焊接应力变形原理若干问题的探讨(一)
浅谈焊接过程中的变形成因及对策与措施
浅谈焊接过程中的变形成因及对策与措施随着我国焊接工艺的快速发展，其应用范围越来越广泛，比如既可以应用于金属材料的焊接，又可以用于非金属材料的焊接，从而有效推动了我国工业发展的步伐。
但是，在焊接的过程中，常常会出现变形问题，从而严重影响了加工件的质量，不利于后期的工业生产活动，而且还造成了一定的损失。
因此，我們必须要研究加工件焊接过程中导致变形的原因，然后采取有力的措施加以解决。
标签：焊接；变形；成因一、焊接过程中产生变形的原因在焊接的过程中，导致变形现象发生的原因有很多，我们必须要分析各种原因，了解清楚产生变形的影响因素，然后才能对症下药，采取有力的措施加以防范。
具体来讲，加工件在焊接过程中出现变形的原因有以下几种。
1.加工件本身的问题加工件在焊接的过程中出现变形问题，一部分原因是加工件自身存在的问题。
2.界面和尺寸问题从加工件的刚度表现来看，比如钢结构，其刚度一般都是体现在抗伸、抗拉、弯曲等几个方面的能力，而这几个方面的能力均受到截面和尺寸大小的影响。
比如在焊接的过程中，如果桁架的横截面没有达到相应的规范，那么就会产生纵向变形的情况；再比如在焊接的过程中，如果遇到丁字形等形状的截面，钢结构也会因为其抗弯刚度不符合要求，最终出现弯曲变形的情况。
3.加工件的刚度问题在某些加工件的焊接过程中，由于加工件的刚度不符合要求，经过相关的焊接处理后，在加工件的焊缝布置上出现了严重不均匀的情况，从而就导致出现比较严重的收缩情况，特别是在那些焊缝比较多的地方，其出现的变形程度就会随之增多。
4.焊接工艺问题加工件的焊接过程出现变形，除了其自身的原因之外，具体的焊接工艺也是原因之一。
比如在焊接的过程中，由于人们没有将电流控制到位，直接导致加工件受热不均匀，最终就出现了焊接变形的情况；再比如在处理多层的钢板焊接时，一般情况下，对于每一层的焊接缝来讲，其所需要的收缩量都是不一样的，如果层数太多的话，最终发生变形的几率也就更大。
影响焊接变形的原因以及控制措施探讨
在焊接过程中使用夹具和支撑，限制结构的自由度，控制变形方向。
04
实际案例分析
案例一
原因 • 施工环境因素：如温度、湿度等对焊接变形产生影响。
• 焊接工艺因素：如焊接电流、电弧电压等参数影响。
案例一
• 钢结构自身因素：如材料厚度、结构形式等对焊接变形 产生影响。
案例一
控制措施
• 焊接工艺优化：通过合理的焊接参数选择，减少焊 接变形。
焊接变形的影响因素
焊接工艺参数
焊接电流、电弧电压、焊接速度等工艺参 数对焊接变形有重要影响。
材料的物理性能
材料的热膨胀系数、导热性、相变温度等 物理性能对焊接变形也有影响。
焊缝设计和接头形式
焊缝尺寸、坡口角度、接头形式等因素都 会影响焊接变形。
装配和固定方式
装配和固定方式不当也会导致焊接变形。
影响焊接变形的原因以及控 制措施探讨
2023-11-07
目录
• 焊接变形概述 • 焊接变形的原因分析 • 控制焊接变形的措施 • 实际案例分析
01
焊接变形概述
焊接变形的定义
焊接变形是指金属在焊接过程中，由于施焊电弧的高温作用 ，使金属局部受热不均匀，冷却后发生形状和尺寸的变化。
焊接变形包括收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形、波 浪变形等多种形式。
焊接变形的分类
根据变形的来源，焊接变形可以分为两类：一类是由于焊接过程中的热变形引起 的，另一类是由于结构本身刚度不足或应力不均衡引起的。
热变形是由于焊接过程中局部高温加热和冷却不均匀，导致金属热胀冷缩不协调 而产生的。
结构本身刚度不足或应力不均衡引起的变形是由于结构在焊接过程中受到不均匀 加热和冷却的影响，以及结构本身刚度不足等因素导致的。
浅析焊接应力与焊接变形的产生原因与控制措施
浅析焊接应力与焊接变形的产生原因与控制措施发布时间：2021-11-23T07:49:15.621Z 来源：《工程管理前沿》2021年19期作者：宋建义王龙庆[导读] 随着焊接技术不断进步，现代焊接向着大型化、高精度的方向发展，如何采取措施控制减小金属构件在焊接过程中发生的应力与变形，从而提高焊接质量有着十分重要的现实意义。
宋建义王龙庆中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东青岛 266111摘要：随着焊接技术不断进步，现代焊接向着大型化、高精度的方向发展，如何采取措施控制减小金属构件在焊接过程中发生的应力与变形，从而提高焊接质量有着十分重要的现实意义。
关键词：焊接应力焊接变形产生原因控制措施焊接应力和变形是指焊接过程中焊件中产生的内应力和焊接热过程引起的焊件的形状和尺寸变化，在焊接过程中，由于焊件局部的温度发生变化，产生应力变形。
进而导致了构件产生变形。
因此，通过对焊接结构及焊接变形的分析，通过对焊接工艺焊件结构设计等方面采取有效措施，从而提高焊接质量及工作效率。
一、焊接应力与焊接变形产生的原因焊接应力，是焊接构件由于焊接而产生的应力。
焊接过程中焊件中产生的内应力和焊接热过程引起的形状和尺寸变化。
焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形和比容不同的组织是产生焊接应力和变形的根本原因。
当焊接引起的不均匀温度场尚未消失时，焊件中的这种应力和变形称为瞬态焊接应力和变形；焊接温度场消失后的应力和变形称为残余焊接应力和变形。
在没有外力作用的条件下，焊接应力在焊件内部是平衡的。
焊接应力和变形在一定条件下会影响焊件的功能和外观，因此是设计和制造中必须考虑的问题。
1、焊件的不均匀受热（1）对构件进行不均匀加热，在加热过程中，只要温度高于材料屈服点的温度，构件就会产生压缩塑性变形。
冷却后，构件就会有残余应力。
（2）焊接过程中焊件的变形方向与焊后焊件的变形方向相反。
（3）焊接加热时，焊缝及其附近区域将产生压缩塑性变形，冷却时压缩塑性变形区要收缩。
浅析焊接应力与焊接变形产生的原因及控制措施
除此之外， 焊接方法 、接头 形式 、坡 口形 式、坡 口角度 、焊 件装配 间隙 、对 口质量 、
轴 ；对 于不对称 的焊接 结构 ，采 用合理 的焊 接 顺 序 ，均 会 使 焊 接 变 形 明 显 减 少 。 再 次 ，焊 缝 坡 口形 式 的合 理 选 择 也 很 重要 。焊 缝的坡 口形式对 焊接变 形的影 响较 大 焊缝 的坡 口角度越 大，熔敷 金属 的填 充 量 就 越 大 ， 沿 着 板 厚 方 向 的 横 向 收 缩 就 越 不 效 的控 制 它 ， 之 危 害程 度 降至 最 小 。 使 均 匀 ，焊 接 变 形 就 越 大 。 通 常 情 况 下 ，不 开 控 制 内应 力 的方法 其基 本 要求 有两 个 ： 坡 口的焊缝 因为熔 敷金属 填充量 小， 比开坡 焊件 上热量 尽量均匀 和尽量 减少对 焊缝 自由 口的焊缝焊接变形要小。 收缩 的限制 。通 常采用的工艺措施有两种 ： 一 最后 ，应尽量 减少不 必要 的焊 缝 。在 焊 是采 用合理 的装配 与焊接顺 序 。主 要是在装 接 结构设计 中 ，常用筋板 来提 高钢 结构 的稳 配和 焊接 的顺 序安排 上尽量 使焊缝 能 自由的 定 性和 刚度 ，但 是筋板数 量太 多，焊缝过 于 收缩， 可有 效的控制焊接应力 ；二是采用焊 密 集 ，产 生的热 量大 ，焊 接变形就 越大 因 便 前 预 热 泵 技 术 ， 焊 工 件 各 部 位 的温 差 越 大 ， 被 此 ，应在保 证构件 强度 的情况下 ，尽量减 少 焊 缝 的 冷 却 速 度 越 快 则 焊 接 接 头 的 残 余 应 力 不必 要 的焊 缝 。 ２ 、选 择 合 理 的焊 接 方 法 和 并 规 范操 作 越 大 。预 热 既 能 减 小 工 件 各 部 位 的 温 差 ， 能 又 减 缓 冷 却 速 度 ， 以 是 降 低 焊 接 残 余 应 力 的有 所 选 择 焊 接 方 法 和 规 范 的原 则 是 ：在 保 力 措 施 之 一 。 预 热 可 分 为 局 部 预 热 或 整 体 预 证焊 接质量 和力学 性能 的前提下 ，选用较低 热 。对刚性大 、厚度大 的工件 ， 应整体 预热， 的线 能量 ，能有 效地防止 焊接变形 。例如 ： 这样降低残余应 力的效果更佳 。 埋 弧 自动焊 与手工 电弧焊 相 比，功 率大 ，热 除 了上面 两种 控制 应力 的 方法外 ， 还有 利用 率高 ，焊接速 度快 ，焊缝收缩 小 ，焊接 在焊 接结构 的设计上采 取措施 ， 例如 ： 称布 变 形就小 ；气焊 比电弧焊 的焊后变 形大 ，也 对 置焊 缝 、避 免封 闭焊 缝等 。以及对 阻碍焊接 是 因为气焊 时 ，焊 件受热 范围大 ，加上焊接 接头 自由收缩 的部位加温， 使之与焊缝 同步伸 速度 慢 ，使 金属受 热体积 增大 ，导 致焊后变 缩， 种方法称为 “ 应法 ”。 这 减 形大 。用二 氧化碳 气体保 护焊代替 手工 电弧 ２ 消除 焊 接 应 力 的 方 法 、 焊 ，不仅 生产效率 可 以提 高，而且 焊接变形 消 除焊 接应 力 的 方 法 主 要 有 ： 处 理 法 、 热 也小 。 ３ 、采用反变形法进行焊接变形控制 机械法、振动法 。 根 据 生 产 中 已经 发 生 的焊 接 变 形 的规 焊后热 处理 是消除残余应力的有效方法， 也是 广泛采用 的方法 。它可 分为整 体热处理 律 ，预先把 焊件人 为地制成 一个变 形 ，使这 和 局 部 热 处 理 。 一 般 是 将 被 焊 工 件 加 热 到 Ａ 个 变 形 与焊 接 后 发 生 的变 形方 向相 反而 且 １ 线 以下， 保温均 匀， 再缓慢冷却， 以达到残余应 数值 大小相 等， 以达到防 止产生焊接 残余变 力 消 除 。 ￣ Ｑ ３ Ｂ １ Ｍ Ｒ 料 焊 后 热 处 理 的 形 。这种方 法在实 际生产 中使用较广 泛 。例 Ｈ２ ５ 、 ６ｎ 材 温 度 一 般 选 为６ ５ ±２ ℃ 。 ２℃ ５ 如 ：采用外 力或夹 具将构件 紧压在具 有足够 机 械 法 ， 机 械 的 方 法 施 加 外 力 使 冷 却 刚度 的平 台上，使 它产生 一个反变 形，然后 用 后 的 焊 缝 金 属 产 生 延展 ， 达 到 消 除 应 力 的 目 以 再进行焊接。 ４ 、矫 正 焊 接 变 形 的 方 法 的 ， 种 方 法 叫 机 械 法 消 除 应 力 。 如 锤 击 焊 这 缝 ： 卷板机 上压辗焊 缝 ： 焊缝结构 实行有 在 对 当前矫正 焊接变 形的方法 主要有 两种 ： 控制的过载等都是机械法消除应力的方法 。 是机 械矫 正法 。即利用外 力使被焊 金属产 振动法泵技术 ， 水泵技术， 泵阀技术， 水泵 生与 焊接变 形方 向相反的 塑性变形 ，使两者 Ｃ Ｄ 泵数值模拟 ， Ｆ， 以低 频率震动整个构件 以达 相互 抵消 。除压力 外，还可用 锤击法 来延展 到 消 除应 力 的 目的 。 焊缝 及其周 围压缩 塑性变形 区域的金 属 ，达 三 、 焊 接 变 形 的控 制措 施 与消 除 方 法 到 消 除 焊 接 变 形 的 目的 ：二 是 火 焰 加 热 矫 正 焊 接变 形 决定 于结 构参 数 （ 包括 焊件 结 法 。即利用 火焰局邵 加热 时产 生的压 缩塑性 构 的 几 何 形 状 、板 厚及 焊 缝类 型 等 ） 材 料 参 变 形 ， 使 较 长 的 金 属 冷 却 后 收 缩 ， 来 达 到 矫 、 数 （ 括 基 体 材 料 、焊 接 材 料 种 类 和 状 态 ） 包 和 正变 形 的 目的 。矫正应 遵 循如 下两 个原 则 ： 制作因素 （ 包括焊接 工艺、焊接参数、组焊程 ①矫 正位置要 正确 。须分析构 件变形 的原 因 序等） 。因此控制焊接变形 也得从这些方面入 及构件 的 内在 联系 ，搞 清各部 件相互 间的制 手。 约关 系。②矫 正顺序要 正确 。先矫正 主要变 １ 、从焊缝着手控制焊接变形的措旌 形 ，后 矫正次 要变形 ，多种矫 正方法 并用时 首 先 ， 要 选 择 合 理 的 焊 缝 尺 寸 。焊 缝 尺 要注意几种方法 的先后顺序 。 寸 的 大 小 不 仅 关 系 到 焊 接 工 作 量 ， 而 且 对 焊 接 变 形 也 产 生 较 大 的 影 响 。焊 缝 尺 寸 过 大 ， 参考文献： 焊 接 量 就 大 ，焊 接 变 形 就 越 大 ； 而 过 小 的 焊 ｆ ］ 洪 哲 田 辉 鹅 《 接 应 力 和 变 形 １ 张 焊 缝 尺 寸 ， 由于 冷 却 速 度 过 快 ，容 易 产 生 一 系 的 控 制 方 法 》 ［ ］ 企 业 科 技 与 发 展 ２ ０ Ｊ ９ ０ 列的焊接 缺陷 ，影响焊 接质量和 降低焊缝 的 （ ）： ２ 【 】 江 《 接 变形 的 控 制 和 预 防 》 【】 ２朱 焊 Ｊ 力学性 能。 因此 ，在保 证结构承 载力和焊 缝 ０ ９（ 的焊接质 量的前 提下 ，应选取最 小 的焊缝 尺 电 焊机 ２ ０ ８） ）； 【 】熊 大 胜 《减 少 大 型 焊 接 结 构 件 变 ３ 寸。 其次 ，应安排 合理 的焊缝位 置 。对 于焊 形的措 施》 【］ 金属加 工 （ Ｊ 热加 工 ） ２ １ ００ 缝 位置 的选取 ，应尽可 能在对称 于截面 中性 （２）。 轴 ，或接 近于 中性轴 的位置上 安排焊缝 。对 于对称 的焊接 结构 ，焊 缝布置应 对称于 中性
焊接变形产生的原因及预防措施24页word文档
第一章焊接应力与变形焊接时，由于局部高温加热而造成焊件上温度分布不均匀，最终导致在结构内部产生了焊接应力与变形。
焊接应力是引起脆性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂和失稳破坏的主要原因。
另外，焊接变形也使结构的形状和尺寸精度难以达到技术要求，直接影响结构的制造质量和使用性能。
因此，本章主要讨论焊接应力与变形的基本概念及其产生原因；焊接变形的种类，控制焊接变形的工艺措施和焊后如何矫正焊接变形；焊接应力的分布规律，降低焊接应力的工艺措施和焊后如何消除焊接残余应力。
第一节焊接应力与变形的产生一、焊接应力与变形的基本知识1.焊接变形物体在外力或温度等因素的作用下，其形状和尺寸发生变化，这种变化称为物体的变形。
当使物体产生变形的外力或其它因素去除后变形也随之消失，物体可恢复原状，这样的变形称为弹性变形。
当外力或其它因素去除后变形仍然存在，物体不能恢复原状，这样的变形称为塑性变形。
物体的变形还可按拘束条件分为自由变形和非自由变形。
在非自由变形中，有外观变形和内部变形两种。
以一根金属杆的变形为例，当温度为T0时，其长度为L0，均匀加热，温度上升到T时，如果金属杆不受阻，杆的长度会增加至L，其长度的改变ΔL T=L- L0，ΔL T就是自由变形，见图1-la。
如果金属杆件的伸长受阻，则变形量不能完全表现出来，就是非自由变形。
其中，把能表现出来的这部分变形称为外观变形，用ΔLe表示；而未表现出的变形称为内部变形，用ΔL表示。
在数值上，ΔL=ΔL T-ΔLe，见图1-lb。
单位长度的变形量称为变形率，自由变形率用εT表示，其数学表达式为：εT=ΔL T/L0=α(T-T0) （1-1）式中α——金属的线膨胀系数，它的数值随材料及温度而变化。
外观变形率εe，可用下式表示：εe=ΔLe/ L0（1-2）同样，内部变形率ε用下式表示：ε=ΔL/L0（1-3）2.应力存在于物体内部的、对外力作用或其它因素引起物体变形所产生的抵抗力，叫做内力。
焊接应力产生的原因及处理方法
焊接应力产生的原因及处理方法焊接是一种常见的金属连接方法，常用于制造业和修复工程中。
然而，焊接过程中产生的焊接应力却是一个常见的问题，可能导致焊接结构的变形、开裂甚至破坏。
了解和处理焊接应力是非常重要的。
一、焊接应力的原因1. 温度梯度引起的收缩应力：焊接过程中，焊接区域会受到短时间内的高温冲击，而周围区域的金属温度则较低。
这样的温度梯度将导致焊接区域产生热收缩，而周围区域则保持相对稳定，从而引起焊接应力。
2. 相变引起的体积变化：在焊接过程中，金属的结构可能发生相变，如固态相变或晶体结构重排。
这些相变往往伴随着体积的变化，从而引起焊接区域的应力。
3. 材料匹配问题：如果焊接材料与基材存在差异，如化学成分、热膨胀系数等方面的不匹配，焊接过程中可能会引起应力。
4. 焊接变形的限制：焊接过程中，由于局部加热和相变的影响，金属可能发生形状变化。
而焊接变形的限制，如约束或夹具，会阻碍焊接结构的自由变形，从而产生应力。
5. 焊接过程参数的选择：焊接过程中的工艺参数选择不当，例如焊接速度、电弧电流或电压等方面的选择错误，可能导致焊接区域过热或冷却不充分，进而产生焊接应力。
二、焊接应力的处理方法1. 预热和后热处理：预热焊接材料可以减少焊接区域的温度梯度，从而降低焊接应力的产生。
后热处理可以通过对焊接结构进行加热和冷却的控制，缓解或消除焊接应力。
2. 选择合适的焊接材料：选择合适的焊接材料，包括焊丝、焊条和填充材料，可以减少焊接区域与基材之间的差异，从而降低焊接应力。
3. 使用轻量化结构设计：在焊接结构的设计过程中，考虑减少焊接材料的使用量，避免产生不必要的焊接应力。
4. 控制焊接过程参数：通过合理选择焊接速度、电流、电压等参数，控制焊接过程的热输入和冷却速度，从而降低焊接应力的产生。
5. 合理约束和夹具设计：在焊接过程中，合理约束和夹具的设计可以防止过大的焊接变形，减少焊接应力的产生。
三、对焊接应力的个人观点和理解焊接应力是焊接过程中的一个常见问题，对于确保焊接结构的长期稳定和性能的发挥至关重要。
浅谈焊接应力及变形控制的研究
般情， 使接头塑性变形 区增大。
一
１ ． ３ 焊接 方法 的 影响
多种 焊接方法 的热输入 差别较大 ，在焊 接常用 的几种焊接 方法 中，除电渣以外，埋弧焊热输入最大，在其他条件 如焊缝断面积等相 同情况下，收缩变形最大 ，手工电弧焊居中，Ｃ ０ ２ 气体保护焊最小。
科学技术
浅谈焊接应 力及变形控制 的研究
宋桂来
（ 徐水 县 职业 技术 教 育中 心 ，河北 保定 ０ ７ ２ ５ ５ ０ ）
。
摘 要 ：为有 效控 制 因焊 件 的不 均 匀膨 胀 和 收缩 而造 成 的焊接 变 形 ，就焊接 变形 和焊接 应 力 的各种 影 响 因素进 行分析 ，提 出 了相 应 的控 制措施 关键 词 ：焊接 变形 ； 焊接应 力；热 过程 ；焊接 工 艺
在焊接 技术发展如火 如茶的今天 ，形式各异 的焊接机械、焊接方 法 日新月异 ，焊接技术成 了一个 关键 的课题 。但在作业过程中，由于 焊接 产生 的焊 接残余应 力和残余变 形 ，严重 影响着焊接 的质量 ，因 而，急需采用合理的方法予以控制。 焊接过程 实际上是在焊件局部 区域加热后又冷却凝 固的热过程 ， 但 由于不均匀温度 场，导致焊件不均匀的膨胀和收缩，从而使焊件 内 部产生焊接应力而引起焊接变形 。常见的焊接应力有：１ ） 纵向应力 ； ２ ） 横 向应力 ；３ ） 厚度方 向应力 。常见 的焊接变形 有：１ ） 纵 向收缩变 形；２ ） 横向收缩变形 ；３ ） 角变形 ；４ ） 弯 曲变形；５ ） 扭曲变形 ；６ ） 波浪 变形。针对这 些不 同种类 的焊接变形和应力分布 ，追溯根源 ，具体进 行研究控制。 １焊接 变形的控制措施 全面分析各因素对焊接 变形的影 响，掌握其影响规律 ，即可采取 合 理 的 控 制措 施 。
焊接应力与变形产生的原因及对策
焊接应力与变形产生的原因及对策
焊接过程中，由于焊接热量的作用，会引起材料的膨胀和收缩，从而产生应力和变形。
这些应力和变形会影响焊接件的尺寸精度、强度和耐久性，甚至导致焊接件出现裂纹和变形失效。
造成焊接应力和变形的原因主要有以下几个方面：
1. 热应力：焊接过程中，由于焊接热量的作用，使得焊接区域的温度急剧升高，从而引起材料的扩张和收缩。
这种温度差异会产生热应力，导致焊接件发生变形和应力。
2. 冷却应力：焊接完成后，焊接件会迅速冷却，冷却速度过快会导致焊接件表面和内部温度梯度过大，产生冷却应力，进而引起应力和变形。
3. 材料不匹配：焊接材料的热膨胀系数、熔点、硬度等物理性质不同，容易导致焊接区域产生应力和变形。
4. 焊接结构设计不合理：焊接结构设计不合理，如焊接位置不当、焊接接头不够强壮等，容易导致应力集中和变形。
针对焊接应力和变形的问题，可以采取以下对策：
1. 控制焊接热量：采用合适的焊接参数，控制焊接热源的大小和位置，以减少焊接区域的温度梯度，从而降低应力和变形。
2. 加强冷却措施：在焊接完成后，采取适当的冷却措施，如缓慢冷却、局部加热等，以减少焊接件的冷却速度，从而降低冷却应力。
3. 选择合适的焊接材料：选择合适的焊接材料，如选择热膨胀
系数和熔点相似的材料，可以减少焊接区域的应力和变形。
4. 优化焊接结构设计：优化焊接结构设计，加强焊接部位的加强设计，采用适当的焊接方式和焊接技术，可以减少应力集中和变形。
总之，采取合适的对策，可以有效地控制焊接应力和变形，提高焊接件的质量和性能。
焊接应力与焊接变形产生的原因及控制措施
浅析焊接应力与焊接变形产生的原因及控制措施摘要：随着社会不断地进步，对于高新科技的精密性要求越来越严格，焊接也慢慢被逐步要求现代化、大型化等多种趋势发展，而传统意义的焊接中会产生多种很难规避的质量问题，如何发展采取措施减小金属在焊接过程中不产生焊接应力和焊接变形，在现实中具有非常重要的意义。
关键词：焊接应力；变形：原因；控制中图分类号：tg404 文献标识码：a1焊接应力与焊接变形产生的原因1.1焊接应力产生的原因焊接应力产生的主要原因是因为在焊接过程中局部会产生高温引起形状或尺寸的变化，焊缝的内应力和母材压应力数值平衡，焊接口也冷却到原始温度后，这时候应力状态就叫做焊接应力。
1.2焊接的不均匀受热焊接过程中是向母材焊口之间加热，目的是为了让焊材局部产生高温使得母材部分融化粘合在一起，从而完成焊接的过程。
所以让焊材局部产生高温，使得其不均匀受热是焊接的第一步。
对母材进行不均匀加热，在其持续加热的过程中，只要达到母材的熔点温度，就会构件就会产生可塑性变形，一般情况下，粘合冷却后就会产生一定的焊接残余应力。
而在其中个别过程中，由于不均匀受热，焊件的变形方向和焊后的变形方向是相反的，在其中焊件的应力一般分布是不均匀的，一旦完成整个焊接后，焊口附近的残余应力一般是属于拉应力。
1.3焊接变形产生的原因在焊接过程中是把母材的焊口局部加热到高温状态，导致焊材材质上温度不均匀，并且焊接热循环的过程中会使得组织内部发生转变，体积变化的过程中会受到体积并未发生变化时的阻碍，这样焊接口就会产生变形，这就是焊接变形产生的主要原因。
1.4金属组织的变化一般焊接过程中持续把母材局部温度加热，金属内部的体积组织状态也就会发生变化，金属为固体状态时成键作用是金属阳离子与其他自由电子之间会有相互作用，并无分子间的作用力，所以其物理属性和化学属性均取决于金属键，在焊接过程中局部持续加热，焊口部分金属熔化，金属键产生断裂。
当焊缝金属重新冷却后，由于它与母材金属之间是紧密联系的，而焊缝金属并不能自由重新收缩成熔化前的形状，由此也会产生焊接应力和变形。
模块焊接后变形原因分析
模块焊接后变形原因分析一、焊接热源引起的模块变形1.焊接热量引起的温度差异：在焊接过程中，焊接点会受到高温的热源，而其他区域则处于常温或低温状态，因此产生了焊接点周围的温度差异。
这种温度差异会引起局部热膨胀和冷却收缩，从而导致模块的变形。
2.焊接产生的应力：焊接过程中，焊缝会产生应力，尤其是焊接结构复杂或材料厚度不一致的模块。
这些应力会导致模块发生变形。
二、焊接过程中的工艺参数导致的模块变形1.焊接速度不均匀：焊接过程中，如果焊接速度不均匀，会导致焊接点的温度不均匀，从而引起焊接点周围的变形。
2.焊接过程中的应力控制不当：焊接过程中，过大或过小的应力都会导致模块的变形。
比如焊接时过大的挤压力会压扁焊缝，而焊接时过小的挤压力则容易导致焊接不牢固。
三、材料变形导致的模块变形1.焊接材料的热膨胀系数不同：焊接材料的热膨胀系数不同，当在焊接过程中受到高温热源时，热膨胀系数较大的材料会产生较大的膨胀，从而导致模块的变形。
2.材料的残余应力：在焊接过程中，材料会产生残余应力。
如果这些残余应力不能得到适当的释放，会导致模块在后续使用过程中继续变形。
四、设计和加工误差导致的模块变形1.模块设计不合理：模块的设计不合理，如强度不足、刚度不够等问题，会使模块在焊接过程中更容易发生变形。
2.零件加工精度不高：如果焊接之前的零件加工精度不高，即使焊接过程中没有其他问题，也会导致模块变形。
综上所述，模块焊接后的变形有多种原因，包括焊接热源引起的热膨胀和冷却收缩、焊接产生的应力、焊接过程中的工艺参数、材料的热膨胀系数和残余应力以及设计和加工误差等。
为了减少模块焊接后的变形，可以从控制焊接参数、选用合适的材料、进行适当的热处理、改善设计和加工精度等方面入手，并在焊接前进行充分的分析和优化设计。
焊接应力与变形概述
第一节焊接应力与变形概述
一、焊接应力与变形的概念
在焊接过程中，焊接应力和与焊接变形的产生是不可避免的。
焊接过程结束，焊件冷却后残留在焊件上的内应力为焊接
应力也叫焊接残应力。
焊接过程中焊接产生了不同程度的变形，焊接过程结束，焊接冷却后残留在焊件上的变形为焊接残余变形。
焊接残余应力是造成裂纹的直接原因，使承载能力和使用寿命降低。
二、焊接应力与变形产生的原因
物体在某些外界条件下（如应力、温长等）的影响下，其形状和尺寸可能发生变化。
焊接是一种局部不均匀加热的工艺过程，加热温度高，加热冷却速度快。
焊件局部因为温度升高而膨胀，又因为温度升高，局部材料的强度降低，由于受到接头周围金属的限制而不能自由膨胀，当压应力大于材料的屈服强度时，产生压缩塑性变形。
当焊缝冷却后收缩，由于受到接头周围金属而限制而不能自由的收缩而受到拉伸，产生拉应力即焊接残余应力。
焊件上的温度分布
总之，焊接时的局部不均匀加热与冷却是产生焊接应力和焊接变形的主要原因。
浅析焊接应力及变形的措施与方法
浅析焊接应力及变形的措施与方法摘要：在焊接过程中，由于受到多种因素的影响，使得焊接的结构发生了变化。
笔者就焊接过程中应力和变形产生的原因，以及控制与消除这种焊接应力和变形的措施简单阐述如下。
关键词：焊接应力焊接变形改善提高控制意识技术能力减弱随着经济的发展，国内外的工程结构焊接质量，直接与焊接技术有关，焊接应力是焊接纹裂及变形产生的原因，如何才能最大的避免焊接结构的破坏，这就需要我们应该尽量减少和消除焊接应力。
一、焊接应力与变形概念焊接应力，是焊接构件由于焊接而产生的应力。
焊接过程中焊件中产生的内应力和焊接热过程引起的焊件的形状和尺寸变化。
焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形和比容不同的组织是产生焊接应力和变形的根本原因。
当焊接引起的不均匀温度场尚未消失时，焊件中的这种应力和变形称为瞬态焊接应力和变形;焊接温度场消失后的应力和变形称为残余焊接应力和变形。
在没有外力作用的条件下，焊接应力在焊件内部是平衡的。
焊接应力和变形在一定条件下会影响焊件的功能和外观，因此是设计和制造中必须考虑的问题。
焊接变形是指钢构件在未受荷载前，由于施焊电弧高温引起的变形为焊接变形。
包括缩短、角度改变、弯曲变形等。
二、焊接应力的产生以及危害在焊接过程中由于焊件热传递的不平衡产生不均匀的温度场，使得材料产生不均匀的膨胀与收缩，从而形成内应力场。
另外，焊件在热力循环作用下，焊缝内部的金属发生变化，产生了对应的应力变化，在温室下，在焊接过程中由于内应力的影响，再加上焊接力学性、受压稳定性、尺寸稳定性和加工精度等影响，产生了焊接形状变化。
1.按产生应力的原因第一种原因是热应力它是在焊接过程中，焊件内部温差所引起的应力，随着温度的消失而消失，并且是引起人裂纹的力学原因。
第二种是相变应力焊接过程中，局部内部温差所引起的应力，随着温度的消失而消失，并且是引起热裂的力学原因。
第三种是塑变应力在焊接过程中产生的，由于在温度的变化产生的塑性变化。
焊接应力变形原理若干问题的探讨
焊接应力变形原理若干问题的探讨摘要：金属结构在常温情况下是稳定的，但在焊接过程中，受热部位会产生焊接应力和变形，如不对此情况展开控制措施，就不能够保证产品质量，甚至使产品报废。
传统的焊接工艺中会产生多种很难避免的质量问题，如何发展采取措施减小在焊接过程中不产生焊接应力和焊接变形，在现实中具有非常重要的意义。
关键词：焊接应力;变形原理;问题探讨1.焊接应力与焊接变形产生的原因与焊接接头区产生的缩短不协调应变相对应在构件中会形成自身相平衡的内应力，即为焊接应力。
焊接接头区金属在冷却到较低温度时，材料恢复到弹性状态;此时若有金属组织变化，则伴随体积变化出现相变应力。
焊接热输入引起材料不均匀加热，使焊缝区熔化，在热传导作用下致使焊接接头形成了高温区，材料的发生热膨胀则受到周围母材形成的低温区域的限制，产生不均匀的压缩塑性变形;在冷却过程中已产生的压缩塑性变形的这部分材料又受到周围材料的限制而不能自由收缩，不同程度上又被拉伸而卸载;与此同时熔池凝固金属冷却收缩也产生相应的应力与变形，也就是高温焊缝区受到拉应力，在焊接接头区产生了缩短的不协调应变。
2.焊接应力的危害在温度、时间等的作用下焊接应力会逐渐变低，这种降低容易造成焊接件的整体形状、尺寸发生一些变化。
因受阻而发生焊接区收缩的拉应变，当其超出该材料的承受范围时，则会在焊接区造成裂纹焊接区的应力状态往往复杂多变，且峰值往往很高，在高应力区常常发生过塑性拉伸，降低材料的塑性及工件的抗疲劳强度。
这对承受动载荷的结构危害很大。
应力腐蚀速度受到拉应力的影响会加快。
3.消除焊接应力的方法3.1控制焊接应力的产生通常采用的工艺措施有：预热法。
因为通常被焊部件各部位的温差越大，焊缝的冷却速度越快。
那么焊接接头的残余应力就越大。
预热既能减小工件各部位的温差，又能减缓冷却速度。
它是降低焊接残余应力的有力措施之一;采用合理的焊接次序。
是尽量使焊缝能比较自由的收缩，尤其是对那些收缩比较大，残余应力比较大的焊缝。
焊接应力变形原理若干问题的探讨(一).
第29卷第6期2O O8年6月焊接学报V01.29No.6 TR ANSACll0NS OF THE CHINA WEIDING INS,rn飞JrllON June2008焊接应力变形原理若干问题的探讨(一王者昌(中国科学院金属研究所,沈阳110016摘要:在焊接加热和冷却过程中,组成焊件的小窄条之间不可能存在完全刚性拘束,端面不可能保持平面,会分别产生凸出和凹进,平截面假设不成立。
不用平截面假设也可以得到类似的焊接残余应力分布。
焊缝不存在残余压缩塑性应变,只存在拉伸应变,‘焊缝和近缝区残余压缩塑性应变分布和大小的传统观点不成立。
提出新的近似用熔池最宽处温度分布表示的拉伸塑性应变分布原理图及其相应的计算公式。
关键词:焊接应力应变;平截面假设;压缩塑性应变;拉伸塑性应变中图分类号:删文献标识码:A文章编号:0253—3印x(200806一cID仍一04彳毒旦O序言一般认为,焊缝和近缝区存在残余拉应力,两侧则存在与其平衡的压应力。
残余拉应力的存在可能引起焊接冷裂纹、结构脆断、应力腐蚀开裂和疲劳寿命降低等不良后果,压应力则可能导致薄壳结构失稳翘曲变形,从而影响焊接质量…。
20世纪30年代以来焊接应力变形问题一直受到人们的关注【20]。
为分析焊接应力变形,奥凯尔勃洛姆旧]提出了平截面假设,关桥对平截面假设提出质疑;传统观点认为焊缝存在压缩塑性应变和残余压缩塑性应变¨’3。
80;而文献[9—11]则认为焊缝不存在压缩塑性应变;文献[6]认为,残余压缩塑性应变应示为玩K纽。
残余压缩塑性应变为加热时产生的压缩塑性应变与冷却时产生的拉伸塑性应变之差,文献[11]认为两者之差不应该是玩脚。
可以看出,上述诸问题还没有统一认识,进行深入讨论是必要的。
以下讨论薄板单道焊焊接纵向应力应变相关问题。
由于要讨论的问题较多,受篇幅所限,每篇文章只能讨论2~3个问题,故将分成若干篇文章进行讨论。
1关于平截面假设在分析板材焊接应力变形时,板材可看作由若干互不相连的小窄条组成,若每根小窄条都可按自己被加热或冷却到的温度自由变形,则板条的端面收稿日期:20町一03一13应为与温度相对应的曲面。
关于焊接变形和焊接应力的探讨
关于焊接变形和焊接应力的探讨摘要：在工业生产中，焊接工作的有效科学发展能够推动我国的机械行业的健康发展，因此我们在焊接工作进行过程中，一定要注意焊接的质量，同时对于影响焊接质量的各种因素给予及时的发现并且处理，只有这样我国的焊接工作才能够有更好更快的发展。
关键词：焊接变形；焊接应力；探讨在机械焊接的过程中，难免会出现焊接变形问题，同时还会产生焊接应力。
焊接变形同焊接应用对于焊接工作有着非常大的影响，会严重的影响焊接的质量。
因此文章针对焊接过程中的焊接变形和焊接应力进行详细的阐述和分析，希望通过文章的阐述和分析，能够为我国的机械行业的焊接加工质量及工作的提升作出一定的贡献。
1 焊接应力与焊接变形的定义1.1 焊接应力钢材在焊接过程中，焊件部位会因为焊接时的局部高温产生不均的温度场。
高温时，有一部分钢材会产生很大的膨胀和伸长，但由于受到邻近钢材的约束影响，会在焊件内部产生较大的收缩应力。
在焊接的过程中，这种收缩应力伴随着焊接时间的变化和温度的升降变化不断的改变，而这种收缩应力就被定义为焊接应力。
1.2 焊接变形焊接构件在焊接及逐渐冷却的过程中，由于焊接构件局部受热且受热不均，同时焊接构件冷却也不均，因此焊接构件不仅会产生焊接应力，还会产生各种变形。
这种焊件产生的变形，被称为焊接变形。
2 焊接变形及焊接应力出现的主要原因2.1 焊接件受热不均匀按照有关的实践分析可知，在焊接过程中出现焊接应力与变形的根本原因为在焊接操作时受力不均匀所导致。
焊接件焊机的位置引焊接操作的实施而发生热涨状况，但是没有焊接的位置因不存在热涨现象进而阻止了热涨变形。
因此，导致焊接完成后发生严重的焊接变形。
2.2 焊接金属出现收缩焊接工作实际就是将要融化焊接木材然后再进行金属填充，在常态下是一种全塑状态，在焊接操作的过程中只会出现自身的变形而没有带动亦或拉动其他的金属变形，从而导致金属发生收缩的现象，造成焊接变形的出现。
2.3 焊接件刚性约束焊接件本身存在的刚性约束同焊接过程中出现焊接应力及焊接变形之间存在着必要的联系。
焊接应力产生的原因及处理方法
焊接应力产生的原因及处理方法标题：焊接应力产生的原因及处理方法导语：在焊接工艺中，焊接应力是一种常见的问题，它可能导致构件变形、开裂等严重的质量问题。
为了更好地理解焊接应力的产生原因及处理方法，本文将从深度和广度两个方面对该主题进行全面评估，以期为读者提供有价值的信息和启示。
一、焊接应力的产生原因1. 材料热收缩差异：焊接过程中，材料因受热而膨胀，当冷却时会发生热收缩。
不同材料的热膨胀系数差异较大，导致在焊接过程中产生应力。
2. 相变引起的体积变化：某些材料在焊接过程中经历相变，如共晶反应或相变析出等，会导致体积的瞬间变化，从而引发焊接应力。
3. 焊接变形限制：焊接接头的几何形状和位置限制了焊接变形的释放途径，导致应力集中在焊接区域，进而产生焊接应力。
二、焊接应力的处理方法1. 控制焊接温度：控制焊接过程中的温度，使其在允许的范围内进行，以减少热膨胀引起的应力。
2. 优化焊接序列：在焊接过程中，按照从外围到内部、从低应力到高应力的顺序焊接，以减少焊接应力的积累和集中。
3. 热处理：对焊接后的构件进行适当的热处理，如回火、退火等，以减少焊接应力的残留。
4. 预应力：通过施加适当的拉力或压力，预先引入相反方向的应力，以抵消焊接应力。
5. 设计优化：在构件设计阶段就考虑焊接应力的问题，通过调整结构形状、选择合适的焊接方法等方式，减少应力的产生。
个人观点和理解：焊接应力是焊接过程中不可避免的问题，但我们可以通过合理的控制方法来减少其产生。
在我看来，焊接应力的处理是一项需要综合考虑材料、焊接工艺和结构设计等因素的任务。
只有在整个焊接过程中的每个环节都加以重视和精益求精，才能有效地减轻焊接应力对构件的影响。
总结：本文对焊接应力的产生原因进行了深入分析，并提出了一系列处理方法。
通过控制焊接温度、优化焊接序列、热处理、预应力和设计优化等措施，我们可以最大限度地降低焊接应力的影响，提高焊接质量。
在实际工程应用中，我们需要综合考虑各种因素，并选择合适的方法来应对焊接应力问题。
探讨焊接应力与焊接变形成因及管控
探讨焊接应力与焊接变形成因及管控1 焊接应力1.1 焊接应力产生机理及影响因素焊接时的局部不均匀热输入是产生焊接应力与变形的决定因素，焊接热输入引起材料不均匀局部加热，使焊缝区融化，而与熔池毗邻的高温区材料的热膨胀则受到周围材料的限制，产生不均匀压缩塑性变形，在冷却过程中，已发生压缩变形的这部分材料又受到周围条件的制约，而不能自由收缩，在不同程度上又被拉伸而卸载;与此同时，熔池凝固，金属冷却收缩也产生相应的收缩应力与变形，使得焊接接头区产生不协调的应变，称为初始应变或固有应变。
与此相对应，在构件中会形成自身相平衡的内应力，通常称为焊接应力;而焊后，在在室温条件下，残留于构件中的内应力场和宏观变形，称为焊接残余应力与焊接残余变形。
焊接应力与焊接材料（主要包含材料特性、热物理常数及力学性能）、焊接接头形状和尺寸、焊接工艺参数，焊接结构（结构形状、厚度及刚性）有关。
1.2 焊接应力的分类1.2.1 接应力在焊件空间位置一维空间应力沿着焊件—个方向作用;二维空间应力应力在—个平面内不同方向上作用;三维空间应力应力在空间所有方向上作。
1.2.2 按产生应力的原因（1）热应力它是在焊接过程中，焊件内部温差所引起应力，随着温度的消失而消失，并且是引起热裂纹的力学原因。
（2）相变应力焊接过程中，局部金属发生相变，相比容增大或减小而引起的应力。
（3）塑变应力在焊接过程中，在近逢高温区的金属收到热胀冷缩受阻生产的塑性变形。
2 焊接变形2.1 焊接变形特点焊接是不均匀的加热过程，热源只集中在焊接部位，且以—定速度向前运动，局部受热膨胀金属能引起焊件在空间发生各种形态的变形，焊缝凝固和冷却发生收缩，变形是在焊接开始便产生，并随着焊接热源的移动和焊件上温度分布变化而变化。
焊接变形与焊件的形状尺寸、焊缝在工件的位置、焊缝的坡口形状、材料的热物理性能以及加热条件有关。
2.2 焊接变形的分类焊接过程中随着时间而发生的变形称为焊接瞬间变形，工件焊完冷却后，焊件上残留的焊接变形为焊接残余变形，我们更注重焊接残余变形，它对焊件质量和使用性能产生影响。
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收稿日期:2007-03-13焊接应力变形原理若干问题的探讨(一)王者昌(中国科学院金属研究所,沈阳 110016)摘 要:在焊接加热和冷却过程中,组成焊件的小窄条之间不可能存在完全刚性拘束,端面不可能保持平面,会分别产生凸出和凹进,平截面假设不成立。
不用平截面假设也可以得到类似的焊接残余应力分布。
焊缝不存在残余压缩塑性应变,只存在拉伸应变,焊缝和近缝区残余压缩塑性应变分布和大小的传统观点不成立。
提出新的近似用熔池最宽处温度分布表示的拉伸塑性应变分布原理图及其相应的计算公式。
关键词:焊接应力应变;平截面假设;压缩塑性应变;拉伸塑性应变中图分类号:TG404文献标识码:A文章编号:0253-360X(2008)06-0073-04王者昌0 序 言一般认为,焊缝和近缝区存在残余拉应力,两侧则存在与其平衡的压应力。
残余拉应力的存在可能引起焊接冷裂纹、结构脆断、应力腐蚀开裂和疲劳寿命降低等不良后果,压应力则可能导致薄壳结构失稳翘曲变形,从而影响焊接质量[1]。
20世纪30年代以来焊接应力变形问题一直受到人们的关注[2,3]。
为分析焊接应力变形,奥凯尔勃洛姆[3]提出了平截面假设,关桥对平截面假设提出质疑;传统观点认为焊缝存在压缩塑性应变和残余压缩塑性应变[1,3-8];而文献[9-11]则认为焊缝不存在压缩塑性应变;文献[6]认为,残余压缩塑性应变应示为B 0KKB 0。
残余压缩塑性应变为加热时产生的压缩塑性应变与冷却时产生的拉伸塑性应变之差,文献[11]认为两者之差不应该是B 0KKB 0。
可以看出,上述诸问题还没有统一认识,进行深入讨论是必要的。
以下讨论薄板单道焊焊接纵向应力应变相关问题。
由于要讨论的问题较多,受篇幅所限,每篇文章只能讨论2~3个问题,故将分成若干篇文章进行讨论。
1 关于平截面假设在分析板材焊接应力变形时,板材可看作由若干互不相连的小窄条组成,若每根小窄条都可按自己被加热或冷却到的温度自由变形,则板条的端面应为与温度相对应的曲面。
实际上,组成板材的小窄条之间互相约束。
假设板端面始终保持平面,在焊接加热过程中,金属受热膨胀,板端面平移,产生伸长应变$,在冷却过程,降温收缩,板端面平移,产生缩短应变$l ,形成了如图1[3]所示的应力应变分布,图中d 为缩短应变宽度。
上述平截面假设对于只掌握材料力学知识的人在分析焊接应力变形时是有帮助的。
但实际上,上述小窄条之间的约束不是完全刚性的,端面不可能保持平的。
1963年关桥在其研究生学位论文中就指出平截面假设的不足:/如图1 在平板上堆焊时的应力应变F ig 11 Stress -strai n distrbution of steel plate duri ng surfacing第29卷第6期2008年6月焊 接 学 报TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INS TI TUTIONVol.29 No.6June 2008果钢焊接时平截面假设在其计算残余应力值方面的缺点被钢的较大收缩塑性变形储备所掩盖的话,那么对钛而言,平截面假设造成的计算残余应力值大大高于试验值0。
在此,关桥指出平截面假设对钛合金不适用,但未否定对低碳钢的适用性。
在焊接加热时,热源前方的金属受热膨胀,组成板材的小窄条由于互相约束,不能完全自由膨胀,只能部分膨胀,焊件中部产生凸出,另一部分则引起应力和应变(包括弹性应变和塑性应变),板中部产生压应力和压应变,两侧则为拉应力和拉应变。
板边端面产生伸长的位移$A ,如图2所示。
同样,在冷却过程中,板条降温收缩因互相约束不能完全进行,即只能部分收缩,焊件中部产生凹进,另一部分则引起应力和应变,平截面假设不成立。
板中部产生拉应力和拉应变(包括弹性拉伸应变和塑性拉伸应变),两侧为压应力和压应变,板边端面产生缩短的位移$B ($B >$A ),如图2所示。
可以看出,不用平截面假设,照样可得到类似图1所示的应力应变分布。
图2 平板焊接时的变形Fig 12 Deformation of plate duri ng welding2 焊接应力应变发展过程如图3所示的焊接应力应变发展过程,作者在文献[11]中已做了比较详细的介绍,这里对应力应变过程只做简单说明。
断面Ñ取自熔池前沿,中心区升温高于两侧金属,其膨胀受阻产生压应力和压应变,两侧金属产生拉应力和拉应变,应力应变分布如图3b 所示。
文献[12]将焊缝定义为:/焊件焊接后形成的结合部分0。
对熔焊而言,焊缝系指经熔化)凝固后形成的那部分金属。
据此定义,熔池及熔池前的待熔化金属都不能称为焊缝。
将熔池和待熔化金属看作图3 低碳钢板焊接时温度场和应力应变分布Fig 13 Temperature and s tress -s train di s tribution during weld -ing of low carbon steel是焊缝,这与事实相违背。
文献[9-11]证明焊缝不存在压缩塑性应变。
图3b 所示待熔化金属的压缩塑性应变不能算作是焊缝承受的应变。
焊缝应力应变的起点不选在热源正下方的熔池处,即温度场中最高温度连成的抛物线(图3a 中虚线)的顶端,这是因为此处温度极高,熔池处于过热状态,不可能在此温度下凝固。
也就是说此处焊缝尚未形成,也不会有焊缝的应力应变。
由于热滞后作用,熔池的凝固要迟到于热源一定距离。
熔池凝固首先在熔池边界处而不在熔池中心发生。
只有在焊接温度场最高温度连线(图3a 中虚线)与熔池边界的交点,也是与熔合线的交点,即熔池最宽处才刚74焊 接 学 报第29卷刚开始凝固结晶,也就是说此处才开始形成焊缝,也开始了焊缝应力应变形成过程。
或者说焊缝所处的那部分金属,经熔化/退火0,应力应变完全消失后又重新开始产生应力应变,即开始产生焊缝应力应变,故取此断面(图3a断面ÒÑ)作为比较标准和计算焊缝应力应变的起点。
由于后面将要提到的原因(焊接残余应力不是压缩塑性应变引起的),近缝区的压缩塑性应变没有与拉伸塑性应变进行累计。
断面Ó,Ô,Õ和Ö的应力应变分布如图3c,d, e,f所示,由此可看出冷却过程中的应力应变发展过程,也可看出,焊缝不存在压缩塑性应变。
在文献[11]中作者有两处错误,在此给以订正。
其一是原文图4c中应力应变符号标错,正负号颠倒。
不过原文的文字叙述是正确的。
上述错误是校对疏忽所致,订正后如图3c所示。
其二是在给出焊缝拉伸塑性应变的公式时,忽略了板端面的缩短平移,即图1中的$l。
考虑这一因素,焊缝和近缝区拉伸塑性应变为A A l(T0-T r)-(R rt-R rc)E(1)式中:A为焊缝和近缝区以外的金属对其拘束程度不同而引入的系数,略小于1;A l为线膨胀系数;T0为断面Ò的温度分布;T r为室温;R r t为焊缝中心残余拉应力;R rc为最大残余压应力;E为弹性模量。
冷却到室温时焊缝的拉伸塑性应变为A A l(T m-T r)-(R rt-R rc)E(2)式中:T m为熔点温度。
3关于残余塑性应变传统观点认为,焊缝存在残余压缩塑性应变[1,3-8]。
文献[6]给出残余压缩塑性应变分布,如图4中的B0KKB0所示。
按照文献[6]的观点,残余压缩塑性应变应是图4中的bcddcb ff b减去KF FKK,其差值是bcddcb g-gb,如图5a阴影部分所示。
比较图4与图5a,可看出,B0KKB0与bcddcbggb明显不同。
即残余压缩塑性应变的分布不可能是B0KKB0。
文献[9-11]指出,焊缝不存在压缩塑性应变。
从图3也可看出焊缝不存在压缩塑性应变,只有冷却收缩受阻产生的拉伸塑性应变。
考虑到焊缝不存在压缩塑性应变,焊缝两侧金属的残余压缩塑性应变分别为bcdhigb,如图5b阴影部分所示。
如果只考虑冷却过程中产生的拉伸塑性应变,根据文中的计算公式,焊缝和近缝区产生的拉伸塑性应变可以图4长板材焊接时的应力应变Fig14Stress and strain di s tribution in a long welded plate近似地用熔池最宽处所在断面的温度分布表示,如图6所示。
该图实际上是图3f斜阴影部分的放大。
考虑到熔池液态金属能够承受很小的应力,拉伸塑性应变如图7所示。
比较图6与图4中的B0KKB0,两者形状类似,但意义却完全不同。
其一是图6中焊缝和近缝区承受的是拉伸塑性应变,图4中的B0KKB0则为残余压缩塑性应变;其二是图6中仅仅焊缝处塑性应变为常量,而图4中不仅焊缝而且近缝区塑性应变也为常量。
图5长板条焊接时的残余压缩塑性应变分布Fig15Res idual compress ive plas tic strain di s tribution in a long welded plate近缝区到熔合线的距离不同,加热到的最高温度明显不同,产生的压缩塑性应变也明显不同,在近第6期王者昌,等:焊接应力变形原理若干问题的探讨(1)75图6 平板焊接时的拉伸塑性应变分布F ig 16 Tensile plastic strai n distribution in a weldedplate图7 平板焊接时的拉伸塑性应变分布F ig 17 Tensile plastic strai n distribution in a welded plate缝区范围内残余压缩塑性应变不可能是常量。
图8为实测的钛合金不协调应变即残余压缩塑性应变分布[1]。
从图8可以看出,在近缝区范围内不协调应变发生急剧变化。
比较图8与图4,图5可看出,图4,图5所示的残余压缩应变分布是不合理的。
图8 TA2钛板氩弧焊的不协调应变分布Fig 18 Distributi on of incompatible strain during TIG weldingfor titanium alloy4 结 论(1)组成板材的小窄条之间的拘束不可能是完全刚性的,加热时凸出,冷却时凹进,平截面假设不成立。
(2)平截面假设只是分析应力变形时采用的一种手段,提出不用平截面假设照样可以获得类似的焊接残余应力分布。
(3)图4B 0KKB 0所示的残余压缩塑性应变分布的传统观点不成立。
焊缝不存在压缩塑性应变,只存在拉伸塑性应变。
(4)提出如图6,图7所示的可以近似用熔池最宽处温度分布表示的拉伸塑性应变分布原理图。
焊缝不存在压缩塑性应变,只存在拉伸塑性应变和拉伸弹性应变。
焊缝拉伸塑性应变为A A l (T m -T r )-(R rt -R rc )P E 。
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