第一章 焊接接头及其特性 1
第一节 焊接接头和焊缝的类型 1
序言 1
第二节 焊接接头的冶金和力学性能的非均质性 5
一、热影响区 5
（一）晶粒长大及其微观组织 5
（二）热影响区的力学性能 6
二、焊缝金属 7
（一）焊缝金属的结晶 7
（二）焊缝金属的成分及力学特性 7
（二）冶金缺口效应 10
四、焊缝金属强度匹配 10
（一）析出物、溶解和过度时效 10
三、析出物及“冶金缺口效应”现象 10
第三节 接头的焊接剩余应力与变形 12
第四节 接头设计和计算 18
一、焊缝布置 18
二、接头形状细节 19
三、接头处的工作应力分布 19
（一）对接接头的工作应力分布 19
（二）搭接接头的工作应力分布 21
（三）十字形接头的工作应力分布 24
四、焊接接头的强度计算 25
（一）特点 25
（二）对接焊缝的计算 28
（三）角焊缝的强度计算 28
（四）不焊透对接焊缝的计算 29
一、断裂性质 32
第二章 焊接结构的脆性和延性失效 32
第一节 断裂分类 32
二、断裂机制 33
（一）解理断裂 33
（二）剪切断裂 34
三、断口形貌 35
第二节 影响金属脆性断裂和延性断裂的主要因素 36
一、温度的影响 36
二、应变速度的影响 37
三、应力状态的影响 38
四、材质的影响 40
（一）厚度影响 40
（三）化学成分的影响 41
（二）晶粒度影响 41
第三节 防断设计 42
一、脆性断裂过程 42
（一）脆性断裂的能量理论 42
（二）脆性和延性断裂的裂纹产生和扩展 45
二、防断设计准则及相关的试验方法 46
（一）焊接结构的设计准则 46
（二）抗开裂性能的测试方法 47
（三）止裂性能的测试方法 93
（四）焊接结构的防断设计实例 111
第四节 焊接结构特点及影响结构断裂失效的因素 116
一、应力集中对焊接结构脆性破坏的影响 118
二、应变时效引起的局部脆化对结构断裂强度的影响 120
三、焊接剩余应力对断裂强度的影响 126
（一）力学性能非均质性的影响 129
四、焊接接头非均质性的影响 129
（二）金相组织非均质性的影响 137
五、焊接缺陷对断裂行为的影响 139
第五节 防止焊接结构脆性断裂的要点 142
一、选材 142
二、设计 150
三、工艺 153
第三章 焊接接头和结构的疲劳强度 154
第一节 疲劳断裂过程和断口特征 154
第二节 疲劳断裂基本概念 157
一、疲劳强度和疲劳极限及相关特性 157
（一）S-N曲线 157
（二）应力循环特性 158
二、焊接结构中疲劳强度的常用表示法 160
第三节 焊接接头的疲劳强度计算 163
一、我国钢结构标准 163
二、欧洲钢结构协会的钢结构疲劳设计规范 167
三、国际焊接学会的循环加载焊接钢结构的设计规范 173
（一）疲劳强度评定程序 174
（二）程序中主要内容 174
（三）累积计算 174
四、前苏联的焊接接头疲劳强度计算方法 175
（一）前苏联国家建筑委员会颁布的标准CHиП． 175
（二）将静载下的许用应力乘以折减系数η方法 182
第四节 断裂力学在焊接结构中疲劳裂纹扩展研究中的应用 183
一、裂纹的亚临界扩展 183
二、疲劳裂纹扩展特性da/dN-△K曲线的一般关系 185
三、影响疲劳裂纹扩展速率的因素 187
四、疲劳裂纹扩展寿命的估算 189
五、裂纹闭合的影响 190
第五节 低周疲劳 192
第六节 影响焊接结构及接头疲劳强度的因素 195
一、应力集中的影响 195
（一）由结构元件设计引起的应力集中及其对结构疲劳强度的影响 195
（二）接头形式引起的应力集中影响 197
（三）缺陷引起应力集中的影响 209
二、应力状态的影响 214
（一）焊接剩余应力对接头疲劳强度的影响 214
（二）应力循环特征r的影响 219
（三）双周载荷对焊接接头疲劳寿命的影响 220
（四）变幅的影响——疲劳损伤的累积方法 223
三、材质的影响 224
（一）材料强度的影响 224
（二）焊缝金属和热影响区的影响 225
（三）焊缝金属强度匹配的影响 228
四、尺寸因素的影响 229
五、板材边缘切割的影响 231
第七节 提高焊接接头和结构疲劳强度的措施 231
一、降低构件中的应力集中系数 231
（一）采用合理的构件结构形式 231
（二）合理地选择接头形式 232
二、考虑疲劳强度的其他设计措施及合理性 236
三、提高焊接结构疲劳强度的工艺措施 237
（一）TIG熔修 237
（二）预过载法 237
（三）局部加热及挤压法 239
（四）Gunnert s方法 240
（五）锤击法 240
五、补救措施 243
四、保护措施——塑料涂层 243
第四章 焊接结构的应力腐蚀和腐蚀疲劳 245
第一节 应力腐蚀 245
一、概述 245
（一）拉伸应力的存在 245
（二）在特定的合金和介质组合条件下产生应力腐蚀开裂 245
（三）应力腐蚀开裂多呈脆性状态 245
二、分类 246
三、应力腐蚀三要素 247
（一）应力 247
（二）材质 248
（三）介质 252
四、断裂力学在应力腐蚀研究中的应用 252
（一）悬臂梁试验 254
（二）楔加载的WOL试验 256
（三）应力腐蚀裂纹长大速率 257
五、减少和防止焊接元件应力腐蚀的措施 259
（一）设计因素 259
（二）工艺措施 260
（三）涂层保护 260
第二节 腐蚀疲劳 260
一、概述 260
二、腐蚀疲劳裂纹产生与扩展的特点 261
（一）腐蚀疲劳裂纹产生特性 261
（二）腐蚀疲劳裂纹扩展特性 262
三、影响因素 263
（一）材料成分和组织结构对腐蚀疲劳的影响 263
（二）腐蚀介质的影响 263
（三）应力循环特性与频率的影响 265
（四）阴极保护的影响 269
（五）应力集中的影响 270
（六）尺寸因素的影响 270
（七）含氧量等的影响 271
四、提高腐蚀疲劳强度的措施 271
（一）TIG熔修 271
（二）其他措施 272
第五章 基于“合于使用”原则的焊接结构安全评定 274
第一节 “合于使用”原则（Fitness for Purpose）及其发展 274
第二节 “合于使用”评定标准的基本参量 275
一、应力参量 275
二、缺陷 276
（一）分类 276
（二）缺陷的处理方法 282
三、断裂韧度 283
第三节 瞬时断裂（弹性、弹塑性和延性断裂）的评定 287
一、以断裂力学为基础的评定方法 287
（一）COD设计曲线 287
（二）考虑屈服流动影响的几种断裂力学评定方法 290
（三）以J积分参量为主的评定方法 303
（四）ASME锅炉及压力容器规范第Ⅺ篇附录A 305
（五）KTA规则 306
二、宽板拉伸试验在焊接结构的“合于使用”原则评定中的应用 308
三、局部法 316
（一）概念 316
（二）处理解理断裂的Beremin模型的理论基础 316
（三）方法概述 317
四、体积型缺陷的评定 319
（一）断裂力学方法 320
第四节 疲劳断裂评定 320
一、结构中平面缺陷的疲劳评定 320
（二）简化的评定程序 331
二、结构中体积缺陷的疲劳安全评定 339
三、形状不完整性的评定 340
四、咬肉的评定 340
五、疲劳评定的步骤概况 341
（一）说明 341
（二）步骤 341
六、中国、日本等国有关标准的疲劳评定要点 342
（一）CVDA—84标准 342
（二）日本WES-2805K标准 344
（三）ASME锅炉及压力容器规范第XI篇附录A 345
第五节 对环境助长裂纹的评定 345
一、应力腐蚀开裂的评定 346
二、腐蚀疲劳的评定 347
第六章 焊接结构的失效分析 348
第一节 焊接结构的失效分类 348
一、拒收的原因 348
二、服役中失效的原因 348
第二节 失效分析的程序、步骤和内容 348
一、分析程序 348
二、失效分析一般步骤 349
三、内容 349
（一）原始资料的收集和样品选择 349
（二）失效构件的初步检查 351
（三）无损检测 351
（四）力学性能试验 352
（五）选择、保存和清洗断裂表面 352
（六）断口分析 353
（八）化学分析 354
（九）断裂力学试验和模拟试验 354
（十）分析所有的物证、写出结论和报告 354
（七）金相检查 354
第三节 焊接结构失效根源的论述 355
一、电弧焊件的失效根源 355
（一）气孔 355
（二）氧化 355
（三）化合物 355
（四）热裂纹 355
（五）冷裂纹 356
（六）焊缝外形不良 356
（十）随意引弧和火焰挖眼、开孔 357
二、电渣焊缝的失效根源 357
（八）未焊透和未熔合 357
（九）夹渣 357
（七）脆性 357
三、气电焊失效根源 358
第四节 事故分析举例 358
一、脆性破坏事故 358
（一）某容器经焊接修理后的脆性破坏 358
（二）电动机转子的失效 360
二、疲劳破坏事故 361
（一）桥梁失效示例 361
（二）装载车辆部件的疲劳裂纹 364
三、应力腐蚀失效举例 364
四、腐蚀疲劳失效事故 365
参考文献 367