1 西安交通大学焊接结构设计与制造课程教学大纲 一、课程基本信息 课程名称 焊接结构设计与制造 Design and Manufacturing of Welded Structures 课程编号 MATL502602 课程学分 2 总学时 24 学时分配 理论: 24 实验: 0 上机: 0 课外: 0 （课外学时不计入总学时） 课程类型 公共课程 通识课程 学科门类基础课 专业大类基础课 专业核心课 专业选修课 集中实践 开课学期 1-1 1-2 2-1 2-2 3-1 3-2 4-1 4-2 5-1 5-2 先修课程 高等数学，材料力学，理论力学 教材、参考 书及其他 资料 使用教材： [1] 方洪渊.焊接结构学.北京：机械工业出版社,2017. 参考教材： [1] 张建勋,刘川.焊接应力变形有限元计算及其工程应用.北京： 科学出版社,2015. [2] D.拉达伊.焊接热效应温度场、残余应力、变形.北京：机械工 业出版社,1997. 二、课程目标及学生应达到的能力 2.1 课程的基本要求 本课程从焊接传热行为出发，以焊接残余应力变形控制措施及机理为核心， 为学生系统讲授内应力产生机理、焊接结构设计、焊接结构制造、焊接残余应力 及变形、焊接结构服役性能及应用之间的关系。主要培养学生利用理论知识解决 实际工程问题的能力，使学生能够在分析结构的服役环境与受力条件的基础上， 能够针对在特定服役环境下对特殊性能、服役寿命或其他需求，提出适用于实际 工程应用的焊接结构绿色设计方案，并设计焊接结构绿色制造工艺流程。 课程教学中，要求教师既要给学生讲授焊接残余应力与变形的产生机理和演 变规律等基础理论知识，使学生掌握焊接结构的设计与制造工艺流程，并能对典
2 型焊接结构的工作应力进行分析，了解焊接残余应力变形、焊接结构静载强度、 断裂韧性及疲劳强度的测试方法和测试原理；还要强调基于焊接结构服役性能优 化的结构设计和结构制造及实际应用，还要强调焊接结构制造、服役和废弃后处 理等阶段中可能对环境与可持续发展产生影响的环节，让学生能够正确评价焊接 结构制备、使用及后续处理等复杂工程对环境、社会可持续发展的影响，让学生 从结构的服役环境出发，能够针对材料在特定服役环境下对特殊性能、服役寿命 或其他需求，完成焊接结构的绿色设计，并选择出相应的绿色制造工艺方法，锻 炼学生理论结合实际的综合能力。 课程组织学生分组讨论，每一组一名组长和若干组员，共同完成老师布置的 课题，并以 PPT 讨论的形式引导学生进行文献调研训练，使学生掌握查阅文献 资料的能力，不断追求最新的知识理论，并结合焊接结构的发展前沿锻炼学生在 焊接结构产品设计、焊接结构工艺规划、焊接结构材料选择、焊接结构生产制造、 焊接结构包装运输、焊接结构使用和报废处理等阶段，除了考虑产品的基本属性 如功能、质量、寿命、成本等之外，还能够并行地、全面地考虑焊接结构生产和 使用周期对环境、社会可持续发展影响的能力，使学生在设计解决方案的过程中 能正确处理二者的关系。 2.2 课程的目标及学生应该达到的能力 1 设计/开发解决方案 在学习焊接应力的产生机理和演变规律、各类典型焊接接头与焊接结构的残 余应力分布特征、焊接结构的设计与制造工艺流程、减小焊接应力变形措施、预 防脆性断裂和疲劳断裂措施的基础上，能够运用焊接力学的相关对焊接结构在实 际应用中的复杂工程问题进行分析，掌握焊接结构的材料在特定服役环境下对特 殊性能、服役寿命或其他需求，完成焊接结构选材、焊接结构设计方案和或制造 工艺流程的设计开发。 支撑毕业要求指标点 3-2：能够针对材料在特定服役环境下对特殊性能、服 役寿命或其他需求，完成材料单元、部件的设计。 2 环境与可持续发展 理解环境保护和可持续发展的理念，熟悉焊接结构制造、服役和废弃后处理 等阶段中可能对环境与可持续发展产生影响的环节，能够正确评价焊接结构制备、 使用及后续处理等复杂工程对环境、社会可持续发展的影响。在焊接结构产品设 计、焊接结构工艺规划、焊接结构材料选择、焊接结构生产制造、焊接结构包装 运输、焊接结构使用和报废处理等阶段，除了考虑产品的基本属性如功能、质量、 寿命、成本等之外，能够并行地、全面地考虑焊接结构生产和使用周期对环境、 社会可持续发展的影响，在设计解决方案的过程中能正确处理二者的关系。 支撑毕业要求指标点 7-2：能够正确评价材料生产和使用周期对环境、社会 可持续发展的影响，在设计解决方案的过程中能正确处理二者的关系
3 课程目标与专业毕业要求的关联关系 毕业 要求 课程 目标 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课 程 目 标 1 M 课 程 目 标 2 M 注：1,2,3.12 对应于专业认证毕业要求 12 条。课程目标与专业毕业要求的 关联关系用 H/M/L 标注。 三、教学内容简介 序 号 章节名称 知识点 参考 学时 1 1 绪论，焊接的热场与流场 1.1 焊接结构力学总论 1.2 焊接热源及温度场 1.3 焊接熔池流动传热 1.4 焊接热循环的影响 焊接热循环，准稳态温度场，高 斯热源，双椭球热源等的概念； 环境保护和可持续发展的理念。 3 2 2 焊接应力 2.1 内应力的产生 2.2 收缩力与应力源模型 2.3 焊接残余应力 2.4 减小焊接残余应力的措施 内应力，内应变，外观变形，平 面应力，平面应变等概念及焊接 应力的产生和演变机制，减小焊 接残余应力的措施。焊接应力问 题与环境保护和可持续发展的 关联关系。 4 3 焊接变形 3 焊接变形的产生 3.1 焊接残余变形分类 3.2 焊接变形的预防 3.3 焊接变形检测与矫正 焊接残余变形分类，焊接变形的 产生，焊接变形的预防，焊接变 形检测与矫正。焊接变形问题与 环境保护和可持续发展的关联 关系。 4 4 4 焊接接头 4.1 焊接接头基本形式 4.2 焊接接头不均匀性 4.3 焊接接头的工作应力分布 4.4 焊接接头静载强度计算 焊接结构基本形式，焊接接头不 均匀性，典型焊接接头工作应力 分布，焊接接头静载强度计算 等。焊接接头特点与环境保护和 可持续发展的关联关系。 3 5 5 焊接结构类型及其力学特点 5.1 焊接结构基本类型 5.2 焊接结构的力学特征 应力集中，典型焊接结构分类， 典型焊接结构的力学行为。焊接 结构类型及其力学特点与环境 保护和可持续发展的关联关系。 2 6 6 焊接结构的脆性断裂 6.1 金属材料的脆性断裂 6.2 焊接结构的特点及其对脆断的影响 6.3 焊接结构抗开裂性能与止裂性能评定方 金属材料的脆性断裂，焊接结构 的特点及其对脆断的影响，焊接 结构抗开裂性能与止裂性能评 定方法，预防焊接结构脆性断裂 3
4 法 6.4 预防焊接结构脆性断裂的措施 的措施。焊接结构脆性断裂与环 境保护和可持续发展的关联关 系。 7 7 焊接接头和焊接结构的疲劳强度 7.1 材料的疲劳断裂 7.2 焊接接头疲劳强度的计算 7.3 断裂力学在疲劳裂纹扩展研究中的应 7.4 影响焊接接头疲劳强度的因素和改进措 施 疲劳强度，疲劳极限，焊接接头 疲劳强度的计算，断裂力学在疲 劳裂纹扩展研究中的应用，影响 焊接接头疲劳强度的因素和改 进措施。焊接结构疲劳断裂与环 境保护和可持续发展的关联关 系。 3 8 8 焊接结构设计 8.1 焊接结构设计的一般原则 8.2 焊接结构设计实例 8.3 焊接结构有限元分析实例 焊接结构设计的一般原则，焊接 结构设计实例，焊接结构有限元 分析实例。焊接结构绿色设计与 环境保护和可持续发展的关联 关系。 2 四、教学安排详表
5 章节顺序 教学内容 学时 分配 教学方式（授课、 实验、上机、讨论） 教学要求 （知识要求及能力要求） 对课程目标的 支撑关系 第一章 焊接结构力学总论 1 授课 使学生了解焊接接头的优点、焊接结构存在的问题，了解焊 接结构的应用，增加学生对专业的认同感。使学生掌握焊接 热过程的分析方法，为焊接应力变形分析打下理论基础。使 学生掌握焊接热过程对环境与可持续发展的影响。 课程目标 1 课程目标 2 焊接热源及温度场 1 授课 焊接熔池流动传热 焊接热循环的影响 1 授课 第二章 内应力的产生 收缩力与应力源模型 2 授课 使学生掌握典型接头焊接应力分布，掌握焊接应力产生机 理，了解焊接应力的控制方法。使学生能够根据焊焊接力学 的各种知识和具体焊接结构的特征对结构的焊接残余应力 方面的工程问题进行分析。使学生掌握焊接残余应力问题对 环境与可持续发展的影响。 课程目标 1 焊接残余应力 1 授课 课程目标 2 减小焊接残余应力的措施 1 授课 第三章 焊接变形的产生 焊接残余变形分类 2 授课 使学生掌握焊接变形的分类，掌握焊接变形产生机理、预防 措施和检测矫正方法。使学生能够根据焊焊接力学的各种知 识和具体焊接结构的特点对结构的焊接残余应力方面的工 程问题进行分析，并设计相应的工艺解决方案。使学生掌握 焊接残余变形问题对环境与可持续发展的影响。 课程目标 1 课程目标 2 焊接变形的预防 1 授课 焊接变形检测与矫正 1 授课 第四章 焊接接头基本形式 1 授课 使学生掌握焊接接头基本形式，掌握焊接接头不均匀性极其 影响。使学生掌握典型焊接接头承载能力的分析方法，并使 学生掌握焊接接头不均匀性现象对环境与可持续发展的影 响。 课程目标 1 课程目标 2 焊接接头不均匀性 1 授课 焊接接头的工作应力分布 焊接接头静载强度计算 1 授课 第五章 焊接结构基本类型 1 授课 使学生掌握焊接结构基本类型及其力学特征。通过课堂讨 论，使学生掌握根据焊接力学理论知识进行结构设计和制造 工艺设计的方法，掌握使学生掌握焊接结构绿色设计对环境 与可持续发展的影响。 课程目标 1 焊接结构的力学特征 1 授课，讨论 课程目标 2