1、焊工中级（焊接应力与变形）模拟试卷 2 及答案与解析一、问答题1 防止工字梁焊后扭曲有哪些方法?2 什么叫分段退焊法、分中分段退焊法、跳焊法、交替焊法和分中对称焊法。其应用范围如何?3 什么情况下要求消除残余应力?4 焊后减少焊接残余应力的方法有哪些?5 如何利用高温回火消除焊接残余应力?6 如何利用拉伸法消除焊接残余应力?7 何谓加热减应区法? 选择加热减应区有何原则 ?8 焊接残余变形和残余应力有何危害?9 矫正焊接残余变形的方法有哪些?10 怎样用机械法矫正弯曲变形和波浪变形?11 火焰矫正适用于哪些钢材?12 火焰矫正允许浇水吗?13 火焰矫正法的工艺要点有哪些?14 火焰矫正的各种加
2、热方式怎样操作?15 怎样用目测来判断火焰矫正的加热温度?16 怎样利用火焰加热矫正钢板的凹凸不平?17 如何利用火焰加热矫正厚钢板的弯曲变形?18 如何利用火焰加热矫正厚壁圆筒的圆度?19 如何利用点状加热对局部弯曲的钢管进行矫正?20 举例说明实心轴弯曲怎样矫正。21 举例说明槽钢和方钢弯曲怎样矫正。22 举例说明 T 形梁弯曲怎样矫正。23 举例说明钢板和 T 形梁的角变形怎样矫正。24 举例说明钢板和工字梁的波浪变形怎样矫正?25 怎样根据焊件的不同要求来选用降低应力与减少变形的方法?26 怎样降低厚壁管接头的焊接应力?27 怎样防止薄板结构的焊后变形?28 怎样防止带筋板工字梁的焊后
3、变形?29 怎样降低工字梁安装接口的焊接应力?30 大型焊接油罐的焊接顺序是如何选择的?31 怎样降低轮毂及金属框架焊补时的焊接应力?焊工中级（焊接应力与变形）模拟试卷 2 答案与解析一、问答题1 【正确答案】 工字梁扭曲变形在焊后较难矫正，防止扭曲变形要从以下两方面着手： (1)保证装配质量。采用手工焊时，腹板和上下盖板的相对位置要垂直，上下盖板要水平，腹板和盖板之间要无间隙或间隙沿整个梁的长度很均匀。焊接前要把工字梁垫平。 (2)要避免如图 12-6 所示的各条焊缝的焊接方向相互错开的焊接顺序。工字梁焊接后长度的缩短，可通过备料使上下盖板和腹板留出适当收缩余量来解决。上下盖板的角变形可以利
4、用夹具夹紧或反变形解决。上拱和旁弯的变形利用焊接顺序去解决。【知识模块】 焊接应力与变形2 【正确答案】 在可能的情况下，将连续焊缝改成断续焊缝可减少焊缝和工件由于受热而产生的塑性变形。或者采用不同的焊接方向和顺序，可使局部焊缝变形适当减小或相互抵消，从而达到减小总体变形的目的。 当焊缝在 1m 以上时，可采用分段退焊法、分中分段退焊法、跳焊法、交替焊法；对中等长度(051m)的焊缝，可采用分中对称焊法。以上方法如图 12-7 所示。(1)分段退焊法。这种方法适用于各种空间位置的焊接，立焊除外。钢材较厚，焊缝较长时都可以设挡弧板，多人同时焊接。其优点是可以减小热影响区，避免变形。每段长应为05
5、1m。 (2)分中分段退焊法。这种方法适用于中板或较薄的钢板的焊接。它的优点是中间散热快，缩小焊缝两端的温度差。焊缝热影响区的温度不致急剧增高，减少或避免了热膨胀变形。这种方法特别适用于平焊和仰焊，横焊一般不采用，立焊根本不能用。 (3)跳焊法。这种方法除立焊外，平焊、横焊、仰焊三种方法都适用。多用在 612mm 厚钢板的长焊缝和铸铁、不锈钢、铜的焊接上，可以分散焊缝热量，避免或减小变形。钢材每段焊缝长度应在 200400mm 之间；铸铁焊件按铸铁焊接规范处理；不锈钢和铜由于导热快，每段长度不宜超过 200mm(板薄应短些)。 (4)交替焊法。这种焊法和跳焊法基本相同，只是每段焊接距离拉长，特
6、别适用于薄板和长焊缝。 (5)分中对称法。这种方法适用于焊缝较短的焊件。为了减小变形，由中心向两端一次焊完。【知识模块】 焊接应力与变形3 【正确答案】 对下列一些结构，一般要求消除残余应力：(1)有可能产生应力腐蚀破坏的结构。(2)要求高精度机械加工的结构。(3)屈服极限大于 500MPa 的普低钢、空淬倾向大的合金钢、厚度大的焊件等。(4)要求承受低温或动载的结构。【知识模块】 焊接应力与变形4 【正确答案】 焊后减少焊接残余应力的方法有：(1)整体高温回火。(2)局部高温回火。(3)机械拉伸法。(4)温差拉伸法。(5)振动法。【知识模块】 焊接应力与变形5 【正确答案】 利用高温回火消除
7、焊接残余应力可采用整体高温回火或局部高温回火。整体高温回火。将焊件整体进行回火处理，内应力消除效率随时间延长而迅速降低。因此回火保温时间不必过长，钢可按每厚 1mm，保温 12min，至少 30min计算。整体回火一般在炉内进行，用于焊接三通、锅炉汽包、化工容器等。若结构太大(如大型球罐、厚壁压力容器等)，无法在炉内进行回火时，则可采用电阻加热器、红外线加热器等来进行回火。局部高温回火。只对焊缝及其附近的局部区域进行回火，内应力消除效果不如整体高温回火。局部高温回火一般用于圆筒、长板和管子的对接焊缝。【知识模块】 焊接应力与变形6 【正确答案】 利用拉伸力，在焊接塑性变形区产生拉伸变形来抵消焊
8、接时引起的压缩塑性变形量，使内应力降低，称拉伸法。若用外力来获得拉伸力称机械拉伸法(又称过载法)；若用内力来获得拉伸力称温差拉伸法(又称低温消除应力法)。 机械拉伸法一般用于压力容器，如大于工作压力的水压试验，即可起到去应力的作用。 温差拉伸法一般用于比较规则的板壳结构，具体操作如下(见图 12-8)。焊缝两侧用一对宽 100150mm。中心距为 120270mm 的氧乙炔火焰喷嘴加热至 200左右。在火焰喷嘴后面一定距离，喷水冷却，造成焊缝区温度低，两侧温度高。冷却时，便在焊缝区产生拉应力，使焊缝产生拉伸变形。达到部分消除焊缝内应力的目的。 【知识模块】 焊接应力与变形7 【正确答案】 在焊
9、前和焊接过程中，利用气体火焰加热焊件的选定位置，在焊缝冷却过程中能使焊缝金属比较自由的收缩，有利于减少焊接热应力和防止裂纹，这种方法就叫加热减应区法。该部位称为加热减应区，此法在焊接焊件时被广泛利用。加热减应区的选择有以下原则：(1)加热减应区要选择阻碍焊缝金属收缩的部位。(2)加热减应区要选择与其他部位联系不多，而且有较高强度的部位。(3)加热减应区的变形对其他部位影响不大。(4)加热减应区根据需要可选择多处。【知识模块】 焊接应力与变形8 【正确答案】 焊接残余变形使焊接零部件的尺寸改变，可能使之无法组装，甚至使整个构件丧失稳定而不能承载。矫正时需要大量的人力、物力，有时还可能导致产品报废
10、。焊接残余应力则往往是焊接结构中产生各种裂纹，导致结构早期失效的因素之一。【知识模块】 焊接应力与变形9 【正确答案】 矫正焊接残余变形的方法有：(1)机械矫正法。施加机械力使构件产生与焊接变形方向相反的塑性变形，以与原来的焊接变形相抵消。(2)火焰矫正法。利用火焰加热时产生的局部压缩塑性变形，使较长的金属在冷却后缩短来消除变形。【知识模块】 焊接应力与变形10 【正确答案】 平板弯曲变形是凹的部位金属缩短所造成，如图 12-9(a)所示。进行锤击或辗压，使缩短了的金属拉长，即可矫正。 工字梁上拱弯曲变形，用压头如图 12-9(b)所示加压，使凹的部位金属伸长，即可矫平。 薄板波浪变形是焊缝纵
11、向缩短所造成，如图 12-9(c)所示。沿焊缝进行锤击或辗压，使缩短了的金属拉长，即可矫正。【知识模块】 焊接应力与变形11 【正确答案】 火焰矫正主要适用于各种低碳钢(如 Q235、20g、22g 等)和部分普通低合金钢(如 16Mn、15MnV、15MnVN、14MnVTiRe 、15MnTi 、14MnNb 半等)。火焰矫正不适用于铸铁件和淬硬倾向大的合金钢。【知识模块】 焊接应力与变形12 【正确答案】 对于薄钢板，进行火焰矫正时允许在加热的同时进行浇水。对于厚度大于 8mm 的钢板，一般是不允许浇水的。火焰矫正时浇水，对变形的矫正是不起丝毫作用的，只是为了加速冷却，提高工效而已。【知
12、识模块】 焊接应力与变形13 【正确答案】 火焰矫正法的工艺要点如下：(1)加热方式。加热方式有点状加热、线状加热和三角形加热三种。点状加热用于矫正刚性小的薄件。线状加热用于矫正中等刚性的焊件，有时也可用于薄件。三角形加热可用几个气焊炬同时进行，用于矫正刚性大的焊件。(2)加热温度和速度。加热温度一般在 500800之间。低于 500效果不大，高于 800会影响金属组织。 加热速度与变形量有关。矫正变形量大的，一般用中性焰慢烤；矫正变形量小的，一般用氧化焰快烤。(3)加热范围。加热位置总是在变形凸起的部位进行。加热长度不超过全长70，宽度一般为板厚的 052 倍，深度一般为板厚的 3050。(
13、4)加热火焰。正常情况下，用微氧化焰。当变形较大或要求加热深度大于 5mm时，可采用较小的加热移动速度，用中性焰。当变形不大或要求加热深度小于5mm 时，应采用氧化焰和较大的加热移动速度。【知识模块】 焊接应力与变形14 【正确答案】 火焰矫正的加热方式有：点状加热、线状加热和三角形加热三种，如图 12-10 所示。 (1)点状加热。加热一点或多点，点的直径至少 15mm，厚板加热点的直径要大些。变形量大的，点与点之间的距离应小些，一般在 50100mm 之间。 (2)线状加热。火焰沿直线方向移动或移动同时作横向摆动。加热线的横向收缩一般大于纵向收缩。横向收缩随着加热线的宽度增加而增加，加热线
14、宽度一般为钢板厚度的 052 倍。 (3)三角形加热。三角形的底边在被矫正的焊件边缘，顶端朝向凹的部位。三角形加热的面积较大，因而收缩量也较大。【知识模块】 焊接应力与变形15 【正确答案】 对低碳钢和部分普通低合金钢用火焰矫正时，加热温度通常为600800，可根据加热时钢材表面的颜色变化来目测，钢材表面颜色与相应的温度见表 12-1。【知识模块】 焊接应力与变形16 【正确答案】 由于金属经过加热和冷却，只能缩短，不能伸长。因此矫正焊件变形之前，首先应分析是由于哪一部分金属缩短所造成的。例如平板的凹凸变形，是由于凸鼓四周的金属缩短造成的，若用火焰矫正，则应加热凸鼓部位，使伸长了的金属缩短，即
15、可矫平。【知识模块】 焊接应力与变形17 【正确答案】 首先测出弯曲变形的大小，并找出凸出的最高点，然后在最高点附近用火焰进行线状加热，见图 12-11 所示，加热温度 500600。当第一次未能全部矫平时，可再次进行加热，直至矫平为止。【知识模块】 焊接应力与变形18 【正确答案】 对于直径和圆度都有严格要求的厚壁圆筒应进行矫正。矫正的方法是在平台上用木块将圆筒垫平竖放，见图 12-12。先矫正圆筒体的周长，当周长过大时，用两个焊炬同时在简体内外沿纵向进行线状加热，加热一次周长可缩短12mm。矫正椭圆度时，先用样板检查，如筒体外凸，则沿该处外壁进行线状加热，加热后任其自然冷却，不用锤击。若一
16、次不行，可再次进行加热，直至矫圆为止；若筒体弧度不够，则沿该处内壁进行加热，其余同上。【知识模块】 焊接应力与变形19 【正确答案】 点状加热可以用于对局部弯曲的钢管进行矫正。例：如83mm35mm 钢管，长 75m，经测量有 10mm 弯曲。矫正前，先在平台上找平垫好，如图 12-13。然后在凸面上进行快速点状加热。当一点加热到 800后，焊嘴立即迅速移动到第二点，依次进行，移动速度为每秒 40mm。这样的快速点状加热结束后，弯曲从 10mm 减少到 4mm。再进行第二次加热后，即可完全矫正。【知识模块】 焊接应力与变形20 【正确答案】 实心轴(82mm)弯曲 6mm。矫正前，先在平台上找
17、正，并垫好，见图 12-14(a)。然后在凸面用大号焊嘴进行线状加热。第一次加热，线宽度25mm，中间一段宽 30mm，加热长度 1300mm，加热温度 500，采用中性焰，见图 12-14(b)。冷却后，弯曲从 6mm 减小到 2mm。第二次加热，线宽度 30mm，加热长度 500mm，加热温度 700，见图 12-14(c)。冷却后即矫直。【知识模块】 焊接应力与变形21 【正确答案】 矫正槽钢(长 43m)上拱弯曲。在凸面边缘同时用两个焊炬进行线状加热，见图 12-15(a)。加热宽度 10mm，加热温度 700，加热移动速度每秒12mm，采用中性焰。 矫正方钢(厚 120mm、宽 46
18、0mm、长 6m)弯曲 40mm。其矫正是在凸面用两个焊矩进行线状加热，见图 12-15(b)。加热宽度 100mm，加热温度 800850，加热深度 810mm，采用中性焰。【知识模块】 焊接应力与变形22 【正确答案】 矫正 T 形梁的弯曲变形，应在凸的部位用三角形加热。三角形的底边取板厚的 2 倍，三角形顶点在中心线上或稍超过中心线，如图 12-16 所示。加热火焰用中性焰，加热温度 800，加热移动速度很慢，约为每秒 4-10mm。【知识模块】 焊接应力与变形23 【正确答案】 矫正钢板(厚 20mm)角变形，是在钢板的凸面进行线状加热。可采用 5 号焊嘴、中性焰，加热宽度 23mm，
19、加热移动速度每秒 4mm，加热温度 800，见图 12-17(a)。 矫正 T 形梁角变形，是在焊缝反面用火焰加热；矫正支架角变形，是在凸面用火焰加热，见图 12-17(b)、(c)。【知识模块】 焊接应力与变形24 【正确答案】 矫正钢板波浪变形，是将板放在平台上，压紧三个边 A、B 、C，用线状加热。先从凸面的两侧平的地方开始，然后向凸起处围拢，如图 12-18 所示。加热线长度一般占板宽的 1213，加热线之间的距离一般取 50200mm。 矫正工字梁波浪变形，是先用外力 P 顶平，然后在凸面用线状加热，如图 12-18(b)所示。【知识模块】 焊接应力与变形25 【正确答案】 选用的原
20、则是：(1)结构要求控制变形 (一般是指塑性好，刚性小的薄壁结构)时，可选用刚性固定法、反变形法和逆向分段焊接法等。(2)结构要求控制应力 (一般是指空淬倾向大，塑性差的材料，合金钢管对接焊、缸体补焊等)时，可选用预热、焊后回火、锤击焊缝法等。(3)若以减少变形为主，则尽可能使各条焊缝的变形限制到最小值或使其变形方向相反、相互抵消，可选用对称焊、逐步退焊、分中对称焊、跳焊等。(4)若以降低应力为主，则尽可能使各条焊缝能自由收缩或受阻碍较小，应先焊收缩量大的焊缝，焊缝方向指向自由端，焊后回火等。(5)限制波浪变形，以刚性固定法较好；限制角变形和弯曲变形，以反变形法或刚性固定法联合使用。原则是：刚
21、性小的焊件采用弹性反变形，刚性大的焊件则以塑性反变形较好。(6)对纵向或横向收缩，一般采用下料时预留长度来补偿其缩短量。【知识模块】 焊接应力与变形26 【正确答案】 大厚度焊件焊接时，焊缝存在的应力是沿空间三个方向作用的。三个方向的应力会显著降低焊缝金属的强度和冲击韧性，导致裂纹。因此，焊接厚壁管时要采取措施降低焊接残余应力，通常采用的办法是焊前预热、对称焊和多层多道焊。【知识模块】 焊接应力与变形27 【正确答案】 焊接薄板结构，主要以防止变形为主，可以采取刚性固定法。例如防护壳的焊接，先点焊一根角钢支撑，如图 12-19(a)所示，再焊接焊缝 1。然后焊接所有间断焊缝，最后焊接各连续焊缝
22、。这样，基本上控制了焊缝横向收缩引起的角变形。 再例如薄壳结构的焊接，为了防止焊后塌陷，可预先将壳壁向外凸出，如图 12-19(b)所示，焊后对接良好。【知识模块】 焊接应力与变形28 【正确答案】 带筋板的工字梁是由上、下翼板，腹板和筋板组成的。它的焊接原则：一是在焊接过程中尽可能使焊件能自由收缩；二是腹板两侧必须同时进行焊接。 在装配之前，先焊接翼板和腹板的对接焊缝，将钢板焊成长板条。然后组装上、下翼板，腹板和筋板，并每隔 300400mm 进行点固焊。 焊接时，从工字梁的中部开始向两端逐格施焊。先焊梁中部的一个方格，焊接顺序如图 12-20(a)所示。焊缝 1、4 、 5、7也可采用从中
23、部向两端分段退焊法。焊完方格内全部焊缝后，接着焊接腹板另一面相对应的方格。整个方框焊完后，再焊另一个方框。假若筋板很少，则先焊腹板和翼板的焊缝，并留出一段(如图 12-20(b)所示)焊接筋板。【知识模块】 焊接应力与变形29 【正确答案】 无筋板的工字梁安装接口的焊接。先焊接腹板的接口 1，再焊接翼板的接口 2、3，最后焊接组装工字梁时留出的翼板与腹板的一段约300400mm 焊缝 4 与 5，如图 12-21(a)所示。带筋板的工字梁安装接口的焊接顺序与无筋板的工字梁相同。为了进一步降低焊接应力，可采用弹性反变形法。预先用千斤顶将所焊接口撑开，间隙增大，如图 12-22(b)所示。焊接后的
24、收缩力将由千斤顶承受。【知识模块】 焊接应力与变形30 【正确答案】 油罐的焊接原则：一是焊缝尽可能自由收缩；二是先分件组装焊，再总装焊；三是避免罐壁与罐底间环焊缝的收缩。 油罐先装配罐底。从中心向四周焊，先焊接所有短焊缝 1、2、3，后焊接所有长焊缝 1、2、3，如图 12-22(a)所示。长焊缝可采用分段退焊或中间向外分段焊。 罐底装焊完后，组焊罐顶。罐顶焊好后，把罐顶顶起，从上到下逐层用顶起法组焊罐壁。先组焊第层，顶起再组焊第层，依此类推，如图 12-22(b)所示。罐壁逐节采用搭接焊缝进行焊接。各节的焊接次序，也是先焊纵缝，再焊环缝。最后焊接罐壁与罐底之间的角焊缝，如图 12-22(c)所示。【知识模块】 焊接应力与变形31 【正确答案】 轮毂及金属框架焊补，可以采用加热减应区法来降低焊接应力。首先选择阻碍焊接区自由收缩的部位，即选好减应区。然后在减应区加热，使之伸长。减应区的伸长，也使焊接处的间隙增大。间隙增大多少，取决于减应区伸长多少。焊补以后，焊接部位与减应区同时冷却，一起自由收缩，从而降低了焊接应力。因此焊补轮毂及金属框架时选择减应区是一个关键。不同的焊补位置，应分别选择相应的减应区，见图 12-23 所示。图中，网纹是“减应区 ”，“” 为热膨胀方向。【知识模块】 焊接应力与变形
