焊接过程中应力与变形控制
如何控制焊接变形和应力
到退 火 炉 中慢慢 地 冷却
２ 减 少 和 防 止 焊 修 时 变 形 的 方 法
２１ 预 热 法 ．
在 焊 接前 对 焊接 件 进行 预 热 ． 仅 可 以减 少 内应 不 力 ． 且也 是一 种减 少变形 的好 方法 。 而
存 在 着一 定 的 缺点 ． 主要 的缺 陷 就 是焊 接 应力 和焊 接 变形 。 焊 缝冷 却 至原始 温度 后 ． 整个 接头 区 内焊 缝 在 及 近缝 的拉 应力 与 母材 的压应 力 区数值 达 到 平 衡 ． 这 时 的应力 状 态称 为 焊接 残 余应 力 ． 简称 焊 接应 力 。在 焊接 应 力 作 用 下 ． 果 焊 件 的约 束 较 小 ． 焊 件 会 产 如 则 生 相 应 的 尺 寸 变 化 或 弯 曲 或 翘 曲变 形 ，称 为 焊 接 变
如 何 控 制 焊 接 变 形 和 应 力
于 希 波 （ 东博 诚 机 电有 限公 司 ， 东 邹城 山 山
中 图分 类 号 ： ５ ２０ ＴＵ ２ ．５ 文 献标 识码 ： Ａ
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文 章 编 号 ：０ １ ６ ４ ２ １ ０ — ０ １ ０ １ ０ — ９ ５（０ ０）６ ０ ４ — ２
焊接 是 机械 加 工 中 的常用 方 法 ． 是 利 用 电焊 机 它 的低 压 电流 ， 过 电焊 条ｆ 通 为一 个 电极 ） 与被 焊件 （ 另 为
一
最 好 。若温 度下 降 ， 打力 也 随之减 小 。温 度过低 ， 敲 在 ３ ０℃左 右就不 允许 敲打 了 ． ０ 以免发 生裂 纹
结 构 的各种 变形 金属 内部 晶粒组 织 的转 变所 引起 的 体 积 变化 也 可 能引 起 焊件 的变 形 ． 也 是 产 生焊 接 应 这
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。
焊接应力与变形
喷水冷却；紫铜散热板
如图示
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圆筒体对接焊缝焊接顺序 返 回
散热法示意图 返 回
不对称焊缝的焊接 先焊
后焊 返 回
长焊缝（1m以上）焊接 总体的焊接方向
２
分段退焊示意图
５
返 回
反变形法
焊接之前
焊接后 返 回
将焊件固定在刚性平台上。 薄板拼接时的刚性固定
将焊件组合成刚性更大或对称的结构 T形梁的刚性固定和反变形
工字梁的扭曲变形
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焊接残余应力基本知识
一、焊接残余应力的分类
1. 按产生应力的原因分 （1）热应力 （2）组织应力（相变应力） （3）凝缩应力应力 （4）拘束应力 （5）氢致应力
2. 按应力存在的时间分 （1）焊接瞬时应力 （2）焊接残余应力
二、焊接残余应力的分布
1. 纵向残余应力 x的分布
利用焊接夹具增加结构的刚性和拘束。 对接拼板时的刚性固定
利用临时支撑增加结构的拘束。
防护罩焊接时的临时支撑
返
回
控制残余应力的措施
1. 设计措施 1）尽量减少结构上焊缝的数量和焊缝尺寸。 2）避免焊缝过分集中，焊缝间应保持足够 的 距离。
3）采用刚性较小的接头形式。 减小接头的刚性措施
2.工艺措施
交叉焊缝的焊接 返 回
受力最大的焊缝应先焊 返 回
加热“减应区”法
黄色的区域代表焊缝
返
红色的区域代表加热区域
回
焊接残余变形的矫正
1）机械矫正法：平板机、千斤顶（5-300吨手动液压千 斤顶顶起的最大高度是160-180mm）
卷板机（最多可4辊）
如图示
2）火焰矫正法：将伸长的部分加热 500℃-800℃（褐 红色）然后自然或强冷
焊接变形控制措施
焊接变形控制措施1. 引言焊接是常见的金属连接工艺，它在制造业中起着重要的作用。
然而，焊接过程中会产生热量，导致工件变形。
焊接变形不仅会影响工件的外观，还可能导致尺寸偏差、失配和应力集中等问题。
因此，为了控制焊接变形，需要采取一系列措施来减少其影响。
本文将介绍焊接变形的控制措施，包括减少焊接热输入、优化焊接顺序和采用辅助支撑等方法。
这些措施可以帮助工程师在焊接过程中有效控制变形，提高焊接质量。
2. 减少焊接热输入焊接热输入是导致焊接变形的主要原因之一。
当焊接电流和电压较高时，焊接过程中产生的热量也较大，会使焊接接头局部加热，导致热膨胀引起变形。
因此，减少焊接热输入是一种常用的焊接变形控制措施。
以下是减少焊接热输入的方法：•降低焊接电流和电压：通过调节焊接电流和电压的大小，可以控制焊接热输入的大小。
降低电流和电压可以减少焊接过程中的热量产生，从而减少变形的可能性。
•采用脉冲焊接技术：脉冲焊接技术可以使焊接电流周期性变化，从而降低焊接热输入。
这种技术可以减少焊接热量和热膨胀，有效控制焊接变形。
•使用预热和间歇焊接：在焊接之前，可以对焊接接头进行预热，以提高材料的可塑性和焊接质量。
间歇焊接是指在焊接过程中，将焊接接头暂停冷却一段时间，再继续焊接。
这种方法可以有效控制焊接热输入，减少变形。
3. 优化焊接顺序焊接顺序是影响焊接变形的另一个重要因素。
不同焊接顺序会导致不同的温度梯度和热应力，进而影响变形的大小和方向。
因此，优化焊接顺序是控制焊接变形的一项重要措施。
以下是优化焊接顺序的方法：•从焊接应力较小的区域开始焊接：焊接过程中，焊接接头会受到热应力的影响，从而引起变形。
通过从焊接应力较小的区域开始焊接，可以减少焊接接头受力不均匀引起的变形。
•分割大尺寸焊接接头：对于大尺寸的焊接接头，可以将其分割成若干个小接头进行焊接。
这样可以减少焊接接头的热输入，降低焊接变形的风险。
•控制焊接速度和温度：在焊接过程中，合适的焊接速度和温度可以减少焊接接头的热输入，进而减少焊接变形。
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。
焊接变形原因及控制方法
焊接变形原因及控制方法焊接是一种常见的金属连接方法，但在实际应用中，我们常常会遇到焊接件变形的问题。
本文将探讨焊接变形的原因以及控制方法，帮助读者更好地理解和解决这一问题。
一、焊接变形的原因1. 焊接过程中的温度梯度：焊接时，焊缝区域受到高温的加热，而其它部位则保持较低的温度。
这种温度梯度会导致焊接件产生热应力，从而引起变形。
2. 残余应力的存在：焊接后，冷却过程中会产生残余应力。
这些应力会引起焊接件的变形，尤其是在焊接接头附近。
3. 材料的物理性质：不同材料在焊接过程中会由于热影响区域的不同导致不同的变形情况。
例如，具有较高热膨胀系数的材料在焊接后更容易发生变形。
二、焊接变形的控制方法1. 优化焊接工艺：通过合理安排焊接顺序、增加焊缝长度等方式来减小温度梯度，从而降低焊接变形的发生。
2. 使用预应力技术：在焊接过程中引入预应力，可以通过反向应力来抵消残余应力，从而减小焊接件的变形。
3. 控制焊接变形方向：合理预测焊接变形的方向，并采取相应的措施来控制变形。
例如，在设计中合理选择焊接结构和间隙，减小焊接残余应力对结构的影响。
4. 应用补偿技术：通过在焊接过程中进行额外的加工，例如机械加工或热处理等，来消除或减小焊接变形。
5. 使用支撑和夹具：通过设置支撑物或夹具来限制焊接件的变形，保持其形状和位置。
6. 使用适合的焊接方法：不同的焊接方法具有不同的变形控制效果。
在实际应用中，应根据具体情况选择适当的焊接方法，以减小焊接变形。
三、小结焊接变形是焊接过程中常见的问题，其产生原因主要包括温度梯度、残余应力和材料的物理性质。
为了控制焊接变形，我们可以通过优化焊接工艺、使用预应力技术、控制变形方向、应用补偿技术、使用支撑和夹具以及选择适合的焊接方法等方式进行控制。
只有在理解了焊接变形的原因并采取相应的措施后，我们才能更好地解决这一问题，并获得满意的焊接结果。
通过本文的探讨，相信读者对焊接变形的原因及其控制方法有了更深入的了解，这将有助于在实践中更好地应对焊接变形问题。
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。
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。
防止焊接变形的方法
焊接变形是焊接过程中常见的问题之一，可能会导致焊接件的尺寸偏差、形状变形等问题。
以下是一些防止焊接变形的方法：
1. 预热焊接件：在进行焊接前，可以先对焊接件进行预热，以减少焊接时的热应力和变形。
预热温度和时间应根据材料和焊接方式来确定。
2. 采用合适的焊接方法：不同的焊接方法会产生不同的热影响区域和热应力，因此需要选择适合的焊接方法。
例如，对于较薄的材料，可以采用冷焊接方法，而对于较厚的材料，则可以采用热输入较小的热熔焊等焊接方法。
3. 采用预热夹具：在进行焊接前，可以采用预热夹具对焊接件进行预热，以减少焊接时的热应力和变形。
4. 控制焊接速度和热输入：焊接速度和热输入对焊接变形也有较大的影响。
应根据材料和焊接方式来控制焊接速度和热输入，以减少焊接变形的发生。
5. 采用反变形措施：在焊接完成后，可以采用反变形措施，例如对焊接件进行退火或加热，以消除焊接变形。
同时，也可以采用一些特殊的工艺措施，例如使用支撑物或夹具等，来减少焊接件的变形。
焊接变形控制方法
焊接变形控制方法焊接变形是指在焊接过程中，由于焊接热量的作用，导致工件发生变形。
焊接变形不仅影响外观和尺寸精度，还可能导致工件的力学性能降低或破坏。
因此，控制焊接变形是焊接工艺中的一个重要问题。
焊接变形的控制方法可以分为几个方面：1. 选用合适的焊接工艺：合适的焊接工艺可以减小热输入，减少焊接变形。
一般来说，低热输入的焊接方法，如TIG焊、脉冲MIG焊等，会比高热输入的焊接方法，如电弧焊、气焊等，产生更小的变形。
2. 控制焊接参数：控制焊接参数，如电流、电压、焊接速度等，可以调节焊接热量的输入，从而控制焊接变形。
通常需要根据具体情况进行试验和优化，找到一个合适的参数组合。
3. 采用适当的焊接顺序：焊接顺序的选择可以减小残余应力和变形。
一般来说，从中心向两侧对称地焊接，或者采用逆序焊接等方法，可以减小焊接变形。
4. 使用夹具和焊接变形补偿：使用合适的夹具和焊接变形补偿方法，可以在焊接过程中限制工件的变形。
夹具可以限制工件的自由变形，而焊接变形补偿可以根据工件的预期变形，调整焊接过程中的维度和形状。
5. 控制焊接速度和温度：控制焊接速度和温度，可以调节焊接热量的输入和分布，从而减小焊接变形。
通常需要根据材料的热导率和热膨胀系数等参数，合理选择焊接速度和温度。
6. 采用预约束或后约束：预约束是在焊接前施加应力，限制工件的自由变形，后约束是在焊接后施加应力，矫正工件的变形。
通过预约束或后约束，可以控制焊接变形。
总之，焊接变形控制方法的选择应根据具体工作情况进行综合考虑，通过合适的焊接工艺、参数调节、焊接顺序、夹具使用等方法，最终实现对焊接变形的有效控制。
同时，需要注意在实际焊接过程中进行试验和优化，根据实际情况进行调整。
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。
管道装配焊接变形与应力分析
管道装配焊接变形与应力分析管道装配焊接是一项重要的工艺，在建筑、能源、石化等行业中得到广泛应用。
然而，焊接过程中的变形和应力问题常常困扰着焊接工程师和技术人员。
本文将探讨管道装配焊接的变形与应力问题，并提出一些解决方案。
首先，我们来讨论管道装配焊接过程中的变形问题。
焊接过程中，由于高温引起的热膨胀和冷却收缩会导致管道发生变形。
这种变形主要表现在两个方面：纵向变形和横向变形。
纵向变形是指管道在焊接过程中沿管道轴向方向发生的变形。
主要原因是焊缝的热量会导致焊接区域的热膨胀，从而使管道产生纵向变形。
为了减少纵向变形，可以采取以下措施：首先，在焊接过程中，对管道进行适当的加热和预热，以减小焊接区域的温度梯度；其次，可以使用焊接变形补偿装置，如夹具、支架等，来抵消管道的变形。
横向变形是指管道在焊接过程中在管道横截面方向上发生的变形。
这种变形主要是由于焊接热量引起的冷却收缩不均匀所造成的。
为了减少横向变形，可以采取以下措施：首先，在焊接前可以对管道进行适当的预变形处理，使其在焊接后能够恢复到正常状态；其次，可以使用内支撑物或内衬等方法来减小焊接区域的压缩变形。
除了变形问题，管道装配焊接还会产生应力问题。
焊接过程中的应力主要分为两种：残余应力和热应力。
残余应力是指焊接完成后，管道内部和外部的应力状态。
由于焊接过程中的温度变化和热膨胀，焊接接头处会产生应力集中，从而导致残余应力的产生。
这些残余应力如果得不到合理的处理，会对管道的强度和稳定性造成影响。
因此，我们需要对管道进行适当的应力释放处理，例如进行热处理或机械补偿等。
热应力是指焊接过程中的应力变化。
焊接时，由于焊接区域的温度急剧升高和冷却速度快，会导致焊接接头附近的材料发生塑性变形，从而产生应力。
为了减少热应力的产生，可以采取以下措施：控制焊接过程中的温度，避免过高的焊接温度和过长的焊接时间；采用合适的焊接方法和焊接参数，以减小焊接区域的热输入。
在实际的焊接工程中，理论知识的运用往往是不够的。
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。
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;
焊接过程中的变形与残余应力分析
焊接过程中的变形与残余应力分析引言：焊接是一种常见的金属连接工艺，广泛应用于制造业和建筑工程中。
然而，在焊接过程中，由于高温和冷却过程中的热收缩，会导致焊接件发生变形和残余应力。
本文将探讨焊接过程中的变形和残余应力产生的原因，并介绍一些常见的分析方法和解决方案。
一、焊接过程中的变形1.1 焊接热源对金属的影响焊接过程中，焊接热源的加热会引起焊接件的温度升高，导致焊接件发生热膨胀。
当焊接完成后，焊接件冷却时，会发生热收缩。
这种热膨胀和热收缩会导致焊接件发生变形。
1.2 焊接过程中的应力分布焊接过程中，焊接热源引起的温度变化会导致焊接件内部产生应力。
这些应力会导致焊接件发生变形。
特别是在焊接过程中，焊接件的不同部位会受到不同的应力作用，从而引起焊接件的变形。
二、焊接过程中的残余应力2.1 焊接残余应力的形成机制焊接过程中，焊接件在冷却过程中会发生热收缩，但由于焊接件与周围环境的约束，无法自由收缩。
这导致焊接件内部产生残余应力。
残余应力的大小和分布会影响焊接件的性能和使用寿命。
2.2 焊接残余应力对焊接件的影响焊接残余应力会导致焊接件发生变形、裂纹和变脆等问题。
残余应力还会降低焊接件的疲劳寿命和承载能力。
因此，对焊接残余应力进行分析和控制是确保焊接质量的重要环节。
三、焊接过程中变形与残余应力的分析方法3.1 数值模拟方法数值模拟方法是一种常用的分析焊接过程中变形和残余应力的方法。
通过建立焊接过程的数学模型，可以模拟焊接过程中的温度场和应力场。
这种方法可以预测焊接件的变形和残余应力，并优化焊接工艺参数。
3.2 实验方法实验方法是另一种常用的分析焊接过程中变形和残余应力的方法。
通过测量焊接件的变形和残余应力，可以了解焊接过程中的变形和残余应力分布。
实验方法可以验证数值模拟结果的准确性，并为焊接工艺的优化提供参考。
四、焊接过程中变形与残余应力的解决方案4.1 焊接变形的解决方案为了减少焊接变形，可以采取以下措施：- 优化焊接工艺参数，如焊接速度和焊接顺序，以减小热输入和热影响区域。
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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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。
（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。
一般焊接变形分为以下几种：
（1）横向收缩变形：垂直与焊缝方向的收缩。
（2）纵向收缩变形：焊接方向的收缩。
（3）弯曲变形：在板厚方向由于焊接温度分布不均匀，沿板厚方向或焊缝方向发生变形，一般有分为横向弯曲变形和纵向弯曲变形。
（4）波浪变形：在焊接薄板时由于焊接产生压缩残余应力，使板件因扭曲发生波浪变形。
（5）扭曲变形：焊接细长构件时，时构件绕自身轴线发生扭转。
3 焊接应力与变形规律
焊接应力与变形测算非常复杂，直接影响应力与变形的金属材料的力学性能与和热物理学性能随焊接温度场而变化，而焊接温度场由随焊接接头的形状、尺寸、焊接工艺参数等变化。
而每种焊接结构都有不同焊接应力与焊接变形，要掌握焊接结构的焊接应力与变形规律，应从简单焊缝分析人手。
3.1 平板对接直线焊缝上焊接应力与变形
平板对接直线焊缝上焊接应力一般存在纵向残余应力和横向残余应力，厚度方向的残余应力较小，只有厚板大坡口焊缝应力才有较高的数值。
一般钢材纵向残余应力在焊缝的中心线上，接近材料的屈服强度，而横向残余应力垂直于焊缝，
数值较小，通常焊缝中心截面上的横向应力两端为压应力，中间为拉应力。
但横向应力还与焊接速度、焊接方向有关。
3.2 圆筒环形焊缝的应力与变形
环形焊缝在圆筒上引起的应力及分布与简体的材料及刚度有关，沿圆周方向平行与环焊缝的应力，小于平板对接焊缝相应数值，这是因为焊缝发生径向收缩，从而使一部分应力释放，而垂直于焊缝方向的应力在简体内外表面分布是对称的。
环形焊缝在焊缝中心线会产生下凹变形，在焊缝稍远距离产生
上凸变形，不过幅值较小，这是因为环形焊缝在周长上缩短造成的壳体变形的特征。
在实际生产中，例如隔爆电机机座简体与法兰的焊接，一般轴向发生收缩变形约3mm左右，径向变形不大，因为环焊缝内外对称焊接。
焊接应力与变形是无法避免的，一般采取相应的措施，但是减少焊接变形措施可能将增大焊接残余应力，在焊接过程发生焊接变形，将在—定程度上减少焊接应力。
4 焊接应力与焊接变形的控制
焊接应力与变形存在对于焊接件承受静载荷能力、脆性断裂、疲劳强度、焊接件的刚度都有有害的影响，在生产必须进行控制和消除。
4.1 焊接应力控制和消除
4.1.1 在设计阶段应遵循的原则
尽量减少焊缝数量，采用合理的焊缝尺寸；避免焊缝密集交叉，保持较好的焊接操作可达性；采用焊缝小的接头形式，降低焊缝拘束度；避免焊缝几何不连续性和应力集中。
4.1.2 制造过程中工艺措施
采用线能量小工艺参数和焊接方法；选择合理的焊接顺序，调整焊接残余应力的分布。
先焊接收缩量大的焊缝和受力较大的焊缝；焊缝交叉时，先焊短焊缝，后焊直通长焊缝；锤击多层焊缝中间各层，降低焊接应力和拘束度；局部加热补偿焊缝收缩的变形。
4.1.3 焊后降低或消除焊接残余应力的方法
构件焊接后进行振动时效处理；构件焊接后进行整体高温退火或局部高温退火。
4.2 焊接变形的控制和消除
4.2.1 在设计阶段应遵循的原则
选择焊接工艺好的结构形式；设计合理的焊缝尺寸和形式；合理安排焊缝的布局和接头位置，筋尽可能减少焊缝的数量；
选用轧制型材、锻件、铸件和钣金成型件，构成最佳焊接结构。
4.2.2 制造阶段的工艺措施
（1）焊前预防措施，采取预变形法，提前给出合适焊接反变形量；采用刚性固定法，采用焊接夹具或刚性焊接胎具。
（2）焊接过程中变形控制措施：第一，优选焊接方法，采用能量密度高的热源；第二，采用合理焊接工艺参数，减少热输入；
第三，选择合理的焊接顺序。
（3）焊后矫正措施：
第一，静力加压矫直法，产生于焊接变形相反的塑性变形；第二，薄板焊缝滚压法；第三，锤击法，使材料延伸补偿焊接收缩；第四，加热法，预先将变形部位用刚性夹具复原到设计现状，利用热胀冷缩原理。
由于焊接应力和变形在焊接结构中分布相当复杂，因此在生产过程中，根据焊接构件实际情况，掌握焊接应力与变形规律，灵活运用，对于预防和消除焊接变形将会产生积极作用。
参考文献：
[1]焊接手册第3卷，焊接结构/中国机械工程学会焊接学会编.北京：机械业出版杜，2001.8.
[2]焊接工程师手册/陈祝年.北京：机械工业出版社，2002.1.。