电焊工中级（焊接应力与变形）模拟试卷1
简述题
1.焊接应力和变形产生的原因是什么?
焊接过程中，由于焊件局部被加热到熔化状态，焊件上温度分布极不均匀，焊接金属各部分受热膨胀和冷却收缩的程度各不相同，这样在焊件内部就产生了应力和变形。按照它们存在的时间不同，可分为两种情况：一种是在焊接过程中，焊件由于受到热源的不均匀加热，在焊件中产生的内应力和变形；另一种是当焊件完全冷却后，仍然保留在焊件中的内应力和变形。前者是暂时的，在整个焊接过程中是不断变化着的，后者是焊后残留在焊件中的应力和变形。通常把后者叫做残余应力和残余变形。焊接应力在有些情况下，对焊件的质量影响不大；但在某些情况下，对焊件的质量就有很大影响。如对焊后需进行机械加工的焊件来说，将影响加工精度。在动载荷或低温下工作的焊件，如果存在着较大的焊接应力，就有可能产生裂纹。变形会造成焊件尺寸和形状的变化，这就浪费一定时间和人力来进行矫正，甚至会使焊件报废。
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2.对接接头中的应力分布是怎样的?
对接接头中的应力分布如图5—1所示。最大应力集中系数为1．6和1．5，主要发生在焊缝表面余高部分的起点，这是由于截面改变的结果。显然，焊缝的余高越小以及与基本金属的接合越平滑，则应力集中系数越小，反之则应力集中系数越大。
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3.什么是静载荷?在什么条件下，应力集中对静载强度没有影响?
根据焊接结构的用途不同，结构承受着不同载荷，一般可分为静载荷与动载荷。静载荷是指焊接结构所承受的外力无论大小和方向基本保持不变，同时外力是缓慢地作用于结构。静载荷作用下的焊接结构具有下列条件时，即使存在应力集中和焊接残余应力，也不影响结构的强度：(1)结构用塑性材料制造。即材料具有足够大的延伸率及断面收缩率，并且脆性转变温度较低。一般低碳钢、低合金结构钢等都能满足这个条件。(2)结构的焊接接头具有一定的塑性。即具有和基本金属相接近的塑性指标。(3)结构中存在的应力分布情况不妨碍在结构中发生塑性变形。
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4.什么是联系焊缝和工作焊缝?
焊接结构中的焊缝，根据其载荷的传递情况分为两种。一种焊缝与被连接件是并联的，它传递很小的载荷，主要起焊件之间相互联系的作用。联系焊缝如图5—2所示。这种焊缝平行于受力方向，称为联系焊缝。其应力称为联系应力。联系焊缝一般按结构构造要求设计，不作应力计算。另一种焊缝与被连接件是串联的，它传递全部载荷，一旦断裂，结构就立即失效，这种焊缝称为工作焊缝。工作焊缝如图5—3所示。作用在这种焊缝中的应力，称为工作应力。这种焊缝是按工作应力设计的。
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5.对接焊缝的纵向残余应力是如何分布的?
在低碳钢、低合金高强度钢的焊接结构中，对接接头纵向残余应力在焊缝和焊缝附近处出现拉应力，如图5—4中I段，一般都达到或超过材料的屈服极限。随着离焊缝距离的增加，拉应力急剧下降，并转为压应力，如图5—4中Ⅱ段。对接的两板等宽时，产生的纵向应力与焊缝位置呈对称分布；板宽不等时，纵向应力分布也不对称。
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6.对接交叉焊缝的纵向应力是如何分布的?
对接交叉焊缝的纵向应力是叠加的，两个方向的应力都可达到相当大的数值。若横向应力不计，对接交叉焊缝的纵向应力分布如图5—5所示。显然，焊缝交叉处所受的应力是相当大的。
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7.圆筒环缝的纵向应力是如何分布的?
圆筒环缝所引起的纵向(圆筒的切向)应力的分布规律与平板直缝有所不同，其数值取决于圆筒的直径、筒壁厚度以及焊接压缩塑性变形区的宽度。环缝上的纵向应力随圆筒的直径加大而增加，随塑性变形区的扩大而降低。直径增大，纵向应力的分布逐渐与焊接平板接近。圆筒环缝的纵向应力如图5—6所示。
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8.对接焊缝的横向应力是如何分布的?
对接焊缝的横向应力数值很大，有时可达到屈服极限。它与焊件的宽度、定位焊位置、施焊方向和施焊顺序有关。横向应力沿板宽方向的分布如图5—7(a)所示。横向应力沿焊缝长度方向的分布如图5—7(b)所示。即焊缝中心的残余应力达最大值，而距焊缝中心不远就很快减小。
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9.影响焊接变形的因素有哪些?
影响焊接结构变形的因素是错综复杂的，主要的影响因素有：结构的刚性、焊缝的位置、装配顺序等。此外，下列因素也影响焊接变形：(1)线膨胀系数大的金属材料，焊后收缩量就大。(2)焊缝长度增加，焊缝的纵向缩短就增加。焊缝宽度增加，焊缝的横向缩短就增加。(3)在焊缝尺寸相同的情况下，多层焊比单层焊的收缩量小。多层焊时，第一层引起的收缩量最大，第二层的收缩量大约是第一层收缩量的20％，第三层大约是第一层的5％～10％，最后几层更小。(4)角焊缝比对接焊缝横向收缩要小。(5)间断焊比连续焊焊缝的收缩量要小。(6)在夹具固定条件下焊缝的收缩量，比没有夹具固定时的收缩量要小(大约减小40％一70％)，但焊件内部将引起较大的焊接应力。(7)焊接规范越大，焊件的变形就越大。
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10.举例说明焊缝的位置对焊接变形有何影响?
焊缝在结构中的位置对焊接变形的影响是很大的。焊缝处在不同位置时引起的变形见表5—1。从表5—1的图例中可以看出，焊缝在结构中的位置不同，焊后所引起的变形情况也各不相同。因此，在结构设计上应尽量避免焊缝的不对称布置。
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11.焊接变形的形式主要有哪些?
焊件因焊接接头的形式、焊件的形状、焊缝的位置、钢板的厚度、装配和焊接顺序、焊接方法、焊接规范等因素的不同，会产生各种不同形式的变形。如纵向缩短、横向缩短、角变形、弯曲变形、波浪变形和扭曲变形等。
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12.什么是纵向收缩和横向收缩?其产生原因是什么?
两块对接的钢板经焊接后，沿长度和宽度方向都比原来尺寸缩短了。纵向缩短和横向缩短如图5—8所示。通常把这种变形称为纵向缩短和横向缩短。这种变形是由于焊缝的纵向及横向收缩所引起的。工字梁的纵向缩短如图5—9所示，工字梁经焊接后，该梁的长度发生缩短，这种缩短也是由于焊缝的纵向收缩和横向收缩所引起的。
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13.纵向收缩和横向收缩的影响因素有哪些?
(1)焊缝纵向收缩变形会使焊件长度缩短，因此在焊前必须考虑焊后收缩变形余量。纵向收缩变形量与下列因素有关：1)焊缝的纵向收缩量随焊缝长度的增加而增加，随焊缝两侧的压缩塑性变形区增大而增加(压缩塑性变形区随焊接热输入增大而扩大)。大截面的焊缝产生的纵向收缩量比小截面焊缝的收缩量大。对于截面尺寸相同的焊缝，采用分层焊比单层焊纵向收缩量小。分层焊时，第一层焊道引起的收缩量最大，第二层收缩量大约是第一层收缩量的20％，第三层大约是第一层的5％一10％，最后几层更小。2)线膨胀系数大的金属材料，焊后焊缝的纵向收缩量也大。如不锈钢和铝的线膨胀系数比低碳钢大，焊缝纵向收缩量也就比较大。3)焊件如在夹具固定的条件下焊接，其收缩量可减小40％～70％，但焊后将引起较大的焊接应力(夹具没有松开时)。4)断续焊缝的纵向收缩量随每段焊缝长度与分段中心距的比值减小而减小。分段跳焊法的纵向收缩量比直通焊小。分段退焊法介于两者之间。(2)焊缝横向收缩量的影响因素与焊缝纵向收缩量大致相似，但：1)T形接头横向收缩量随焊脚增加而增大，随板厚增加而减小。堆焊的横向收缩规律与T
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