焊接残余应力与变形的控制

于 焊 缝 的 方 向上 具 有 较 大 的可 变形 长度 ：
机加 工 时 难 以 保 证 规 定 的 制 造 公 差 。 因 此 ，
如何 联 系 产 品 自身 工 艺 ， 上 我 们 设 计 中安 加
排 的 生 产制 造 工 艺 ， 效 地 控 制 焊 件 的 焊 接 有 残余 应 力 与 焊 接 变 形 ， 为 我 们 在 设 计 中 经 成
或感 应 线 圈 局 部 进 行 ， 用 石 棉 垫 减 少 热 损 并 失 而且 能保 护 操 作 工 人 ， 般 不 需 采 用 炉 中 一 整体预热 。
５ 冷 却 法
（ １ 多 台焊 机 同时 施 焊 的 安排 。 １） 谈 及 具 体 生产 中所 能 够 采 取 的 降 低残 余
（） 接方法 ； １焊 （） 缝形式 ； ２焊 （） 接母材 ； ３焊
胎 夹 具 将 焊 件 固 定 夹 紧 ， 采 取 这 种 措 施 的 而
结 果 之 一 就 是 控 制 住 了 焊 接 变 形 ， 增 大 了 而
焊 件 的残 余 应 力 。 反 之 ， 果 焊 接 过 程 中 不 如 给焊 件 施 以 一 定 的 约 束 ， 焊 件 变形 较 大 ， 则 而 焊 接 残余 应 力 相 对 较 小 。 因 此 ， 想 能 轻 易 要 地制 造 出 残 余 应 力 与 变 形 均 低 的 焊 件 ， 际 实
指焊后消除应力 的处理或矫 正处理 。
（） 充材料 ； ４填
（） 验方法 ； ５试 （） 处 理 。 ６热 对 于 因 为 具 有 较 多会 相 互 产 生 不 利 影 响
的焊 缝 而 更 难 制 造 的 结 构 来 说 ， 接 工 艺 流 焊 程 还 可 以补 充 下 列 内 容 ： （） 件预制 ； １构 （） 件尺寸检查 ； ２构
收缩变形使翼板 复位 。
７ 刚 性 夹 持 法
分 段 退 焊 这 一 措 施 主 要 用 于解 决 低 速 焊 接 长 焊 缝 时 ， 缝 熔 池 前 方 坡 口容 易 出现 楔 焊 形 张 开 或 闭合 这 一 问题 。分 段 退 焊 法 第 一 步
是 进 行 短 缝 定 位 焊 （ 要 注 意 先 两 边 再 中 间 也
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焊 接 残 余 应 力 与 变 形 的 控 制
鲍 鸿春
目前 ， 机 械 工 厂 焊 接 车 间 的设 计 中 ， 在 业 主越 来 越 多 的提 到 如 何 控 制 焊 件 在 焊 后 所 产
给 我 们 的设 计 工 作 也 会 带 来 一 定 困难 。所 以
对 控 制 焊 接 残 余 应 力 和 焊 接 变 形 在 设 计 中采
取 的 主要 措 施 ， 们 也 须 有 一 定 了 解 。这 些 我 措施包括 ：
生 的焊 接 残 余 应 力 与 焊 后 变 形 。 因 为 有 残 余 应力的焊 件 在 随 后 的 加工 、 运 及 使 用 （ 贮 承 载 ） 程 中 的 回 弹 变 形 会 对 其 加 工 质 量 产 生 过 严 重 影 响 。焊 接 变 形 还 会 降低 焊 件 的 疲 劳 强
度 与 承 载能 力 ， 可 能 导 致 焊 件 在 接 下 来 的 也
（） 焊 缝 长 度 尽 可 能 最 短 ； １使 （） 板 厚 尽 可 能 最 小 ； ２使 （） 焊 脚 尽 可 能 最 小 ； ３使 （ ） 先 选 用 断 续 焊 缝 取 代 连 续 焊缝 ； ４优 （ ） 先 选 用 角 焊 缝 取 代 对 接 焊缝 ； ５优 （ ） 用 对 接 焊 缝 连 接 的 构 件 应 在 垂 直 ６采
（ ） 件 的矫 正 处 理 ； ３构
在 最 近 的设 计 工 作 中 ， 们 接 触 到 了 一 我
些高新技术 产业 化 的项 目。在 实际设 计 中 ，
我 们 发 现 此 类 产 品 在 从 试 验 室 产 品走 向工 厂
批 量 生 产 的 过 程 中 ， 略 了 针 对 产 品 在 实 际 忽
（） 段退焊 ； ８分 （） 缝顺序 ； ９焊
（０） 接 胎 夹 具 的应 用 ； １ 焊
了氢 扩 散 以 防 裂 纹 的 产 生 （ 可 能 来 自潮 湿 氢 的焊 条 药 皮 ） 而 且 焊 缝 两 边 的预 热 面积 应 尽 ，
可能 的大。
焊缝 区 的 预 热 可 用 （ 焊 ） 炬 、 热 垫 气 焊 加
是 ： 虑 到 随后 可 能 发 生 的疲 劳 损 伤 ， 动循 考 振
这 一 问题 ， 们 可 以 从 以下 情 况 分 析考 虑 ： 我 当
构件 含 碳 量 或 碳 当 量 较 低 ， 主要 构 件 已 经 过
（ ） 件 的 定位 或 固定 方式 ； ４构 （ ） 缝 横 截 面 上 焊 层 的顺 序 ； ５焊 （ ） 缝 长 度 上 焊 接 的顺 序 ； ６焊
生产 中 的工 艺 性 而 进 行 的 产 品结 构 的 改 善 ，
４
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（） 焊段的焊接 方 向； ７各
上是很困难的 。
降 低 焊 接 残 余 应 力 或 减 少 焊 接 变形 的措
施 可 以分 为 焊 前 、 时 和 焊 后 措 施 。 焊 前 措 焊 施 是 指 焊 件 结 构 设 计 及 材 料 选 择 等方 面 所 采 取 的措 施 ， 也包 括 采 用 预 先 成 形 ， 择 焊 件 支 选 撑 或 固定 方 式 以 及 确 定 焊 接 顺 序 和 焊 接 规 范 等 。焊 时 措 施 包 括 预 热 或 冷 却 。 焊 后 措 施 则
Ｓ
预 热 主要 有 两 个 作 用 ： 是 降 低 热 影 响 区 中 一 的冷 却 速 度 （ 此 改 善 显 微 结 构 ） 二 是 减 少 以 ；
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与冷 却 速 率 则 由 板 、 厚 度 决 定 。 另 外 一 点 壳 就是 ： 焊 接 接 头 由 不 同的 材 料 构 成 ， 消 除 若 则
缝 ， 焊 周 向 焊 缝 。 对 于 带 有 加 强 筋 的 板 件 再 焊件 ， 先 焊 板 材 间 和 筋 板 间 的 对 接 焊 缝 ， 应 后 焊板材与筋板 间的角焊缝 。
２ 分 段 退 焊 法
时 进 行 冷 却 ， 样 也 具 有 减 少 残 余 应 力 和 变 这 形 的作 用 。例 如 ， 渣 焊 时 焊 缝 表 面 靠 水 冷 电 铜 质 滑 块 成 形 ； 光 对 焊 时 工 件 由水 冷 铜 钳 闪 夹 持 ； 焊 时采 用 水 冷 铜 质 电极 ， 等 。 点 等
应力 退 火 之后 可 能 会 产 生 较 大 的 冷 却 应 力 。 对 于 如 何 确 定 是 否需 要 采 用 焊 后 热 处 理
动 消 除 应 力 法 。若 能 正 确 应 用 此 法 ， 它 比 则
热 态 消 除应 力 法 具 有 许 多 优 越 性 ， 如 ： 时 诸 耗 少 、 耗 低 、 热 变 形 、 压 痕 等 。 需 注 意 的 能 无 无
百度文库的焊 接 。
３ 同 时 对 称 焊 法
在 我 们 设 计 中经 常 用 到 的 是 采 用 焊 接 胎 夹 具 ， 可 能 将 被 焊 构 件 紧 固 地 固 定 。这 对 尽 于减 少 被 焊件 的 角 收 缩 来说 也 是 一 种 有 效 措 施 。需 要 注 意 的 是 ： 般 来 说 刚 性 夹 持 法 对 一 于减 少 横 向和 纵 向 收 缩 作 用 不 大 ， 为 这 种 因 情 况 下 会 产 生 能 迅 速 超 过 固定 元 件摩 擦 自锁
极 限 的极 大 的 收 缩 力 。
８ 退 火 法
焊接 构 件 中 经 常 会 有 对 称 布 置 的 焊 缝 ， 如果 能 同 时 施 焊 ， 可 起 到 很 明显 的 减 少 焊 便
接 变形 的作 用 。 例 如 ， 于 坡 口横 截 面 形 状 对
焊 接 残 余 应 力 可 以通 过 焊 件 显 微 组 织 的 改 善 得 以降 低 ， 件 产 生 变 形 和 裂 纹 的 可 能 焊
６ 反 变 形 法
焊接 构 件 在 焊 前 采 取 变 形 补 偿 或 安 装 （ 即反 变 形 安 装 ） 可 在 一 定 程 度 上 解 决 角 收 ，
缩 问题 。例 如 ， 接 翼 板 ～腹 板 接 头 时 ， 让 焊 可 翼 板 偏 离 其 正 常 位 置 而 相 对 于腹 板 转 动一 定 角度 ， 随后 依 次 焊 接 双 面 纵 向角 焊 缝 ， 以其 角
性 也 会 在 加 热 至 再 结 晶 温 度 以 上 时 大 大 减
对 称 性 良好 的 焊 缝 （ 如 双 Ｖ形 坡 口焊 缝 ） 譬 ，
各焊层应以焊 件板 中心平 面 为对 称布 置 ， 且
同 时 施 焊 ， 样 便 可 避 免 角 收 缩 并 提 高 热 效 这
率。 ４ 预 热 法
应 力 和 变 形 的 有 效 措 施 ， 文 主要 讨 论 以 下 本
几种 ： １ 焊 接 顺 序 法
为 了限 制 熔 化 区 的 宽 度 ， 在 焊 接 的 同 可
焊 接 顺 序 对 残 余 应 力 和 变 形 的 产 生 影 响 极大 ， 因此 质 量 要 求 较 高 的 焊 接 结 构 均 要 在 其 焊 接 工 艺 流 程 中 精 细 安 排 焊 接 顺 序 。 例 如 ， 于 圆 筒 形 结 构 的 拼 焊 ， 先 焊 纵 向 焊 对 要
常 要 面 对 的 问题 。
（ ） 杂 结 构 件 最 好 采 用 分 部 件 组 合 焊 ７复
接。
我 们 都 知 道 ， 接 残 余 应 力 与 焊 接 变 形 焊
两 者 是 一 对 对 立 的 矛 盾 体 。 在 焊 接 生 产 中最 常 用 的控 制 焊 接 变 形 的 措 施 ， 是 通 过 焊 接 就
少 。 因此 ， 除 应 力 退 火 不 仅 能 降 低 宏 观 残 消
余 应 力 ， 且 能 够 降 低 微 观 残 余 应 力 。需 要 而
注 意 的是 ， 避 免 在 构 件 表 面 与 内 部 之 间 产 为
焊 接 残 余 应 力 和 焊 接 变形 均 可 通 过 预 热
而 减 少 ， 别 是 由 于 冶 金 方 面 的 原 因 ， 于 钢 特 对
能 够 用 于 减 少 焊 接 残 余 应 力 和 焊 接 变 形 的制 造 工 艺 措 施 并 不 少 ， 各 有 其 不 同 的 适 但 用 范 围与 效 能 ， 根 据 不 同 的施 焊 对 象 作 不 可 同 的安 排 。 对 于 可 以通 过 采 取 完 善 的生 产 措 施 而 得 以较 好 控 制 焊 接 残余 应 力 和 变 形 的焊 接 构 件 来 说 ， 焊 接 工 艺 包 括 以 下 内容 即可 ： 其
的次 序 ） 第 二 步 是 定 位 点 间 ， 与 焊 缝 整 体 ； 按 相 反 的 方 向 进 行 焊 接 。 第 三 步 即其 余 的 焊 层 ， 在 交 替 改 变 焊 接 方 向后 连 续 焊 接 。分 可 段 退 焊 法 被 广 泛 用 于 船 舶 或 贮 罐 等 大 型 结 构
材 来 说 ， 热 可 能 是 很 有 必 要 的 。 钢 材 焊 前 预
生 过 大 的 温 度 差 ， 热 与 冷 却 均需 缓 慢 进 行 。 加
否则 由此 而 产 生 的 热 应 力 可 能 会 引 发 裂 纹 。
因 此 有 必 要 适 当延 长 热 透 与 退 火 时 间 或保 温 时 间 。 在 德 国 标 准 中 ， 火 温 度 范 围 为 ５０ 退 ３ ８０ ， 火 时 间 最 少 为 １ ０℃ 退 ５～６ ０分 钟 ， 热 加