焊接应力与变形
焊接应力与变形
焊接应力与变形学习目的：了解焊接应力与焊接变形产生的原因，掌握控制和消除焊接应力与焊接变形的方法。
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。
岬件上的温塩分■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。
第二节焊接残余应力一、焊接残余应力的分类1. 按焊接残余应力产生的原因分类(1)温度应力(又称热应力)：它是由于金属受热不均匀，各处变形不一致且相互约束而产生的应力。
焊接过程中温度的应力是不断变化的，且峰值一般都达到屈服强度，因此产生塑性变形，焊接结束并冷却后产生残余应力保存下来。
(2)组织应力：焊接过程中，引起局部金属组织发生转变，随着金属组织的转变，其体积发生变化，而局部体积的变化受到皱纹金属的约束，同时，由于焊接过和中是不均匀的加热与冷却，因此组织的转变也是不均匀的，结果产生了应力（3）拘束应力：焊件结构往往是在拘束条件下焊接的，造成拘束状态的因素有结构的刚度、自重、焊缝的位置以及夹持卡具的松紧程度等。
这种在拘束条件下的焊接，由于受到外界或自身刚度的限制，不能自由变形就产生了拘束应力。
焊接变形和应力
预热法
对焊缝两侧进行预热，减小温差 引起的收缩，从而减小变形和应
力。
层间温度控制
保持焊接过程中的层间温度在一定 范围内，以减小热影响区的宽度， 从而减小变形和应力。
焊后热处理
对焊接后的压力容器进行热处理， 以消除残余应力，防止裂纹的产生。
案例三：船舶焊接变形和应力控制
工艺评定
在焊接前进行工艺评定，确保焊接工艺参数的合理性和可行性。
控制焊接应力的措施
01
02
03
04
预热法
在焊接前对焊件进行预热，减 小温差，降低焊接应力。
层间温度控制法
在焊接过程中控制层间温度， 减小温差，降低焊接应力。
锤击法
在焊接过程中对焊缝进行锤击 ，使其产生塑性变形，从而减
小焊接应力。
热处理法
通过加热和冷却的方法消除或 减小焊接应力。
05 实际应用案例
焊接应力的影响
变形
焊接应力会导致焊接结构产生变形， 影响结构的尺寸精度和形状精度， 严重时甚至会导致结构失效。
疲劳强度
焊接应力会降低焊接结构的疲 劳强度，缩短其使用寿命。
稳定性
焊接应力会影响结构的稳定性 ，使结构在受到外力作用时容 易发生屈曲或失稳。
安全性
过高的焊接应力可能导致结构 在使用过程中发生突然断裂，
焊接顺序规划
根据结构特点和焊缝分布情况，合理安排焊接顺序，以减小变形和 应力。
刚性固定和夹具使用
在焊接过程中使用刚性固定和夹具，限制结构的自由变形，减小焊 接应力。
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仍然存在的应力。
焊接应力的产生与焊接工艺、 材料、结构形式等多种因素有 关。
焊接应力与变形
一、焊接应力与焊接变形的基本知识 • 我们已经知道，焊缝由于有内部结构上的缺陷 和内部应力的释放、焊件将产生焊缝裂缝。同时， 在焊接过程中，焊件受到不均匀的电弧加热，受 热区域的金属膨胀程度也就不同，此时产生的内 应力和变形是暂时的，但当焊接完毕待焊件完全 冷却后，剩余的内应力和变形称为残余内应力和 变形。
• （6）预热法 • 焊件在焊前加热能减小焊件的温度差，并降低焊后的冷却速度， 从而减小焊接应力。焊件焊前预热可根据焊件的大小和施工条件， 采取局部预热或整体预热。预热温度的大小主要根据焊件的材料 性质，厚度以及周围环境的温度等综合来考虑。 • （7）回火法 • 焊件焊好后，将焊件整体放入加热炉中，并以≤25～60℃的升温 速度进行加热。低碳钢焊件加热在600～650℃左右，并保温一定 时间，然后与炉子一起冷至50～60℃，焊件才出炉。当焊件尺寸 大而不能进行整体回火时，可局部回火，此时，回火后应缓慢地 冷却。此法是用氧—乙炔火焰喷嘴加热在焊缝两侧，构件表面加 热至200℃左右。在火焰嘴后面一定距离，喷水冷却，造成加热 区与焊缝区之间一定温度差，使焊缝区金属被拉长，而达到部分 消除焊缝拉伸内应力的目的。
• （六）扭曲变形 • 装配质量不好，工件搁置不当以及焊接程序和 焊接方向不合理，都可能引起扭曲变形。产生这 种变形的根本原因就是焊后焊缝的纵向和横向缩 短引起各种形式的变形和焊接残余应力。
• 在焊接结构中，焊接残余应力与变形之间的关系 是一个矛盾的两个方面。如果在焊接过程中焊件 能够自由地收缩，则焊后焊件的变形较大而焊接 应力较小，如果焊接过程中焊件受外界约束或自 身刚性较大而不能自由收缩，则焊后焊件变形小， 但其内部存在较大的焊接残余应力。我们在实际 生产中要善于掌握和应用结构焊接残余应力和变 形的基本理论，在实际生产中采取有效的工艺措 施，以利于控制船体结构的焊接变形和焊接残余 应力状态，从而提高船舶的建造质量。
焊接应力与变形
焊接应力与变形几个概念：1、内应力：是指在没有任何外力作用下，平衡于弹性体内的应力。
其主要特点是内应力在弹性体内构成一个平衡力系，内力和内力矩的总合都为零。
2、残余应力：是指当产生应力的各种因素的作用不复存在时，由于不均匀的塑性形变和不均匀的相变所致，在物体内部依然存在并自身保持平衡的应力。
残余应力按其存在范围的大小可分为三类：①宏观应力或第一类应力在晶体材料中许许多多晶粒范围之内存在并保持平衡的应力；②微观应力或第二类应力在几个晶粒范围之内存在并保持平衡的应力；③超微观应力或第三类应力存在于晶粒内的几百、几千个原子之间并保持平衡的应力。
3、温度应力（热应力）：由于构件受热不均引起的应力。
4、组织应力：是金属发生固态相变所产生的应力。
一般，有组织应力必然有热应力，而有热应力却不一定有组织应力。
5、焊接瞬时应力和瞬时变形：焊接加热中由于热源作用的集中性与瞬时性，使焊件局部受热不均匀而产生的内应力和变形，是暂时存在于焊件中的。
6、焊接残余应力和残余变形：焊后冷却至室温残存于焊件中的内应力与变形，通常所说的焊接应力与变形就是指焊接残余应力和残余变形。
焊接应力与变形对结构的制造质量和使用性能有很大影响。
焊接应力是引起各种焊接裂纹的主要原因；在一定条件下会影响结构（尤其是低温及受动载结构）的承载能力，如强度、刚度和受压稳定性，还影响结构的机加工精度和尺寸稳定性。
焊接变形量若超过允许值就必须矫正，有些经矫正虽能达到使用要求，但矫正工作量太大；有些因矫正无效或无法矫正而报废。
7、自由变形率、外观变形率和内部变形率当某一金属物体的温度改变或发生相变，其几何尺寸和形状就会发生变化，如果这种变化没有受到外界的阻碍而自由进行，这种变形成为自由变形（T L ∆）,见图4-1(a)；自由变形率即单位长度上的自由变形量，用T ε来表示：)(010T T L L T T -=∆=αε （4-1）式中：α为金属的热膨胀系数。
第二章 焊接应力与变形
图2-3 金属屈服极限与温度的关系 1－钛合金； 2－低碳钢； 3－铝合金
3. 构件中焊接应力与变形的产生
（1）长板条中心加热 （2）长板条非对称加热（一侧加热） （3）受拘束的杆件在均匀加热时的应力与变 形
（1）长板条中心加热
（1）长板条中心加热
图2-4 长板条中心受热
图 2-5 板条中心加热的应力与变形
1. 对焊接结构强度的影响
• 没有严重应力集中的焊接结构，只要材料具有一 定的塑性变形能力，焊接内应力并不影响结构的 静载强度。但是，当材料处于脆性状态时，拉伸 内应力和外载引起的拉应力叠加就有可能使局部 区域的应力首先达到断裂强度，降低结构的静载 强度，使之在远低于屈服点的外应力作用下就发 生脆性断裂。因此，焊接残余应力的存在将明显 降低脆性材料结构的静载强度。工程中有很多低 碳钢和低合金钢结构的焊接结构发生过低应力脆 断事故。
图2-17 横向拘束下焊接的内应力
图2-18 纵向拘束状态下焊接的内应力
5. 封闭焊缝中的残余应力
• 在容器、船舶等板壳结构中经常会遇到如 图2—19所示的接管、人孔接头和镶块之类 的结构，这些构造上都有封闭焊缝，都是 在较大的拘束下焊接而成的。图2—20中圆 盘中焊入镶块的残余应力，径向内应力σr为 拉应力，切向应力σθ在焊缝附近最大为拉 应力。由焊缝向外侧逐渐下降为压应力由 焊缝向中心达到一均匀值。拘束度越大， 镶块中的内应力也越大。
图2-12 纵向收缩引起的横向残余应力σy′的分布
图2-13 不同长度平板对接焊时σy′的分布
（2）横向收缩所引起的横向残余应力 σy ″
• 在焊接结构上一条焊缝不可能同时完成，总有先 焊和后焊之分，先焊的先冷却，后焊的后冷却， 先冷却的部分又限制后冷却的部分的横向收缩， 就引起了横向残余应力σy ″。σy ″的分布与焊接方 向、分段方法及焊接顺序有关。总之，横向残余 应力的两个部分σy′、σy ″同时存在，焊件中的横 向残余应力是由σy 合成的，它的大小要受σs的限 制，见图2—14。 • 横向应力与焊缝平行的各截面上的分布大体与焊 缝截面上相似，但是离开焊缝的距离越大应力值 越低，到边缘上σy等于零。从图2—15中可以看 出，离开焊缝σy就迅速衰减。
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
焊接应力与变形
●焊接应力与变形1.焊接应力与变形产生的原因焊件在焊接过程中受到局部加热和冷却是产生焊接应力和变形的主要原因。
焊接加热时，图F-4(a)中虚线既表示接头横截面的温度分布，也表示金属能自由膨胀时的伸长量分布。
实际上接头是个整体，由于受工件未加热部分的冷金属产生的约束，无法进行自由膨胀，平板只能在整个宽度上伸长ΔL,因此焊缝区中心部分因膨胀受阻而产生压应力(用符号“-”表示)，两侧则形成拉应力(用符号“+”表示)。
焊缝区中心部分的压应力超过屈服强度时，产生压缩塑性变形，其变形量为图F-4(a)中被虚线包围的无阴影部分。
焊后冷却时，金属若能自由收缩，则焊件中将无残余应力，也不会产生焊接变形，但由于焊缝区中心部分已经产生的压缩塑性变形，不能再恢复，冷却到室温将缩短至图F-4(b)中的虚线位置，两侧则缩短到焊前的原长L。
这种自由收缩同样是无法实现的，平板各部分收缩会互相牵制，焊缝区两侧将阻碍中心部分的收缩，因此焊缝区中心部分产生拉应力，两侧则形成压应力。
在平板的整个宽度上缩短ΔL′，即产生了焊接变形。
图F-4 平板对焊的应力与分布(a)焊接过程中；(b)冷却后2.焊接变形的几种基本形式图F-5 焊接变形的基本形式(a)收缩变形；(b)角变形；(c)弯曲变形；(d)扭曲变形；(e)波浪变形1)收缩变形：收缩变形是工件整体尺寸的减小，它包括焊缝的纵向和横向收缩变形。
2)角变形：当焊缝截面上下不对称或受热不均匀时，焊缝因横向收缩上下不均匀，引起角变形。
V形坡口的对接接头和角接接头易出现角变形。
3)弯曲变形：由于焊缝在结构上不对称分布，焊缝的纵向收缩不对称，引起工件向一侧弯曲，形成弯曲变形。
4)扭曲变形：对多焊缝和长焊缝结构，因焊缝在横截面上的分布不对称或焊接顺序和焊接方向不合理等，工件易出现扭曲变形。
5)波浪变形：焊接薄板结构时，焊接应力使薄板失去稳定性，引起不规则的波浪变形。
实际焊接结构的真正变形往往很复杂，可同时存在几种变形形式。
焊接应力与变形
薄板拼接时的刚性固定 30
焊接教学
焊接残余变形
2）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
31
焊接教学
焊接残余变形
• 3）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
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焊接教学
焊接残余变形
• 4）利用临时支撑增加结构的拘束。
防护罩焊接时的临时支撑
• 如果压应力小于金属材料的屈服点，则当 杆件温度从T1恢复到T0时，若允许杆件自 由收缩，则杆件将恢复到原来长度L0，杆 件中不存在应力。
• 如果杆件温度很高，产生的压应力大于材 料的屈服点，则杆件产生塑性变形”，在 杆件温度恢复到了。的自由收缩结束后， 将比原来缩短，产生了压缩塑性变形。
9
焊接教学 焊接应力与变形的产生
➢ 焊件在焊后沿焊缝长度方间的收缩称为纵向缩短 。
➢ 焊件在焊后垂直于焊缝方向的收缩叫横向缩短。
18
焊接教学
焊接残余变形
2．角变形
• 角变形产生的根本原因：由于焊缝的横向收缩沿 板厚分布不均匀所致。角变形的大小以变形角α 进行度量。
几种接头的角变形
T形接头的角变形
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焊接教学
焊接残余变形
3. 弯曲变形
• 3）对于焊缝非对称布置的结构，装配焊接时应 先焊焊缝少的一侧。
压力机压型上模的焊接顺序
35
焊接教学
焊接残余变形
4）焊缝对称布置的结构，应由偶数焊工对称地施焊 。
圆筒体对接焊缝焊接顺序
36焊接教学焊接来自余变形• 5）长焊缝（1m以上）焊接时，可采用下图所示 的方向和顺序进行焊接，以减小其焊后的收缩变 形。
焊接变形和焊接应力
焊接变形和焊接应力焊接变形和焊接应力焊接是一种局部加热的加工方法，热源集中在焊缝处加热，因而造成焊件上温分布不均匀，最终导致在焊接结构内部产生了焊接变形与焊接应力。
一、焊接变形1. 焊接变形的概念由焊接而引起的焊件尺寸和形状的改变称为焊接变形。
焊接过程结束后，残国在焊接结构中的变形，称为焊接残余变形。
本书中提到的焊接变形指的是焊接残余变形。
2. 焊接变形的类型及产生原因焊接变形可分为收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形、扭曲变形等几种形式焊件局部（焊缝和焊缝附近的金属）不均匀加热和冷却是产生焊接变形的根本用因。
焊接时，加热是通过移动的高温电弧热源进行的，焊缝和焊缝附近的金属温度很高，受热金属要膨胀，其余大部分金属不受热，受热金属的膨胀受到阻碍和抑制，生了压缩塑性变形。
焊完冷却后，焊缝和附近的金属因收缩而变短，却又受到周围受热金属的限制，就使焊件产生了内应力，以致产生变形。
各类焊接变形的具体原因各不相同，与焊缝在焊件中的位置、加热方法、焊接序等因素密切相关。
焊接变形的类型及产生原因见表2-3-7。
3. 预防和矫正焊接变形的方法及措施（1）预防焊接变形的方法及措施预防焊接变形可以从焊接结构设计和焊接工艺两方面进行。
在焊接结构设计时要在保证结构有足够强度的前提下，尽量减小焊缝的数量和尺寸;对称布置焊缝;必要时预先留出收缩余量;采用冲压结构代替焊接结构;将焊缝布置在最大工作应力之外等。
预防焊接残余变形的工艺措施主要有∶1）选择合理的装配焊接顺序。
装配焊接顺序对焊接结构变形的影响很大。
对称焊接、不对称焊缝先焊焊缝少的一侧和减少长道直焊缝等都可以很大程度上减少焊接变形量。
如图2-3-13所示的工字梁，当采用1、2、3、4的焊接顺序时，虽然结构的焊缝对称，焊后仍将产生较大的上拱弯曲变形，但如果改为将工字梁1、2焊缝的长度分成若干段，采取分段、跳焊的对称焊接，先焊完总长度的60%～70%，然后将工字果翻转180°焊接3、4焊缝，也采取分段、跳焊的对称焊将3、4焊缝全部焊完。
焊接应力与变形
（1）纵向收缩引起的弯曲变形
焊缝的纵向收缩引起的弯曲变形 （2）横向收缩引起的变曲变形
焊缝的横向收缩引起的弯曲变形
焊接残余变形
4.波浪变形
波浪变形常发生于板厚小于6mm的薄板焊接过 程中，又称之为失稳变形。
焊接残余变形
（1）点状加热
（2）线状加热
焊接残余变形
（3）三角形加热
工字梁弯曲变形的火焰矫正
火焰加热矫正焊接变形的取决于下列三个因素： （1）加热方式 （2）加热位置 （3）加热温度和加热区的面积
焊接残余应力
本节主要内容： 一、焊接残余应力的分类； 二、焊接残余应力的分布； 三、焊接残余应力对焊接接头的影响； 四、减小焊接残余应力的措施； 五、消除残余应力的措施； 六、焊接残余应力的测定方法。
在疲劳节段专门进行讲解。
3.残余应力对机械加工精度的影响
机械加工后，原内应力的平衡打破， 工件将产生变形。
机械加工引起内应力释放和变形
焊接残余应力
4.残余应力对受压杆件的影响
波浪变形是构件由于内应力产生构件局部失稳 造成。
当杆件的长细比λ（大于150),失稳临界应力 本来就低,或内应力较低时,外载应力与残余应力 之和在失稳之前未达到屈服极限,残余应力对稳定 性不会产生影响。
焊后，当焊件温度降至常温时，残存于焊件中的应 力称为焊接残余应力，焊件上不能恢复的变形称 为焊接残余变形。
钢受热时力学性能的变化
为了便于讨论，对于低碳钢材料作如下假设：在 0～500℃时，屈服点不变，而在500～600℃时， 按直线规律减小到零。600℃以上时，就变为塑 性材料
焊接应力与变形
焊接应力与变形一、什么叫应力：物体在受到外力作用发生变形的同时，其内部会出现抵抗变形的力，这个力叫内力，而这个物体单位截面所受的内力叫应力。
在焊接时，当没有外力的存在，由构件不均匀受热或不均匀冷却产生的内应力叫焊接应力。
焊后残余在焊缝内部的应力叫焊接残余应力。
当焊件的内应力突破其屈服点就会产生的变形叫焊接变形。
二、焊接应力和变形产生的原因：假设一根钢筋，在无拘束的情下均匀加热，因受热膨胀它会变长、变粗，然后让其自然冷却，它会变回原来的尺寸和大小，这时它不会产生应力与变形。
如果把它二头进行钢性拘束固定，然后对其进行均匀加热，这时它因为热膨胀会要变长，但由于二头钢性固定阻挡而不能伸长，这时它可能会变弯，由于二头被刚性拘束固定，被自己的内应力压短或弯了，这时让它自然冷却，它会变短、变弯。
在焊接过程中，由于焊件是不均匀加热，我们可以把焊件的加热分为二部份，一部份是焊缝和离焊缝很近的高温区，还有一部份是离焊缝较远的低温区，而高温区就是上面所说的钢筋，而低温区就是刚性拘束固定的点，当高温区受热时要膨胀、伸长，而低温区会阻碍其自由膨胀、伸长，这时就会产生一个内应力，这个力就是焊接内应力，当焊接内应力突破其屈服点就会产生焊接变形。
三、影响焊接应力与变形的因素：1、焊接工艺，采用不同的焊接工艺，它产生的应力与变形的情况也不同。
2、焊缝的位置，3、装配和焊接的顺序4、焊缝尺寸和坡口的形式5、焊件的形状与尺寸6、焊接参数和施焊的方法四、控制焊接应力与变形的措施：1、设计阶段：①、焊缝尽量不要集中，焊缝间保持足够的距离。
②、尽可能减少焊缝的数量和尺寸。
③、选用填充金属少的坡口形式。
④、尽量不把焊缝布置在工作应力最大的区域。
⑤、在残余应力集中在拉应力区域时，应避免几何不连续性，以免内应力进一步增大。
2、焊接阶段：①采用合理的装配和焊接顺序。
②焊前预热，焊后缓冷。
③焊接时采用小线能量，多层多道焊，焊件刚性大时采用冷焊法。
五、消除应力与变形的方法：①整体或局部高温回火。
焊接应力与变形
焊接应力与变形焊接应力和变形主要与焊接热循环及拘束度有关，其分布大小取决于：线膨胀系数、弹性模量、屈服点、形状、尺寸和温度场。
温度场又与导热系数、比热、密度及工艺参数和条件相关。
一、T 型梁焊接变形及控制1、焊接变形产生的原因在构件焊接过程中，焊缝中心及周围母材被加热到各种不同的温度，远离电弧区，温度越低，形成极大温度梯度的温度场（电弧区的温度达1500℃以上，热影响区为450℃左右）。
在加热过程中产生了压缩塑性应变，随后冷却到原来温度过程中，构件中便产生了残余应力，并且构件的形状尺寸发生了变形。
2、T型梁焊接变形解决思路。
（1）合理的设计接头T型梁为主要承载部位，为了保证接头的强度，接头设计为全熔透坡口。
为了尽量减少填充金属且保证T型接头的强度，同时要求焊后的变形尽量小布置腹板两侧焊道数量相同。
最终，此T接头采用K型坡口，接头设计要求如图1示。
（2）合理的焊接工艺严格控制热输入，焊前将接头烘干，并将焊件加热至要求最低温度66℃，且将焊接过程中最大层间温度控制为200℃。
由于板厚较大，填充量大，所以采用埋弧焊（横焊）。
焊接时，按接头长度分为四段，分段进行焊接。
并且在施焊过程中，图1 接头设计（K型坡口）从接头腹板的两侧同时焊接，可以防止或减少因先单面焊接而引起的变形。
（3）采用刚性固定从翼缘板一侧施焊，若没有刚性约束，焊后翼缘板将产生如图2所示的变形。
因此在焊前将T型梁的翼缘板焊接于基准胎架的临时定位板之上，并在翼缘板的同侧焊上临时防变形板，可防止或减少焊后翘起变形，如图3所示。
焊接前焊接后侧视图俯视图图2 焊接变形图3 刚性固定当T型接头焊接完后根据标准要求，对腹板的弧度进行测量、矫正。
构件在焊接完毕后产生变形是必然的，矫正可以火焰矫正，也可以机械矫正。
火焰矫正对焊后构件变形的矫正能够起到明显的效果。
3、与理论的联系焊前可根据变形趋势和大小，对构件进行合理的接头设计和工艺设计来控制变形，采用合适的焊接参数、焊接方向、焊接顺序能够改善变形程度，刚性固定可以抵消部分焊接应力。
焊接应力与焊接变形
焊接应力与焊接变形焊接变形：钢结构构件或节点在焊接过程中，局部区域受到很强的高温作用，在此不均匀的加热和冷却过程中产生的变形称为焊接变形。
焊接应力：焊接后冷却时，焊缝与焊缝附近的钢材不能自由收缩，由此约束而产生的应力称为焊接应力。
∙焊接应力的形成和对钢结构的影响∙ 1. 焊接应力的形成和对钢结构的影响∙（1）形成∙两块钢板上施焊时，产生不均匀的温度场，焊缝附近温度高达1600︒C，其邻近区域温度较低，且冷却很快。
冷却时钢材收缩，冷却慢的区域收缩受到限制，从而产生拉应力，冷却快的区域受到压应力。
∙（2）焊接应力的分类∙✍纵向应力：沿着焊缝长度方向的应力∙✍横向应力：垂直于焊缝长度方向且平行于构件表面的应力∙✍厚度方向应力：垂直于焊缝长度方向且垂直于构件表面的应力。
∙（3）焊接应力的影响∙✍对常温下承受静力荷载结构的强度没有影响，但刚度降低；∙✍由于焊接应力使焊缝处于三向应力状态，阻碍了塑性变形，裂纹易发生和发展；∙✍降低疲劳强度；∙✍降低压杆的稳定性；∙✍使构件提前进入弹塑性工作阶段。
∙焊接变形的产生和防止∙ 2. 焊接变形的产生和防止∙焊接变形是由于焊接过程中焊区的收缩变形引起的，表现在构件局部的鼓起、歪曲、弯曲或扭曲等。
∙表现主要有：纵向收缩、横向收缩、弯曲变形、角变形、波浪变形、扭曲变形等。
如图∙∙减少焊接应力和焊接变形的方法∙ 3. 减少焊接应力和焊接变形的方法：∙（1）采用适当的焊接程序，如分段焊、分层焊；∙（2）尽可能采用对称焊缝，使其变形相反而抵消；∙（3）施焊前使结构有一个和焊接变形相反的预变形；∙（4）对于小构件焊前预热、焊后回火，然后慢慢冷却，以消除焊接应力。
∙合理的焊缝设计∙ 4. 合理的焊缝设计：∙（1）避免焊缝集中、三向交叉焊缝；∙（2）焊缝尺寸不宜太大；∙（3）焊缝尽可能对称布置，连接过渡平滑，避免应力集中现象；∙（4）避免仰焊。
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焊接残余变形的分类
由于焊接而产生的焊后残留在焊件中的变形。 1.收缩变形 2.弯曲变形 3.角变形 4.扭曲变形 5.波浪变形 6.错边变形
焊接残余变形
收缩变形
焊件焊后沿焊缝方向的收缩（纵向收缩）和在垂直焊缝 方向的收缩（横向收缩）。
弯曲变形
焊件焊后发生弯曲。弯曲可由焊缝的纵向收缩和横向收 缩引起。
三角加热
加热区呈三角状，可获得三角底部边横向收缩大于顶端横 向收缩的效果。用于刚性大和变形量大的焊件时常采用这 种加热方式。
散热法
将焊接处热量迅 速散走，减小焊 缝及其附近的受 热区，达到减小 焊接变形的目的。
喷水法散热
散热垫法散热
水浸法散热
火焰矫正注意事项
1.了解构件的材质，焊接性好的材料都能用火焰矫正，如 低碳钢、低合金钢（16Mn等），不仅可以用火焰矫正， 而且还可以浇水急冷，提高校正效率。 2.火焰矫正过程用水急冷的目的是限制膨胀范围；增加对 加热区的挤压作用； 不必等待， 可立即看到效果，但 对于有淬火倾向或刚性较大的工件，不宜使用。浇水ห้องสมุดไป่ตู้ 却要在颜色冷却到失去红色时才可浇水。 3.加热温度不宜超过800℃，否则会引起加热区过热，也不 是加热面积越大越好，尤其是薄板加热。
机械矫正法
机械矫正有：油压机、千斤顶、辊压机和专用矫正机。
火焰矫正法
用火焰对金属局部进行加热，使之产生压缩塑性变形，冷 却时该处金属发生收缩，利用收缩产生的变形去抵消焊接 引起的残余变形。 火焰矫正法一般使用的是氧-乙炔火焰，不需专门设备， 操作灵活、简单方便，可以在大型结构上进行校正，但效 率较低 。
火焰加热的三要素
加热位置 加热温度 加热区的形状
加热位置
加热位置是成败的关键因素，加热位置不正确，不仅起不 到矫正作用，反而加重已有的变形。因此，所选的加热位 置必须使产生的变形方向与焊接残余变形方向相反，起到 抵消变形的作用。
加热温度
结构钢火焰矫正加热温度一般为660～800℃之间。现场测 温不便，一般用眼睛观察加热部位的颜色来判断加热的大 致温度。
角变形
焊后焊件的平面围绕焊缝产生的回转变形。
β
扭曲变形
角变形沿着焊缝上逐渐增大，使构件扭转， 焊后在结 构上出现的扭曲。
波浪变形
焊后焊件呈现波浪形，这种变形在平面薄板焊接时最 易产生，也称翘曲变形。
a-两板对接焊接
b-多道T形焊接
错边变形
两块板材于焊接过程中因刚度或散热程度不等所引起 的纵向或厚度方向上位移不一致而造成的变形。
大型复杂结构
对称结构上的对称焊缝
两面同时焊接，使正反两面变形获得抵消，有时只能先焊 一侧，后焊另一侧，也应两边交替对称焊接。 用同样工艺参数焊接时，先焊侧引起的变形总比后焊侧大 一些。应把先焊侧改为多层多道焊，并减少每层（道）焊 接热输入，再利用两面交替焊接顺序，让每侧引起的变形 最后都获得抵消。
颜色 褐红色 温度℃ 580~650 颜色 樱红色 淡樱红色 温度℃ 770~800 880~830 颜色 暗黄色 亮黄色 温度℃ 1050~1150 1150~1250
深褐红色 550~580
暗樱红色 650~730
深樱红色 730~770
亮樱红色
桔黄色
830~960
960~1050
白黄色
1250~1300
点状加热
条状加热
条状加热火焰沿直线方向移动，连续加热金属表面，形成 一条加热线即条状加热。 薄板校平不作横向摆动加热，需扩大面积 时，从中间向两侧 平行的增加加热线，线距视变形程度而定，变形量大宜密 些。
带状加热
若在移动过程中横向摆动，就形成加热带即带状加热。带状 加热的横向收缩一般大于纵向收缩量，应充分利用此特点安 排加热位置，厚板校正主要采用带状加热。带状加热多用于 校正变形量较大或刚性较大的构件。
加热区的形状 点状加热
点状加热集中在金属表面的一个圆点加热，加热后可获得 以一点为中心的均匀径向收缩效果。适应薄板波浪变形的 矫平，常以梅花状均匀分布，点直径≥15mm，厚板时应适 当加大；点间距50～100mm，为了提高效率，每加热完一 个点后，立即用木锤锻打加热点及周围区域，以增加压缩 塑性变形（薄板锻打时，背面须设垫板），可浇水冷却。
刚性固定法
利用装配夹具或临时性支撑，将焊接件的相互位置固定， 用以防止焊后变形的方法。 此法对防止弯曲变形的效果不如反变形法，但对角变形 和波浪变形较有效。
选择合理的装配焊接顺序
无法使用胎夹具情况下焊接，一般都需要选 择合理的装焊顺序，使焊接变形减少至最小 。
大型复杂结构
只要条件允许，把它分成若干结构简单的部件，单独 进行焊接，然后再总装成整体。 这种 “化整为零、集零为整” 的装配焊接方案优点 是部件的尺寸和刚性得以减小，同时也简化了胎夹具的复 杂程度。 对称焊要求焊件翻身与变位容易实现，更重要的是可 以把影响整体结构变形最大的焊缝分散到各部件中焊接， 把不利影响减少或消除，但要注意所划分的部件应易于控 制焊接变形。
结构上不对称焊缝
焊缝在结构上分布不对称时，如果焊缝位于中性轴两 侧时，利用调节焊接热输入和交替施焊的顺序进行焊 接变形控制；如果焊缝位于中性轴一侧，则施焊顺序 不再起作用，只能采取减少焊接热输入或其它工艺措 施解决。
焊接变形的矫正
利用外力使构件产生与焊接变形方向相反的塑性变形， 使两者相互抵消。 焊接变形的矫正有：机械矫正法、火焰矫正法、散热法、 锤击法。 机械矫正法只适用于结构简单的中、小型焊件，对高强度 钢应慎用。
焊接应力与变形
陕汽集团焊接高级技师 张明录
提纲
一、焊接变形的概述 二、焊接残余变形的分类 三、控制焊接变形的措施
四、焊接变形的矫正
焊接变形 焊接过程瞬态 热变形 面内位移 面外位移 相变组织变形
焊后残余变形
面内变形
面外变形
焊缝纵向收缩
角变形
焊接变形的概述
焊缝横向收缩
弯曲变形
回转变形
扭曲变形
失稳波形变形
控制焊接变形的措施
1.反变形法 2.合理的焊接方法 3.刚性固定法 4.正确的装焊顺序 5.散热法 6.锤击法
控制焊接 变形措施
反变形法
焊接前使被焊件发生大小相同、方向相反的变形，以 抵消或补偿焊后发生的变形。
选择合理的焊接方法
选用能量比较集中的焊接方法，可有效的减少焊接 变形。 如用等离子弧焊 、氩弧焊、 CO2保护焊、手工电弧 焊代替气焊进行薄板焊接，在保证熔透和焊缝无缺陷的 前提下，应尽量采用小的焊接热输入。