《焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)》教案

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1、焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)教案專業(yè)：焊接技術(shù)及自動化2011-2012-2目 錄項(xiàng)目一焊接結(jié)構(gòu)基本知識項(xiàng)目二 H型鋼的焊接項(xiàng)目三 箱型梁的焊接項(xiàng)目四 壓力容器的焊接項(xiàng)目五 船舶的焊接項(xiàng)目一 焊接結(jié)構(gòu)基本知識教學(xué)課題任務(wù)一 焊接結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件的認(rèn)識學(xué)時(shí)2教學(xué)目的及要求1、掌握焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)；2、了解本課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)及學(xué)習(xí)方法。教學(xué)重點(diǎn)焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)解決措施討論+講授教學(xué)難點(diǎn)無解決措施講授教具及參考資料多媒體課型單一型板書設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法及手段時(shí)間分配導(dǎo)入新課：焊接作為一種材料連接的工藝方法，已經(jīng)在機(jī)械制造業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。為什么會得到如此廣泛的應(yīng)用呢？除了焊接還有那些連接方式？（學(xué)生討論，總結(jié)發(fā)言）講授

2、內(nèi)容：一、焊接結(jié)構(gòu)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用與特點(diǎn)焊接結(jié)構(gòu)：將各種經(jīng)過軋制的金屬材料及鑄、鍛等坯料采用焊接方法制成能承受一定載荷的金屬結(jié)構(gòu)。1.焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1、可實(shí)現(xiàn)不同形狀、不同厚度、不同材料的連接。2、剛度大、整體性好。3、減輕質(zhì)量。4、設(shè)備簡單、投資少、見效快。5、適用于尺寸大、形狀復(fù)雜的產(chǎn)品。6、更經(jīng)濟(jì)。缺點(diǎn)：1、易產(chǎn)生缺陷。2、對脆性斷裂、疲勞、應(yīng)力腐蝕、蠕變比較敏感。3、易產(chǎn)生應(yīng)力與變形。4、焊接接頭的不均勻性。5、高強(qiáng)度和特種材料焊接性能差。2.焊接結(jié)構(gòu)的應(yīng)用 焊接結(jié)構(gòu)被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)部門，如石油與化工機(jī)械、重型與礦山機(jī)械、起重與吊裝設(shè)備、冶金建筑、汽車制造、船舶制造

3、、兵器制造、人造衛(wèi)星及海洋工程等。三、本課程的性質(zhì)和講課的主要內(nèi)容四、學(xué)習(xí)本教材應(yīng)達(dá)到的能力目標(biāo)1、焊接結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件焊接應(yīng)力與變形2、焊接接頭3、備料與成形加工4、裝配焊接工藝5、結(jié)構(gòu)工藝性分析6、車間知識五、學(xué)習(xí)方法與教學(xué)建議學(xué)習(xí)方法： 1、理論與實(shí)踐結(jié)合 2、結(jié)合焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)特點(diǎn) 3、結(jié)合實(shí)訓(xùn)要求教學(xué)建議：1、增加感性認(rèn)識 2、結(jié)合能力目標(biāo) 3、新知識介紹課堂小結(jié)： 1.焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 討論、多媒體課件講授20min25min10min20min10min5min5min鞏固練習(xí)及作業(yè)布置課后第2題教學(xué)后記要求學(xué)生熟悉其他連接方式的應(yīng)用，重點(diǎn)掌握焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。教學(xué)課題任務(wù)一 焊接結(jié)構(gòu)基

4、本構(gòu)件的認(rèn)識學(xué)時(shí)2教學(xué)目的及要求1、熟悉機(jī)器零件、梁柱、壓力容器等結(jié)構(gòu)的組成及特點(diǎn)；2、了解焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工藝過程。教學(xué)重點(diǎn)1、 熟悉四類焊接結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件的特點(diǎn)2、了解焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工藝過程解決措施討論+講授教學(xué)難點(diǎn)四類焊接結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件的特點(diǎn)解決措施講授教具及參考資料多媒體課型單一型板書設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法及手段時(shí)間分配導(dǎo)入新課：焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)用及其廣泛。以身邊的具體應(yīng)用為例。講授內(nèi)容：任務(wù)一 焊接結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件一、機(jī)器零部件焊接結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：在交變載荷或多次重復(fù)性載荷下工作，應(yīng)具有精確的尺寸。1切削機(jī)床的焊接機(jī)身切削加工精度較高，因此必須要求機(jī)床的機(jī)身具有很高的剛度。過去，由于鑄鐵價(jià)格低，鑄件適于成批生產(chǎn)

5、，鑄件減震性能好，所以鑄鐵機(jī)床機(jī)身一直占有優(yōu)勢。隨著現(xiàn)代工業(yè)和新型加工技術(shù)的發(fā)展，機(jī)床機(jī)身逐步改用焊接結(jié)構(gòu)。 在單件小批生產(chǎn)的大型、重型及專用機(jī)床，大量采用焊接結(jié)構(gòu)代替鑄造結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)效果十分明顯。焊接機(jī)身主要由箱形床腿、加強(qiáng)筋、導(dǎo)軌、縱梁及斜板等零部件組成。采用焊接機(jī)身需考慮的問題1）經(jīng)濟(jì)效益問題焊接機(jī)身經(jīng)濟(jì)效益與生產(chǎn)批量有關(guān)；它特別適用于單件小批量生產(chǎn)的大型或?qū)Ｓ脵C(jī)床。2）剛度問題由于鋼材的彈性模量比鑄鐵高，在保證相同剛度條件下焊接機(jī)身比鑄鐵機(jī)身的自重輕很多。3）減震性問題機(jī)身的減震性不僅取決于選用的材料，而且還與結(jié)構(gòu)本身有關(guān)；可以分為材料減震性和結(jié)構(gòu)減震性兩個(gè)方面4）尺寸穩(wěn)定性問題焊接機(jī)身

6、在焊后必須進(jìn)行消除應(yīng)力處理。5）機(jī)械加工問題機(jī)床焊接結(jié)構(gòu)焊后需要進(jìn)行一定的機(jī)加工。焊接機(jī)身采用的低碳鋼可焊性好；但機(jī)械加工性能不如鑄鐵和中碳鋼。2減速器箱體焊接結(jié)構(gòu)減速器箱體是安裝各傳動軸的基礎(chǔ)部件；箱體應(yīng)具有足夠的剛度，以確保各傳動軸的相對位置精度。采用焊接結(jié)構(gòu)箱體能獲得較大的強(qiáng)度和剛度，且結(jié)構(gòu)緊湊，重量較輕。焊接減速器箱體一般制成剖分式結(jié)構(gòu)；即把一個(gè)箱體分成上下兩個(gè)部分，分別加工制造；然后在剖分面處通過螺栓將兩個(gè)半箱體連成一個(gè)整體。二、壓力容器焊接結(jié)構(gòu)壓力容器定義：是指最高工作壓力P0.1MPa，容積大于或等于25L。1壓力容器的分類及應(yīng)用（1）按工藝用途分類1）反應(yīng)壓力容器：用于完成介質(zhì)

7、的物理、化學(xué)反應(yīng)。2）換熱壓力容器：用于完成介質(zhì)的熱量交換。3）分離壓力容器：用于完成介質(zhì)的流體壓力平衡和氣體凈化分離等。4）儲存壓力容器：用于盛裝生產(chǎn)用的原料氣體、液體、液化氣體等。（2）按設(shè)計(jì)壓力分類 1）低壓容器（代號L）0.1MPaP 1.6MPa2）中壓容器（代號M）1.6MPaP10MPa3）高壓容器（代號H ）10MPaP100MPa4）超高壓容器（代號U）P100MPa2壓力容器的焊接結(jié)構(gòu)圓柱形容器由筒體、封頭、法蘭、密封元件、開孔接管以及支座等六大部件組成。三、梁、柱焊接結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)件受橫向彎曲焊接梁主要應(yīng)用于載荷和跨度都比較大的場合；焊接梁多由翼板及一塊腹板組成工字型；或

8、由翼板和兩塊腹板組成箱形；故又稱為工字梁或箱形梁，梁的常見的組成形式有：利用鋼板焊成板焊結(jié)構(gòu)梁；利用型鋼焊接成型鋼結(jié)構(gòu)梁；利用鋼板和型鋼焊接成組合梁。柱是主要承受壓力并將受壓載荷傳遞至基礎(chǔ)的構(gòu)件，在梁和桁架傳遞載荷時(shí)起支承作用。屬于柱類結(jié)構(gòu)的有起重機(jī)的支承臂和龍門起重機(jī)的支腿、自升式鉆井船的柱腿等。焊接柱是通過鋼板拼焊、型材焊接以及采用鋼板和型材組合施焊而形成的受壓構(gòu)件；主要由柱頭、柱身和柱腳三部分組成。按照受力特點(diǎn)的不同，焊接柱一般分為軸心受壓柱和偏心受壓柱（帶有縱向彎曲的）。焊接柱常用的截面形式有兩類：一類為實(shí)腹式柱，另一類為格構(gòu)式柱，四、焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工藝過程簡介 焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工藝過程，是

9、根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)的性質(zhì)、產(chǎn)品的圖紙、技術(shù)要求和工廠條件，運(yùn)用現(xiàn)代焊接技術(shù)、相應(yīng)的金屬材料加工和保護(hù)技術(shù)、無損檢測技術(shù)，來完成焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的各個(gè)工藝過程。生產(chǎn)步驟：生產(chǎn)準(zhǔn)備、材料加工、裝配焊接和質(zhì)量檢驗(yàn)。1生產(chǎn)準(zhǔn)備（1）技術(shù)準(zhǔn)備 （2）物質(zhì)準(zhǔn)備2材料加工工藝（1）金屬材料的預(yù)處理（2）基本元件加工3裝配與焊接4質(zhì)量檢驗(yàn)與安全評定課堂小結(jié)： 1. 幾類常見焊接結(jié)構(gòu)的組成； 2. 焊接結(jié)構(gòu)一般加工工藝流程。 討論、多媒體課件講授10min20min20min25min15min5min鞏固練習(xí)及作業(yè)布置課后第2題教學(xué)后記要求學(xué)生掌握焊接結(jié)構(gòu)的工作特點(diǎn)及組成，熟悉其加工工藝流程。教學(xué)課題任務(wù)二 焊接接頭基

10、本知識的學(xué)習(xí)學(xué)時(shí)2教學(xué)目的及要求1、掌握焊接接頭的4種基本形式及特點(diǎn)；2、了解常見焊縫的基本形式。教學(xué)重點(diǎn)四類焊接接頭的基本形式和焊縫的基本形式解決措施講授+練習(xí)教學(xué)難點(diǎn)無解決措施講授+練習(xí)教具及參考資料多媒體課型單一型板書設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法及手段時(shí)間分配導(dǎo)入新課：每個(gè)焊接結(jié)構(gòu)都有很多焊接接頭，焊接接頭的形式有很多，每類焊接接頭都具有各自的特點(diǎn)。 講授內(nèi)容：討論：常見的焊接接頭有哪些？焊接接頭是如何形成的？一、焊接接頭的組成及其基本形式1焊接接頭的組成以熔化焊為例，焊接接頭由焊縫金屬、熔合區(qū)和熱影響區(qū)組成。焊縫金屬是由焊接填充金屬及部分母材金屬熔化結(jié)晶后形成的鑄造組織。熱影響區(qū)受焊接熱循環(huán)的

11、影響，組織和性能都發(fā)生變化，特別是熔合區(qū)的組織和成分更為復(fù)雜。因此，焊接接頭是一個(gè)成分、組織和性能都不均勻的連接體。2焊接接頭的基本形式常見的四類：對接接頭、搭接接頭、T形（十字）接頭、角接接頭（1）對接接頭 兩板件端面通過焊接形成135180夾角，稱為對接接頭。對接接頭是各種接頭中受力最好、最省材料的接頭形式。（2）搭接接頭兩板件部分重疊起來進(jìn)行焊接所形成的接頭稱為搭接接頭。搭接接頭的應(yīng)力分布極不均勻，疲勞強(qiáng)度較低，不是理想的接頭形式。但是，搭接接頭的焊前準(zhǔn)備和裝配工作比較簡單，所以在受力較小的焊接結(jié)構(gòu)中仍能得到廣泛的應(yīng)用。（3）T形（十字）接頭將一個(gè)焊件的端面與另一焊件的表面構(gòu)成直角或近似

12、直角，用角焊縫連接起來的接頭，稱為T形（十字）接頭。這類接頭能承受各種方向的外力和力矩的作用。（4）角接接頭兩板件端面構(gòu)成30135夾角的焊接接頭稱作角接接頭。角接接頭多用于箱形構(gòu)件二、焊縫的基本形式基本形式：對接焊縫和角焊縫1對接焊縫（1）坡口形式的選擇 對接焊縫的焊接接頭可采用卷邊、平對接或加工成V形、U形、X形、K形等坡口開坡口需要考慮的問題根本目的是為了確保接頭的質(zhì)量，同時(shí)也從經(jīng)濟(jì)效益考慮。坡口形式的選擇取決于板材厚度、焊接方法和工藝過程。通常必須考慮以下幾個(gè)方面： 1）可焊到性或便于施焊可焊到性是選擇坡口形式的重要依據(jù)之一根據(jù)構(gòu)件能否翻轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)難易或內(nèi)外兩側(cè)的焊接條件而定。對不能翻轉(zhuǎn)

13、和內(nèi)徑較小的容器、轉(zhuǎn)子及軸類的對接焊縫，為了避免大量的仰焊或不便從內(nèi)側(cè)施焊，宜采用V形或U形坡口。2）節(jié)省焊接材料對于同樣厚度的焊接接頭，采用X形坡口比V形坡口能節(jié)省較多的焊接材料、電能和工時(shí)；構(gòu)件越厚，節(jié)省得越多，成本越低。3）坡口易加工V形和X形坡口可用氧氣切割或等離子弧切割，也可以用機(jī)械切削加工。對于U形或雙U形坡口，一般需用刨邊機(jī)加工。在圓筒體上，應(yīng)盡量少開U形坡口，因其加工困難。4）焊接變形小采用不適當(dāng)?shù)钠驴谛螤钊菀桩a(chǎn)生較大的焊接變形。如平板對接的V形坡口，其角變形就大于X形坡口。（2）坡口尺寸的選擇1）坡口角度其作用是使電弧能深入根部使根部焊透，坡口角度的大小與板厚和焊接方法有關(guān)，

14、坡口角度越大，焊縫金屬量越多，焊接變形也會增大，一般焊縫的坡口角度選60左右。2）根部間隙采用根部間隙是為了保證根部能焊透。一般情況下，坡口角度小，需要同時(shí)增加間隙；而間隙較大時(shí)，又容易燒穿，為此，需要采用鈍邊防止燒穿。根部間隙過大時(shí)，還需要加墊板。2角焊縫 角焊縫按其截面形狀可分為平角焊縫、凹角焊縫、凸角焊縫和不等腰角焊縫四種，應(yīng)用最多的是截面為直角等腰的角焊縫。角焊縫的大小用焊腳尺寸K表示。各種截面形狀角焊縫的承載能力與載荷性質(zhì)有關(guān)：靜載時(shí)，如母材金屬塑性好，角焊縫的截面形狀對承載能力沒有顯著影響；動載時(shí)，凹角焊縫比平角焊縫的承載能力高，凸角焊縫的最低；不等腰角焊縫，長邊平行于載荷方向時(shí)，

15、承受動載效果較好。為了提高焊接效率、節(jié)約焊接材料、減小焊接變形，當(dāng)板厚大于13mm時(shí)，可以采用開坡口的角焊縫。在等強(qiáng)度條件下，坡口角焊縫的焊接材料消耗量僅為普通角焊縫的60%。課堂小結(jié)： 1.焊接接頭的基本形式及特點(diǎn) 討論、多媒體課件講授5min10min30min40min鞏固練習(xí)及作業(yè)布置課后相關(guān)練習(xí)題教學(xué)后記要求學(xué)生通過實(shí)踐熟練掌握各類焊接接頭的特點(diǎn)及應(yīng)用。教學(xué)課題任務(wù)二 焊接接頭基本知識的學(xué)習(xí)學(xué)時(shí)2教學(xué)目的及要求1、掌握焊縫符號的表示方法及含義，能夠熟練繪制及看懂圖紙的焊縫表示。教學(xué)重點(diǎn)焊縫符號的表示方法解決措施講授+練習(xí)教學(xué)難點(diǎn)焊縫符號的表示方法解決措施講授+練習(xí)教具及參考資料多媒體

16、課型單一型板書設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法及手段時(shí)間分配導(dǎo)入新課：每個(gè)焊接結(jié)構(gòu)都有很多焊接接頭，焊接接頭的形式有很多，那么每類焊接接頭各有什么特點(diǎn)呢？在閱讀和繪制焊接施工圖時(shí)，這些符號代表什么含義呢？講授內(nèi)容：給出任務(wù)：說出圖紙中的符號的含義？一、焊縫代號定義：把在圖樣上用技術(shù)制圖方法表示的焊縫基本形式和尺寸采用一些符號來表示的方法。焊縫代號可以表示出：1）所焊焊縫的位置；2）焊縫橫截面形狀（坡口形狀）及坡口尺寸；3）焊縫表面形狀特征；4）焊縫某些特征或其他要求。1焊縫符號的組成焊縫符號一般由基本符號和指引線組成，必要時(shí)可以加上輔助符號、補(bǔ)充符號和焊縫尺寸及數(shù)據(jù)。（1）基本符號 表示焊縫端面（坡口）形

17、狀的符號（2）輔助符號 表示焊縫表面形狀特征的符號。（3）補(bǔ)充符號 為了補(bǔ)充說明焊縫某些特征而采用的符號（4）焊縫尺寸符號 用來代表焊縫的尺寸要求,當(dāng)需要注明尺寸要求時(shí)才標(biāo)注。（5）指引線 由箭頭線和基準(zhǔn)線組成，箭頭指向焊縫處，基準(zhǔn)線由兩條互相平等的細(xì)實(shí)線和虛線組成。當(dāng)需要說明焊接方法時(shí)，可以在基準(zhǔn)線末端增加尾部符號。2識別焊縫代號的基本方法1）根據(jù)箭頭的指引方向了解焊縫在焊件上的位置。2）看圖樣上焊件的結(jié)構(gòu)形式（即組焊焊件的相對位置）識別出接頭形式。3）通過基本符號可以識別焊縫形式（即坡口形式）， 基本符號上下標(biāo)有坡口角度及對裝間隙4）通過基準(zhǔn)線的尾部標(biāo)注可以了解： 采用的焊接方法、 對焊接

18、的質(zhì)量要求 無損檢驗(yàn)要求。工作過程：1.熟練識讀焊縫代號 2.根據(jù)表述，繪制焊縫代號 課堂小結(jié)： 焊縫符號的含義討論、多媒體課件講授5min5min40min10min30min鞏固練習(xí)及作業(yè)布置課后相關(guān)練習(xí)題教學(xué)后記焊縫符號的含義是本次課的重點(diǎn)，要求學(xué)生通過習(xí)題熟練掌握。教學(xué)課題任務(wù)三 焊接應(yīng)力分析學(xué)時(shí)2教學(xué)目的及要求1、焊接應(yīng)力與變形的基本知識2、焊接應(yīng)力產(chǎn)生的原因教學(xué)重點(diǎn)焊接應(yīng)力產(chǎn)生的原因解決措施講授+討論教學(xué)難點(diǎn)焊接應(yīng)力產(chǎn)生的原因及分布規(guī)律解決措施講授教具及參考資料多媒體課型單一型板書設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法及手段時(shí)間分配導(dǎo)入新課：焊接過程是一個(gè)快速加熱、冷卻的不平衡過程，溫度分布不均勻，

19、再加上焊接時(shí)夾具的拘束作用，焊后極易產(chǎn)生應(yīng)力和變形。那么，產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形的原因有哪些呢？講授內(nèi)容：討論：結(jié)合剛剛實(shí)習(xí)的兩個(gè)月，想想在生產(chǎn)過程中為了減小或消除焊接中的應(yīng)力與變形，都采取了哪些措施？一、焊接應(yīng)力與變形的基本知識1.焊接變形 物體在外力或溫度等因素的作用下，其形狀和尺寸發(fā)生變化，這種變化稱為物體的變形。變形的種類：彈性變形、塑性變形 自由變形、非自由變形 外觀變形、內(nèi)部變形2.應(yīng)力物體在受外力作用后，以及在物理、化學(xué)或物理化學(xué)變化過程中，如溫度、金相組織或化學(xué)成分等變化時(shí)，在其內(nèi)部會產(chǎn)生內(nèi)力。物體單位截面積上的內(nèi)力叫做應(yīng)力。根據(jù)引起內(nèi)力原因不同，可將應(yīng)力分為工作應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力。焊接

20、應(yīng)力就是一種內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力的顯著特點(diǎn)是，在物體內(nèi)部，內(nèi)應(yīng)力是自成平衡的，形成一個(gè)平衡力系。3.焊接應(yīng)力與焊接變形 焊接應(yīng)力是焊接過程中及焊接過程結(jié)束后，存在于焊件中的內(nèi)應(yīng)力。由焊接而引起的焊件尺寸的改變稱為焊接變形。二、焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因1.焊件的不均勻受熱(1)不受約束的桿件在均勻加熱時(shí)的應(yīng)力與變形 其變形屬于自由變形，因此在桿件加熱過程中不會產(chǎn)生任何內(nèi)應(yīng)力，冷卻后也不會有任何殘余應(yīng)力和殘余變形。(2)受約束的桿件在均勻加熱時(shí)的應(yīng)力與變形 受約束的桿件的變形屬于非自由變形，既存在外觀變形，也存在內(nèi)部變形。(3)長板條中心加熱（類似于堆焊）引起的應(yīng)力與變形為簡化討論，我們將板條上的溫度區(qū)

21、域分為兩種，中間為高溫區(qū)，其溫度均勻一致；兩邊為低溫區(qū)，其溫度也均勻一致。加熱時(shí)，高溫區(qū)伸長，產(chǎn)生較大的壓縮塑性變形和壓縮彈性變形。 冷卻時(shí)，低溫區(qū)恢復(fù)原長，由于壓縮塑性變形的存在，所以板條將整體縮短。中間高溫區(qū)為拉應(yīng)力，兩側(cè)低溫區(qū)為壓應(yīng)力。(4)長板條一側(cè)加熱（相當(dāng)于板邊堆焊）引起的應(yīng)力與變形鋼板中部為壓應(yīng)力，兩側(cè)為拉應(yīng)力。結(jié)論：1）對構(gòu)件進(jìn)行不均勻加熱，在加熱過程中，只要溫度高于材料屈服點(diǎn)的溫度，構(gòu)件就會產(chǎn)生壓縮塑性變形，冷卻后，構(gòu)件必然有殘余應(yīng)力和殘余變形。2）通常，焊接過程中焊件的變形方向與焊后焊件的變形方向相反。3）焊接加熱時(shí)，焊縫及其附近區(qū)域?qū)a(chǎn)生壓縮塑性變形，冷卻時(shí)壓縮塑性變形區(qū)

22、要收縮。如果這種收縮能充分進(jìn)行，則焊接殘余變形大，焊接殘余應(yīng)力??；若這種收縮不能充分進(jìn)行，則焊接殘余變形小而焊接殘余變形大。4）焊接過程中及焊接結(jié)束后，焊件中的應(yīng)力分布都是不均勻的。焊接結(jié)束后，焊縫及其附近區(qū)域的殘余應(yīng)力通常是拉應(yīng)力。2.焊縫金屬的收縮焊縫金屬冷卻時(shí)，當(dāng)它由液態(tài)轉(zhuǎn)為固態(tài)時(shí)，其體積要收縮。由于焊縫金屬與母材是緊密聯(lián)系的，因此，焊縫金屬并不能自由收縮。這將引起整個(gè)焊件的變形，同時(shí)在焊縫中引起殘余應(yīng)力。另外，一條焊縫是逐步形成的，焊縫中先結(jié)晶的部分要阻止后結(jié)晶部分的收縮，由此也會產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形。 3.金屬組織的變化鋼在加熱及冷卻過程中發(fā)生相變，可得到不同的組織，這些組織的比容也不

23、一樣，由此也會造成焊接應(yīng)力與變形。4.焊件的剛性和拘束剛性是指焊件抵抗變形的能力；而拘束是焊件周圍物體對焊件變形的約束。焊件自身的剛性及受周圍的拘束程度越大，焊接變形越小，焊接應(yīng)力越大；反之，焊件自身的剛性及受周圍的拘束程度越小，則焊接變形越大，而焊接應(yīng)力越小。 課堂小結(jié)：1、應(yīng)力的基本概念2、焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生原因及分布特點(diǎn)多媒體課件講授5min15min25min40min5min鞏固練習(xí)及作業(yè)布置本部分相關(guān)的名詞解釋及課后第2題教學(xué)后記學(xué)生重在理解應(yīng)力分布與變形的機(jī)理，要求能熟練分析構(gòu)件加熱及冷卻時(shí)的應(yīng)力分布特點(diǎn)。教學(xué)課題任務(wù)三 焊接應(yīng)力分析學(xué)時(shí)2教學(xué)目的及要求焊接應(yīng)力的控制措施教學(xué)重點(diǎn)焊

24、接應(yīng)力的控制措施解決措施講授+討論教學(xué)難點(diǎn)焊接應(yīng)力的控制措施解決措施講授教具及參考資料多媒體課型單一型板書設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法及手段時(shí)間分配導(dǎo)入新課： 通過回顧上節(jié)課的內(nèi)容，加強(qiáng)學(xué)生對應(yīng)力產(chǎn)生原因的理解，在此基礎(chǔ)上思考控制應(yīng)力的措施。講授內(nèi)容：討論：結(jié)合剛剛實(shí)習(xí)的兩個(gè)月，想想在生產(chǎn)過程中為了減小或消除焊接中的應(yīng)力與變形，都采取了哪些措施？一、減小焊接殘余應(yīng)力的措施設(shè)計(jì)措施1） 盡量減少結(jié)構(gòu)上焊縫的數(shù)量和焊縫尺寸。2） 避免焊縫過分集中，焊縫間應(yīng)保持足夠的距離。3） 采用剛性較小的接頭形式。2工藝措施（1）采用合理的裝配焊接順序和方向1）在一個(gè)平面上的焊縫，焊接時(shí)應(yīng)保證焊縫的縱向和橫向收縮均能比

25、較自由。2）收縮量最大的焊縫應(yīng)先焊。3）工作時(shí)受力最大的焊縫應(yīng)先焊。（2）預(yù)熱法（3）冷焊法（4）降低焊縫的拘束度（5）加熱“減應(yīng)區(qū)”法四、消除焊接殘余應(yīng)力的措施 1熱處理法（1）整體熱處理（2）局部熱處理 2.機(jī)械拉伸法3.溫差拉伸法 4.錘擊焊縫5振動法課堂小結(jié)：1、從設(shè)計(jì)上采取的控制應(yīng)力的措施 2、焊后消除應(yīng)力措施 多媒體課件講授5min10min30min40min5min鞏固練習(xí)及作業(yè)布置課后第4題教學(xué)后記引導(dǎo)學(xué)生從應(yīng)力產(chǎn)生的原因來理解控制措施教學(xué)課題任務(wù)四 焊接殘余變形分析學(xué)時(shí)2教學(xué)目的及要求掌握焊接變形的分類及影響因素教學(xué)重點(diǎn)焊接變形的分類及影響因素解決措施講授教學(xué)難點(diǎn)焊接變形的

26、分類及影響因素的理解解決措施講授、討論教具及參考資料多媒體課型單一型板書設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法及手段時(shí)間分配導(dǎo)入新課： 焊接過程中，構(gòu)件通常會產(chǎn)生不同性質(zhì)的變形，如常見的收縮變形，在此基礎(chǔ)上，由于焊縫的特點(diǎn)或構(gòu)件本身的特點(diǎn)還可能產(chǎn)生其他類型的變形。講授內(nèi)容：討論：在實(shí)習(xí)過程中，常見的變形有哪些？一、焊接殘余變形的種類及其影響因素焊接變形分為五種基本形式：收縮變形、角變形、彎曲變形、波浪變形和扭曲變形。1.收縮變形焊件尺寸比焊前縮短的現(xiàn)象稱為收縮變形。它分為縱向收縮變形和橫向收縮變形。（1）縱向收縮變形 縱向收縮變形即沿焊縫軸線方向尺寸的縮短。其影響因素：焊件長度、焊件的截面積、壓縮塑性變形量、熱

27、輸入、單層焊和多層焊、焊件的原始溫度、線膨脹系數(shù)。（2）橫向收縮變形 橫向收縮變形系指沿垂直于焊縫軸線方向尺寸的縮短。其影響因素：熱輸入、裝配間隙、接頭形式2.角變形中厚板對接焊、堆焊、搭接焊及T形接頭焊接時(shí)，都可能產(chǎn)生角變形，角變形產(chǎn)生的根本原因是由于焊縫的橫向收縮沿板厚分布不均勻所致。（1）平板堆焊的角變形角變形的大小與焊接線能量、板厚等因素有關(guān)，當(dāng)然也與焊件的剛性有關(guān)。角變形的大小隨線能量、板厚的增加先增大，然后減小。（2）對接接頭的角變形角變形的大小與坡口形式、坡口角度、焊接層數(shù)、焊接順序等有關(guān)。（3）T形接頭角變形T形接頭的角變形，可以看成是由立板相對于水平板的回轉(zhuǎn)，與水平板本身的角

28、變形兩部分組成為了減小T形接頭角變形：n 一方面可以通過開坡口來減小立板與水平板間的焊縫夾角；n 另一方面還可以通過減小焊腳尺寸來減少焊縫金屬量。3.彎曲變形彎曲變形是由于焊縫的中心線與結(jié)構(gòu)截面的中性軸不重合或不對稱，焊縫的收縮沿構(gòu)件寬度方向分布不均勻而引起的。彎曲變形分兩種：焊縫縱向收縮引起的彎曲變形和焊縫橫向收縮引起的彎曲變形。（1）焊縫縱向收縮引起的彎曲變形彎曲變形的大小與塑性變形區(qū)的中心線到焊件截面中性軸的距離s成正比，s越大，彎曲變形越嚴(yán)重；焊縫位置對稱或接近于截面中性軸，則彎曲變形就比較小?？v向收縮引起的彎曲變形還與焊件的剛度成反比。（2）焊縫橫向收縮引起的彎曲變形如果焊縫的橫向收

29、縮在結(jié)構(gòu)上分布不對稱時(shí)，也會引起構(gòu)件的彎曲變形。4波浪變形波浪變形常發(fā)生于板厚小于6mm的薄板焊接過程中，又稱之為失穩(wěn)變形。5扭曲變形產(chǎn)生扭曲變形的原因主要是焊縫的角變形沿焊縫長度方向分布不均勻。在這5種基本變形中，最基本的是收縮變形，收縮變形再加上不同的影響因素，就構(gòu)成了其它四種基本變形形式。工作過程：舉例分析H型鋼結(jié)構(gòu)的焊接變形二、焊接變形的危害首先，零件或部件的焊接殘余變形，給裝配帶來困難，進(jìn)而影響后續(xù)焊接的質(zhì)量。其次過大的殘余變形還要進(jìn)行矯正，增加結(jié)構(gòu)的制造成本。另外，焊接變形還會降低焊接接頭的性能和承載能力。 課堂小結(jié)：掌握焊接變形的5種類型及其產(chǎn)生原因、影響因素。討論、多媒體課件講

30、授5min10min60min10min15min鞏固練習(xí)及作業(yè)布置本部分相關(guān)的名詞解釋及課后第5題教學(xué)后記焊接變形是焊接過程中的主要問題，因此學(xué)生應(yīng)對加強(qiáng)本節(jié)內(nèi)容的理解和掌握。下次課要通過大量的習(xí)題來鞏固本章的知識。教學(xué)課題任務(wù)四 焊接殘余變形分析學(xué)時(shí)2教學(xué)目的及要求掌握并能靈活運(yùn)用消除焊接變形的措施教學(xué)重點(diǎn)減小焊接變形的措施解決措施講授教學(xué)難點(diǎn)理解及靈活選用減小焊接變形的措施解決措施講授教具及參考資料多媒體課型單一型板書設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法及手段時(shí)間分配導(dǎo)入新課： 焊接過程中，構(gòu)件通常會產(chǎn)生不同性質(zhì)的變形，如常見的收縮變形，在此基礎(chǔ)上，由于焊縫的特點(diǎn)或構(gòu)件本身的特點(diǎn)還可能產(chǎn)生其他類型的變形

31、。講授內(nèi)容：討論：在實(shí)習(xí)過程中，我們都采取了哪些變形矯正措施，原理是什么？一、控制焊接變形的措施1設(shè)計(jì)措施 選擇合理的焊縫尺寸和坡口形式 1） 選擇合理的焊縫截面尺寸。2） 選擇合理的坡口形式。（2）合理選擇焊縫長度和數(shù)量 用斷續(xù)焊縫代替連續(xù)焊縫盡可能減少焊縫數(shù)量，多采用型材、沖壓件代替焊接件密集處，可以采用鑄焊聯(lián)合結(jié)構(gòu)適當(dāng)增加壁板厚度，以減少肋板數(shù)量采用壓型結(jié)構(gòu)代替筋板結(jié)構(gòu)（3）合理安排焊縫位置應(yīng)盡量使焊縫中心線與結(jié)構(gòu)截面的中性軸重合或靠近中性軸，力求在中性軸兩側(cè)的變形量大小相等方向相反2工藝措施(1)留余量法(2)反變形法(3)剛性固定法1)將焊件固定在剛性平臺上2)將焊件組合成剛性更大或

32、對稱的結(jié)構(gòu)3)利用焊接夾具增加結(jié)構(gòu)的剛性和拘束4)利用臨時(shí)支撐增加結(jié)構(gòu)的拘束(4)選擇合理的裝配焊接順序1）正在施焊的焊縫應(yīng)盡量靠近結(jié)構(gòu)截面的中性軸。2) 對于焊縫非對稱布置的結(jié)構(gòu)，裝配焊接時(shí)應(yīng)先焊焊縫少的一側(cè)3)焊縫對稱布置的結(jié)構(gòu)，應(yīng)由偶數(shù)焊工對稱地施焊。4) 長焊縫（1m以上）焊接時(shí)，可采用圖2-30所示的方向和順序進(jìn)行焊接，來減小其焊后的收縮變形。5）相鄰焊縫的焊接方向和順序(5)合理地選擇焊接方法和焊接工藝參數(shù)能量集中和熱輸入較低的焊接方法，可有效地降低焊接變形。(6)熱平衡法(7)散熱法四、矯正焊接殘余變形的方法1手工矯正法2、機(jī)械矯正法3火焰加熱矯正法 點(diǎn)狀加熱、線狀加熱、三角形加

33、熱課堂小結(jié)：本節(jié)主要講了控制焊接變形的措施，要求學(xué)生掌握并能靈活選用。討論、多媒體課件講授5min10min50min20min5min鞏固練習(xí)及作業(yè)布置本部分相關(guān)的名詞解釋及課后第5題教學(xué)后記焊接變形控制是焊接過程中的主要問題，因此學(xué)生應(yīng)對加強(qiáng)本節(jié)內(nèi)容的理解和掌握。下次課要通過大量的習(xí)題來鞏固本章的知識。教學(xué)課題任務(wù)五 焊接結(jié)構(gòu)的脆性斷裂和疲勞破壞學(xué)時(shí)2教學(xué)目的及要求1、熟悉應(yīng)力集中概念2、熟悉影響焊接結(jié)構(gòu)疲勞破壞的因素教學(xué)重點(diǎn)1、電弧焊接頭的應(yīng)力集中特點(diǎn)2、影響焊接結(jié)構(gòu)疲勞破壞的因素解決措施講授+討論教學(xué)難點(diǎn)1、電弧焊接頭的應(yīng)力集中特點(diǎn)2、影響焊接結(jié)構(gòu)疲勞破壞的因素解決措施講授教具及參考資

34、料多媒體課型單一型板書設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法及手段時(shí)間分配導(dǎo)入新課：焊接接頭的兩個(gè)基本屬性之一是應(yīng)力集中，不同的接頭形式應(yīng)力集中分布有什么特點(diǎn)？其影響因素有哪些？講授內(nèi)容：一、電弧焊接頭的工作應(yīng)力分布1. 應(yīng)力集中所謂應(yīng)力集中，是指接頭局部區(qū)域的最大應(yīng)力值（）較平均應(yīng)力值（）高的現(xiàn)象。而應(yīng)力集中的大小，常以應(yīng)力集中系數(shù)KT表示。在焊接接頭中產(chǎn)生應(yīng)力集中的原因是：（1）焊縫中有工藝缺陷 焊縫中經(jīng)常產(chǎn)生的缺陷，如氣孔、夾雜、裂紋和未焊透等，都會在其周圍引起應(yīng)力集中，其中尤以裂紋和未焊透引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重。（2）焊縫外形不合理 如對接焊縫的余高過大，角焊縫為凸出形等，在焊趾處都會形成較大的應(yīng)力集中。

35、（3）焊接接頭設(shè)計(jì)不合理 如接頭截面的突變、加蓋板的對接接頭等，均會造成嚴(yán)重的應(yīng)力集中。焊縫布置不合理，如只有單側(cè)焊縫的T形接頭，也會引起應(yīng)力集中。2. 電弧焊接頭的工作應(yīng)力分布（1）對接接頭KT的大小與余高h(yuǎn)和焊縫向母材金屬過渡的半徑r有關(guān)。減小r和增大h，均使KT增加。當(dāng)余高h(yuǎn)為零時(shí)，KT=1，應(yīng)力集中消失。如果余高太大，雖然使焊縫截面增厚，但卻使應(yīng)力集中程度也增加，因此生產(chǎn)中應(yīng)適當(dāng)控制余高量。對重要的動載結(jié)構(gòu)，可采用削平余高或增大過渡圓弧的措施來降低應(yīng)力集中，以提高接頭的疲勞強(qiáng)度。（2）T形接頭（十字接頭） 由于T形接頭（十字接頭）焊縫向母材金屬過渡較急劇，接頭在外力作用下力線扭曲很大，

36、造成應(yīng)力分布極不均勻，在角焊縫的根部和過渡處，易產(chǎn)生很大的應(yīng)力集中。應(yīng)力集中KT隨角減小而減小，也隨焊腳尺寸K增大而減小。保證焊透是降低T形（十字）接頭應(yīng)力集中的重要措施之一。二、焊接結(jié)構(gòu)的疲勞破壞1疲勞的基本概念疲勞是材料在循環(huán)應(yīng)力和應(yīng)變作用下，在一處或幾處產(chǎn)生局部永久性累積損傷，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的過程。疲勞極限是指試樣受“無數(shù)次”應(yīng)力循環(huán)而不發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力值。焊接結(jié)構(gòu)在交變應(yīng)力或應(yīng)變作用下，也會由于裂紋引發(fā)（或）擴(kuò)展而發(fā)生疲勞破壞。疲勞破壞一般從應(yīng)力集中處開始，而焊接結(jié)構(gòu)的疲勞破壞又往往從焊接接頭處產(chǎn)生。2影響焊接接頭疲勞性能的因素（1）應(yīng)力集中和表面狀態(tài)

37、的影響結(jié)構(gòu)上幾何不連續(xù)的部位都會產(chǎn)生不同程度的應(yīng)力集中，金屬材料表面的缺口和內(nèi)部的缺陷也可造成應(yīng)力集中。角焊縫的接頭應(yīng)力集中較為嚴(yán)重。構(gòu)件上缺口愈尖銳，應(yīng)力集中愈嚴(yán)重，疲勞強(qiáng)度降低也愈大。高強(qiáng)度鋼較低強(qiáng)度鋼對缺口敏感，即在具有同樣的缺口情況下，高強(qiáng)度鋼的疲勞強(qiáng)度比低強(qiáng)度鋼降低很多。承載焊縫的缺口效應(yīng)比非承載焊縫強(qiáng)烈，而承載焊縫中又以垂直于焊縫軸線方向的載荷對缺口最敏感。表面光滑（無應(yīng)力集中）強(qiáng)度高的材料，其疲勞強(qiáng)度也高。強(qiáng)度越高疲勞強(qiáng)度降低的幅度也越大。表面越粗糙，疲勞極限降低就越嚴(yán)重。（2）焊接殘余應(yīng)力的影響在殘余拉應(yīng)力區(qū)使平均應(yīng)力增大，其工作應(yīng)力有可能達(dá)到或超出疲勞極限而破壞，故對疲勞強(qiáng)度

38、有不利影響。反之，殘余壓應(yīng)力對提高疲勞強(qiáng)度是有利的。（3）焊接缺陷的影響焊接缺陷對疲勞強(qiáng)度影響的大小與缺陷的種類、尺寸、方向和位置有關(guān)。1） 片狀缺陷（如裂紋、未熔合、未焊透）比帶圓角的缺陷（如氣孔等）影響大；2） 表面缺陷比內(nèi)部缺陷影響大；與作用力方向垂直的片狀缺陷的影響比其他方向的大；3） 位于殘余拉應(yīng)力場內(nèi)的缺陷，其影響比在殘余壓應(yīng)力場內(nèi)的大；4） 同樣的缺陷，位于應(yīng)力集中場內(nèi)（如焊趾裂紋和根部裂紋）的影響比在均勻應(yīng)力場中的影響大。3 提高焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的措施（1）降低應(yīng)力集中和危險(xiǎn)部位的實(shí)際應(yīng)力1）采用合理的結(jié)構(gòu)形式 優(yōu)先選用對接接頭，盡量不用搭接接頭；重要結(jié)構(gòu)最好把T形接頭或角接接

39、頭改成對接接頭；必須采用T形接頭或角接接頭時(shí)，希望采用全熔透的對接焊縫。盡量避免偏心受載的設(shè)計(jì)，使構(gòu)件內(nèi)力的傳遞暢、分布均勻，不引起附加應(yīng)力。減小斷面突變，當(dāng)板厚或板寬相差懸殊而需對接時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)平緩的過渡區(qū)；結(jié)構(gòu)上的尖角或拐角處應(yīng)作成圓弧狀，其曲率半徑越大越好。避免三向焊縫空間匯交，焊縫盡量不設(shè)置在應(yīng)力集中區(qū)，盡量不在主要受拉構(gòu)件上設(shè)置橫向焊縫；不可避免時(shí)，一定要保證該焊縫的內(nèi)外質(zhì)量，減小焊趾處的應(yīng)力集中。只能單面施焊的對接焊縫，在重要結(jié)構(gòu)上不允許在背面放置永久性墊板；避免采用斷續(xù)焊縫，因?yàn)槊慷魏缚p的始末端有較高的應(yīng)力集中。2）正確的焊縫形狀和良好的焊縫內(nèi)外質(zhì)量 對接接頭焊縫的余高應(yīng)盡可能小，

40、焊后最好能刨（或磨）平而不留余高；T形接頭最好采用帶凹度表面的角焊縫，不用有凸度的角焊縫；焊縫與母材表面交界處的焊趾應(yīng)平滑過渡，必要時(shí)對焊趾進(jìn)行磨削或氬弧重熔，以降低該處的應(yīng)力集中。（2）調(diào)整殘余應(yīng)力殘余壓應(yīng)力可提高疲勞強(qiáng)度，而拉應(yīng)力降低疲勞強(qiáng)度。例如，通過調(diào)整施焊順序、局部加熱等都有可能獲得有利于提高疲勞強(qiáng)度的殘余應(yīng)力場。采取點(diǎn)狀局部加熱，只要加熱位置適當(dāng)，就能形成一個(gè)殘余應(yīng)力場，使缺口處獲得有利的壓殘余應(yīng)力。此外，還可以采取表面形變強(qiáng)化，如滾壓、錘擊或噴丸等工藝使金屬表面塑性變形而硬化，并在表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，以達(dá)到提高疲勞強(qiáng)度。（3）改善材料的組織和性能1）提高母材金屬和焊縫金屬的疲勞抗

41、力還應(yīng)從材料內(nèi)在質(zhì)量考慮。真空熔煉、細(xì)化晶粒、熱處理2）強(qiáng)度、塑性和韌性應(yīng)合理配合。（4）特殊保護(hù)措施大氣及介質(zhì)侵蝕往往對材料的疲勞強(qiáng)度有影響，因此采用一定的保護(hù)涂層是有利的。例如在應(yīng)力集中處涂上含填料的塑料層是一種實(shí)用的改進(jìn)方法。 課堂小結(jié)： 用簡潔的語句總結(jié)焊接接頭應(yīng)力集中的原因及不同形式的接頭應(yīng)力集中的影響因素，便于學(xué)生記憶。多媒體課件講授5min10min25min45min5min鞏固練習(xí)及作業(yè)布置本部分相關(guān)的名詞解釋及課后第9，10題教學(xué)后記學(xué)生在理解應(yīng)力集中概念的基礎(chǔ)上，重在理解應(yīng)力集中分布的特點(diǎn)及影響因素。教學(xué)課題任務(wù)五 焊接結(jié)構(gòu)的脆性斷裂和疲勞破壞學(xué)時(shí)2教學(xué)目的及要求1、熟悉

42、影響焊接結(jié)構(gòu)脆性斷裂的因素2、了解焊接接頭的設(shè)計(jì)和選用原則教學(xué)重點(diǎn)影響焊接結(jié)構(gòu)脆性斷裂的因素解決措施講授+討論教學(xué)難點(diǎn)影響焊接結(jié)構(gòu)脆性斷裂的因素解決措施講授教具及參考資料多媒體課型單一型板書設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法及手段時(shí)間分配導(dǎo)入新課：與脆性斷裂不同的是，在工作過程中還有一種破壞形式疲勞破壞，這種破壞具有什么特點(diǎn)，有哪些因素影響破壞程度呢？講授內(nèi)容：一、焊接結(jié)構(gòu)脆斷的基本現(xiàn)象和特點(diǎn)1）多數(shù)脆斷是在環(huán)境溫度或介質(zhì)溫度降低時(shí)發(fā)生，故稱為低溫脆斷。2）脆斷的名義應(yīng)力較低，通常低于材料的屈服點(diǎn)，往往還低于設(shè)計(jì)應(yīng)力。故又稱為低應(yīng)力脆性破壞。3）破壞總是從焊接缺陷處或幾何形狀突變、應(yīng)力和應(yīng)變集中處開始的。4

43、）破壞時(shí)沒有或極少有宏觀塑性變形產(chǎn)生，一般都有斷裂片散落在事故周圍。斷口是脆性的平斷口，宏觀外貌呈人字紋和晶粒狀，根據(jù)人字紋的尖端可以找到裂紋源。微觀上多為晶界斷裂和解理斷裂。5）脆斷時(shí)，裂紋傳播速度極高，一般是聲速的1/3左右，在鋼中可達(dá)12001800m/s。當(dāng)裂紋擴(kuò)展進(jìn)入更低的應(yīng)力區(qū)或材料的高韌性區(qū)時(shí)，裂紋就停止擴(kuò)展。6）若模擬斷裂時(shí)的溫度對斷口附近材料做韌性能試驗(yàn)，則發(fā)現(xiàn)其韌性均很差，對離斷口較遠(yuǎn)材料進(jìn)行力學(xué)性能復(fù)驗(yàn)，其強(qiáng)度和伸長率往往仍符合原規(guī)范要求。二、影響金屬材料脆斷的主要因素 溫度的影響 脆性轉(zhuǎn)變點(diǎn)：溫度降低時(shí)金屬材料由韌性狀態(tài)變化為脆性狀態(tài)的溫度區(qū)域，也稱韌脆轉(zhuǎn)變溫度。在脆性

44、轉(zhuǎn)變溫度區(qū)域以上，金屬材料處于韌性狀態(tài)，斷裂形式主要為韌性斷裂；在脆性轉(zhuǎn)變溫度區(qū)域以下，材料處于脆性狀態(tài)，斷裂形式主要為脆性斷裂。脆性轉(zhuǎn)變溫度越低，說明鋼材的抵抗冷脆性能越高。脆性轉(zhuǎn)變溫度受試驗(yàn)條件影響，如帶缺口試樣的轉(zhuǎn)變溫度高于光滑試樣的轉(zhuǎn)變溫度。加載速度的影響 實(shí)驗(yàn)證明，鋼的屈服點(diǎn)s隨著加載速度提高而提高，見圖3-9。說明了鋼材的塑性變形抗力隨加載速度提高而加強(qiáng)，促進(jìn)了材料脆性斷裂。提高加載速度的作用相當(dāng)于降低溫度。應(yīng)力狀態(tài)的影響物體受外載時(shí)，在不同載面上產(chǎn)生不同的正應(yīng)力和切應(yīng)力。在主平面上作用有最大正應(yīng)力max，另一與之垂直的主平面上作用著最小主應(yīng)力min，與主平面成對45角的平面上作用

45、著最大的max。若max先達(dá)到材料的切斷抗力，則發(fā)生延性斷裂。若最大拉正應(yīng)力max首先達(dá)到材料的正斷抗力，則發(fā)生脆性斷裂。 實(shí)際結(jié)構(gòu)中，處于單向或雙向拉伸應(yīng)力作用，一般呈塑性狀態(tài)；當(dāng)處于三向拉伸應(yīng)力作用時(shí)，塑性變形受到拘束，必然發(fā)生脆斷。 材料狀態(tài)的影響1） 厚度的影響。 厚度增大，發(fā)生脆斷可能性增大。2）晶粒度的影響。對于低碳鋼和低合金鋼來說，晶粒度對鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度影響很大，晶粒度越細(xì)，轉(zhuǎn)變溫度越低，越不易發(fā)生脆斷。3）化學(xué)成分的影響。碳素結(jié)構(gòu)鋼，隨著碳含量增加，其強(qiáng)度也隨之提高，而塑性和韌性卻下降，即脆斷傾向增大。其他如N、O、H、S、P等元素會增大鋼材的脆性。而適量加入Ni、Cr、V、

46、Mn等元素則有助減小鋼的脆性。4）晶格結(jié)構(gòu)的影響。 一般來說，面心立方晶格金屬的脆性轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度比較低。三、 影響結(jié)構(gòu)脆斷的設(shè)計(jì)因素（1） 焊接連接是剛性連接（2） 結(jié)構(gòu)的整體性 因其剛性大，導(dǎo)致對應(yīng)力集中因素特別敏感。（3） 構(gòu)造設(shè)計(jì)上存在有不同程度的應(yīng)力集中因素（4） 結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)不合理 斷面突變處不作過渡處理； 造成三向拉應(yīng)力狀態(tài)的構(gòu)造設(shè)計(jì)，如用過厚的板，焊縫密集，三向焊縫匯交，造成在拘束狀態(tài)下施焊，復(fù)雜的殘余應(yīng)力分布等； 在高工作應(yīng)力區(qū)布置焊縫； 在重要受力構(gòu)件上隨便焊接小附件而又不注意焊接質(zhì)量； 不便于施焊的構(gòu)造設(shè)計(jì)，這樣的設(shè)計(jì)最容易引起焊縫內(nèi)外缺陷。四、影響結(jié)構(gòu)脆斷的工藝因素（1）應(yīng)

47、變時(shí)效對結(jié)構(gòu)脆斷的影響鋼材隨時(shí)間發(fā)生脆化的現(xiàn)象稱為時(shí)效。鋼材經(jīng)一定塑性變形后發(fā)生的時(shí)效稱為應(yīng)變時(shí)效。許多低強(qiáng)度鋼應(yīng)變時(shí)效引起局部脆化非常嚴(yán)重，它大大降低了材料延性，提高了材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度，使材料的缺口韌性和斷裂韌度值下降；熱（動）應(yīng)變時(shí)效對脆性的影響比冷作硬化后的應(yīng)變時(shí)效來得大，即前者的脆性轉(zhuǎn)變溫度高于后者。焊后熱處理（550560）可消除這兩類應(yīng)變時(shí)效對碳鋼和某些合金鋼結(jié)構(gòu)脆斷的影響，可恢復(fù)其韌性。（2）焊接接頭非均質(zhì)性的影響1）焊縫金屬與母材不匹配。焊縫強(qiáng)度高于母材的焊接接頭（高匹配）對抗脆斷較為有利。2）接頭金相組織發(fā)生變化。焊縫金屬具有最高轉(zhuǎn)變溫度。熱影響區(qū)中的粗晶區(qū)和細(xì)晶區(qū)的缺口韌

48、性相差很多，粗晶區(qū)是焊接接頭的薄弱環(huán)節(jié)之一。對于確定的鋼種和焊接方法來說，HAZ的組織主要取決于焊接熱輸入。熱輸入過大或過小都會造成焊接接頭脆化。采用多層焊可獲得較滿意的接頭韌性，因?yàn)槊康篮缚p可以用較小的工藝參數(shù)，且每道焊縫的焊接熱循環(huán)對前一道焊縫和熱影響區(qū)起到熱處理作用，有利于改善接頭韌性。焊接殘余應(yīng)力的影響在材料的開裂轉(zhuǎn)變溫度以下（材料已變脆）時(shí)，焊接拉伸殘余應(yīng)力有不利影響；而在轉(zhuǎn)變溫度以上時(shí)，焊接殘余應(yīng)力對脆性破壞無不利影響。峰值殘余拉應(yīng)力有助于斷裂產(chǎn)生，若在峰值殘余拉應(yīng)力處存在有應(yīng)力集中因素則是非常不利的。焊接殘余應(yīng)力會改變脆性裂紋的走向。焊接工藝缺陷的影響40%的脆斷事故是從焊縫缺陷

49、處引發(fā)的。焊接缺陷分為：平面缺陷、體積缺陷、成形不佳。這三類缺陷中以平面缺陷結(jié)構(gòu)斷裂影響最為嚴(yán)重，而平面缺陷中又以裂紋缺陷影響為甚。裂紋的影響程度不但與其尺寸、形狀有關(guān)，而且與其所在位置有關(guān)。若裂紋位于高值拉應(yīng)力區(qū)，就更容易引起低應(yīng)力破壞。若在結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中區(qū)（如壓力容器的接管處、鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)上）產(chǎn)生焊接缺陷，則很危險(xiǎn)。因此，最好將焊縫布置在結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中區(qū)以外。焊接角變形越大，破壞應(yīng)力也越低；對接接頭發(fā)生錯(cuò)邊，就與搭接接頭相似，會造成載荷與重心不同軸，產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力。五、防止焊接結(jié)構(gòu)脆性破壞的措施結(jié)構(gòu)上存在嚴(yán)重應(yīng)力集中（包括設(shè)計(jì)上和工藝上）和過大的拉應(yīng)力（包括工作應(yīng)力、殘余應(yīng)力和溫度應(yīng)力）

50、是造成結(jié)構(gòu)脆性破壞的主要因素。（1）正確選用材料所選鋼材和焊接填充金屬材料應(yīng)保證在使用溫度下具有合格的缺口韌性。（2）合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1） 減少結(jié)構(gòu)或焊接接頭部位的應(yīng)力集中： 應(yīng)盡量采用應(yīng)力集中系數(shù)小的對接接頭，避免采用搭接接頭。若有可能把T形接頭或角接接頭改成對接接頭。 盡量避免斷面有突變。當(dāng)不同厚度的構(gòu)件對接時(shí)，應(yīng)盡可能采用圓滑過渡，同樣，寬度不同的板拼接時(shí)，也應(yīng)平緩過渡，避免出現(xiàn)急劇轉(zhuǎn)角。 避免焊縫密集，焊縫之間應(yīng)保持一定的距離。 焊縫應(yīng)布置在便于施焊和檢驗(yàn)的部位，以減少焊接缺陷。2） 在滿足使用要求的前提下，盡量減小結(jié)構(gòu)的剛度。3） 不采用過厚的截面，厚截面結(jié)構(gòu)容易形成三向拉應(yīng)力狀態(tài)，約

51、束塑性變形，而降低斷裂韌性并提高脆性轉(zhuǎn)變溫度，從而增加脆斷危險(xiǎn)。4） 對附件或不受力的焊縫設(shè)計(jì)給予足夠重視。（3）正確的制造過程有脆斷傾向的焊接結(jié)構(gòu)制造時(shí)應(yīng)注意：1）對結(jié)構(gòu)上任何焊縫都應(yīng)看成是“工作焊縫”，焊縫內(nèi)外質(zhì)量同樣重要。在選擇焊接材料和制訂工藝參數(shù)方面應(yīng)同等看待。2）在保證焊透的前提下減少焊接熱輸入，或選擇熱輸入量小的焊接方法。因?yàn)楹缚p金屬和熱影響區(qū)過熱會降低沖擊韌度，尤其是焊接高強(qiáng)度鋼時(shí)更應(yīng)注意。3）充分考慮應(yīng)變時(shí)效引起局部脆性的不利影響。尤其是結(jié)構(gòu)上受拉邊緣，要注意加工硬化，一般不用剪切而采用氣割或刨邊機(jī)加工邊緣。若焊后進(jìn)行熱處理則不受此限制。4）減小或消除焊接殘余內(nèi)應(yīng)力。焊后熱處

52、理可消除焊接殘余應(yīng)力，同時(shí)也能消除冷作引起的應(yīng)變時(shí)效和焊接引起的動應(yīng)變時(shí)效的不利影響。5）嚴(yán)格生產(chǎn)管理，加強(qiáng)工藝紀(jì)律，不能隨意在構(gòu)件上打火引弧，因?yàn)槿魏位】佣际俏⒘鸭y源；減少造成應(yīng)力集中的幾何不連續(xù)性，如錯(cuò)邊，角變形、焊接接頭內(nèi)外缺陷（如裂紋及類裂紋缺陷）等。凡超標(biāo)缺陷需返修，焊補(bǔ)工作須在熱處理之前進(jìn)行。六、焊接接頭的設(shè)計(jì)和選用原則1）接頭形式應(yīng)盡量簡單，焊縫填充金屬要盡可能少，接頭不應(yīng)設(shè)在最大應(yīng)力作用的截面上。2）焊縫外形應(yīng)連續(xù)、圓滑，以減小應(yīng)力集中。3）接頭設(shè)計(jì)要使焊接工作量盡量少，且便于制造與檢驗(yàn)。4）合理選擇和設(shè)計(jì)接頭的坡口尺寸，使之有利于坡口加工和焊透，以減小各種焊接缺陷產(chǎn)生的可能性。5）若有角焊縫接頭，要特別重視焊腳尺寸的設(shè)計(jì)和選用。6）按等強(qiáng)度要求，焊接接頭的強(qiáng)度應(yīng)不低于母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抗拉強(qiáng)度的下限值。課堂小結(jié)： 要求學(xué)生理解并掌握脆性斷裂的特征及影響因素、控制措施。多媒體課件講授5min10min20min10min15min30min