焊接应力与变形控制方法
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
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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
焊件焊接应力分析及防变形的工艺措施
焊件焊接应力分析及防变形的工艺措施摘要：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。
本文主要探讨了焊接应力与焊接变形产生的原因及控制措施，以供参考。
关键词：控制焊接变形；焊接应力；措施1焊接变形的概念焊接变形主要是指在焊接过程中由于焊接工作而导致的焊接件变形。
焊接变形的开始时间是焊接开始的一瞬间。
焊接变形结束的节点是焊接结束后焊接件的温度降低到焊接初始温度。
焊接变形有两种情况，第一种是焊接过程中出现的焊接变形；第二种是焊接完成后出现的焊接变形。
2.随焊挤压旋转控制法在对铝合金框架车身弧焊焊接应力进行控制的多种方法中，随焊挤压旋转控制法，即WTRE的应用，能够有效改善铝合金框架车身结构中焊接接头位置的性能和组织结构，细化焊缝结晶的晶粒大小，使晶粒具有杂乱的生长方向，进而提高铝合金焊缝位置的力学性能。
实践显示，在采用了随焊挤压旋转控制法之后，铝合金材料焊接接头能够增强40MPa左右的抗拉强度。
除此之外，对于热裂纹，随焊挤压旋转控制法也能发挥良好的控制作用。
而且，随焊挤压旋转控制法的操作方法和设施都比较简便，能够优化操作人员的工作强度和环境，在自动化操作方面也具有显著的优势。
随焊旋转挤压控制法是在铝合金焊缝冷却凝固的时候，对其使用圆柱挤压头进行挤压旋转，焊缝金属因此会出现拉伸应变，同附近位置的残余拉应力互相抵消，最终实现降低铝合金框架车身由于失稳而产生应力变形的可能。
随焊挤压旋转控制法应用过程中的挤压旋转装置的主要构成部件包括挤压头、焊枪、焊接夹具以及填丝机构。
其中，挤压头需要对铝合金框架车身的焊缝位置同时施加垂直压力和旋转力，机械装置和挤压头本身的重力是垂直压力的主要来源，电动机则为挤压头提供旋转动力。
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。
如何控制焊接应力和变形
如何控制焊接应力和变形摘要:为有效控制钢结构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 ,焊接工艺在建筑钢结构发展如火如荼的今天 ,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。
但在施工过程中 ,由于焊接产生的焊接残余应力和残余变形 ,严重影响着工程的质量、安装进度和结构承载力 (即使用功能 ),因而 ,急需采用合理的方法予以控制。
钢结构的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。
1.1 焊缝截面积的影响焊缝截面积是指熔合线范围内的金属面积。
焊缝面积越大 ,冷却时收缩引起的塑性变形量越大 ,焊缝面积对纵向、横向及角变形的影响趋势是一致的 ,而且是起主要的影响 ,因此 ,在板厚相同时 ,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 焊接方法的影响多种焊接方法的热输入差别较大 ,在建筑钢结构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 ,ＣＯ2气体保护焊最小。
1.4 接头形式的影响在焊接热输入、焊缝截面积、焊接方面等因素条件相同时 ,不同的接头形式对纵向、横向、角变形量有不同的影响。
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。
焊接应力及焊接变形预防措施
钢结构工程焊接应力与变形差生的危害及采取的措施随着“绿色建筑”理念的推广，以钢结构件为主体框架结构结合复合砌筑体结构已成为一种必然趋势，因为以钢结构为主的框架结构的回收利用性有效避免钢筋混凝土结构建筑垃圾的产生，具有可持续性。
由于钢结构工程的特有型，焊接作业时钢结构工程最重要的工序之一，而焊接应力及焊接变形产生是影响钢结构安全性及可靠性的重要因素。
本文着重对焊接应力及焊接变形的危害及所采取的对应措施进行分析。
一、焊接应力与变形产生机理焊接热输入引起材料不均匀局部加热，使焊缝区熔化，而熔池毗邻的高温区材料的热膨胀则受到周围材料的限制，产生不均匀的压缩塑性变形。
在冷却过程中，已发生压缩塑性变形的这部分材料又受到周围材料的制约，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了相应的收缩拉应力和变形。
这种随焊接热过程而变化的内应力场和构件变形，称为瞬态应力与变形。
而焊后，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。
焊接残余应力和变形，严重影响焊接构件的承载力和构件的加工精度，应从设计、焊接工艺、焊接方法、装配工艺着手降低焊接残余应力和减小焊接残余变形。
二、焊接残余应力的危害及降低焊接应力的措施1．焊接残余应力的危害影响构件承受静载能力；影响结构脆性断裂；影响结构的疲劳强度；影响结构的刚度和稳定性；易产生应力腐蚀开裂；影响构件精度和尺寸的稳定性。
2．降低焊接应力的措施(1)设计措施尽量减少焊缝的数量和尺寸，在减小变形量的同时降低焊接应力；防止焊缝过于集中，从而避免焊接应力峰值叠加；要求较高的容器接管口，宜将插入式改为翻边式。
(2)工艺措施采用较小的焊接线能量，减小焊缝热塑变的范围，从而降低焊接应力；合理安排装配焊接顺序，使焊缝有自由收缩的余地，降低焊接中的残余应力；层间进行锤击，使焊缝得到延展，从而降低焊接应力；焊接高强钢时，选用塑性较好的焊条；预热拉伸补偿焊缝收缩（机械拉伸或加热拉伸）；采用整体预热；降低焊缝中的含氢量及焊后进行消氢处理，减小氢致集中应力。
消除焊接应力六种方法
消除焊接应力六种方法消除焊接应力的方法有很多种，下面将介绍其中的六种方法。
1. 预热方法：通过在焊接前对焊接部位进行适当的加热，能够减少焊接过程中材料的收缩，从而减少产生的应力。
预热的温度和时间应根据材料的种类和焊接条件的要求来确定。
2. 后热处理方法：在焊接完成后，对焊接部位进行再次加热处理。
后热处理可以通过热处理设备或火焰枪进行，可选择退火、正火、淬火等不同的处理方式。
后热处理可以改变焊接接头的组织结构，消除应力，提高焊接接头的机械性能。
3. 振动方法：通过在焊接过程中对焊接部位施加振动，能够有效地消除应力。
振动能够改变焊接接头的结构，使其更加均匀，减少焊接过程中产生的应力。
振动方法适用于各种类型的焊接，如电阻焊、摩擦焊等。
4. 退火方法：将焊接部位加热到一定温度后，保持一段时间，然后缓慢冷却。
退火能够改变材料的组织结构，消除应力，提高材料的抗拉强度和延伸率。
退火方法适用于焊接接头的后处理，可以通过不同的温度和时间来控制其效果。
5. 淬火方法：将焊接部位快速加热到一定温度后，迅速冷却。
淬火能够改善焊接接头的组织结构，提高抗拉强度和硬度，同时减少产生的应力。
淬火方法适用于高强度材料的焊接，如高强度钢、铝合金等。
6. 冷却方法：在焊接过程中，合理控制冷却速度可以减少焊接接头的应力。
快速冷却可以减小热影响区的大小，减少应力的产生。
利用水冷、风冷等方法可以实现快速冷却，但要注意控制冷却速度，避免产生裂纹等质量问题。
综上所述，消除焊接应力的方法包括预热、后热处理、振动、退火、淬火和冷却等六种方法。
根据不同的焊接条件和要求，可以选择适当的方法进行应用，以达到减少应力、提高焊接接头质量的目的。
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。
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。
钢结构制造中焊接变形的控制方法
钢结构制造中焊接变形的控制方法
钢结构制造中焊接变形的控制方法主要包括以下几个方面：
1. 设计合理的焊接接头：在设计焊接结构时，尽量采用简化接头、减小接头长度、采用对称结构等措施，以减少焊接变形的可能性。
2. 控制焊接工艺参数：在焊接过程中，控制焊接电流、焊接速度、预热温度等焊接工艺参数，避免产生过大的热影响区，以减小焊接变形的发生。
3. 采用预应力或预拉伸技术：在焊接前对工件进行预应力或预拉伸处理，可以提前消除部分应力，减小焊接变形。
4. 采用适当的焊接顺序：根据焊接结构的形状和尺寸，合理安排焊接顺序，从而控制焊接变形的产生。
5. 使用焊接辅助物：在焊接过程中，使用一些焊接辅助物，如支撑物、夹具等，来固定和支撑工件，减少焊接变形的发生。
6. 焊后热处理：对已焊接的结构进行合适的热处理，如回火、正火等，可以进一步消除残余应力，控制焊接变形。
以上是钢结构制造中控制焊接变形的一些常用方法，通过合理的设计、控制焊接工艺参数和采用适当的辅助措施，可以有效地减小焊接变形的发生。
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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焊接应力与变形控制方法
发表时间：2018-12-02T13:27:28.937Z 来源：《基层建设》2018年第29期作者：胡涛
[导读] 摘要：伴随着我国社会经济的快速崛起，带动着我国工业行业亦获得了高速发展，而焊接作为不可或缺的环节，在工业发展当中发挥着非常重要的地位，尤其是电力行业。
大庆油田中油电能热电一公司热机检修部黑龙江大庆市 163300
摘要：伴随着我国社会经济的快速崛起，带动着我国工业行业亦获得了高速发展，而焊接作为不可或缺的环节，在工业发展当中发挥着非常重要的地位，尤其是电力行业。
各种各样的焊接工艺和焊接形式越来越多的被应用在实际的焊接工作过程中。
同时焊接使用的工作机械也在不断的更新及发展。
现在的焊接工相较于以前的焊接工作已经有了非常大的发展和创新。
基于此，本文主要对焊接变形与焊接应力进行了简要的分析，希望可以为相关工作人员提供一定的参考。
关键词：焊接变形；焊接应力;探讨
引言
在整个焊接的过程当中，由于焊接时温度分布不同，焊接材料之间也会呈现不同的收缩率。
这些因素的存在会在一定层面上导致焊接材料之间的变形。
这种变形有持久的也有暂时的。
目前，关于焊接变形与焊接应力相关的研究，在学术领域和实践领域并没有达成很大的共识。
因此，需进一步加强焊接变形和应力的分析。
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，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。
焊接件焊接的位置引起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。
并还会出现较大的焊接应力。
2.2焊接金属出现收缩
焊接工作实际就是将要融化焊接母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它金属变形，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
捍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。
焊接件的刚性约束同焊接变形以及焊接应力发生概率呈现反比例关系。
刚性约束越大，发生焊接变形与焊接应力的概率则越小。
2.4其它因素导致焊接残余应力产生
在电力焊接加工中，不仅受到热源和材料、力学性能因索的影响，而且受到其它因素的影响，也会出现不同的残余应力。
例如：如果在焊接加工操作之前，使钢结构局部零件以及器材进行轧刹，也会影响电力焊接加工过程，使电力焊接加工中出现不同的残余应力。
此外，在电力焊接加工中，还要重点考虑其它多方面的影响，才能避免出现较大的残余应力。
3焊接变形控制措施
首先需要严格控制焊接量，避免焊接残余应力出现。
在材料焊接加工前必须做好充足的准备工作，深入了解和分析材料的基本特征，焊缝的尺寸需要进行严格管理，母材不能进行焊缝。
其次，在具体焊接中需要合理调整焊接工艺次序，对于不必要的焊接次序需要进行优化调整，如果材料收缩量比较大，那么需前焊接，然而继续焊接长直缝，只有遵循先大后小的原则，才能避免残余应力，再者，焊接时需有意识的预留充分焊接缝，从而却未必焊接时自由收缩缓和槽减小应力法：厚度大的焊件刚性大，焊接时极易出现裂纹，在不影响结构强度性能基础上，通过焊缝附近开缓和槽的方法降低焊接应力，防止裂纹的发生。
最后，在先进的科学技术支撑下，可以不断改善焊接技术，加强应用全新的焊接技术，例如二氧化碳保护焊以及氩弧焊，这些焊接工艺技术都能避免电力焊接变形问题产生。
4焊接变形的控制措施
4 1设计措施
(1)焊缝要对称布置，连接处要平滑。
当焊接不同宽度或者是厚度的焊件时，防止截面出现突变而产生过大的应力集中现象，可以采用一定的坡度过渡的方法。
(2)焊接要避免焊缝过分集中，或者是多个方向的焊缝都相交于一点，如出现前两种情况，相交处会形成多向同号应力场，这样就会使得钢材变脆；通常采用主要焊缝连续通过而次要焊缝断开的构造方法来防止多方向焊缝相交的现象发生。
(3)尽量减小焊缝的数量及其尺寸，采用适宜的焊脚尺寸和长度。
搭接角焊缝焊接时，要避免焊接热量集中现象，应该采用细长焊缝，而不能用粗短焊缝。
(4)在搭接连接中不能只有一条正面角焊缝传力，要求搭接长度不小于薄板厚度的5倍或者是25毫米。
(5)要尽量避免在母材厚度方向有收缩应力。
(6)焊缝要合理布置位置，避免仰焊
4.2焊接工艺
(1)采用合理的焊接方向和顺序。
结构对称时，采用对称焊法。
当焊缝较多且较集中时，采用跳焊法分散受热防止集中受热。
大于l米的长焊缝，采用分段退焊法。
(2)先焊接膨胀大的焊缝，后焊膨胀小的焊缝。
先焊短缝，后焊长缝，使得焊缝有足够大的横向收缩空间。
(3)为保证受力较大的焊缝在焊接后有一定的伸缩空间，应先焊受力较大的主要焊缝，后焊受力较小的次要焊缝。
(4)反变形弦。
为了减小焊接变形，可以在焊接之前预留一个与焊接变形相反的预变形。
5)预热。
焊接之前，先将焊件整体或者是局部加热到100-300℃，并且在焊接后保
持l00-300℃一定的时间，通过这种方法可以降低焊缝温度变化的不均程度，也就降低了温度变化产生裂纹的危险。
(5)高温回火（退火）。
在焊接后要用高温回火的方法来减少焊接变形。
高温回火的方法是把焊接构件加热到600-650℃左右，并且要保持一段时间后缓慢地冷却。
如果是较小的焊接构件，可以对整个焊接构件进行高温回火，由于加热达到的温度已经达到了钢材的热塑温度，钢材基本上变形很小，也就是消除了大部分的焊接变形，如果是较大的焊接构件，对整个焊接构件高温回火不方便，只能对焊缝附近的部位或者是焊接应力较大的部位用局部高温回火的方法，同样也可以减少焊接变形。
结束语
综上所述，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，因此在电力焊接操作的过程汇总，需加强焊接质量的把控。
基于此，本文对焊接变形与焊接应力相关概念入手，对导致焊接变形与应力发生的原因进行了分析，并在此基础上提出了相应的控制措施，从而进一步促进焊接工作的可持续发展，希望可以为相关工作人员提供一定的参考。