结构焊接应力与变形的控制
焊接过程中应力与变形控制
焊接过程中应力与变形控制摘要焊接应力与变形是直接影响焊接结构性能、安全可靠性和制造工艺性的重要因素，了解其作用与影响，采取措施进行控制与消除，对于焊接结构的完整性设计和焊接工艺方法的选择以及产品在运行中的安全评定都有重大意义。
关键词焊接应力；焊接变形；规律；控制焊接是一种特殊而又重要的加工工艺，随着焊接技术的发展，一个重要技术课题是控制焊接件的焊接变形以提高产品制造精度，使焊件焊后加工量减少或不加工即可用于精度要求高的机械产品中，因此，了解焊接应力产生机理，掌握结构件焊接变形规律，在焊接工艺中采取措施进行控制和消除，从而保证焊接质量。
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。
焊接结构件焊接变形的控制
焊接结构件焊接变形的控制摘要：焊接是通过加热或加压的方式，将两个工件的原子进行结合，使工件连接到一起的一种加工艺。
焊接在人们的生产生活中应用较为广泛，无论对于金属物质还是非金属物质都可应用。
内应力指的是物体在没有收到外力的情况下，自身存在的应力，它在物体内部自相平衡，也就是说，物体内部的应力相加为零；而焊接应力指的是在焊接过程中，焊件内存在的应力；焊接变形指的是在进行焊接时，由于焊件受热不均匀或温度场不均匀导致焊件发生形变。
基于此，本文将对焊接结构件焊接变形的控制对策进行分析。
关键词：焊接变形；机械制造；措施1焊接变形的机理在众多的焊接方法当中，电弧焊由于设备轻便，搬运灵活，适合于钢结构的施工作业等特点，成为主要的焊接方法。
电弧焊就是在钢构件连接处，借助电弧放电所产生的高温，将置于焊缝部位的焊条或焊丝金属熔化，同时将工件的表面熔化，形成焊接熔池，将两块分离的金属熔合在一起，从而获得牢固接头的焊接方法。
在施焊过程中，焊件会发生变形，这种变形是暂时性的。
当焊接完毕以后，构件完全冷却，会有一部分变形残留下来，形成焊接变形。
焊接变形的实质取决于两个方面，一是焊缝区的熔融焊缝金属在冷却凝固收缩时产生了变形，导致构件发生纵向、横向或者角变形；二是焊缝区以外的焊件区域。
由于熔融焊缝金属会将高温传递到焊件上，在焊件上形成热影响区，焊件在被加热和随后冷却的过程中产生变形，这种变形是一种单纯的热变形，如果焊件的热变形受到本身的刚度限制，就会引起焊件的变形。
2焊接变形产生的影响首先，对静载荷的影响。
在焊接构件中，当纵向拉伸的残余应力较高时，可以拉近某些材料的屈服强度。
当受到外在工作应力时，同方向的应力会进行相互叠加，就会使该区域发生变形，导致工件不能继续承载外力，使焊接构件的有效承载面积减少。
其次，对刚度的影响。
在焊接构件中，如果内应力方向与外载荷方向是一致的，当受到外载荷作用时，焊接工件的刚度就会下降。
并且焊接工件所发生的变形在卸载之后是无法进行恢复的。
焊接应力、焊接变形的产生和控制
力。 焊接变形 ， 即由于 焊接而引起 的焊件变形 。 焊 接变形 包括 焊接过 程 中的变 形 和焊接 残余 变形 。焊后焊件不 能消失 的变 形 ， 为焊接残 称 余 变形。我们将 主要讨 论焊接 残余应 力 、 接 焊 残余 变形 的产 生和控制 。 １焊 接残余 应力 与焊 接残余 变 形产 生 的
原 因
影响 焊接 应力与变形 的因素很多 ， 最根本 的原因是焊件受热不均匀， 其次是由于焊缝金 属 的收缩 、 金相组织 的变 化及焊件 刚性 的不 同 所致。 另外。 焊缝在焊接结构中的位置、 装配焊 接顺序、 焊接方法、 焊接电流及焊接方向等对 焊接应力与焊接变形的大小、 向、 方 分布等也 都有 一定影响 。 ２焊接残余应力和焊接残余变形的分类 ２ ． １焊接残余应力
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工 业 技 术
焊接应 力 、 接变形 的产 生和控制 焊
李 季
（ 齐齐哈 尔市 自来水集 团广源给水 工程有限公 司， 黑龙江 齐齐哈 尔 １ １０ ） ６ ０ ５
摘 要： 影响焊接 应 力与 变形 的 因素很 多 ， 最根本 的原 因是 焊件 受热 不均 匀， 其次 是 由于 焊缝金 属 的 收缩 、 相组 织 的 变化 及 焊件 刚 金 性 的 不 同所致 。本文 将主要 讨论 焊接 残余 应 力、 焊接 残余 变形 的产生 和控制 。
２ ． ４按焊接应力在焊接结构 中存在的情 况划 分 单向应力 （ 线应力） ；两向应力 （ 平面应 力 ） 向应力 （ ；三 体积应力 ） 。 ２ ． 内应力 的发生 和分 布范围划 分 ５按 第一类应力 ， 又称宏观应力 ； 第二类应力， 又称微观应力； 第三类应力 ， 它的平衡范围更 小， 其平衡范围只可用品格尺寸来比量。 焊接残余变形 ， 焊接变形分为六种基本变 形形式 ： 变形 ： 向收缩变 形 ； 向收缩变 收缩 纵 横 形； 弯曲变形 ； 角变形 ； 波浪变形 ； 曲变形； 扭 错 边变形 。 ３焊接残余应力、焊接残余变形的控制 措施 针对这些不同种类的焊接残余应力和焊
减少焊接接应力和焊接变形的措施
减少焊接接应力和焊接变形的措施1、减少焊接接应力和焊接变形的措施1.1、减少焊接应力的措施：1）、安装过程中的措施结采取合理的焊接顺序。
在焊缝较多的组装条件下，根据构件形状和焊缝的布置，采取先焊接收缩量较大的焊缝，后焊接收缩量较小的焊缝；先焊拘束度较大而不能自由收缩的焊缝，后焊拘束度较小而能自由收缩的焊缝。
在满足设计要求的条件下，尽量减小焊缝尺寸。
不应加大焊缝尺寸和余高，要转变焊缝越大越安全的观念。
在构件组装施工时，严禁强力对口和热膨胀法对口以减小焊接拘束度。
拘束度越大，焊接应力越大，尽量使焊缝在较小拘束度下焊接或在自由状态下施焊。
安装时焊接过程控制：对接接头的焊接采用特殊的左右两根同时施焊方式，操作者分别来取共同先在外侧起焊，后在内侧施焊的顺序，自根部起始至面缝止，每层次均按此顺序实施。
根部焊接，根部施焊应自下部超始出处超越中心线10mm起弧，与定位焊接接头处应前行10mm收弧，再次始焊应在定位焊缝上退行1Omm起弧，在顶部中心处熄弧时应超越中心线至少15mm并填满弧坑；另一半焊接前应将前半部始焊及收弧处修磨成缓坡状并确认无未熔合即未熔透现象后在前半部焊缝上引弧。
仰焊接头处应用力上顶，完全击穿；上部接头处应不熄弧连续引带至接头处5mm时稍用力下压，并连弧超越中心线至少一个熔池长度（10一15mm）方允许熄弧。
次层焊接，焊接前剔除首层焊道上的凸起部分及引弧收弧造成的多余部分，仔细检查坡口边沿有无未熔合及凹陷夹角，如有必须除去。
飞溅与雾状附着物，采用角向磨光机时，应注意不得伤及坡口边沿。
此层的焊接在仰焊部分时采用小直径焊条，仰爬坡时电流稍调小，立焊部位时选用较大直径焊条，电流适中，焊至爬坡时电流逐渐增大，在平焊部位再次增大，其余要求与首层相问。
填充层焊接：填充层的焊接工艺过程与次展完全相同，仅在接近面层时，注意均匀流出1.5－2mm的深度，且不得伤及坡边。
面层的焊接，管贯面层焊接，直接关系到接头的外观质量能否满足质量要求，因此在面层焊接时，应注意选用较小电流值并注意在坡口边熔合时间稍长，接头重新燃弧动作要快捷。
减少焊接接应力和焊接变形的措施
减少焊接接应力和焊接变形的措施1.选择适当的焊接参数：根据材料的种类和厚度选择合适的焊接电流、电压和焊接速度等参数，以降低焊接接应力和变形的风险。
同时，选择低温软化点的金属填充材料，如铜等，可以降低焊接接应力。
2.采用适当的焊接序列：通过改变焊接顺序，可以降低焊接过程中的接应力和变形。
在多次焊接时，从最中心的部位开始焊接，逐渐向两边延伸。
这样可以避免焊接热量集中在一个地方，减少局部热变形。
3.采用预热和后热处理：预热可以提高焊接材料的可塑性，改善焊接接头的焊接性能。
一般情况下，预热温度为焊接材料的临界温度的50%-70%。
预热后的焊接接头，在焊接完成后应进行后热处理，即将焊接接头加热至临界温度以下保温一段时间，然后缓慢冷却，以进一步消除焊接接头内应力。
4.使用焊接夹具：焊接夹具可以固定工件，减少焊接过程中的变形。
夹具应设计合理，以便保证焊接接头位置准确，但对于自由热变形而言，应当尽量减少夹具的使用。
5.控制焊接热输入量：合理控制焊接过程中的热输入量，以确保焊接接头不过热。
可以采用间歇焊接的方法，在焊接过程中适时停止加热，让工件冷却一段时间以减少热输入。
6.采用适当的接头形状：通过改变焊缝的形状，可以减少焊接过程中的接应力。
一般情况下，V型焊缝和锂阳角焊缝对于减少焊接变形效果较好。
7.选择适当的焊接方式：对于大型工件，可以采用多层焊接或间断焊接的方式进行，以减少焊接材料的热量。
对于特殊形状的工件，可以选择其他焊接方法，如电阻焊、激光焊等。
8.控制冷却速度：焊接完成后，要注意控制冷却速度，避免过快的冷却。
可以采用包裹式焊接，焊接完毕后用保温材料将焊接接头包裹起来，使其缓慢冷却，以减少残余应力。
基于有限元法的建筑钢结构焊接应力与变形预测及控制研究3篇
基于有限元法的建筑钢结构焊接应力与变形预测及控制研究3篇基于有限元法的建筑钢结构焊接应力与变形预测及控制研究1建筑钢结构是建筑工程常见的重要结构类型之一，由于其强度高、刚度好、耐久性能强等特点，被广泛应用于高层建筑、桥梁、地铁、石油化工等领域。
然而，在采用钢结构进行建设时，必须充分考虑结构的稳定性、可靠性和安全性，防止结构在使用过程中产生过大的应力和变形，导致结构失稳或出现安全事故。
因此，钢结构的应力与变形预测及控制是建筑工程设计与施工过程中必须重视的问题。
为了准确地预测建筑钢结构的应力与变形情况，有限元法是一种常用的数值计算方法，其主要基于计算机模拟与离散化数学方法，利用三维有限元模型对钢结构各个组成部分进行离散化，建立相应的数学模型，并通过数值计算方法，求解钢结构的应力和变形情况。
由于有限元法具有计算精度高、适用范围广、计算效率高等优点，因此在建筑钢结构的应力与变形预测与控制研究中得到了广泛应用。
在建筑钢结构的应力与变形预测与控制研究中，焊接是一个不可忽视的问题。
焊接是钢结构中常用的连接方式，在钢结构的设计和制造过程中起着至关重要的作用。
然而，焊接过程中也会产生应力和变形问题，特别是在较大规模的焊接过程中，焊缝会受到热应力和冷却应力的作用，导致整个结构产生变形和质量问题。
因此，建筑钢结构的焊接应力和变形预测和控制研究是非常重要的，在钢结构的设计和制造过程中需要特别注意。
基于有限元法的建筑钢结构焊接应力与变形预测及控制研究，主要通过建立钢结构的有限元模型，模拟焊接过程中的热应力、冷却应力以及外部荷载条件，对焊接结构的应力和变形情况进行预测和控制。
该方法可以通过计算机模拟和数值计算方法，准确地预测钢结构焊接后的应力和变形情况，并通过合理的控制方法，有效地避免焊接过程中的质量问题和安全事故，确保钢结构的整体稳定性和安全性。
在钢结构的应力与变形预测及控制过程中，应注意考虑结构的材料特性、几何形状、载荷情况等因素，采用科学合理的有限元模型和边界条件，对焊接部位进行精细化建模和分析，以提高焊接结构的预测精度和控制效果。
影响焊接应力和焊接变形的因素及控制措施
影响焊接应力和焊接变形的因素及控制措施摘要：本文主要探讨了电站管道焊接过程中常见的焊接变形和焊接应力产生的主要因素，以及焊接变形和焊接应力的控制措施，希望对以后的焊接工作有一些帮助。
关键词：焊接变形，焊接应力，热循环，焊接工艺，控制目前火力发电朝着大容量机组发展，来满足日益增长的用电需求和达到节能减排的重要目标。
而在火电建设事业中，焊接技术成了一个关键的课题。
在施工过程中，由于焊接产生的焊接变形和残余应力，严重影响着工程的质量、安装进度和使用性能。
增大了电厂运行的安全隐患。
因而，急需分析其产生的原因，并积极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循环过程，由于不均匀的温度场，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并引起焊接变形。
焊接应力与变形对接头的性能有着较大影响，使得焊件强度、韧性下降。
因此将对焊接变形产生原因及其影响因素进行分析，针对不同的焊接施工过程特点，采取不同的措施进行处理，以达到降低或消除焊接变形的目的。
1、影响焊接变形的因素及控制措施1.1焊缝截面积的影响焊缝截面积越大，冷却时收缩引起的塑性变形量越大，焊缝面积对纵向，横向的影响趋势是一致的，而且是主要的影响。
因此，在壁厚相同时，坡口尺寸越大，收缩变形越大。
1.2焊接热输入的影响一般情况下，热输入大时，加热的高温区范围大，冷却速度慢，使接头塑性变形区增大。
1.3焊接方法和焊接工艺参数的影响不同焊接方法引起的收缩量也不同。
当焊件的厚度相同时，单层焊的纵向收缩比多层焊收缩大，这是因为多层焊时，先焊焊道冷却后阻止了后焊焊道的收缩。
焊接工艺参数的影响主要为线能量。
一般规律是，随着线能量的增加，压缩塑性变形区扩大，因而收缩量增大。
1.4接头形式的影响在焊接热输入、焊缝截面积、焊接方法等因素条件相同时，不同的接头形式对纵向、横向变形量有不同的影响。
在电站管道焊接中，接头形式一般是对接接头并且是单面焊双面成型。
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。
浅谈焊接应力与变形及控制
尺 寸 。 焊 缝 越 多 内应 力 源 越 多 ； 焊 缝 尺 寸 的大 小 直 接 关 系 到 焊 接 时 受 热 区 大小 。焊缝 的数 量 及 尺 寸 会 引 起 构 件残 余 应 力 与 变 形 的压 缩 塑 性 变 形 区域 面 积 大 小 。（ ２ ） 合 理 的焊 缝 分 布 ， 焊 缝 间
１ 焊 接 应 力 与 变 形 的 基 本 知 识
［二］
ａ）
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１ ． １ 应 力 。 内 力 是 指 物 体 受 外 力 作 用 后 所 导 致 物 体 内部 之 间 相 互 作 用 力 称 为 内力 。 当构 件 在 物 理 、 化 学 或 物 理 化 学 变 化过程 中， 如温度 、 金 相 组 织 或 化 学 成分 等 变 化 时 ， 在 物 体 内 也 会 产 生 内力 。作 用 在 物 体 单 位 面积 上 的 内力 叫做 应 力 。 １ ． ２ 变形 。 物 体 的 变 形 是 指 物 体 在 外 力 或 温 度 等 因 素 的 作用下 ， 会 出现形状或几何尺寸的变化 。 物体 产 生 变形 在外 力 、 温 度 等 外 界 因 素 消 除 后 变 形 也 随后 消失 ， 物 体 可恢 复 到 原来 状 态． 此种变形称为弹性变形。 外 力、 温 度 等 外 界 因素 消 除 后 变 形 仍然存在 ， 物体不能恢复到原来状态 ， 此种变形称为塑性变形 。 １ ． ３ 焊接 应力 与 焊 接 变 形 。 焊 接 应 力 是 焊 接 过 程 中及 焊 接过程结束后 ． 存 在 于 构 件 中 内 部 的 应 力 。 由 于 焊 接 过 程 而 引 起 的构 件 尺 寸 的 改变 称 为 焊 接 变 形 。
焊接变形的原因及控制方法
焊接变形的原因及控制方法焊接变形是指焊接过程中产生的结构形状、尺寸和应力的改变。
变形对于焊接结构的质量和使用寿命都具有重要影响，因此需要采取控制措施来减少焊接变形。
1.熔融区的体积收缩：在焊接中，熔融区的温度升高，熔化的金属液体会发生体积收缩。
当焊接过程中发生多次的局部加热和熔化，熔融区收缩现象将会导致焊接件变形。
2.焊接应力：焊接过程中形成的焊接应力是导致焊缝及周边材料变形的重要原因。
焊接引起的应力主要有热应力和残余应力两种。
3.材料的热物理性质差异：焊接过程中，不同材料的热膨胀系数和热传导系数的差异也会导致焊件变形。
为了控制焊接变形，可以采取以下方法：1.合理设计焊接结构：通过合理设计焊接结构，可以减轻焊接变形产生的程度。
例如，在设计焊接结构时可以采用对称组织，增加长交叉焊缝间的连接来减轻焊接变形。
2.使用焊接工艺参数：调整焊接工艺参数，如焊接速度、焊接电流和电压等，可以减少焊接变形。
例如，在焊接速度控制方面，可以采用逆向焊接、速度波动焊接和脉冲焊接等方法来减少焊接变形。
3.采用预应力：对焊接材料进行预应力处理可以减少焊接变形的产生，常见的方法有热拉伸和压力留置法。
4.使用夹具和支撑物：采用夹具和支撑物对焊接结构进行支撑和固定，可以减少焊接变形的产生。
夹具可以限制材料的收缩和变形，支撑物能够提供必要的支撑力和刚度。
5.控制焊接热输入：通过控制焊接热输入来减少焊接变形。
可以采用分段焊接、小电流多道焊、局部加热等方法来降低焊接区域的温度梯度。
总之，焊接变形是焊接过程中难以避免的问题，但通过合理的设计和控制参数的调整，可以有效减少焊接变形的产生，提高焊接结构的质量和可靠性。
防止和减少焊接残余变形与应力的措施
防止和减少焊接残余变形与应力的措施随着现代制造业的发展，焊接在各行各业中扮演着至关重要的角色。
无论是航空航天、汽车制造还是建筑工程，在这些领域中，焊接都是不可或缺的连接工艺。
然而，随之而来的焊接残余变形与应力问题也愈加引起人们的关注。
焊接过程中产生的残余变形与应力，不仅会影响工件的外观质量，还可能引发裂纹和变形等问题，严重影响其使用性能和寿命。
如何有效地预防和减少焊接残余变形与应力，成为了焊接工艺中的重要课题。
1.选材：材料的选择对于焊接残余变形和应力的控制至关重要。
在焊接过程中，通常会选择具有较高熔点和较小线膨胀系数的材料，以减少焊接时热影响区的热变形；还应根据实际情况选择合适的填充材料。
2.焊接方式：合理选择焊接方式是减少焊接残余变形和应力的关键。
一般来说，采用低热输入、低变形的焊接方式，例如脉冲焊、激光焊等，能够有效降低焊接工件的残余变形和应力。
3.焊接顺序：合理规划焊接顺序也是减少残余变形和应力的重要手段。
通常情况下，应该首先焊接边缘，然后逐渐向内焊接，以减少焊接区域的热输入，降低残余变形和应力。
4.预热和后热处理：在一些情况下，通过预热和后热处理也能有效减少焊接残余变形和应力。
预热能够降低材料的硬度，减少焊接残余应力；后热处理则能够通过回火或退火处理，消除残余应力，提高焊接接头的韧性和稳定性。
5.夹具和辅助装置：采用合理的夹具和辅助装置也能有效减少焊接残余变形和应力。
夹具的设计应在尽量避免约束工件的能够保证焊接接头的稳固性；而辅助装置则可以提供额外的支撑，减少工件在焊接过程中的变形。
总结回顾：在焊接工艺中，预防和减少焊接残余变形与应力是至关重要的。
通过合理选材、焊接方式、焊接顺序、预热和后热处理、夹具和辅助装置等措施，可以有效控制焊接过程中的残余变形和应力，保证焊接接头的质量和稳定性。
个人观点：作为焊接工艺的重要环节，防止和减少焊接残余变形与应力对于提高焊接接头的质量和稳定性至关重要。
控制变形及减小消除焊接应力的方法
控制变形及减小消除焊接应力的方法一、控制焊接变形的方法1、设计措施（1）选择合理的焊缝尺寸：焊缝尺寸增加，变形随之增大，但是过小的焊缝尺寸将降低结构的承载能力，并使焊接接头的冷却速度加快，热影响区硬度增高，容易产生裂纹等缺陷，因此应在满足结构承载能力和保证焊接质量的前提下，随着板的厚度来选取工艺上可能选用的最小的焊缝尺寸。
（2）尽量减少焊缝数量;适当选择板的厚度，减少肋板数量，从而可减少焊缝和焊接后变形的校正量，如薄板结构件，可用压型结构代替肋板结构，以减少焊缝数量，防止或减少焊后变形。
（3）合理安排焊缝位置：焊缝对称于焊件截面的中性轴或使焊缝接近中性轴均可减少弯曲变形。
（4）预留收缩余量：焊件焊后纵向横向收缩变形可通过对焊缝收缩量的估算，在设计时预先留出收缩余量进行控制。
（5）留出装焊卡具的位置：在结构上留有可装焊夹具的位置，以便在焊接过程中可利用夹具来控制技术变形。
2、反变形法（1）板厚8～12mm钢板单边V型坡口对接焊，装配时反变形1.5°焊接后几乎无角变形。
（2）工字梁焊后因横向收缩引起的角变形，若采用焊前预先把上、下盖板压成反变形（塑性变形），然后装配后进行焊接，即可消除上、下盖板的焊后角变形。
但是上下盖板反变形量的大小主要与该板的厚度和宽度有关，同时还与腹板厚度和热输入有关。
（3）锅炉、集装箱的管接头都集中在上部，焊后引起弯曲变形所以要借用强制反变形夹紧装置，并配以对称均匀加热的痕迹顺序，交替跳焊法这样采用了在外力作用下的弹性反变形再配合以合理的受热的施焊顺序，焊后基本上可消除弯曲变形。
（4）桥式起重机的两根主梁是由左、右腹板和上、下盖板组成的箱型结构的为提高该梁的刚性，梁内设计有大、小肋板，且这些肋板角焊缝大多集中在梁的上部，焊后会引起下桡弯曲变形。
但桥式起重机技术要求规定，主梁焊后应有一定的上拱度，为解决焊后变形与技术要求的矛盾，常采用预制腹板上拱度的方法，即在备料时，预先使两块腹板留出上拱度。
浅谈焊接结构件焊接变形的控制
浅谈焊接结构件焊接变形的控制
焊接是一种常见的金属加工方法，广泛应用于制造业中的各种结构件的制造中。
焊接
过程中会产生焊接变形，严重影响焊接结构件的形状和精度。
如何控制焊接变形成为焊接
技术中的一个重要问题。
焊接变形的产生主要有三个原因：热应力、组织相变和收缩。
焊接过程中，焊接区域
受到高温的热影响，导致焊接区域的材料膨胀，形成一定的热应力。
在焊接过程中，由于
材料的物理状态发生改变，可能会引起组织相变，进而产生焊接变形。
在焊接完成后，焊
缝周围的材料会发生冷却收缩，导致结构件发生变形。
为了控制焊接变形，可以采取以下几种措施。
可以采用后焊加热的方法。
通过在焊接
完成后对焊接区域加热，可以使焊接区域重新达到高温状态，减少焊接变形。
可以选择适
当的焊接顺序。
焊接顺序应该从内向外进行，以减少引起热应力和收缩的影响。
还可以通
过预设焊接变形来控制焊接变形。
预设焊接变形是通过在设计和加工过程中，根据结构件
的形状和要求，预先设置焊接变形的方式。
可以采用剪切焊接或者滚焊接等焊接方法，以
减少焊接变形的产生。
除了以上控制焊接变形的方法外，还可以通过选择合适的焊接工艺参数来控制焊接变形。
可以调整焊接速度、焊接电流和焊接角度等参数，以控制焊接过程中的热应力和收缩。
还可以采用预热和后热处理的方法，通过控制材料的温度分布和组织结构，减少焊接变
形。
第五节 焊接结构中的应力与变形
第五节焊接结构中的应力与变形在焊接生产中，焊接应力与变形的产生是不可避免的。
焊接过程结束，焊件冷却后残余在焊件的内应力即焊接残余应力往往是造成裂纹的直接原因，同时也降低了结构的承载能力和使用寿命。
焊接后产生的变形即焊接残余变形造成了焊件尺寸、形状的变化，这给正常的焊接生产带来一定困难。
因此，在焊接生产中的一项重要任务就是控制焊接残余应力和焊接残余变形。
一、焊接残余应力1．焊接残余应力的产生及其对焊接结构的影响焊接时，不均匀地加热与冷却是产生焊接残余应力的主要原因。
以低碳钢（20钢）为例，在加热时，随着温度的升高，特别是在300℃以上的温度时其强度迅速降低。
当温度达到600℃左右时，屈服便接近于零（图6-5)。
焊接过程中由于加热的不均匀，在高温时，金属的屈服为零的情况下，处于自由变形状态。
当焊接热源移开后，金属恢复强度时其收缩变形受到周围金属的限制，同时组织转变过程中又发生体积的变化，从而产生了焊接残余应力。
一般来说，在焊接条件下主要存在下面几种应力。
图6-5低碳钢屈服与温度的关系---实测曲线一简化曲线(1)温度应力温度应力又称热应力，它是由于金属受热不均匀，各处变形不一致且互相约束而产生的应力。
焊接过程中温度应力是不断变化的，且峰值一般都达到屈服点，因此必然发生塑性变形。
焊接结束冷却后，也必然有残余应力保留下来。
(2)组织应力焊接过程中，金属组织进行相变时将产生体积变化，主要是由于各种组织具有不同的热物理性能（表6-5）。
当焊缝金属从高温冷却，奥氏体分解时产生的铁素体、珠光体、马氏体等都会产生体积膨胀，转变后的这些组织都具有较小的膨胀系数。
奥氏体分解产生的体积膨胀并不是在自由状态下进行的，而是受到周围金属的约束。
同时，由于焊接的不均匀加热与冷却，因此组织的转变也是不均匀的，结果产生了应力。
对于低碳钢和一些低合金高强钢焊后冷却时，奥氏体分解为珠光体和贝氏体的温度较高的低碳钢的相变点为723℃），此时金属呈好的塑性，奥氏体转变时发生的体积变化阻力很小，因此不会造成很大的应力。
试述钢结构焊接变形与应力控制
工程 科技 ｌ ｌＩ
试述钢 结构焊 接变形 与应力控 制
孙 玉 琴
（ 黑龙江化 工建设有限责任公司， 黑龙江 哈 尔滨 １００ ） ５ｏｏ
摘
述。
要： 焊接应力与变形是焊接 过程中产生的 内应力厦焊接热过程 中引起焊件 形状与尺寸的变化， 针对钢结构焊接变形与应力控削进行论
’
关键 词 ： 结 构 ； 钢 焊接 变形 ； 用控 制 应
１５ Ｍ ａ ０ Ｐ ， 屈服强度 ｆ ２ ５ Ｐ 。泊松 比为 Ｏ ： 仰焊一侧爬焊—侧立焊一立平焊一平焊的顺序 ｙ ９Ｍ ａ ＝ ． ３ 材料本构关系采用理想弹塑性模型 。 屈服准则 进行 。 接头水平方向的焊接变形控制。 对 采用 采用 Ｙ ｎ Ｍ ｓ ’ ｏ ｉ ｓ ｅ 屈服准则， 时屈服强度取值 双人对称均速 、 计算 多层、 多道焊接。对接头垂直方 为 ３５ Ｐ 。 ． ４计算分析。 ４Ｍ ａ ２ ． ２ 利用 Ａ Ｓ Ｓ 限 向的焊接变形控制，因先后焊接对各部位 的收 ＮＹ 有 元分析软件计算构件的温度变化。采用三维实 缩 量 不 同 。一 般 上 壁 比 下 壁 收 缩 量 大 体单 元 Ｂ Ａ ４ Ｅ Ｍ 单元进行计算。以 ｘ向为例， 计 １ ． ｍ 端头 中心下降 约 ０ ｍ ￣ ． ｍ 这 ． ３ ， ５ ｍ ． ｍ １ｍ ， ５ ２ 算时取 的温度 ２ ｏ 。 结果为 ： ｘ方 向最大 样， ５ 计算 Ｃ 在 可在拼装时预先将安装标高提高 ２ ｍ ３ ｍ ｍ 一ｍ 变形为 ６ ｒ ， Ｙ方 向的最大变形为 ０ ｍ 来进行控制。 ． ｍ在 ７ ａ ． ｍ。 ９ 在 ｚ方 向的位 移 为 ０ 最 大 应力 ３ ． Ｐ ； ， ０Ｍａ ９ 在 ４焊接应力消除 装的关键。 ３ ． ２时． ｘ方 向最 大变形 为 １． ｍ 在 Ｙ ２Ｘ ９ 在 ０ｍ ， ８ ４１母 材 检查 ． 下面以某斜交网格钢结构工程为例， 用 方向的最大变形为 １ ｒ ，在 ｚ方向 的位移为 应 ． ｍ ４ ａ 焊接前用 超声波 和磁粉对 母材 焊道周 边 有限元程序 Ａ Ｓ Ｓ 分析了钢构件制作及安 装 ｏ 最大应力 ５Ｍ ａ ＮＹ ， ＇ ０ Ｐ 。综合 比较后 ． 选择温度为 ２ ０ ｍ范围内进行探伤检查 ， ０ｍ 防止因母 材缺陷， 时温差 导致 的变 形及 ２ ℃与 ３．℃两种温 况 ２＂的时段进行结构合拢较为合适 。 ５ ２ ８ 在焊接过程 中出现应力集中现象。 ５Ｃ 下钢结构合拢的变形及应力 ， 并从构件焊接 、 总 ３焊接变形控制措施 ４２焊 中应力 消除与焊后热处理 ． 体安装工艺 、 焊接顺序、 焊接方法等方面探讨 了 焊接变形从大型构 件焊接 、总体安装工艺焊接 焊接过程中． 用电动风铲振动敲击焊道， 消 焊接变形与焊接应力的控制措施。 。 顺序 、 焊接方法等多方面进行控制 。 除焊接应力。焊接完成后， 为保证焊缝 中的扩散 ２温度变形及应力有 限元分析 ３１构件焊接工厂化 ． 氢有足够 的时问得以逸 出及焊接产生的应力得 ２１制作与安装温度变形分析 ． 由制作与安装温度效应分析可知。 主梁构 以释放， 从而避免延迟裂纹 出现， 焊后立 即进行 因工厂的焊接环境 、 设备及器具等条件 比 件的加 工长度最长 １６ ， ｍ 次梁连接牛腿带在主 后热、 保温处理。后热时用氧、 乙炔 中性火焰在 现场好． 在满足运输 限制 的条件下． 最大限度地 粱节点 上； 大型铸钢节点分两段铸造， 在工厂 焊缝两侧 １ ｍ 但 ０ ｍ范围内， ０ 全位置均匀烘烤， 用温 在工厂完成 焊接工作 ， 于控制钢结构质量 。 完成拼装焊接工作 。 有利 度计在 焊缝 ８ ｍ １ ０ ｍ处测 得温度 为 ２ ℃ ０ ｍ，０ ｍ ８ 但是构件太长， 制作 与安装时 的温度差异会产 ３ ． ２总焊装控制 ２ ０ 后用 ４ ５￣ Ｃ 层以上 的石棉布裹紧， 保温 ４ 以 ｈ 生较大的变形， 导致较大 的尺寸误差 ， 因此确定 ３－ ． ｌ吊装 。 ２ 采取 “ 以构件组 合成块 、 成片吊 上， 自然风冷至环境温度 。 然后 构件 的最长加工 长度是 首先要 解决 的问题之 装为主。 以散件吊装为辅 的吊装方法， 在地面最 ５结论 ２． ．１温度选取。 １ 根据气象部 门资料， 制作月 大限度地进行构件组合。 尽可能地减 少高空拼 结合工程实例， 对其 焊接应力 与变形的消 平均最低气温为 ５ ℃； ． 安装月最高气温： ．℃： 装焊接量。安装 总体安装工艺采取平面上从一 除与控铽进行 了探讨’ ２ ２ １ ６ 得到以下几点结论： 温差 ： ．ｏ 。因此选择参考温度 ５ ℃。 ２ ９Ｃ ０ ． 计算温 边 向另一边扩散安装。 ２ 立面上从 下向上 逐步安 ５１通过有 限元分析， ． 确定主梁构件的加工 度 ２ ．℃。２１ ６１ ．． 面选取 。 ２截 计算截面选择焊接 装的工艺流程， ｍ 可将制作与安装温度差异产 减少各种误差 的集 中积累。 ．２ 长度最 长为 ｌ６ ， ３． ２ 箱型梁 １０ ３ ０ Ｏ ２ 计算长度为 ｌ 材 焊接顺序。 ０ ０ Ｘ ０ ×ｌＸＩ ， ｍ， 总体焊接顺序随安装进度次第跟进 ； 生的 构件 变形 控制 在 ±３４ ｍ 选择 温 度 为 ．ｒ ： －ａ 质为 Ｑ ４ Ｇ Ｂ的钢材。 ．３模型建立 。 ３５ Ｊ ２１ ＿ 根据结 调整校正好一个主梁结构平 面后，再进行该 主 ２ 的时段进行结构合拢较为合适。 ５ ｃ 构的实际尺寸。建立胎架的空间三维模型作为 梁结构面的焊接； 每个 正在焊接 的主梁 结构 面 ５ ． ２现场焊接的构件时应 注意： 计算模 型， 钢材料为 Ｑ ４ Ｇ Ｂ 弹性模 量 Ｅ ２ 顺结构安装的方向无约束， ３５ Ｊ， ＝． 焊接应力可顺结构 ５． ． １采用适 当的焊接程序， 分段焊 、 ２ 如 分 ０ ｘ １５ Ｍ ａ ６ ０ Ｐ ＇屈服强度 ｆ ２ ５ ａ ｙ ９ ＭＰ ，泊松 比为 安装方向 自由释放： ＝ 结构 的整体安装焊接是结 层焊； ２ ５． ． ２尽可能采用对称焊缝， 使其变形相反 ０； ． 材料本构关系采用理想弹塑性模型， ３ 屈服准 构不断逐步 向一个 自由拓展 的过程。单元 主梁 而抵消： ２ ５ Ｉ 焊前使结构有一个 和焊接变形 ． ３施 则采用 ＹｎＭｓｓ 服 准则， ｏ ｉ 同 ｅ 计算时屈服强度取 结构面的焊接顺序是先 焊主约束。 后焊 次约束 相 反的预变形 ．．４对 于小 构件焊前 预热 、 ｊ２ ． 焊 值为 ３ ５ Ｐ ｏ ．４计算分析。 ４ Ｍ ａ １ ２． 利用 Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ 有 的方法， 即先焊主梁拼 阶段 ； 焊主粱与铸钢节 后 回火。然后慢慢冷却 。 后 以消除焊接应力 。 限元分析软件计算构件的温度变化 。采用三维 点的连接； 再焊主梁与次梁 的连接 点： 最后焊接 ５３对焊缝要进行合 理的设计：．． － ５３１避免 实体单元 Ｂ Ａ ４ Ｅ Ｍ 单元进行计算 。从计 算结果 次梁与次梁 的连接点。 ．． ３ ３焊接施工控制 。 ２ 在 焊缝集 中、三向交叉 焊缝 ：３ ５． ． ２焊缝尺寸不宜 可 以看出构件变形为 ０ ５ ｍ ｍ 按构件分段长 焊接方法上深 用组合焊接方式。 Ｃ 气 体半 自 太大：．． ２ｍ ／。 即 ｏ ５３３焊缝尽可能对称布 置，连接过渡平 度 ｌ６ ｍ左右， 制作与安装温度差异产生的构件 动保护焊 ＋药芯焊丝及 手工焊接； 在焊接工艺 滑， 避免应力集 中现象： ３ 避免仰焊。 ５． ．４ 变形可控制在 ± － ｒ 。因此确定主粱构件的 上， ３． ｍ － ４ ａ 加大焊 接能量 密度， 减少热 输入 ， 采用小 电 分析结果表 明： 主粱构件的加工长度选定 加工长度最长 １ｍ。 ６ 流、 快速度 、 多层 、 多道焊接工艺措施； 焊接材料 在 １ ｍ ６ 。可将制作与安装温度差异产生 的构件 ２ 钢结构合拢时温度效应分析 ． ２ 选 用小 直径 的焊条 、 焊丝； 所有使用的焊材具有 变形控制在 ±３ ４ ｍ： Ｎ ｍ 选择 ２ ℃时段 进行结构 ５ ２． ． １荷载选取 。根据现场工期安 排及 相 在大 电流 密度 下保 持 电弧持 续稳 定 的特性 。 合拢较为合适 ， ２ 控制焊接变形与应力的措施可 应的气象资料， 将在 ２ 及 ３ ．℃的温度工况 ３２ ５ｃ ２ ８ ．． ４焊接坡 口。焊前严格按照工艺试验确定的 为其他同类工程提供借鉴参考。 条件下合拢，比选结构 此时的温度变形 及应力 ， 坡口尺寸认 真组装， 特别对铸钢节点的坡 口尺 以确定最佳 的合拢温度。 ．２截面选取。 ２． ２ 计算 寸检查， 比现行规范严格 ２ ３ 同时。 要 － 倍。 为减少 截 面 选 择 合 拢 时 的结 构 面 框 架 。 材 质 为 热输人量， 在工艺试验取得成功 的前提 下。 适当 Ｑ ４ Ｇ Ｂ的钢材。 ．－ ３５ Ｊ ２２３模型建立 。 根据结构 的 减少焊缝坡 口尺寸 … ５接头全位置各种角度 ３ ２ 实际尺寸， 建立胎架 的空 间三维模型作为计算 的焊接 。 接头拼装后． 考虑工件尺寸， 采取两人对 模型． 钢材料为 Ｑ ４ Ｇ Ｂ 弹性模量 Ｅ ２ ６ Ｘ 称 焊， 以仰焊部位起弧， ３５ Ｊ 。 ＝． ０ 都 以平焊部位收弧； 按照
焊接应力与变形的控制技术
第3部分
焊后矫正
3.1 逐点挤压法(P.P.S) Point-by-Point Squeezing Method
第3部分
焊后矫正
逐点挤压法的提出
航天器大型柱状贮箱法兰的焊接
•法兰附近失稳变形严重，其周围500mm范围内最大母 线不直度可达18mm。 •法兰焊接变形的存在给下一道工序—环缝的装焊带 来极大的困难。 •贮箱的凸凹不平使飞行器受到轴向惯性力作用时稳 定性变坏，直接影响飞行航线精度。 •焊后残余应力的存在，会诱发裂纹的产生，给安全 带来了隐患。
角 变 形 β（ ° ） 焊 后 碾 压 后 -1° 40’ -12° 32’ -2° 20’ -0° 30’
第3部分
焊后矫正
焊接接头的硬度分布
1-焊后 2-碾压后
第3部分
焊后矫正
接头残余应力对比
250 200 150 100 50 0 -50 -100 -150 -160 -120
As welded After rooling
第1部分
基本原理
焊接应力变形问题的具体实例
KM6 真 空 容 器 总 体 图
第1部分
基本原理
焊接应力变形问题的具体实例
(1)材质为0Cr18Ni9 (2)主容器:立式圆柱形，直径12m，高22.4m。壁厚22mm。 (3)辅容器:卧式圆柱形，直径7.5m，长15m，壁厚20mm。 (4)变形控制方案：哈工大的田锡唐教授、钟国柱教授等 人提出采用预留间隙控制周长、分段退焊、短段加分段 退焊及下厚上薄的焊接工艺控制法兰面外变形和面内角 变形的方案。为制定正确的容器装配焊接顺序和工艺过 程，进行了相应的数值模拟，最终成功地控制了焊接变 形。其中，直径12m精加工大法兰焊后平面度小于 0.10mm/m，法兰整体平面度1.57mm/m，其焊接精度达到 国际领先水平。
焊接钢结构变形和应力控制方法
第2讲 焊接钢结构应力和变形控 制方法
(4)爆炸法 概念:它是利用炸药爆炸时冲击波的能量使产生残余应力的相 关区产生塑性变形，从而达到消除残余应力的目的. 缺点:消耗金属材料部分塑性，对低温和动载结构要慎重选用. (5)碾压法(滚压法) 概念:用滚轮施加一定压力在焊缝表面进行滚压，使焊缝金属 产生局部塑性变形来减小残余应力或改善其分布的一种方法. 特点: a.适于处理规则焊缝; b.对焊缝组织/力学性能影响不大; c.可与矫形处理同时进行; d.适用于薄壁焊接结构.
——坡口角度(°). (3)角焊缝产生角变形 T形接头角变形包括两个方面: a.开坡口对接焊缝角变形; b.平板堆焊时引起角变形.
第2讲 焊接钢结构应力和变形控 制方法
三 预防和消除焊接残余变形的措施 解决焊接变形问题从三方面着手: 1)焊前设计; 2)焊接过程采用工艺措施; 3)焊后采用工艺焊后矫正焊接变形. 1.设计措施 a.尽量选用对称的构件截面/焊缝位置 . b.合理地选择焊缝长度/焊缝数量 . c.尽量减小焊缝截面尺寸 . d.选用轧制型材/锻件/铸件/钣金成形件构成焊接结构 .
第2讲 焊接钢结构应力和变形控 制方法
在单层焊时其纵向收缩可用下式估算：
x 0.86 10－6 qv L / A
式中
q v ——焊接热输入(J/cm)
焊接热输入用下式计算：
qv＝IU / v
式中:
U——电弧电压(V)； I——焊接电流(A) v——焊接速度(cm／s)
——电弧热效率.
第2讲 焊接钢结构应力和变形控 制方法
(2)局部热处理 作用: a.降低结构残余应力;b.改善焊接接头组织和 力学性能. 局部热处理规范: a.JB/T 6046规定-环缝每侧环形加热带宽度应大于容 器壁厚2-3倍; b.英国BS2633规定均温带宽度为1.5 (为管壁厚)，加 热宽度为2.5;
焊接变形的控制方法
焊接变形的控制方法焊接变形是由于焊接过程中材料的热膨胀引起的，在焊接过程中热量会导致材料的膨胀和收缩，从而引起变形。
焊接变形对于焊接结构的质量和使用性能都有很大的影响，因此控制焊接变形是非常重要的一项工作。
控制焊接变形的方法主要包括预热、后热处理、焊接顺序、焊接变形补偿等。
1.预热：预热是在焊接前对被焊件进行加热处理，使得焊接前材料达到一定的温度，可以减少焊接时的温度梯度和热应力，从而减少变形的产生。
预热的温度和时间需要根据具体情况来确定，一般可以根据焊接材料的热导率和热膨胀系数来选择合适的预热参数。
2.后热处理：焊接后的热处理是对焊接过程中产生的残余应力进行释放和调整的过程，可以通过回火、退火等方式进行。
后热处理可以降低应力集中和残余应力，减少变形的发生。
3.焊接顺序：焊接顺序也可以对焊接变形进行控制。
一般情况下，从焊接开始的位置开始逐渐向外焊接，可以有效地减少热输入及焊接区域的温度梯度，从而减少变形的产生。
在多次焊接的情况下，可以采用分段焊接的方式，先焊接一部分，然后进行冷却和调整，再进行下一段的焊接，以减小变形的影响。
4.焊接变形补偿：焊接变形补偿是通过对焊接结构进行设计和调整来抵消变形的影响。
常用的方法包括设置补偿焊缝、预留补偿空隙、调整焊接位置等。
补偿焊缝可以在主焊缝旁边设置一条补偿焊缝，通过补偿焊缝的收缩来抵消主焊缝的变形。
预留补偿空隙可以在焊接前将两块待焊件间隔一定的距离，焊接完成后，补充材料会填充这个空隙，从而达到补偿变形的目的。
调整焊接位置指的是在焊接过程中根据变形情况进行调整和修正。
除了上述的控制方法，还可以采用焊接变形的仿真和模拟技术进行分析和优化。
通过建立数学模型和应力分析，可以对焊接过程中的变形进行预测和评估，从而确定最佳的焊接工艺参数和补偿措施。
总之，控制焊接变形是一项复杂而重要的工作，需要根据具体情况采取合适的方法和措施。
通过预热、后热处理、焊接顺序和焊接变形补偿等手段的合理运用，可以有效地控制焊接变形，提高焊接结构的质量和使用性能。
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图2-7 焊缝各截面中的σx分布
不同长度焊缝纵截面上纵向残余 应力σx的分布
任务1 典型结构焊接应力与变形
②横向应力σy 垂直于焊缝的横向应力σy的分部情况比较复杂。 它可分为两个组成部分，其中一个是由于焊缝及其附近 的塑性变形区的纵向收缩所引起的，用σ′y来表示；另 一个是由焊缝及其附近塑性变形区的横向收缩的不同时 性所引起的，用σ″y来表示。
任务1 典型结构焊接应力与变形 任务2 焊接残余应力的控制 任务3 焊接残余变形的控制 任务4 焊接结构的脆性断裂 任务5 焊接结构的疲劳破坏
任务1 典型结构焊接应力与变形
【任务目标】
了解焊接应力与变形的基本概念，熟悉焊接应力与变 形的影响因素，掌握焊接应力与变形产生的原因，为控制 焊接结构中的焊接应力与变形提供理论依据。
任务1 典型结构焊接应力与变形
（2）焊接变形 焊接变形是由焊接而引起焊件的尺寸改变。其中
焊接过程中的变形称为焊接瞬时变形；焊后残存于焊 件中的变形称为焊接残余变形。
任务1 典型结构焊接应力与变形
3.研究焊接应力与变形的基本假定
平截面假定：假定构件在焊前所取的横截面焊后仍保持为平面，即构件变形时截 面本身并不变形。 金属性能不变的假定：假定在焊接过程中材料的某些物理性能如线胀系数(α )、 比容（C）、热导率(λ)等均不随温度的变化而变化。 金属屈服强度的假定：在500℃以下，下屈服强度与常温下相同，不随温度变化， 500℃至600℃之间，下屈服强度迅速下降；600℃以上时呈全塑性状态 。
③残余应力σz
厚板对接焊缝中的残余
应力 厚板接头焊缝中除了纵
向残余应力和横向残余应力
外，还存在厚度方向上的残
余应力σz。
80mm厚板V形坡口多层焊焊缝残余应力的分布
任务1 典型结构焊接应力与变形
（2）焊接粱柱中的残余应力
焊接梁柱的纵向残余应力分布
任务1 典型结构焊接应力与变形
（3）拘束条件下焊接的残余应力
任务1 典型结构焊接应力与变形
（4）波浪变形 波浪变形是一种失稳变形，在焊接薄)焊接横向残余应力
(d)合成横向残余应力
拘束状态下对接接头的横向残余应力的分布
任务1 典型结构焊接应力与变形
（4）封闭焊缝中的残余应力
圆形键块封闭焊缝的残余应力
任务1 典型结构焊接应力与变形
（5）环形焊缝中的残余应力
圆筒环焊缝的纵向残余应力分布
任务1 典型结构焊接应力与变形
项目二 典型结构焊接应力与变形的控制
项目简介
在本项目中我们通过完成几个任务，主要介绍 内容有：焊接应力与变形及其产生的原因；典型结 构中焊接应力分布的一般规律；焊接过程中如何降 低或消除焊接应力；预防焊接变形的方法和焊后矫 正焊接残余变形的措施；焊接结构的脆性断裂和疲 劳破坏。
项目二 典型结构焊接应力与变形的控制
（2）角变形 焊后，构件的平面围绕焊缝产生的角位移。中厚板堆焊、
搭接焊、对接焊及T形接头焊接时，都可能产生角变形。
焊接角变形示意图
任务1 典型结构焊接应力与变形
（3）弯曲变形 弯曲变形是由于焊缝的中心线与结构截面的中性轴不
重合或不对称，焊缝的收缩沿构件宽度方向分布不均匀而 引起的。
焊接弯曲变形示意图
应力应变关系的假设：材料呈理想弹-塑性状态，即材料屈服后不发生强化。
任务1 典型结构焊接应力与变形
4.构件中焊接应力与变形产生的原因 产生的原因
焊
件 的 受 热 不 均 匀
焊 缝 金 属 的 收 缩
其
焊
他
金
件
影
属
的
响
组
刚
因
织
性
素
的
和
变
拘
化
束
任务1 典型结构焊接应力与变形
5.典型焊接结构中的残余应力分布
①弹性变形和塑性变形
②自由变形与非自由变形
当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，物体不能恢复原状的 这种变形称为塑性变形。
物体的变形不受外界任何阻碍 自由地进行，这种变形称为自 由变形。如果金属杆件在均匀 加热时变形局部受阻，则变形 量不能完全表现出来，就是非 自由变形。
6.典型结构中的焊接残余变形
焊接残余变形在焊接结构中的分布是很复杂的。通常， 按照变形的外观形态来分以下为五种基本变形形式：
收缩变形
角变形
弯曲变形
波浪变形
扭曲变形
任务1 典型结构焊接应力与变形
（1）收缩变形 焊后，焊件尺寸缩短的现象称为收缩变形，它分为纵 向收缩变形和横向收缩变形。
焊接收缩变形
任务1 典型结构焊接应力与变形
任务1 典型结构焊接应力与变形
2.焊接应力与变形
（1）焊接应力 焊接应力属于内应力，它是由于焊接的不均匀加 热和冷却而引起并存在于焊件中。按作用时间分为： 焊接瞬时应力和焊接残余应力。焊接过程中，某一瞬 时存在于焊件中的内应力称为焊接瞬时应力，它随时 间而变化；待焊件冷却后，残留于焊件中的内应力称 为焊接残余应力。
任务1 典型结构焊接应力与变形
图a是由两块平板条对接而成的构件，如果假想沿 焊缝中心将构件一分为二，即两块板条都相当于板边堆 焊，它们将分别向外侧弯曲，如图b，焊缝上必然存在 着两端部分为压应力，中心部分为拉应力的横向内应力 σy′,如图c。
纵向收缩引起的σ’y的分布
任务1 典型结构焊接应力与变形
【任务分析】
在焊接结构的制造过程中，焊接结构中不可避免地会产生焊接应力 与变形，这是焊接生产所特有的问题。焊接应力与变形会直接影响焊接 结构的生产质量和使用性能，其中应力的存在可能导致焊接裂纹、脆性 断裂和疲劳破坏，焊接变形则影响焊接结构的加工精度。因此，我们应 该了解焊接应力与变形的基本知识，尤其是熟悉典型焊接结构中的应力 与变形，以便采取有效措施来控制这些焊接问题，从而提高焊接结构的 生产质量，保证焊接结构的使用安全性。
任务1 典型结构焊接应力与变形
【相关知识】 1.应力与变形的基本概念
（1）应力
工作应力
内应力
物体由于受到外力的作 用而在其内部单位截面上 出现的内力称为工作应力。
物体在没有受到外力作 用的情况下而形成的，且 在物体内自身构成一个平 衡力系的的应力称为内应 力。
任务1 典型结构焊接应力与变形
（2）变形