx,二:所以xr则2T.TdXTXTTXXTx2_I1,I/I-，,I/II-IIx2xxx2at2at2atxIatIat2at2atIat闩璐2T_Ty22TTz2n同理大f=-(=-(DxIatIatxIatIat将上面各式代入微分方程式(*),得T(r23、2rTzX21y21z2ZT1x2+z23、t4at2cp2at2at2at2attcpa4at2因为_=。，所以，微分方程两端相等，即

12、说明T=exp(一二)确实是CPcp(4aty4at微分方程T2T2TT1了=7(而+.+弱的特解。12 .瞬时点热源作用于半无限体t=0时，热源作用点的温度为多少？为什么？答：瞬时点热源作用于半无限体，热源作用点的温度为(T_T._2。4;皿严当/=O时，T-7io这与实际情况不符，这是点热源模型简化的结果。13 .说明瞬时点热源、线热源及面热源作用时的温度场特征及彼此的差异。答：瞬时点热源作用于半无限体：T=-rexp(-)cp(atyi4at瞬时线热源作用于无限大板：T=exp(-二一4)/=必称为散温系数hcp(4atr4。，cph瞬时面热源作用于无限长杆：T=2-尸cxp(-b*t)

13、,=ACP(4rm)4atAcp14 .薄板上A热源作用5秒钟后，B热源开始作用，B热源作用5秒钟后，A热源停止作用。求板上任一点P在A热源开始作用15秒钟后的温度表达式。答：15 .移动点热源作用下，构件上哪点的温度与热源移动速度无关？答：在运动坐标系下观察，温度场为：T(x,y,ZJ)=:4九exP(-/)j*exP(-r-一工T)J=IT为热源作用时间cp(dil2ary4a4atA*V/*1(t代入上式中的定积考虑极限状态，并设一二A-=m、du=五F，4at4a2(4a)/2t3f2分部分，由于exp(-w2-)du=-exp(-2n)=-exp(-)Jf)u222a所以T(AX)

14、=喜访exp噫)冬Xp(-=q r V .exp-(x+r)此即为以恒定速度沿半无限体表面运动、不变功率的点热源的热传播状态方程式。当工=-时，T-T0=-,此处的温度值与热源移动速度无关。2r16 .快速移动热源作用下的温度场有何特征，为什么？答：17 .高斯热源作用于厚板上的温度场表达式。分析其与线热源和面热源的关系？答：18 .什么是热饱和？热饱和时间的含义是什么？如何确定？答：热饱和：热源长时间作用后可导致极限状态，在固定热源的情况下，其相应的温度场是稳定温度场，即各点的温度与时间无关，在移动热源情况下，其相应的温度场是准稳定的温度场，即在-相同的移动坐标中，各点的温度与时间无关。从开

15、始热输入起，至获得局部温度的极限状态7；的时间称为热饱和时间。19 .什么是温度均匀化？温度均匀化时间的含义是什么？如何确定？答：当热源停止加热后，将开始一个与热饱和相反的过程，由热源造成的温度的不均匀性逐渐被平衡，直至物体达到某一恒定的温度，由于前期热源作用，此温度比原始温度略有升高，此过程即为温度均匀化，与此过程有关的时间间隔被称为温度的均匀化时间。确定方法：引入一个等效热沉(具有负的热功率)，此热沉与“连续并且未停止作用”的热源(具有正的热功率，)相迭加，以模拟热源终止之后的情况。在热源停止加热时热沉开始作用，负热饱和曲线与正的热饱和曲线相减，得到热源终止后的情况。均匀化时间内的温度如下

16、计算：T（Z）-T（）=Tn（t）-收（，一4）为热饱和函数20 .什么是焊接热循环？描述焊接热循环的参数有哪些？答：在焊接过程中，工件的温度随着瞬时热源或移动热源的作用而发生变化，温度随时间由低而高，达到最大值后，又由高而低的变化被称为焊接热循环。描述焊接热循环的参数：加热速度（口）焊接加热速度要比热处理时的加热速度快得多，这种快速加热使体系处于非平衡状态，因而在其冷却过程中必然影响热影响区的组织和性能；加热最高温度（Ztm）指工件上某一点在焊接过程中所经历的最高温度，即该点热循环曲线上的峰值温度。考察位置不同最高温度不同冷却速度不同焊接组织不同T性能不同。在相变温度以上停留时间UH）在相变

17、温度以上停留的时间越长，就会有利于奥氏体的均匀化过程。如果温度很高时（如IlOOc以上），即使时间不长，对某些金属来说，也会造成严重的晶粒长大。一般将分成两部分。即7加热过程停留时间：/一冷却过程停留时间：冷却速度（或冷却时间）（c）冷却速度是决定热影响区组织和性能的最重要参数之一，是研究热过程的重要内容。通常我们说冷却速度，可以是指一定温度范围内的平均冷却速度（或冷却时间）也可以是指某一瞬时的冷却速度。对于低碳钢和低合复钢来说，我们比较关心的熔合线附近在冷却过程中经过540时的瞬时速度，或者是从8（XrC降温到500的冷却时间t85,因为这个温度范围是相变最激烈的温度范围。21 .请在典型焊

18、接热循环曲线上标出各热循环参数并解释其意义。答：22 .如何计算快速移动点热源作用下的热循环最高温度？23 .在20mm厚的钢板上堆焊焊道已知热源功率q=1000卡/秒，移动速度V=Imm/秒，热物理系数：=0.1卡/厘米秒C,CP=Lo卡/cm,a=0.1cm2Vo计算沿纵向平面XOY,位置在上表面和下表面上并在热源后方20mm处的A点和B点的极限状态温度。以及在热源正下方C点的温度。（A点坐标：x=-20mm,y=0,z=0;B点坐标：x=-20mm,y=o,z=20mm;c点坐标：x=0,y=0,z=20mm）24 .如何计算快速移动线热源作用下的最高温度？25 .巨型钢件表面堆焊，电流

19、I=200A,电弧电压V=20v,电弧移动温度V=2mms,求最高温度为500C处离堆焊轴线的距离，（z=0.75）26 .如何计算相变温度以上的停留时间？27 .比较长段多层焊与短段多层焊的特点和使用范围。28 .对15mm厚的14MnMONbB钢采用手工短段多层对接焊。已知：Ms=400C,=0.4JcmsC,cp=5.25JcnC,To=25C,用4的结857焊条，I=200A,U=25V,=0.2cms,n=0.7,求合适的焊缝长度。29 .分析：明弧、埋弧和潜弧焊时哪种热效率高？30 .分析熔化极和非熔化极焊接哪种的热效率高。31 .焊条上的电阻加热如何计算？32 .焊条上的电弧加热

20、升温如何计算？33 .焊丝上的温度分布如何计算？34 .一电弧作固定用于一巨型工件表面，电弧电压U=30V,焊接电流1=3OOA热效率n=07,=0.42JcmsoC,cp=5.25Jcm3oC,不考虑表面散热，电弧加热10秒后熄灭，求电弧中心点在开始加热5秒、10秒、20秒时的温度。35 .简述传热学的定律（傅立叶定律、牛顿定律和波尔兹曼定律）都描述哪类传热现象？36 .被焊构件的几何尺寸如何简化，其分别对应于哪种类型的焊接过程？37 .瞬时点、线、面热源，在其它条件相同时，哪种热源作用后的温度下降更快？38 .举例说明迭加原理在焊接热过程计算中的应用。1 .焊接结构与抑接结构相比有什么特点

21、？2 .内应力的分类（作用范围划分）、温度应力产生原因。3 .自由变形、外观变形和内部变形的区别。4 .简述长板条中心加热条件下的变形及应力产生分布情况。5 .长板条中心加热一冷却后残余应力的产生机理（过程）6 .长板条一侧加热一冷却后，残余应力的产生及分布情况。7 .长板条一侧加热时变形及应力的演变过程8 .以低碳钢平板条中心焊接为例说明焊接温度场与对应高温时的应力分布情况。9 .说明受拘束体在热循环中应力与变形的演变过程。（以低碳钢为例）分三种情况10 .以低碳钢为例说明焊接应力与变形的演变过程。（P14,图214）11 .金属在从高温到低温变化中产生裂纹的条件。12 .说明金属材料“脆性

22、温度区”的含义，它与产生焊接裂纹的内在关系。13 .焊接残余变形有哪些种类？答：纵向收缩变形；横向收缩变形；挠曲变形；角变形；波浪变形；错边变形（长度方向和厚度方向）；螺旋形变形14 .圆球容器焊接结构及两块厚度不同钢板的搭接接头，受载时产生附加应力的原因。15 .多层焊与单层焊对纵向变形的影响有何不同？答：多层焊与单层焊对纵向变形的影响的不同在于线能量不同,对焊接纵向变形的影响不同。单层焊的纵向收缩量其中K为比例系数，与焊接方法和材料有关；弓为焊缝截面积；L为构件长度;与为焊缝截面积；尸为构件截面积多层焊的纵向收缩量L=k2其中a=l+85j，为多层焊层数16 .先焊焊缝和后焊焊缝的横向变形

23、有什么不同？答：横向收缩沿焊缝长度方向上的分布是不均匀的，先焊的焊缝的横向收缩对后焊的焊缝产生挤压作用，使后者的横向收缩增大。横向收缩的变化趋势为：沿焊接方向由小到大，并逐渐趋于稳定。先焊焊缝和后焊焊缝的横向变形是否相同看其在焊缝中所处位焊接方向图2-37横向收缩在焊缝长度上的分布17 .横向收缩在焊缝长度上的分布规律及原因。答：同上。18 .对接接头横向收缩产生的过程。答：横向收缩变形是指垂直于焊缝方向的变形。在平板对接中，在焊接热源附近的金属受热膨胀，但受到周围温度较低的金属的约束而承受压应力，这就会在板宽方向上产生压缩塑性变形，并使其厚度增加，在焊后无拘束状态下冷却收缩时，就会产生横向收

24、缩。19 .对接接头横向收缩在有间隙焊和无间隙焊时有什么不同？答：如果平板对接中间留有间隙，焊接时，坡口边缘可以无拘束地移动，热源扫过之后的坡口横向闭合，产生的横向位移的最大值可由纯弹性解表示Aemax=笑，此横向位移cpv可以无拘束地进行。如果热源扫过之后的材料立即具有足够的强度，则横向收缩将因冷却立即开始。实际上，在热源后的一小段范围内，材料还处于完全塑性状态，没有变形抗力，因而还不会产生收缩应力，所以降低了横向收缩量。带坡口间隙的焊后横向收缩量为As=4=3L（4=0.750.85,为横向刚度系数）。在没有坡口间cp隙（或存在定位焊或坡口楔块使间隙活动的可能性很小）时，板材受热后膨胀将造

25、成对接边压缩，并由于横向挤压使厚度增加。在横向上，由于没有间隙使板向外侧膨胀,冷却后向外侧膨胀的部分可以恢复，而厚度方向上的变形不可恢复，最终仍将产生横向变形，但变形量比前一种情况小。收缩量仍按上式计算，但4=0.50.75o图2T0不留间隙的平板对接焊的横向变形过程第一种情况：两边受限制，拘束强，阻碍膨胀，产生大量塑性变形，收缩大第二种情况：高温区窄，膨胀受限小，压缩塑性变形量少，收缩小。20 .平板对接时横向收缩量与什么因素有关？答：导热系数，单位长度焊缝热输入，比热，构件密度，板厚。21 .角变形产生的原因。答：角变形产生的根本原因是横向收缩在厚度方向上的不均匀分布。焊缝正面的横向收缩量

26、大，背面的收缩量小，这样就会造成构件平面的偏转，产生角变形。22 .说明平板对接接头角变形分布规律及原因。答：23 .采用X型或双U型坡口时，怎样采取合理焊接顺序降低角变形？答：正反面交替焊接24 .波浪变形在什么条件下产生？如何降低？答：波浪变形产生原因是受压部位失稳。焊后存在于平板中的内应力，在焊缝附近为残余拉应力，在离开焊缝较远的地方为残余压应力。如果残余压应力超过板材的临界失稳应力，就会发生失稳，出现波浪变形。25 .焊接错边变形产生的条件是什么？答：焊接错边是指两被连接工件相对位置发生变化，造成错位的一种几何不完整性。错边可能是装配不当造成的，也可能是由于焊接过程造成的。焊接过程造成

27、错边的主要原因之一是热输入不平衡。热输入不平衡可能是由于：夹具一侧为未将工件夹紧，使其导热相对于另一侧；工件与夹具间一侧导热好而另一侧导热差；焊接热源偏离中心，使工件一侧的热输入比另一侧的大；焊道两侧的热容量不同等。焊缝两侧的工件刚度的差异也会引起错边，刚度小的侧变形位移比较大，刚度小的一侧位移小，造成错边。26 .扭曲变形（螺旋形变形）产生的原因。答：扭曲变形主要是指焊后工件的中性面发生扭曲。产生的原因与角变形沿焊缝长度上的分布不均匀性和工件的纵向错边有关。27 .预防焊接变形的措施有哪些？答：焊前措施：1）合理地选择焊缝的形状和尺寸，应遵循的原则是：尽可能使焊缝长度最短；尽可能使板厚小；尽

28、可能使焊脚尺寸小；断续焊缝和连续焊缝相比，优先采用断续焊缝；角焊缝与对接焊缝相比，优先采用角焊缝以及复杂结构最好采用分部组合焊接。2）尽量避免焊缝的密集与交叉非常重要3）采用压形板来提高平板的刚性和稳定性，也可以减小焊接量和减小变形4）改变接头设计5）预变形法（反变形法）28 .如何从设计上预防焊接变形？（举例说明）答：尽可能使焊缝长度最短；尽可能使板厚小；尽可能使焊脚尺寸小；断续焊缝和连续焊缝相比，优先采用断续焊缝；角焊缝与对接焊缝相比，优先采用角焊缝以及复杂结构最好采用分部组合焊接；尽量避免焊缝的密集与交叉；改变接头设计。29 .举例说明如何从工艺上预防焊接变形。答：随焊调控焊接应力与变形

29、的措施：刚性固定法（在没有反变形的情况下，通过将构件加以固定来限制焊接变形，此方法只在一定程度上减小挠曲变形，但可以防止角变形和波浪变形）；减小焊缝的热输入，也可采用直接水冷或者是铜块冷却的方法来限制焊接热场的分布：合理安排焊缝顺序；预拉伸法（在平板对接之前，在焊缝两侧对平板施加一个与焊接方向平行的拉伸载荷，使平板在受载的情况下进行焊接，平板焊缝在塑性状态下被拉伸延展，可以抑制平板的纵向收缩变形，且焊后取出拉伸载荷，平板内的纵向残余应力可以降低，幅度与预拉伸载荷相当；在平板边缘处作用更加明显）；焊时温差拉伸法；随焊激冷法（采用冷却介质使焊接区获得比相邻区域更低的负温差,在冷却过程中，焊接区由于

30、受到周围金属的拉伸而产生伸长塑性变形，从而抵消焊接过程中形成的压缩塑性变形，达到消除残余应力的目的）；随焊碾压法（在焊接过程中采用平面轮或凸轮进行直接碾压焊缝金属，以减小焊接变形和降低残余应力）；随焊锤击法（刚凝固的焊缝金属温度高，只需较小的力就可产生很大的塑性延展变形，从而抵消焊缝及其附近区域的缩短变形，达到控制焊接变形和降低残余应力的目的。当锤击点处于焊缝的脆性温度区两侧时，可起到避免焊接热裂纹的作用）。30 .矫正焊接变形的方法有哪些？答：机械法：利用外力使构件产生与焊接变形方向相反的塑性变形，使两者相互抵消大型构件采用压力机；不太厚的板构件采用锤击；多层多道焊工件可以锤击最后一层也可以

31、逐层焊后锤击。对于形状不规则的饿焊缝，可以采用逐点挤压的办法，用一堆圆截面压头挤压焊缝及其附近的压缩塑性变形区，使压缩塑性变形得以延展，同时挤压是焊缝及其附近区域产生的压应力可提高接头的疲劳强度。对焊件施加一次机械拉伸，使得拉应力区（一般焊缝及其附近区域）在外载作用下产生拉伸塑性变形，方向与焊接时产生的压缩塑性变形相反，减小了纵向焊接变形，及残余应力。加热方法:火焰矫形是利用火焰局部加热时产生的压缩收缩变形使较长的金属在冷却后收缩来达到矫形的目的。温差拉伸法是利用加热的方式对焊缝施加压力31 .举例说明如何选择合适的焊接次序用以控制焊接变形？答:32.说明平板对接对纵向焊接残余应力的分布规律？

32、a)b)33 .圆筒环焊缝与平板直焊缝的纵向残余应力大小有什么不同？答：圆筒环形焊缝的纵向应力分布当圆筒直径与壁厚之比比较大的时候，纵向应力分布与平板相似。当圆筒直径与壁厚之比较小时，纵向应力有所降低。圆筒的环形焊缝纵向收缩的自由度比平板大，其纵向应力较小。其纵向残余应力值的大小取决于圆筒的半径、壁厚、和塑性变形区的宽度。厚度不变，纵向应力随半径的增大而增大。塑性变形区的减小使纵向应力增加。34 .说明横向焊接应力产生的原因及分布规律？答：产生原因：直接原因来自焊缝冷却时的横向收缩，间接原因是焊缝的纵向收缩。纵向收缩：(考虑边缘无拘束)横向收缩（边缘有拘束）：焊缝及其周围区域的受拘束的横向收缩

33、对横向应力起主要作用。一条焊缝各个部分不是同时完成的，先焊的部分先冷却并恢复弹性，会对后冷却的部分的横向收缩产生阻碍作用，而产生横向应力。分布规律O I Iil35 .焊接顺序对横向残余应力分布有何影响？答：36 .厚板焊接时沿厚度上三个方向应力分布规律如何？答：应用平面应变模型分析。厚板焊接多为开坡口的多层多道焊接，后续焊道在板平面内横向和纵向都遇到了较高的收缩抗力，在纵向和横向上均产生了较高的残余应力。先焊的焊道对后续焊道具有预热作用，因此对残余应力的增加稍有抑制作用。由于强烈弯曲效应的增加，使先焊焊道承受拉伸，而后焊焊道承受压缩。横向拉伸发生在单边多道对接焊缝的根部焊道,这是由于在焊缝根

34、部的角收缩的倾向比较大，如果受到约束则表现为横向收缩，板厚方向的残余应力比较小，避免了三向残余应力。37 .拘束条件下焊接应力分布规律。答：拘束状态下焊接应力与拘束条件有密切关系。中心构件上焊一条对接焊缝，焊缝的横向收缩受到框架的限制，在框架中心部分产生拉应力bf,这部分应力在整个框架上平衡（反作用内应力），此条焊缝还会引起与自由状态下焊接相似的横向内应力。V。两应力形成以拉应力为主的横向应力场。纵向焊缝的纵向收缩受到限制，将产生反作用内应力还会引起纵向应力两者叠加。叠加后的最大应力值应小于该材料的屈服强度，否则应力场自行调整。38 .说明相变对焊接残余应力的影响。答：39 .焊接内应力对静载

35、强度的影响。答：材料具有足够的塑性，能进行塑性变形，内应力的存在不影响构件的承载能力，对静载强度没有影响。如果材料处于脆性状态，当外加载荷增加时，由于材料不能发生塑性变形使构件上的应力均匀化，应力峰值不断增加，一直达到材料的抗拉强度。造成局部破坏，从而导致整个构件破坏。当材料塑性变形能力不足时，内应力的存在影响构件的承载能力，使静载强度降低。许多材料在单轴或双轴拉伸应力作用下表现为塑性,当处于三轴拉伸应力作用下时因不易发生塑性变形而表现出脆性。40 .焊接内应力对机械加工精度的影响。答：复杂焊接构件在焊后进行的机械加工破坏了原有的应力平衡使构件内应力重新分布，引起构件变形，影响加工精度。焊件在

36、长期存放和使用过程中，由于蠕变和应力松弛以及不稳定组织的存在，焊接应力也会发生变化，而影响结构精度。41 .焊接内应力对受压杆件稳定性的影响。答：当长细比较大时（4150）,临界失稳应力比较低，这将造成外载压力与残余压应力的和达到q之前就发生失稳。此式内应力对构件的稳定性无影响。当长细比较小（30）,相对偏心又不大是，临界失稳应力主要取决于杆件的全面屈服，内应力也不会影响杆件的稳定。当4介于两者之间时，内应力会对构件的稳定性造成影响，使构件的稳定性降低。（应力分布不同，影响不同）42 .说明焊接内应力对刚度的影响，对应力腐蚀开裂的影响。答：焊接内应力对刚度的影响：如果构件中存在与外载荷方向一致

37、的内应力，并且应力值为s,则在外载荷作用下的刚度要降低，并且卸载后构件的变形不能完全恢复。构件的刚度下降与的值有关，数值越大，对刚度影响越大。焊接构件经过一次加载和卸载后，如果再次加载，只要载荷大小不超过前次的载荷，内应力就不再起作用，外载荷不影响内应力的分布。对应力腐蚀开裂的影响：应力腐蚀开裂的必要条件是同时存在腐蚀介质和拉应力。焊接后，构件中存在残余应力，在没有外载荷作用时，焊接残余应力的分布不会发生太大变化。如果残余拉应力与工作应力相叠加，就会促进应力腐蚀。当只有残余应力的作用时，裂纹扩展到其尖端处的拉应力为屈服强度的30%左右就停止。如果存在工作应力，就会使；裂纹尖端因缺口效应而产生很

38、大的三向拉应力，裂纹的深度越大，裂纹尖端的应力强度因子越大，裂纹扩展加速。43 .简述如何在焊接过程中调节内应力。答：选择合适的焊接方法和规范；采取一些辅助措施：采用特殊设备和手段1）刚性固定法在没有反变形的情况下，通过将构件加以固定来限制变形。2）减小焊缝的热输入选择合适的焊接方法，采用水冷、铜冷却块来限制焊接温度场分布。3）合理安排装配焊接的顺序4）预拉伸法在平板对接之前,在焊缝两侧对平板施加一个与焊接方向平行的拉伸载荷,使平板在受载情况下进行焊接。可降低焊缝的纵向残余应力，降低幅度与预拉伸载荷相当。5）焊时温差拉伸法6）随焊激冷法7）随焊碾压法8）随焊锤击法9）随焊冲击碾压法44 .简述

39、如何在焊后消除焊接内应力。答：机械方法：采用一定的措施是收缩的焊缝金属获得延展，调整焊接内应力。碾压法，逐点挤压，锤击法，机械拉伸法（与纵向收缩相反方向施加拉伸），振动时效技术（使结构发生共振产生应力循环来降低内应力）。加热方法：原理两方面，一方面材料的屈服强度因温度升高而降低，且材料的弹性模量也会下降。另一方面高温时材料的蠕变速度加快，蠕变引起应力松弛。局部/整体高温回火，火焰矫形，温差拉伸45 .说明应力释放法测定焊接残余应力的分类及原理。答：基本原理：通过完全切除或部分切除构件的局部材料，测量被释放的应变，根据胡克定律计算残余应力。单轴应力：切条法，弹性变形法双轴应力：切块法，钻孔法，盲

40、孔法，套空法三轴应力：套取芯棒法46 .简述焊接热影响区的力学性能。答：1）热影响区强度和延性的变化加热温度1200C以上，形成粗晶区，硬度和强度高于母材二年延性较母材低。延性的下降与含碳量、马氏体的量和冷速有关。加热温度在1200CAq范围内，形成细晶区（奥氏体），综合性能良好，较高的强度和较高的延性。加热温度在90070（C之间形成粗细不均匀的组织，屈服强度比母材低。加热温度低于700C,组织无变化，强度与延性和母材无大差异。2）加热区韧性的变化低韧性的区段：1200C以上的粗晶区到熔合区部分；焊缝附近的脆化区（与母材的组织成分和焊接热输入有关）。韧性最低的位置时熔合区。3）热影响区的热塑

41、变脆化在400200C内发生的热塑性变形所引起的延性、韧性下降,陈伟热塑变脆化。蓝脆区，热循环的热应力作用在近缝区产生热塑性变形，使其力学性能变化。47 .简述焊缝与母材力学性能的差异。答：焊缝金属的力学性能取决于焊缝金属的化学成分和金相组织。48 .说明低组配接头在处于三向受拉状态时力学性能的特点。答：49 .说明低组配接头中，H/D（软层厚/直径）的变化对接头强度的影响。答：50 .低组配接头与高组配接头相比各自的优缺点。51 .焊接接头的基本型式及各自特点。答：对接接头从力学角度看，是比较理想的接头之一搭接接头搭接接头的应力分布不均匀，疲劳强度较低，不是最理想的接头形式，但其焊前准备和装

42、配工作比对接接头简单，其横向收缩量也比对接接头小，广泛用于受力较小的焊接结构中T形（十字形）接头典型的电弧焊接头，能承受各种方向的力和例句。这类接头应避免采用单面角焊缝，因其根部相当于有很深的缺口，承受能力很低角接接头多用于箱型构件上，不同的接头形式，特点不同。52 .说明对接接头受拉伸时的工作应力分布情况。答：余高导致了构件表面的不平滑，在焊缝余母材金属的过渡处引起应力集中，且由余高带来的应力集中对动载结构的疲劳强度是十分不利的，其越小越好。53 .说明丁字接头受载荷作用时的应力分布情况。答：丁字接头焊缝向母材过渡比较急剧，接头在外力作用下力线扭曲很大，造成工作应力分布极不均匀，在角焊缝的根

43、部和过渡处，易产生很大的应力集中。54 .搭接接头正面角焊缝与侧面角焊缝的工作应力分布有何不同？哪种更好。答：正面角焊缝在正面角焊缝的搭接接头中，应力分布是很不均匀的，在角焊缝的焊根和焊趾都有较大的应力集中。同时，搭接接头的正面角焊缝与作用力偏心，承受拉力时接头上会附加弯曲应力。在两道角正面焊缝构成的搭接接头中，每道焊缝所负担的力不一定相等，与焊件厚度、焊缝尺寸、搭接长度和受力情况有关。侧面角焊缝在焊缝中既有正应力又有切应力，切应力沿侧面焊缝长度的分布式不均匀的，与焊缝尺寸、断面尺寸和外力作用点的位置等因素有关。侧面角焊缝的最大应力在两端，中部应力最小，焊缝较短时焊接应力分布较均匀，焊缝较长时

44、，应力分布不均匀程度较大。当两个被连接件的截面积不相等时，切应力的分布不对称与焊缝的重点，靠近小截面一端的应力大。55 .多排电焊接头是否合理，解释原因。答：56 .横向变形沿焊缝长度上分布是否均匀？57 .纵向变形如何影响横向变形？58 .厚板对接多层焊缝中三个方向应力分布规律如何？59 .封闭焊缝引起的内应力分布规律。60 .焊接残余内应力对塑性材料静载强度的影响。61 .温差拉伸法消除焊接残余应力的机理。62 .举例说明长焰成形的原理及分类。63 .举例说明焊接方向不同时，平板对接沿焊缝横向残余应力分布规律的差别。64 .从残余应力角度分析说明交叉焊缝的缺点。65 .如何降低焊接角变形。

45、66 .对于厚板采用开坡口与不开坡口焊相比较有什么优点？67 .十字接头焊接时应注意哪些问题，为什么？68 .点焊接头的工作应力分布规律如何？69 .“枷焊联合结构”与嘶焊联合接头”有什么区别？70 .如何评价“斜焊联合接头”？71 .钟接结构比焊接结构有哪些优点？72 .复杂截面构件接头的计算，要考虑哪些因素？73 .角焊缝计算时应注意哪些问题？74 .简述热处理消除残余应力有哪些具体方法，各自的特点。71 .焊接横向残余应力的来源及产生原因。72 .相变过程对焊接残余应力的影响。答：第四章1 .叙述脆性断裂的特点及原因。答：特点：(1)脆断一般都在应力不高于结构的设计应力和没有显著的塑性变形的情况下发生，不易事先发现和预防，因此往往造成人身伤亡和财产的巨大损失，所以通常称这类破坏为低应力脆断；(2)塑性材料也发生脆性断裂；(3)脆断总是由构件内部存在宏观尺寸(0.1mm以上)的裂纹源扩展引起。这种宏观裂纹源可能是在制造过程或使用过程中产生的；(4)裂纹源一旦超过某个临界尺寸，裂纹将以极高速扩展，并瞬时扩展到结构整体，直到断裂，具