《焊接结构学》知识点、重点和难点 解读 方洪渊 主编 董俊慧 王文先 刘雪松.

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1 《焊接结构学》知识点、重点和难点 解读 方洪渊 主编 董俊慧 王文先 刘雪松

2 《焊接结构学》教材解读 教材特点及适用对象 教材内容构成 教材的重点及难点 对教学内容的把握及建议

3 《焊接结构学》教材特点及适用对象 教材特点： 适用对象： 力求理论联系实际，突出基本问题。 注重思路和能力的培养。
适当反映国内外的最新研究成果和发展趋势。 增加了焊接热过程方面的相关知识。 适用对象： 焊接技术与工程专业本科生教学； 材料成形及控制工程专业焊接方向的本科生教学； 供从事焊接工作的工程技术人员参考。

4 《焊接结构学》教材内容构成 第一章 绪论（方洪渊） 第二章 焊接热过程（方洪渊） 第三章 焊接应力与变形（方洪渊）
第一章 绪论（方洪渊） 第二章 焊接热过程（方洪渊） 第三章 焊接应力与变形（方洪渊） 第四章 焊接接头（董俊慧） 第五章 焊接结构的脆性断裂（刘雪松） 第六章 焊接接头和结构的疲劳强度（刘雪松） 第七章 焊接结构类型及其力学特点（王文先） 第八章 焊接结构设计（王文先）

5 《焊接结构学》教材的知识点、重点及难点 第一章 绪论 本章知识点 教学目的 焊接结构的特点（六条优点及三条缺点） 构件焊接性的概念（重点）
第一章 绪论 本章知识点 焊接结构的特点（六条优点及三条缺点） 构件焊接性的概念（重点） 影响构件焊接性的因素 教学目的 帮助学生建立构件焊接性的概念，阐明焊接问题的复杂性，解决问题的可能性。

6 《焊接结构学》教材的重点及难点 第二章 焊接热过程 2.1 基本概念与基本原理 2.2 焊接温度场 2.3 焊接热循环
第二章 焊接热过程 2.1 基本概念与基本原理 2.2 焊接温度场 2.3 焊接热循环 2.4 熔化区域的局部热作用

7 第二章 焊接热过程 内容解读 2.1 基本概念与基本原理 2.1.1 电弧焊热过程概述 知识点：产热机构、散热机构、热量传递方式
2.1 基本概念与基本原理 电弧焊热过程概述 知识点：产热机构、散热机构、热量传递方式 热传播基本定律 知识点：傅立叶定律、牛顿定律、斯蒂芬-波尔兹曼定律、导热微分方程及三类边界条件 焊接热源 知识点：焊接过程中可能涉及到的热源类型、焊接热源的有效热功率、构件几何尺寸的简化、焊接热源模型

8 第二章 焊接热过程 内容解读 2.1 基本概念与基本原理 2.1.3 焊接热源 焊接热源的有效热功率 构件几何尺寸的简化 焊接热源模型
2.1 基本概念与基本原理 焊接热源 焊接热源的有效热功率 热效率系数的定义 有效热功率的数学表达 构件几何尺寸的简化 半无限体 无限大板 无限长杆 焊接热源模型 集中热源模型（点、线、面热源模型） 分布热源模型（高斯热源模型、双椭球热源模型）

9 第二章 焊接热过程 内容解读 2.2 焊接温度场 2.2.1 瞬时固定热源作用下的温度场 2.2.2 连续移动集中热源作用下的温度场
2.2 焊接温度场 瞬时固定热源作用下的温度场 知识点：基本假设、瞬时点热源作用于半无限体时的温度场、瞬时线热源作用于无限大板时的温度场、表面散热情况的处理、瞬时面热源作用于无限长杆时的温度场、叠加原理及其应用条件（线性问题） 连续移动集中热源作用下的温度场 知识点：半无限体上的移动点热源作用下的温度场（固定坐标系与移动坐标系的关系、准稳态温度场的概念）、无限大板上移动线热源作用下的温度场（极限状态的概念及极限状态方程）、无限长杆上移动面热源作用下的温度场 难点：集中热源作用点为数学上的奇异点，其温度值为无穷大，解释集中热源的实用范围及其局限性。

10 第二章 焊接热过程 内容解读 2.2 焊接温度场 2.2.3 高斯分布热源作用下的温度场
2.2 焊接温度场 高斯分布热源作用下的温度场 知识点：高斯热源分布函数、瞬时高斯热源作用下的温度场（分布热源的空间积分、热源集中系数与时间常数的转换）、移动高斯热源作用下的温度场（瞬时高斯热源按时间积分）、带状热源（一维高斯分布热源） 快速移动大功率热源作用下的温度场 知识点：快速移动条件的界定（热源移动速度大于热量传播速度，将高维问题将为低维问题进行求解）、温度场的数学表达 热饱和与温度均匀化 知识点：热饱和的概念、温度均匀化的概念、均匀化时间的计算方法（热沉的引入及叠加原理的应用）

11 第二章 焊接热过程 内容解读 2.3 焊接热循环 2.3.1 焊接热循环及其主要参数 2.3.2 焊接热循环参数的计算
知识点：焊接热循环的定义、热循环主要参数（加热速度、最高加热温度、相变温度以上停留时间、冷却速度t8/5） 2.3.2 焊接热循环参数的计算 知识点：最高加热温度计算、相变温度以上停留时间的计算、瞬时冷却速度的计算 2.3.3 多层焊接时的热循环 知识点：长段多层焊的热循环特点及作用—后热处理、短段多层焊的热循环特点及作用—预热焊接

12 第二章 焊接热过程 内容解读 2.4 熔化区域的局部热作用 2.4.1 热平衡和热源密度 2.4.2 电极的加热与熔化
知识点：有效热功率的估算方法、热流密度的概念、相同线能量条件下熔化情况的差异说明计算模型的局限性 2.4.2 电极的加热与熔化 知识点：电阻热的作用（焊丝和焊条上的温度场计算）、电弧加热焊丝、电极熔化速度 2.4.3 焊接熔池模型（知识拓展内容） 知识点：控制方程组反映能量守恒、动量守恒及流体的连续和不可压缩性、体积力、边界条件的确定

13 《焊接结构学》教材的重点及难点 第三章 焊接应力与变形 3.1 内应力的产生 3.2 焊接应力与变形的形成过程 3.3 焊接残余应力
第三章 焊接应力与变形 3.1 内应力的产生 3.2 焊接应力与变形的形成过程 3.3 焊接残余应力 3.4 焊接残余变形 3.5 焊接残余应力与变形的测量和调控

14 第三章 焊接应力与变形 内容解读 3.1 内应力的产生 3.1.1 内应力及其产生原因 3.1.2 热应变与相变应变
3.1 内应力的产生 内应力及其产生原因 知识点：内应力的特点及分类、热应力及其产生原因、相变应力 热应变与相变应变 知识点：热应变与相变应变的概念、“屈服强度滞后”现象

15 第三章 焊接应力与变形 内容解读 3.2 焊接应力与变形的形成过程 3.2.1 简单杆件的应力与变形
3.2 焊接应力与变形的形成过程 简单杆件的应力与变形 知识点：自由变形、外观变形、内部变形及其相互关系，弹性范围内的应力应变关系（胡克定律） 不均匀温度场作用下的应力与变形 知识点：平截面假设及其适用范围、长板条中心加热条件下弹性阶段和塑性阶段的应力平衡条件（截面内应力之和为零）、板边加热时的应力平衡条件（截面内的合力及合力矩为零）、利用平衡条件求解（弹性和塑性阶段的）应力和应变 焊接引起的应力与变形 知识点：残余应力与残余应变的概念、焊接应力与变形产生的原理、影响焊接应力与变形的因素、材料屈服强度与温度的关系及近似处理（力学熔点）、焊接应力与温度场的关系、焊接应力与变形的演变过程（时空转换的等效性）、焊接热应变循环（弹性阶段和塑性阶段并考虑相变）、脆性温度区间、热裂纹产生机制、热应变脆化。

16 第三章 焊接应力与变形 内容解读 3.3 焊接残余应力 3.3.1 焊接残余应力的分布 3.3.2 焊接残余应力的影响
3.3 焊接残余应力 焊接残余应力的分布 知识点：纵向残余应力产生的原因、特点及分布规律、横向残余应力产生的原因（纵向及横向收缩导致）、特点及分布规律、厚板中的残余应力、拘束状态下的残余应力、封闭焊缝引起的内应力、相变残余应力 焊接残余应力的影响 知识点：对静载强度的影响（脆、塑性材料）、三轴应力问题、对刚度的影响（刚度表达式、刚度与残余应力的关系、抗弯刚度与残余应力的关系）、残余应力对压曲稳定性的影响（残余应力使局部区域提前屈服、导致有效承压面积减小）、对构件精度和尺寸稳定性的影响、对应力腐蚀开裂的影响

17 第三章 焊接应力与变形 内容解读 3.4 焊接残余变形 3.4.1 焊接残余变形的分类 3.4.2 纵向收缩变形及其引起的挠曲变形
3.4 焊接残余变形 焊接残余变形的分类 知识点：七种焊接变形的特点、焊接变形可能带来的问题 纵向收缩变形及其引起的挠曲变形 知识点：纵向收缩引发挠曲变形的原因、纵向收缩力模型、纵向收缩量的计算、挠曲变形量的计算 横向收缩变形及其引起的挠曲变形 知识点：横向收缩引发挠曲变形的原因、横向收缩力模型、横向收缩量的计算、纵向收缩对横向收缩的影响、横向收缩引起的挠曲变形量的计算

18 第三章 焊接应力与变形 内容解读 3.4 焊接残余变形 3.4.4 角变形 3.4.5 薄壁焊接构件的翘曲（波浪变形）
3.4 焊接残余变形 角变形 知识点：角变形产生的原因、角变形沿焊缝长度方向的分布、利用对称焊接减小角变形 3.4.5 薄壁焊接构件的翘曲（波浪变形） 知识点：临界失稳应力、焊缝纵向收缩所导致的压曲失稳（波浪变形）、角变形积累所导致的波浪变形 3.4.6 焊接错边和扭曲变形 知识点：焊接错边产生的原因、扭曲变形产生的原因

19 第三章 焊接应力与变形 内容解读 3.5 焊接残余应力与变形的测量和调控 3.5.1 残余应力与变形的测量方法
知识点：应变、位移及焊接变形的测量方法 3.5.2 焊接残余应力的测量 知识点：残余应力的破坏性测量方法（切条、剥层、切块、钻孔、盲孔、套孔）、残余应力的无损测量方法（x-射线、中子衍射、超声波、磁致伸缩）、相似理论（扩充内容） 3.5.3 焊接残余应力与变形的调整与控制 知识点：焊前措施（预变形、反变形、合理的焊接工艺制订、合理的焊接顺序安排）、焊后措施（机械方法：捶击、碾压、挤压等，加热方法：消应力处理、火焰校形）、随焊措施（刚性固定、减小热输入、预拉伸、温差拉伸、随焊激冷、随焊碾压、随焊捶击、随焊挤压）

20 第四章 焊接接头 内容解读 4.1 焊接接头的一般性能 4.1.1 焊接接头的基本概念 4.1.2 焊接接头的不均匀性及其力学行为
4.1 焊接接头的一般性能 焊接接头的基本概念 知识点：焊接接头的定义、组成、特点（组织与性能的非均匀体）；影响接头的因素（力学方面、材质方面） 焊接接头的不均匀性及其力学行为 知识点：热影响区力学性能（强度、延性、韧性的变化、热塑性脆化）；焊缝金属的组织特征与力学性能的关系；焊接接头组配比的概念及其应力应变关系；低组配接头获得高强度的条件及原因分析 焊缝及接头的基本形式、分类及表示方法 知识点：焊缝的基本形式：对接焊缝与坡口形式；角焊缝：凸、凹、平、不等边角焊缝，焊角尺寸，强度计算截面；接头的基本形式：对接、搭接、T形、角接；焊缝及接头形式的表示方法

21 第四章 焊接接头 内容解读 4.2 焊接接头的工作应力分布和工作性能 4.2.1 应力集中的概念
4.2 焊接接头的工作应力分布和工作性能 应力集中的概念 知识点：应力集中系数，产生应力集中的原因 电弧焊接头的工作应力分布和工作性能 知识点：对接接头中应力分布的特点，余高的作用与载荷性质（动、静载）和材质特点（脆性、塑性）的关系；T形接头上的应力分布特点，焊根焊透与否对接头应力集中的影响；搭接接头上的应力分布特点（正面、侧面角焊缝），搭接长度的确定；联合角焊缝的工作应力分布、盖板接头中工作应力的分布、斜向角焊缝的承载能力与倾角的关系 接触焊接头的工作应力分布和工作性能 （比较与电弧焊接头的异同） 铆焊联合结构与铆焊联合接头（一般了解）

22 第四章 焊接接头 内容解读 4.3 焊接接头静载强度计算 4.3.1 工作焊缝与联系焊缝 4.3.2 强度计算的基本公式及简化计算的基本做法
4.3 焊接接头静载强度计算 工作焊缝与联系焊缝 知识点：工作焊缝与联系焊缝的定义、特点 强度计算的基本公式及简化计算的基本做法 知识点：静载强度计算的基本公式，简化计算的基本假设（8条） 电弧焊接头的静载强度计算 知识点：对接接头的强度计算及强度验算；搭接接头的静强度计算，分段计算法、轴惯性矩法、极惯性矩法，偏心载荷的处理方法，双搭接接头的强度计算；T形接头的静强度计算，开坡口与否的处理方式差异 接触焊接头的静载强度计算 （比较与弧焊接头的异同） 焊缝许用应力 知识点：焊缝许用应力的概念，确定焊缝许用应力的两种方法

23 第五章 焊接结构的脆性断裂 内容解读 5.1脆断事故和研究脆断的意义 5.2 金属材料的断裂及其影响因素 5.2.1金属材料断裂的形态特征
知识点：脆断的特点 5.2 金属材料的断裂及其影响因素 5.2.1金属材料断裂的形态特征 知识点：延性断裂断口的宏、微观特征，断裂机制；脆性断裂的特征即断裂机制（解理断裂、晶界脆断）； 5.2.2 影响金属脆断的主要因素 知识点：影响脆断的因素：应力状态（力学状态图），临界转变温度、加载速度与临界转变温度的关系，材料状态，板厚

24 第五章 焊接结构的脆性断裂 内容解读 5.3 材料断裂的评定方法 5.3.1转变温度方法 5.3.2 断裂力学方法
知识点：冲击试验方法及评定标准，能量标准、断口标准、延性标准；爆炸膨胀试验方法及结果的判定：平裂、凹裂、凹陷和局部开裂、膨胀撕裂，无延性转表温度NDT,弹性转变温度FTE,延性断裂转变温度FTP;落锤试验方法及转变温度的确定；静载试验 5.3.2 断裂力学方法 知识点：材料脆断的能量理论，格里菲斯能量平衡理论及修正，欧文的应力强度方法，平面应力状态、平面应变状态，应力强度因子及其与材料断裂韧性的关系，线弹性断裂力学的的局限性；裂纹张开位移COD，线弹性条件下的断裂判据；弹塑性条件下的COD，带状屈服模型，COD准则；J积分简介 5.4 制造工艺特点与脆性断裂的关系 知识点：应变时效导致局部脆性，组织改变影响脆性，焊接缺陷、角变形及错边的影响，残余应力和塑性变形的影响

25 第五章 焊接结构的脆性断裂 内容解读 5.5 焊接结构抗裂性能与止裂性能的评定方法 5.5.1 脆性断裂过程及焊接结构的两种设计原则
知识点：脆性断裂过程，抗开裂原则，止裂原则 焊接接头抗开裂性能试验 知识点：威尔斯宽板拉伸试验，断裂转变温度的确定；断裂韧度试验方法，COD转变温度；尼伯林克试验方法及评定 5.5.3 止裂试验 知识点：罗伯逊止裂试验，双重拉伸试验

26 第五章 焊接结构的脆性断裂 内容解读 5.6 预防焊接结构脆性断裂的措施 5.6.1 正确选用材料 5.6.2 采用合理的焊接结构设计
知识点：按冲击韧性选材，按断裂韧度选材 5.6.2 采用合理的焊接结构设计 知识点：减小应力集中，减小结构刚度，避免采用过厚截面，注意非主承力焊缝可能引发的问题，减小残余拉应力 5.6.3 用断裂力学方法评定结构安全性（知识扩充） 知识点：概述用断裂力学进行结构安全性评定的原理和方法

27 第五章 焊接接头和结构的疲劳强度 内容解读 6.1 材料及结构疲劳失效的特征 6.2 疲劳试验及疲劳图 6.2.1 疲劳载荷及其表示法
知识点：研究疲劳失效的意义，疲劳失效的特点 6.2 疲劳试验及疲劳图 6.2.1 疲劳载荷及其表示法 知识点：表征疲劳载荷的几个参量：σmax、σmin、σm、σa、r，应力比r与循环载荷的关系 6.2.2 基础疲劳试验及疲劳曲线 知识点：S-N曲线，疲劳强度与疲劳极限 6.2.3 疲劳强度的常用表示法-疲劳图 知识点：σmax \r疲劳图、 σmax\ σa 疲劳图、σa\σm疲劳图、 σmax\σmin疲劳图，各疲劳图之间的关系 6.2.4 各类参数对疲劳强度的影响 知识点：材质、表面状况、循环次数、应力性质、缺口效应

28 第五章 焊接接头和结构的疲劳强度 内容解读 6.3 疲劳断裂的物理过程和断口特征 6.4 焊接接头的疲劳强度计算标准
知识点：疲劳断裂的过程（三阶段），疲劳断裂的断口特征，疲劳裂纹扩展机制 6.4 焊接接头的疲劳强度计算标准 知识点：疲劳许用应力计算公式，TB J (中华人民共和国铁路桥梁刚结构设计规范)

29 第五章 焊接接头和结构的疲劳强度 内容解读 6.5 影响焊接接头疲劳强度的因素 6.5.1应力集中的影响
知识点：疲劳强度系数γ，复合载荷的处理，疲劳强度系数γ与材质及焊缝（接头）形式的关系，疲劳强度与应力集中的关系 6.5.2 近缝区金属性能变化的影响 知识点：组织因素影响裂纹扩展速率，力学性能不均匀性与接头破劳强度的关系 6.5.3 残余应力的影响 知识点：内应力与循环应力的叠加作用，循环应力导致内应力降低与应力比的关系 6.5.4 缺陷的影响 知识点：缺陷类型，缺陷位置，与其他因素的交互作用

30 第五章 焊接接头和结构的疲劳强度 内容解读 6.6 提高焊接接头疲劳强度的措施 6.6.1 焊接结构疲劳强度设计概述
知识点：结构疲劳设计的含义，形状设计：整体结构设计—降低应力峰值，局部结构设计—减小应力集中 6.6.2 疲劳强度设计的一般原则 知识点：十五条原则的基本出发点：一是合理排布焊缝，使其不承受高的峰值载荷，二是尽可能减小应力集中 6.6.3 提高疲劳强度的工艺措施 知识点：降低应力集中；调整残余应力场；改善材料的表面性能；特殊保护措施的采用 6.6.4 提高疲劳强度几种工艺方法的定量分析与比较 （一般了解）

31 第五章 焊接接头和结构的疲劳强度 内容解读 6.7断裂力学在疲劳裂纹所展研究中的应用 6.7.1 裂纹和亚临界扩展
知识点：疲劳裂纹的亚临界扩展和失稳扩展，裂纹扩展速率表达式，帕瑞斯方程（经验公式）、福曼公式、华格公式之间的相互关系及其局限性 疲劳裂纹扩展特性－曲线的一般关系 知识点：应力强度因子范围的门槛值ΔKth，应力强度因子ΔK与裂纹扩展速率da/dN之间的关系及其与断口形式的对应关系，裂纹扩展速率与裂纹尖端张开位移的关系 疲劳裂纹扩展寿命的估算 知识点：疲劳裂纹扩展寿命依据帕瑞斯公式或福曼公式积分后获得疲劳寿命（不适用于应变疲劳）。对于应变疲劳时，用Δδ或ΔJ 作为主要控制参量。

32 第七章 焊接结构类型及其力学特点 内容解读 7.1 焊接结构的基本类型 7.1.1 焊接结构的分类 7.1.2 焊接结构的力学合理性分析
7.1 焊接结构的基本类型 焊接结构的分类 知识点：按用途分类，按结构形式分类，按制造方式分类，按载荷性质分类 焊接结构的力学合理性分析 知识点：结构承载涉及到的力学性能，焊接结构的优点和不足 7.2 焊接结构力学特征 7.2.1 桁架结构及其力学特征 知识点：分类，杆件截面形式，焊接节点形式，力学特征 7.2.2 板壳结构及其力学特征 知识点：分类，基本形式（单壁、板架、箱体结构），力学特征：压力容器、装载容器、箱体等结构上的应力类型 7.2.3 实体结构及其力学特征 （一般了解）

33 第七章 焊接结构类型及其力学特点 内容解读 7.3 焊接结构实例分析（知识扩充，按需选择） 7.3.1 桥梁 7.3.2 焊接容器
7.3 焊接结构实例分析（知识扩充，按需选择） 7.3.1 桥梁 7.3.2 焊接容器 7.3.3 机床机身 7.3.4 焊接旋转体 7.3.5 薄板结构

34 第八章 焊接结构设计 内容解读 8.1焊接结构设计的一般原则 8.1.1 焊接结构设计的一般思路 8.1.2 焊接结构设计的合理性分析
第八章 焊接结构设计 内容解读 8.1焊接结构设计的一般原则 8.1.1 焊接结构设计的一般思路 知识点：焊接结构设计基本要求：实用性为核心，可靠性为前提，工艺性和经济性为约束条件；焊接结构基本方法：许用应力设计法、可靠性设计法、有限元分析辅助设计法 焊接结构设计的合理性分析 知识点：分析的出发点：1、结构是否满足使用要求？2、服役是否安全可靠？3、制造工艺是否简单方便？4、生产成本是否低廉？ 8.1.3 焊接结构设计中应注意的问题（一般了解） 8.2 焊接结构设计实例（按需选择） 8.2.1 机床机身 8.2.2 压力容器 8.2.3薄板结构

35 对教学内容的把握及建议 重点内容：第二、三、四、五、六章 第二章 焊接热过程
特点：焊接专业课程的共性基础，具有很强的理论性，学生接受也有一定的难度。 建议：讲授中尽可能与实际焊接情况联系，注重原理和概念，淡化数学公式的推导，强调已掌握知识的运用。 指导思想：培养学生由实际工程问题中抽象出物理模型，并将其转化为数学模型，进而求解的能力。

36 对教学内容的把握及建议 第三章 焊接应力与变形 特点：本课程的基础知识，重点及难点内容较多，学生接受有一定的困难。
建议：讲授中注意把握时空关系的衔接与转换，经常提醒讨论问题的前提和约束条件。 指导思想：注重掌握应力产生的基本原理，并经常运用这些原理来分析问题，培养应用理论分析问题的能力。

37 对教学内容的把握及建议 第四章 焊接接头 特点：构成焊接结构的核心环节，焊接接头的冶金不完善性、力学不均匀性、几何不连续性使其成为结构中的薄弱部位，可能导致结构破坏的潜在的危险点。 建议：抓住接头性能弱化的原因，强调焊接接头是非均匀体，改善接头的承载能力需要针对最薄弱的环节采取措施。 指导思想：接头的弱点是可以解决的，补强短板可事半功倍。

38 对教学内容的把握及建议 第五章 焊接结构的脆性断裂 特点：焊接结构失效的主要模式之一，焊接结构的设计、制造、使用过程中回避不了的问题。
建议：把握在分析脆断问题时材料力学的局限性和采用断裂力学的必要性。 指导思想：强调量变累积到一定程度会导致质的变化，各转变温度反映了这一特征。

39 对教学内容的把握及建议 第六章 焊接接头和结构的疲劳强度
特点：焊接结构最主要的失效模式，大部分发生于焊接接头，在结构设计、制造、使用过程都必须重点关注的问题。 建议：抓住两条主线（材质性能和几何形状），一个动因（载荷性质与特征），时刻关注应力集中。 指导思想：抓主要矛盾，学会分析复杂问题。

40 对教学内容的把握及建议 第七章 焊接结构类型及其力学特点 特点：从宏观角度（结构层面）分析焊接力学问题 建议：与专业课程设计相结合
指导思想：建立理论与工程实际的联系

41 对教学内容的把握及建议 第八章 焊接结构设计 特点：专业知识的综合运用 建议：与专业课程设计相结合 指导思想：会运用的知识才是真正学会的知识

42 对教学内容的把握及建议 方法的掌握重于知识的学习 能力的培养重于方法的掌握 素质的提高重于能力的培养