焊接接头

• ​焊接接头的基本特征

  • ​定义

    • ​将两个或两个以上的构件以焊接的方法来完成连接，使之成为具有一定刚度且不可拆卸的整体，其连接部位就是所谓的焊接接头

  • ​按焊接方法分类

    • ​熔焊接头

    • ​钎焊接头

    • ​压焊接头

  • ​特性

    • ​冶金不完善性

    • ​力学非均质性

    • ​几何不连续性

  • ​组成

    • ​焊缝金属

      • ​焊区域接过程中经历过液态向固态转变，冷却凝固后所形成的

    • ​热影响区

      • ​焊缝金属与母材之间的区域

    • ​熔合区

      • ​焊缝金属与热影响区的过渡区域

    • ​母材

      • ​被连接的构件的材料

  • ​分类

    • ​对接接头

      • ​直焊缝对接接头

      • ​斜焊缝对接接头

      • ​环焊缝对接接头

    • ​搭接接头

      • ​单侧搭接接头

      • ​双侧搭接接头

      • ​单盖板搭接接头

      • ​双盖板搭接接头

    • ​T形（十字）接头

    • ​角接接头

    • ​端接接头

  • ​焊接节点与焊接坡口

    弄清节点 坡口 结构 接头的定义与区别

    弄清应力集中的概念

    • ​焊接节点

      • ​采用焊接的方法将交汇于一点的多个构件连接在一起，使之成为不可拆卸的刚性体，由此构成的接头组合体称为焊接节点

    • ​焊接坡口

      • ​由于焊接工艺的需要以及结构设计的要求，常常将被焊工件的待焊部位加工装配成具有规定尺寸的几何形状，这种焊前连接部位的几何形状通常称为焊接坡口

• ​焊接接头的非均质特性

  • ​焊接接头的几何不连续性

    • ​影响因素

      • ​焊接缺陷（焊缝成形不良，咬边，弧坑，余高不足或过大，错边，焊瘤等）

    • ​表现

      • ​引发缺口效应和造成应力集中，并进而会影响焊接接头的应力分布和工作性能

  • ​焊接接头的冶金不完善性

    • ​焊缝金属的成分和组织不均匀性

      • ​影响因素

        • ​熔合比

        • ​凝固偏析

        • ​温度梯度

      • ​表现

        • ​决定了焊缝金属的力学性能

    • ​熔合区的成分和组织不均匀性

      • ​影响因素

        • ​母材晶粒取向差异导致的导热方向的差异以及各点成分不均匀引起的局部熔化温度不一致，使得熔合区表现为具有一定的宽度而非理想的“熔合线”

        • ​晶界发生迁移，C、S、P等元素扩散，使之富集于晶界，共存的固液相相互作用使得溶质原子易于进入液相之中，使得晶界偏析增大

        • ​易于析出新生相（碳化物相、氮化物相和硫化物相）

      • ​表现

        • ​是焊接裂纹易于产生和发展的区域，是焊接接头中最薄弱的环节

    • ​热影响区的成分和组织不均匀性

      • 过热区

        • ​处于母材的固相线以下一个较高的温度范围，在该区域内的晶粒急剧长大，形成晶粒粗大的铁素体和珠光体，甚至形成魏氏组织。该区域又被称为粗晶区

      • ​完全重结晶区

        • ​处于Ac3以上的一个温度区间，金属经历了由铁素体和珠光体向奥氏体转变的相变重结晶，并在随后的冷却过程中由奥氏体向铁素体和珠光体转变的相变重结晶。该区域又被称为细晶粒区或正火区

      • ​不完全重结晶区

        • ​温度范围为Ac1~Ac3，金属会有一部分经历了两次相变重结晶，另外未经历相变重结晶的部分仍保持为原始的铁素体，晶粒较为粗大

      • ​再结晶区

        • ​处于Ac1~500℃内，只有经过变硬化的母材焊后才会出现再结晶区，晶粒变为等轴晶粒。母材为热轧板材，焊后的热影响区不会出现再结晶区

  • ​焊接接头的力学不均匀性

    • ​过热区

      • ​硬度和强度均会高于母材，而塑性和韧性比母材低(韧性、塑性的降低与钢材的含碳量以及热循环时产生的马氏体多少有关）

    • ​完全重结晶区

      • ​综合力学性能良好，既具有较高的强度，又具有较高的塑性

    • ​不完全重结晶区

      • ​屈服强度比母材略低

    • ​再结晶区

      • ​加热温度低于700℃的区域，组织没有变化，强度和塑性与母材无大的差异

• ​焊接接头工作应力的分布与承载能力

  • ​工作焊缝与联系焊缝

    • ​工作焊缝

      • ​当焊缝与被连接的元件串联时，它承担着传递全部或绝大部分载荷的作用，一旦焊缝发生断裂，结构就立即失效，这种焊缝称为工作焊缝

    • ​联系焊缝

      • ​当焊缝与被连接元件并联时 它仅传递很小的载荷，主要起元件之间相互联系的作用，即使焊缝断裂，结构也不会失效，这种焊缝称为联系焊缝

  • ​典型焊接接头的应力集中系数

    • ​对接接头

      • ​影响因素

        • ​焊缝余高

        • ​焊缝向母材过渡圆角的半径r

        • ​板厚和焊缝熔宽（焊趾和焊根处）

      • ​减小r和增大h，则应力集中系数增加，当余高h为0，过渡圆角半径r为∞ 此时应力集中消失

    • ​T形和十字接头

      • ​最高应出现在立板的焊趾部位，焊根处的应力值较低

      • ​工作焊缝接头的焊趾处的应力集中系数随着焊脚尺寸K的增大而减小

      • ​联系焊缝接头的焊趾处的应力集中系数随着焊脚尺寸K的增大而增大

      • ​开坡口焊透的十字接头，由于消除了根部间隙，显著降低了应力集中程度 有利于体高接头的工作性能。T形接头偏心受力的原因，角焊缝的焊根和焊趾处的应力集中系数都比十字接头低

    • ​搭接接头

      • ​应力集中系数在几类典型焊接接头中是最高的

      • ​焊趾处，可以通过改变角焊缝的外形和尺寸来降低应力集中系数

      • ​焊根处，由于不存在开坡口焊透的可能性，使得此处成为应力集中系数最高的区域

  • ​各类焊接接头中工作应力的分布

    • ​对接接头

      • ​正面焊趾

      • ​背面焊根

    • ​T形和十字接头

      • ​立板和水平板之间存在间隙，即明显的几何不连续性，使得工件载荷不能通过该处直接传递 从而导致力线发生严重偏转，致使应力分布不均匀。

    • ​搭接接头

      • ​正面角焊缝

        • ​在焊趾和焊根部位均存在强烈的应力集中

      • ​侧面角焊缝

        • ​沿侧面焊缝长度的切应力分布是不均匀的

          • ​两端受力时，切应力的峰值出现在焊缝的两端处，焊缝中间应力值较低。

          • ​一端受力时，受力端切应力最大，并沿焊缝长度方向迅速降低，在焊缝另一端趋近于零

          • ​一般规定，侧面角焊缝的长度要小于50K

      • ​盖板搭接接头

        • ​靠近侧面角焊缝的部位应力最大，远离焊缝并在构件的轴线位置上的应力最小

      • ​斜向角焊缝搭接接头

        • ​当焊脚尺寸K相同时，单位长度正面角焊缝强度高于侧面角焊缝强度，单位长度斜向角焊缝强度介于上述两种焊缝之间。当焊脚尺寸一定时，单位长度斜向角焊缝强度随焊缝方向与载荷方向的夹角α而变化，α越大强度越小

    • ​角接接头

      • ​应力集中最为严重（在角焊缝同一个截面上既承受较大的压应力，又承受较大的压应力）

    • ​电阻焊接头的工作应力分布和承载能力

      • ​点焊接头

        • ​焊点主要承受切应力，由于偏心力的存在，还会受到附加拉应力的作用

      • ​缝焊接头

        • ​工作应力分布比点焊均匀，静载强度和动载强度高于点焊接头

• ​焊接接头设计概述

  • ​焊接接头设计原则

    • ​内容

      • ​焊接位置的选择

      • ​焊接接头的形式的选择

      • 焊接坡口的选择

      • 焊接接头几何参量的确定

    • ​原则

      • ​保证所设计的焊接接头能满足使用要求，使结构具有所设计的功能；其次是要保证焊接结构服役时的安全性和可靠性。此外还要考虑产品制造的工艺性和经济性，并兼顾产品的美学。

    • ​方法

      • ​传统设计方法——许用应力设计法

        • ​折减系数法

        • ​定值法

      • ​现代设计方法——可靠性设计法