1、焊工中级（焊接应力与变形）模拟试卷 1 及答案与解析一、问答题1 什么叫内力、应力、内应力和残余应力?2 何谓焊接应力和焊接残余应力?3 什么叫变形、弹性变形、塑性变形和残余变形?4 何谓焊接变形和焊接残余变形?5 焊接应力和焊接变形是如何形成的?6 焊接应力是怎样分类的?7 什么是线应力?8 什么是平面应力?9 什么是体积应力?10 焊接残余应力包括哪些?怎样产生?11 焊接应力和焊接变形有什么关系?12 焊接变形分几类? 各有几种基本形状 ?13 影响焊接变形的主要因素有哪些?14 钢板对接为什么会引起纵向缩短和横向短缩?15 为什么会引起角变形?16 为什么会引起弯曲变形?17 为什么会
2、引起波浪变形?18 为什么会引起扭曲变形?19 从焊接工艺上分析，哪些因素影响焊缝收缩?20 怎样利用装配和焊接顺序来控制变形?21 当焊接结构的截面形状和焊缝布置都对称时，焊后为什么还产生变形?22 防止和减少焊接变形有哪些方法?23 何谓反变形法?24 何谓刚性固定法?25 焊件的刚性固定对减小变形有什么好处?适用在什么场合?26 如果工件较大又容易变形是否可采用刚性固定法?27 何谓散热法?28 何谓锤击法?29 什么是焊接顺序? 什么是正确的焊接顺序 ?30 为了减少结构变形。选择焊接顺序时应考虑哪些原则?常见的焊接顺序有几种?31 在制造焊接结构产品时应怎样正确掌握焊接顺序?32 焊
3、接顺序选择不当对焊接质量有何影响?33 对一般工字梁，先装配成整体再按顺序焊接对变形有利吗?34 减少焊接应力的措施有哪些?35 设计时减少焊接应力的措施有哪些?36 为减少焊接应力应如何选择合理的焊接顺序?焊工中级（焊接应力与变形）模拟试卷 1 答案与解析一、问答题1 【正确答案】 当物体受到外力作用时，要发生变形，同时在其内部会出现一种抵抗变形的力，这种力就叫内力。单位截面积上所承受的内力称为应力。一般可分为拉应力、压应力和切应力。在没有外力的条件下，平衡于物体内部的应力叫内应力。最终保留在物体内部的应力叫残余应力。【知识模块】 焊接应力与变形2 【正确答案】 焊接过程中，在焊件内部产生的
4、应力称为焊接应力，按作用的时间分为焊接瞬时应力和焊接残余应力。焊接残余应力就是焊后残留在焊件内的焊接应力。【知识模块】 焊接应力与变形3 【正确答案】 金属材料在外力的作用下，引起几何状态的改变叫变形。在外力的作用卸除后，变形即消失，恢复到原来的形状和尺寸的变形叫弹性变形。在外力的作用卸除后，变形仍保留，不能恢复原状的变形叫塑性变形。最终保留在物体上的变形叫残余变形。【知识模块】 焊接应力与变形4 【正确答案】 焊接时，焊件所产生的变形为焊接变形。焊接后，在焊件或结构中残留的变形为焊接残余变形。焊接残余变形主要有收缩变形、弯曲变形、角变形、波浪变形、扭曲变形等。【知识模块】 焊接应力与变形5
5、【正确答案】 焊接是一种局部加热的工艺过程。焊接时，在焊接区附近产生不均匀的温度场，工件因温度升高而膨胀，继而因冷却产生收缩。由于接头附近复杂的拘束，在大多数情况下，不能随着温度的变化自由膨胀和收缩。因此，在焊后冷却过程中，因焊接加热受到压缩塑性变形的部位不能自由收缩，这样在工件内部产生不均匀的内应力场，使工件产生焊接残余应力和变形。【知识模块】 焊接应力与变形6 【正确答案】 焊接应力可按下列特征进行分类。(1)根据引起应力的基本原因划分为：1)温度应力。在焊接时，由于加热不均匀，使各部分热膨胀不一样所引起的应力称为温度应力也称热应力。2)组织应力。在焊接时，不同的焊接热循环的作用引起局部金
6、属的金相组织发生转变，随着金相组织发生变化而出现体积变化，当这种体积变化受到阻碍便产生了应力。这种由于组织转变引起的内应力称为组织应力。3)凝缩应力。在焊接时，金属熔池液态冷凝成固体，其体积发生收缩而形成的应力称为凝缩应力。(2)根据应力存在的时间划分为：1)瞬时应力。在一定的温度及刚性条件下，某一瞬时内存在的应力。2)残余应力。通常指焊接结束和完全冷却后保留在焊件内的应力。(3)根据应力作用的方向划分为：1)纵向应力。作用方向与焊缝轴线平行的焊接应力。2)横向应力。作用方向与焊缝轴线垂直的焊接应力。3)厚度方向应力。厚板在厚度方向上的焊接应力。(4)根据应力在空间的方向划分为：1)单向应力。
7、在焊件中沿一个方向存在。2)双向应力。应力作用在平面内垂直方向上。3)三向应力。应力作用于空问所有方向上。【知识模块】 焊接应力与变形7 【正确答案】 在构件中只沿一个方向发生的应力称为线应力，也称单向应力。如焊接薄板的对接焊缝及在工件表面上堆焊时产生的应力，如图 12-1 所示。【知识模块】 焊接应力与变形8 【正确答案】 存在于工件中一个平面内的不同方向上的应力称为平面应力，也称双向应力。通常产生在厚度为 1520mm 的中厚板焊接结构中。如图 12-2 所示。【知识模块】 焊接应力与变形9 【正确答案】 在构件中沿空间三个方向上发生的应力称为体积应力，也称三向应力。如焊接厚件的对接焊缝和
8、三个方向焊缝的交界处，如图 12-3 所示。【知识模块】 焊接应力与变形10 【正确答案】 焊接残余应力包括：温度应力、相变应力、凝缩应力和拘束应力等，产生的原因如下： (1)温度应力。由于焊接是一个局部的快速加热和冷却的过程，因而焊件各点在同一时间内有不同的温度。由于不能自由膨胀，就会产生应力。(2)相变应力。焊接过程中，加热到 Ac1 以上的金属，冷却时发生相变，并伴随有体积改变。600以上，即在塑性状态下发生相变的钢(如低碳钢管)，相变不一致引起应力的产生。随着钢内合金含量的增加，奥氏体相变温度下降，当在弹性状态温度下发生相变时，奥氏体转变为马氏体，同时体积改变就产生应力。 (3)凝缩应
9、力。焊缝金属冷却时产生局部收缩，由于受到邻近金属的限制，即产生拉应力。其大小与钢的线膨胀系数、焊件厚度、焊接方法等因素有关。 (4)拘束应力。焊件被外界条件固定(例如强力对口、联箱短管焊接)后，由于焊接过程中的变形受到限制而产生的应力。【知识模块】 焊接应力与变形11 【正确答案】 焊接应力和焊接变形之间的关系如下：(1)焊接应力分布和焊接变形大小取决于材料的线膨胀系数、弹性模量、屈服点、温度场和焊件的形状尺寸，温度场又与材料的导热率、比热、密度以及焊接参数等因素有关。(2)在焊接结构中，焊接应力和焊接变形同时存在，又相互制约。如在焊接过程中常用夹具刚性固定法施焊，这样变形小而应力却增加了；反
10、之，使焊接应力减小，要允许焊件有一定程度的变形。这要根据具体情况而定，是以减少应力为主，还是减小变形为主。(3)在生产中，往往要求焊接结构既不能有较大的焊接变形，又不允许有较大的焊接应力。因为焊接应力与变形在一定条件下将影响焊接结构的强度、刚度、受压时的稳定性以及尺寸的准确性和加工精度等。【知识模块】 焊接应力与变形12 【正确答案】 焊接变形分局部变形和整体变形两大类。局部变形是指这种变形仅发生在结构的某一局部。例如：角变形、波浪变形。整体变形是指焊接时变形遍及整个结构。例如：纵向和横向的收缩变形、弯曲变形和扭曲变形。变形的种类主要有收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形和扭曲变形等。【知识模
11、块】 焊接应力与变形13 【正确答案】 影响焊接结构变形的主要因素有：(1)焊缝形式、尺寸及数量。(2)焊缝在结构中的位置。(3)结构刚性。(4)装配及焊接顺序。(5)焊接方法和规范。【知识模块】 焊接应力与变形14 【正确答案】 钢板对接焊以后会发生长度缩短和宽度变窄的变形，是由于焊缝的纵向和横向收缩引起的。【知识模块】 焊接应力与变形15 【正确答案】 角变形是由于横向收缩变形在厚度方向上的不均匀分布引起的。对接接头的角变形与坡口角度、焊缝截面形状、焊接工艺等因素密切相关。坡口角度越大角变形越大。角接接头的角变形与焊缝的焊脚高度和板厚有关，焊脚高度越大板越薄，角变形越大。【知识模块】 焊接
12、应力与变形16 【正确答案】 弯曲变形常见于焊接梁、柱、管道等焊件，产生的原因有两种：(1)由纵向收缩变形造成的弯曲变形。如钢板单边施焊后产生弯曲变形。(2)由横向收缩变形造成的弯曲变形。如工字梁的焊接，如果其筋板集中于梁的下部，由于筋板角焊缝的横向收缩，就使焊件产生向下弯曲的弯曲变形。【知识模块】 焊接应力与变形17 【正确答案】 波浪变形也称为失稳变形。在焊接内应力的压应力作用下，薄板可能失稳，产生波浪变形。压应力越大，薄板的宽度与厚度之比越大，就越容易产生波浪变形。焊接角变形也可能产生类似的波浪形变形。【知识模块】 焊接应力与变形18 【正确答案】 装配质量不好、工件搁置不当以及焊接顺序
13、和焊接方向不合理，都可能引起扭曲变形。扭曲变形的产生比较复杂，其原因与角焊缝所造成的角变形沿焊接方向逐渐增大的现象有关。但归根到底，是由于焊缝的纵向或横向缩短所致。【知识模块】 焊接应力与变形19 【正确答案】 焊接工艺中下列因素影响着焊缝收缩量：(1)线膨胀系数大的金属材料，其变形比线膨胀系数小的金属材料大。(2)焊缝的纵向收缩量随着焊缝长度的增加而增加。(3)角焊缝的横向收缩比对接焊缝的横向收缩小。(4)间断焊缝比连续焊缝的收缩量小。(5)多层焊时，第一层引起的收缩量最大，以后各层逐渐减小。(6)在夹具固定条件下的焊接收缩量比没有夹具固定的焊接收缩量小，约减少4070。(7)焊角越大角变形
14、量较大。【知识模块】 焊接应力与变形20 【正确答案】 采用合理的装配和焊接程序来减少变形，这在生产实践中是行之有效的好办法。图 12-4(a)所示为一箱形梁，由于焊缝不对称，焊后产生下挠弯曲变形。解决办法是由两人或四人，对称地先焊只有两条焊缝的一侧。如图 12-4(b)中焊缝 1-1，然后就造成了如图 12-4(c)的上拱变形。这两条焊缝焊后增加了箱形梁的刚性。当焊接另一侧的两条焊缝时，如先焊图 12-4(d)中焊缝 2 和 2，最后再焊图12-4(e)中焊缝 3 和 3，就基本上防止了变形。【知识模块】 焊接应力与变形21 【正确答案】 此时焊后变形是由于装配和焊接顺序不合理引起的。先焊的
15、焊缝增加了结构的刚性，使得各条焊缝引起的变形未能相互抵消，最终产生焊接变形。【知识模块】 焊接应力与变形22 【正确答案】 防止和减少焊接变形的方法有：(1)选择合理的装配和焊接顺序；(2)反变形法；(3)刚性固定法；(4)散热法；(5)锤击焊缝法；(6)合理地选择焊接方法和焊接规范。【知识模块】 焊接应力与变形23 【正确答案】 预先把焊件作出能基本上抵消(补偿)焊后弯曲变形的反变形来达到防止焊后变形的目的。反变形量与工件的结构形式、几何尺寸、焊接工艺顺序等多种因素有关，往往要通过实践来摸索，它适用于简单的结构形式。【知识模块】 焊接应力与变形24 【正确答案】 刚性大的焊件焊后变形一般较小
16、，如果在焊前加强焊件的刚性，那么焊后的变形就可以减小，这就是刚性固定法。【知识模块】 焊接应力与变形25 【正确答案】 刚性固定法对减小变形很有效，且焊接时不必过分考虑焊接顺序。缺点是有些大件不易固定，且焊后撤除固定后，焊件还有少许变形和较大的残余应力。这种方法适用于焊接厚度小于 6mm 及韧性较好的薄壁材料。如果与反变形法配合使用效果更好。这种方法会增加焊接应力，故对淬硬倾向大的材料不适用。【知识模块】 焊接应力与变形26 【正确答案】 当工件较大，数量又不多时，可在容易发生变形的部位临时焊上一些支撑或拉杆，增加工件的刚性，也能有效地减少焊接变形。【知识模块】 焊接应力与变形27 【正确答案
17、】 散热法(也叫强迫冷却法)就是采取措施把焊接处的热量迅速散走，使焊缝附近的金属受热面大大减小，从而降低焊缝区与基本金属间的温差，达到减少焊件变形的目的。【知识模块】 焊接应力与变形28 【正确答案】 锤击法就是利用手锤和风铲对焊缝进行敲击，达到减少焊接应力和变形的目的。锤击时必须均匀，锤击最好在热态下进行。因为这时金属具有较高的塑性，但要注意不能在金属蓝脆温度下锤击。一般第一层不锤击，其余各层均可以进行锤击。由于焊后焊缝冷却时要发生缩短，所以，在焊缝上适当地锤击能使其伸长，适当补偿这个缩短，可减少变形和应力。【知识模块】 焊接应力与变形29 【正确答案】 所谓焊接顺序，就是在焊接结构上，先焊
18、哪一部分，后焊哪一部分，或者是哪条焊缝先焊，哪条焊缝后焊，即各条焊缝的焊接先后顺序。所谓正确的焊接顺序，就是使焊件受热均匀分布。由于焊件受热均匀，冷却也就均匀，这样就减少了变形和应力。 【知识模块】 焊接应力与变形30 【正确答案】 焊接顺序是影响焊接结构变形的主要因素之一，安排焊接顺序时应注意下列原则：(1)尽量采用对称焊接。对于具有对称焊缝的工件，最好由两个焊工对称进行焊接。这样可以使由各焊缝所引起的变形相互抵消一部分。(2)对某些焊缝布置不对称的结构，应先焊焊缝少的一侧。(3)依据不同焊接顺序的特点，以焊接顺序控制焊接变形量。常见的焊接顺序有五种，即分段退焊法、分中分段退焊法、跳焊法、交
19、替焊法和分中对称焊法。【知识模块】 焊接应力与变形31 【正确答案】 要保证焊件变形小、内应力低，必须采取合理的焊接顺序和方向。所谓合理的焊接顺序，主要是应该尽量使焊缝能比较自由的收缩，特别是那些收缩量比较大、残余应力比较大的焊缝。选用焊接顺序的原则有：(1)先焊收缩量较大的焊缝，使焊缝能较自由地收缩。应先焊对缝后焊角缝。(2)先焊错开的短焊缝，后焊直线长焊缝。(3)先焊立焊焊缝，后焊平焊焊缝。(4)平行焊缝尽量同时同方向焊。(5)先焊在工作时受力较大的焊缝，使内应力合理分布。【知识模块】 焊接应力与变形32 【正确答案】 焊接顺序选择不当对焊接质量的影响有：(1)装配焊接顺序选择不当，往往造
20、成某些位置的焊缝焊接困难，甚至完全无法焊接。严重降低焊接结构的强度或气密性。(2)焊接顺序直接影响焊件的应力和变形，选择不当会造成焊件产生过大的变形或内应力，不仅降低了焊件质量，严重时会导致焊件报废。(3)不锈钢焊接结构如果焊接顺序选择不当，会使接触腐蚀介质的工作焊缝在焊后由于受到后焊焊缝的热作用而产生晶间腐蚀，使焊件的耐腐蚀性降低。【知识模块】 焊接应力与变形33 【正确答案】 一个焊接结构的整体刚性是随着装配焊接过程而形成的。也就是说，结构的整体刚性总是比它本身的零件或部件的刚性大。如果仅从增加刚性去减小焊接变形的角度来看，对于结构截面对称、焊缝布置也对称的简单焊接结构，采用先装配成整体，
21、然后再焊接的顺序进行生产，对减小弯曲变形是有利的。例如，工字梁的装配焊接过程如图 12-5 所示。若按图 12-5(b)所示的边装边焊的顺序进行生产，则焊后要产生较大的上拱弯曲变形。若采用图 12-5(c)所示整装后焊接的顺序，焊后工字梁的弯曲变形就可减小。【知识模块】 焊接应力与变形34 【正确答案】 减少焊接应力的措施有：设计措施、焊接措施。【知识模块】 焊接应力与变形35 【正确答案】 设计时减少焊接应力措施有：(1)尽量减少焊缝的数量和缩短焊缝的尺寸。(2)避免焊缝过分集中。(3)采用刚性较小的接头形式。(4)避免应力集中。【知识模块】 焊接应力与变形36 【正确答案】 应按下列原则选择焊接顺序：(1)平面上的焊缝焊接时，要保证焊缝的纵向及横向(特别是横向)收缩能够比较自由，而不是受到较大的约束。(2)收缩量最大的焊缝应当先焊。因为先焊的焊缝收缩时受阻较小，故应力较小。(3)在对接平面上带有交叉焊缝的接头时，必须采用保证交叉点部位不易产生缺陷的焊接顺序。【知识模块】 焊接应力与变形
