焊接結構設計與實踐

前言

第1章 概述1
1.1 從實例談起1
1.2 焊接結構設計應考慮的問題3

第2章 焊接結構設計基礎4
2.1 焊接工藝方法4
2.1.1 焊接基本原理4
2.1.2 焊接方法分類與特點5
2.1.3 焊接區域的組成與特徵7
2.1.4 焊接接頭的通用術語9
2.2 焊接結構形式12
2.2.1 焊接接頭的種類12
2.2.2 焊縫坡口的基本形式13
2.2.3 焊接位置種類14
2.2.4 焊接符號15
2.3 焊接結構的特殊性16
2.4 焊接接頭的破壞模式17
2.5 焊接結構設計應注意的問題19
2.6 焊接結構設計程式20
參考文獻22

第3章 焊接結構設計指導原則24
3.1 概述24
3.2 剛度與強度26
3.2.1 剛度26
3.2.2 強度29
3.2.3 應力集中32
3.2.4 剛度協調設計與實例36
3.3 穩定性39
3.4 焊接結構靜強度評估41
3.4.1 焊縫靜強度評估42
3.4.2 評估焊縫靜強度的有限元法43
3.4.3 強度分析實例44
3.5 焊接結構疲勞強度評估45
3.5.1 BS標準疲勞評估方法46
3.5.2 IIW標準疲勞評估方法48
3.5.3 ASME標準疲勞壽命評估方法49
3.5.4 壽命評估方法實例51
3.6 焊接結構的工藝性評估53
參考文獻55

第4章 焊接接頭品質對承載性能的影響57
4.1 焊接接頭的缺陷57
4.2 常見缺陷的影響60
4.2.1 錯邊與角變形的影響60
4.2.2 咬邊的影響62
4.2.3 根部余高的影響63
4.2.4 未焊透/未熔合的影響65
4.2.5 氣孔的影響67
4.2.6 夾渣的影響69
4.2.7 類裂紋缺陷的影響71
4.3 其他因素的影響72
4.3.1 焊腳尺寸的影響72
4.3.2 輔助墊板的影響73
4.3.3 焊接接頭非匹配性74
4.4 接頭品質與承載性能74
參考文獻76

第5章 焊接殘餘應力與變形控制77
5.1 焊接殘餘應力77
5.1.1 焊接內應力77
5.1.2 殘餘應力產生機理及影響78
5.2 殘餘應力測試方法86
5.2.1 有損檢測法86
5.2.2 無損檢測法87
5.3 去除殘餘應力的方法88
5.4 焊接變形與控制89
5.4.1 焊接變形及影響因素89
5.4.2 焊接變形控制91
參考文獻95

第6章 焊接結構設計實踐96
6.1 焊接結構設計指導96
6.1.1 焊接結構的材料選擇96
6.1.2 焊接方法的選用97
6.1.3 常用焊接接頭形式選擇98
6.1.4 焊接接頭坡口形式的確定99
6.1.5 合理地確定焊縫尺寸100
6.1.6 焊縫的合理設計與佈置100
6.1.7 合理設計整體結構103
6.1.8 其他要求104
6.2 焊接接頭設計流程104
6.3 典型焊縫設計要求108
6.3.1 箱形梁108
6.3.2 不等厚度部件的對接焊縫108
6.3.3 塞焊與槽焊焊縫109
6.3.4 兩接頭間的距離109
6.3.5 縱向焊縫上的加強板109
6.3.6 填充金屬及穿越孔110
6.3.7 角接板與加強板端部110
6.3.8 角接板的形狀110
6.3.9 焊縫周邊焊110
6.3.10 角焊縫111
6.3.11 對接焊縫111
6.3.12 有拘束的接頭112
6.3.13 混合的接頭類型112
6.3.14 防腐113
6.3.15 焊趾、焊縫形狀的改善113
6.3.16 斷續焊縫113
6.3.17 防止層狀撕裂114
6.3.18 板的連接節點116
6.4 焊縫的設計實例117
6.5 結構設計工程實例124
參考文獻128

第7章 工程實踐及失效分析130
7.1 地鐵車輛車體焊接結構設計130
7.2 正交異性鋼橋面板結構設計133
7.3 鐵路貨車產品焊縫裂紋分析136
7.3.1 鐵路貨車產品結構136
7.3.2 鐵路貨車產品運用過程中出現的問題137
7.3.3 C80B車連接板焊縫裂紋分析138
7.3.4 C80鋁合金車上心盤座焊縫處裂紋分析142
7.3.5 C80E車橫樑上蓋板與地板焊縫裂紋分析145
7.4 關節式集裝箱平車端橫樑裂紋原因分析及改進149
7.4.1 端橫樑裂紋原因分析150
7.4.2 改進方案對比及分析152
7.4.3 工藝實施154
7.4.4 小結155
參考文獻156

第8章 攪拌摩擦焊機理及抗疲勞性能研究157
8.1 FSW基礎157
8.1.1 FSW技術介紹157
8.1.2 FSW術語159
8.1.3 FSW的接頭形式160
8.1.4 FSW工藝參數161
8.1.5 FSW常見缺陷163
8.2 FSW機理研究164
8.2.1 FSW熱傳導方程164
8.2.2 FSW材料流動理論166
8.2.3 工藝窗選擇原理及缺陷形成機理170
8.2.4 FSW介面原子運動172
8.3 FSW接頭性能研究174
8.3.1 材料檢測及焊接174
8.3.2 FSW微觀組織175
8.3.3 拉伸及彎曲試驗176
8.3.4 FSW硬度試驗178
8.3.5 FSW腐蝕試驗179
8.3.6 FSW殘餘應力180
8.4 FSW疲勞試驗182
8.4.1 試驗材料182
8.4.2 試樣182
8.4.3 試驗設備和載入條件183
8.4.4 試驗要求183
8.4.5 試驗停止條件183
8.4.6 最小二乘法資料統計184
8.4.7 名義應力試驗資料184
8.4.8 斷口形貌186
8.4.9 斷口電鏡掃描187
8.5 FSW主S-N曲線研究190
8.5.1 主S-N曲線的定義190
8.5.2 應力集中係數及應力換算191
8.5.3 SCF計算191