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第1章 焊接接头静载力学行为 1

1.1 焊接接头的基本概念 1

1.1.1 焊接接头的组成 1

1.1.2 焊接接头的特点 2

1.1.3 焊缝及焊接接头的基本形式 3

1.1.4 焊缝及接头形式的表示方法 6

1.2 焊接接头的不均匀性及其力学行为 8

1.2.1 焊接接头宏观力学性能的一般特征 9

1.2.2 焊缝金属的力学性能 9

1.2.3 热影响区金属的力学性能 10

1.2.4 焊接接头的力学性能 11

1.3 焊接接头的工作应力分布和工作性能 14

1.3.1 焊缝性质和应力集中概念 14

1.3.2 熔化焊接头的工作应力分布 15

1.3.3 电阻焊接头的工作应力分布 20

1.3.4 应力集中对工作性能的影响 22

1.4 焊接接头静载强度计算 22

1.4.1 静载强度计算的方法和假设条件 22

1.4.2 熔化焊接头的静载强度计算 24

1.4.3 电阻焊接头的静载强度计算 32

习题与思考题 33

第2章 焊接变形和应力 37

2.1 焊接变形与应力的产生机理 37

2.1.1 自由变形、外观变形和内部变形 38

2.1.2 焊接内应力的种类和产生 39

2.1.3 不均匀温度场作用下的变形和应力 40

2.1.4 焊接引起的变形和应力 43

2.1.5 焊接热应变循环 46

2.2 焊接残余变形 47

2.2.1 纵向收缩变形 47

2.2.2 横向收缩变形 49

2.2.3 弯曲变形 52

2.2.4 角变形 55

2.2.5 波浪变形 56

2.2.6 错边变形 57

2.2.7 扭曲变形 58

2.3 焊接残余应力 59

2.3.1 焊接残余应力的分布 59

2.3.2 焊接残余应力对焊接结构性能的影响 66

2.4 焊接变形与残余应力的调控措施 71

2.4.1 焊前预防措施 71

2.4.2 焊中控制措施 73

2.4.3 焊后调节措施 77

2.5 焊接残余应力的测量方法 80

2.5.1 测量方法的分类 80

2.5.2 常用测量方法 81

2.6 焊接变形与应力数值模拟计算 82

2.6.1 数值模拟计算的作用和意义 82

2.6.2 数值模拟案例分析 83

习题与思考题 86

第3章 焊接结构断裂性能 88

3.1 脆性断裂的特征 88

3.2 金属材料的断裂及其影响因素 89

3.2.1 金属材料断裂的机制和形态 89

3.2.2 影响金属脆断的主要因素 91

3.3 焊接结构的脆性断裂 93

3.3.1 焊接结构的特点对脆断的影响 93

3.3.2 焊接制造工艺对脆断的影响 94

3.4 焊接结构抗开裂性能与止裂性能 97

3.4.1 焊接结构设计准则 97

3.4.2 焊接接头抗开裂性能试验 98

3.4.3 焊接接头止裂性能试验 103

3.5 预防焊接结构脆性断裂的措施 106

3.5.1 正确选用材料 106

3.5.2 合理设计焊接结构 109

3.6 用断裂力学方法评定结构安全性 111

3.6.1 “合于使用”的原则 111

3.6.2 面型缺陷的评定 113

3.6.3 体积型缺陷的评定 116

习题与思考题 118

第4章 焊接结构疲劳性能 119

4.1 焊接结构疲劳问题的研究背景 119

4.1.1 焊接结构疲劳失效的原因 119

4.1.2 焊接结构疲劳断裂事例 120

4.2 金属材料疲劳表征和疲劳类型 122

4.2.1 疲劳载荷及其表示方法 122

4.2.2 基础疲劳试验及疲劳曲线 122

4.2.3 疲劳强度的常用表示法 123

4.2.4 疲劳强度的影响因素 124

4.2.5 金属材料的疲劳分类 126

4.2.6 应变疲劳简介 127

4.3 金属材料疲劳断裂过程和断口特征 128

4.3.1 金属材料疲劳断裂的过程 128

4.3.2 疲劳断口的特征 129

4.4 断裂力学在疲劳裂纹扩展研究中的应用 131

4.4.1 裂纹和亚临界扩展 131

4.4.2 疲劳裂纹扩展速率da/dN-△K曲线 133

4.4.3 疲劳裂纹扩展寿命的估算 133

4.5 影响焊接接头疲劳强度的因素 134

4.5.1 应力集中的影响 134

4.5.2 近缝区金属性能变化的影响 135

4.5.3 焊接残余应力的影响 135

4.5.4 焊接缺陷的影响 136

4.5.5 外载应力循环比的影响 136

4.5.6 构件尺寸的影响 138

4.5.7 服役温度的影响 138

4.6 提高焊接结构疲劳强度的措施 139

4.6.1 提高焊接接头疲劳强度的途径分析 139

4.6.2 提高疲劳强度的工艺措施 140

4.6.3 提高疲劳强度几种工艺方法的定量分析与比较 146

4.7 焊接接头疲劳设计与评价方法 147

4.7.1 焊接结构疲劳强度设计概述 147

4.7.2 焊接接头疲劳数据的统计方法 147

4.7.3 焊接结构疲劳强度设计与评价方法 148

习题与思考题 159

第5章 焊接结构应力腐蚀破坏 160

5.1 应力腐蚀及其发生条件 160

5.1.1 应力腐蚀破坏 160

5.1.2 应力腐蚀发生的条件 160

5.1.3 焊接结构的应力腐蚀 161

5.2 应力腐蚀开裂机制及其断口特征 162

5.2.1 应力腐蚀开裂的过程 162

5.2.2 应力腐蚀开裂的机制 162

5.2.3 应力腐蚀开裂的断口特征 164

5.3 断裂力学在应力腐蚀中的应用 164

5.3.1 断裂力学在应力腐蚀中的适用性 164

5.3.2 断裂力学在应力腐蚀中的评定指标 165

5.3.3 KISCC和da/dt在结构设计中的应用 170

5.4 焊接结构应力腐蚀的预防措施 170

5.4.1 正确选择材料 171

5.4.2 合理设计结构 171

5.4.3 调控焊接残余应力 172

5.4.4 构件表面防护措施 172

5.5 焊接结构应力腐蚀的安全评定 172

5.5.1 采用K准则的缺陷评定方法 172

5.5.2 应力腐蚀裂纹扩展速率评定方法 173

习题与思考题 173

第6章 焊接结构高温力学性能 174

6.1 材料高温力学性能 174

6.1.1 力学性能的变化 174

6.1.2 蠕变及蠕变机理 175

6.1.3 蠕变性能指标 177

6.1.4 蠕变寿命预测方法 178

6.2 蠕变损伤和蠕变裂纹扩展 178

6.2.1 蠕变损伤 178

6.2.2 蠕变断裂 179

6.3 焊接接头的蠕变性能 180

6.3.1 焊接接头蠕变特性 180

6.3.2 焊接接头蠕变断裂类型 181

6.3.3 显微组织对高温蠕变的影响 182

6.3.4 焊接残余应力对高温失效的影响 183

6.4 焊接接头高温性能的研究与试验方法 183

6.4.1 焊接接头高温性能的研究方法 183

6.4.2 焊接接头高温性能的试验方法 184

6.4.3 焊接结构高温完整性评定方法 186

习题与思考题 188

第7章 焊接结构力学特征及结构设计 189

7.1 焊接结构的特点及分类 189

7.1.1 焊接结构的特点 189

7.1.2 焊接结构的分类 190

7.1.3 焊接结构涉及的力学性能 191

7.2 焊接结构力学特征 191

7.2.1 桁架结构及其力学特征 191

7.2.2 板壳结构及其力学特征 195

7.2.3 实体结构及其力学特征 196

7.3 焊接结构设计 197

7.3.1 焊接结构的设计方法 197

7.3.2 焊接结构设计的合理性分析 199

7.3.3 焊接结构设计中应注意的问题 205

7.4 焊接结构实例分析 205

7.4.1 压力容器 205

7.4.2 桥式起重机主梁 210

7.4.3 焊接机床机身 213

7.4.4 焊接旋转体 216

7.4.5 薄板结构 218

习题与思考题 222

第8章 焊接结构可靠性分析 223

8.1 结构可靠性分析的概念 223

8.1.1 结构设计中的不确定性 223

8.1.2 结构使用中的风险性 224

8.1.3 工程结构的可靠性 225

8.1.4 可靠性、安全性与完整性的关系 226

8.2 焊接结构的焊接性分析 227

8.2.1 构件焊接性 227

8.2.2 影响构件焊接性的因素 227

8.2.3 热-力-组织的交互关系 228

8.3 焊接结构的完整性评定 230

8.3.1 焊接结构完整性概念 230

8.3.2 含缺陷焊接结构评定原理和程序 231

8.3.3 焊接结构“合于使用”评定方法 233

8.4 焊接结构失效分析 234

8.4.1 失效分析的思路 234

8.4.2 失效分析的步骤和内容 235

8.4.3 焊接结构失效原因分析 237

8.4.4 焊接结构失效案例分析 238

习题与思考题 242

参考文献 243