钢板分层和焊接冷脆性开裂的区别及处理-陈定乾
钢板分层和焊接（火切）冷脆性开裂的区别及处理
（指导老师：全国劳动模范艾爱国）
（见《质量问题分析指南》-陈定乾著
核心提示：伴随着国际铁矿石价格的大幅上涨，我国钢铁工业陷入微（薄）利时代。2010年我国大中型钢铁企业实际利润897亿元，销售利润率2.91%，远低于全国工业企业6.2%的平均水平，其中宝钢380亿元，占到利润的42%，多数企业处于微利或亏损状态。而钢厂降成本的大头在于降低合金和改变工艺路线。二流钢厂的钢板质量大幅度下降，分层钢板大幅增加，主要原因是调合金和工艺路线的简化。采用“提碳降锰”，甚至Q345B也要预热了，否则都可能有冷脆性裂纹产生。钢板绝大多数用于加工，而焊条钢又为钢厂所生产，生产的钢板改变了化学成份，改变了组织结构，焊条钢也改变了，两者的改变，也会出现不匹配的现象。目前分层钢板多，偏析严重钢板多，焊接后问题多在所难免。对焊接工艺相当调整，解决一些焊接后出现的问题，成为当前的焦点之一。
钢板分层与钢板火切、焊接后的冷脆性裂纹，表现形式一般相同，都为板材中部的裂纹，从使用上来讲，分层钢板必须切除，整块分层就整块摘除，局部分层可以局部摘除。钢板的冷脆性裂纹，表现的形式为中部开裂，有的人也称之为“开裂”，为方便分析，定义为“冷脆性开裂”较为妥当些，这种缺陷可以采用补救措施，用适当焊接工艺来处理，不用报废。
1、钢板分层
分层是钢板（坯）断面出现局部的缝隙，使钢板断面形成局部层状，是钢材中的一种致命性缺陷，钢板不得有分层，见图1。分层亦称夹层、离层，是钢材的内部缺陷。钢锭（坯）内的气泡、大块的非金属夹杂物、未完全切除的残余缩孔或发生折叠、严重的偏析均可能引起钢材的分层，而不太合理的轧制压下规程又可能使分层加剧。
图1钢板分层
2、钢板分层的种类
根据产生原因的不同，分层所表现的部位形态也不同，有的隐藏在钢材内部，内表面与钢材表面平行或基本平行；也有的延伸到钢材表面,又在钢材表面形成沟纹状的表面缺陷。概括起来有2种形式：
第1种为开口型分层。这种分层缺陷在钢材的断口上宏观就可发现，一般在钢厂和制造厂里基本上能被复检出来。
第2种为封闭型分层。这种分层缺陷在钢材的断口中看不到，在制造厂内如果不进行逐张钢板100%超声波探伤，亦难以发现，它是一种处于钢板内部的封闭型分层。这种分层缺陷从冶炼厂带到制造厂，最后被加工制造成产品出厂。
分层缺陷的存在使分层区钢板承受载荷的有效厚度减少，降低了与分层同方向受载的承载能力。分层缺陷的边线形状尖锐，对应力作用非常敏感，会引起严重的应力集中。在运行过程中若有反复的加载、卸载、升温、降温，就会在应力集中区形成很大的交变应力,以致造成应力疲劳。
3、冷裂纹的评估方法
3.1 碳当量法----评估钢材冷裂纹倾向
由于焊接热影响区的淬硬及冷裂纹倾向与钢种的化学成分有关，所以利用化学成分间接地评估钢材冷裂纹的敏感性。把钢中合金元素的含量按其作用换算成碳的相当含量，作为粗略评定钢材冷裂倾向的一种参数指标，即碳当量法。对于低台金钢的碳当量法，国际焊接学会（IIW）推荐公式：
Ceq(IIW)=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，
根据公式计算碳当量的数值越大，被焊钢材的淬硬倾向就越大，热影响区越易产生冷裂纹。因此可以用碳当量的大小来评定钢材焊接性的优劣，并按焊接性的优劣提出防止产生焊接裂纹的最佳工艺条件。
当使用国际学会推荐的公式时，若Ceq(IIW)＜0.4％，则淬硬倾向不大，焊接性良好，焊前不需要预热；若Ceq (IIW)＝0.4％～0.6％，尤其是大于0.5％时，钢材易淬硬．说明焊接性已变差，焊时需预热才能防止焊接裂纹，随板厚增大预热温度要相应提高。
3.2 焊接冷裂纹敏感指数
低合金高强钢焊接时产生冷裂纹的原因除化学成分外，还有熔敷金属中扩散氢含量、接头的拘束应力等，日本伊藤等人采用斜Y形坡口铁研试验对200多个钢种做了大量试验提出了由化学成分、扩散氢和拘束度(或板厚)所建立的冷裂纹敏感指数等公式，并用冷裂纹敏感性指数来确定防止冷裂纹所须的焊前预热温度。一般认为，下述公式可用于碳含量不大于0.16%、抗拉强度为400～900MPa的低合金高强度钢。
Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B （%）；
Pc=Pcm+[H]/60+t/600（%）
To=1440Pc-392 （℃）
式中： [H]——采用日本JIS 3113标准测定的熔敷金属扩散氢含量（ml/100g）；
t——板厚（mm）；To——最低焊前预热温度（℃）。
计算出该厚度钢板的焊接冷裂纹敏感性指数Pc，和不裂的最低焊前预热温度To约为多少度。计算结果To≥50℃时，该钢板具有一定的焊接冷裂纹敏感性，要进行预热。
4、大型构件冷脆性“开裂”的修复
钢板焊接完成以后，某块钢板某部分开裂了，说是“分层”了，见下图2，裂纹的形貌。焊接专家认为修复工艺定义为“钢板Z向裂纹的焊补工艺”为妥些。由于构件很大，将此钢板拆下，工作量大，再重新焊接一块，极有可能整个构件发生变形，整个构件要报废，损失很大。
图2 大型构件开裂
图3 分层钢板探伤波形（图2钢板厚度35mm)
论文关键词：大面积薄板焊接变形控制 论文摘要：在大面积薄板焊接工程中．焊接变形量的大小是衡量该工程成功与否的重要标志，也是工程质量好环的关键，因此控制焊接变形是人们十分重视而致力于研究的课题。本文就煤气柜底板焊接工程的成功经验和失败教训阐述控制薄板焊接变形的一些行之有效的方法及一些初浅的见解，旨在类似工程中借鉴和参考。 如何控制焊接应力和变形到最小是大面积薄板焊接中最关键的一个环节。控制大面积薄板焊接工程的焊接变形不能单一行事，而应综合治理。试验经验告诉我们，焊接工程中的焊接变形和焊后残余应力并不是两种孤立的现象。两者之间的联系是有机的，它们同时存在于同一焊件，相辅相成而又相互制约。大面积薄板焊接焊缝形式主要为对接和搭接。但这两种焊缝形式产生的变形基本一样，出产生横向收缩和纵向收缩外，如图一、二所示，还会产生失稳翘曲变形如图三所示，即常见的薄板焊接后产生的鼓包。 图一焊接横向收缩图二焊接纵向收缩
图三焊接失稳翘曲变形 在实际工程中要想获得最佳的理想状态。使三种方式的应力和变形合理分布在该结构中，使之相互制约、相互控制，正负压力保持在一个平衡的状态下。这一指导是控制大面积薄板焊接工程中焊接变形的有效途径。本文一工程中常见的曼型煤气柜的底板焊接为例进行分析。 1、以10万立曼型煤气柜的底板为例 煤气柜底板焊接工程是十分典型的大面积薄板焊接工程。底板面积为1586.27m2，焊缝总长为。底板由中心板和内外环板组成。中心板和内环板为δ=5mm厚钢板组成，外环板为δ=8mm钢板组成。钢板材质均为Q235B。底板的结构形式如图四所示。
图四罐底板焊接布置图 2、技术难点 面积大，板比较薄，内外环板厚度不一致，为厚板与薄板对接，规范要求底板的平面度不大于D/500，且不大于60mm。这就要求在施工时根据理论与施工经验来制定严格的施工工艺，稍不注意就会使产生较大的凸起，给后续施工带来很大的麻烦。重新修理难度较大，同时会使生产成本大大地增加。而此问题的产生原因归根到底就是由于焊接工程中由于对焊接应力和变形产生的机理不了解，不能合理地安排施工工艺而导致的结果。因此，合理的施工工艺安排，是在掌握其产生机理原理分析的基础上产生的，也就是要理论与实践要相结合。 3、焊接工艺及剖析 (1)分析焊接应力和变形产生的机理、影响因素及其内在联系 如下图四所示，给出了引起焊接应力和变形的主要因素及其内在联系。
薄板焊接工艺方法公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]
薄板焊接变形控制经验 薄板焊接变形的质量控制包括从钢板切割开始到装夹、点固焊、施焊工艺、焊后处理等，其中还要考虑所采用的焊接方法、有效地变形控制措施。 1、焊接方法对焊接变形的影响* 合适的焊接方法需要考虑生产效率和焊接质量，所以焊接方法、焊接工艺和焊接程序显著影响焊接变形的水平。因此所采用的焊接方法必须具有高的熔敷效率和尽量少的焊道。7 R" F: v" @, `8 H5 C7 N 尽可能减少不必要的焊缝； 合理安排焊缝位置：焊缝位置应便于施焊，尽可能对称分布焊缝； 合理地选择焊缝的尺寸和形式，焊缝设计为角焊缝、搭接焊缝（角焊缝焊接变形小于对接焊缝变形）； 3 1 `2、点固焊工艺对焊接变形的影响 2 e' }$ [8 l' x! w 1 L- l, {; [. ^% T 点固焊不仅能保证焊接间隙而且具有一定的抗变形能力。但是要考虑点固焊焊点的数量、尺寸以及焊点之间的距离。对于薄板的变形来说，点固焊工艺不合适就有可能在焊接之前就产生相当的残余焊接应力，对随后的焊接残余应力积累带来影响。点焊尺寸过小可能导致焊接过程中产生开裂使焊接间隙得不到保证，如果过大可能导致焊道背面未熔透而影响接头的美观连续性。点固焊的顺序、焊点距离的合理选择也相当重要。 J
# u: e# `$ x$ J& T% 3、装配应力及焊接程序对薄板焊接变形的影响 应尽量减少焊接装配过程中引起的应力，如果该应力超过产生变形的临界应力就可能产生变形。装配程序注意尽量避免强行组装，并核对坡口形式、坡口角度和组装位置， 对接接头焊接： 板厚≤2的无论单面焊还是双面焊都可以不开坡口， 对于板厚~双面焊可以不开坡口，但只能单面焊时，可以将坡口间隙放大到1~2mm或开坡口焊接； 板厚~双面焊时应在背面用小砂轮清根；只能单面焊时都应开坡口；
预防焊接变形的工艺措施 在焊接过程中当产生的焊接应力超过金属的屈服极限就会产生焊接变形。 应力变形的种类（从变形的外观形态来看）：收缩变形、弯曲变形、角变形、波浪变形、扭曲变形等。 减少和防止焊接应力和变形的措施：1.合理进行结构设计和焊接工艺设计，设计焊接方法时应该选用对称工作断面和焊缝位置，在保证强度的前提下，尽量减小焊缝的断面和长度外在焊接工艺上采取以下措施：采取合理的装配和焊接顺序 2.反变形法（根据生产中焊件变形规律，焊前预先将焊件做出相反方向的变形以抵消焊后发生的变形）V型坡口单面焊缝一般发生角变形。 3..刚性固定法：采用把焊件固定在平台上或在焊接用夹具上夹紧进行焊接。（采用适当的方法来增加焊件的刚度或拘束度，可以达到减小变形的目的，此种方法就是）焊件预热，对焊件进行预先加热，使焊件温度差减小，这样可以均匀的同时冷却减小应力。5焊后缓冷 6.焊后轻击焊缝或回火。 焊接残余变形的主要危害有：1）首先零件或部件的焊接变形会直接降低装配质量，而结构中的焊接残余变形会使结构的尺寸达不到要求。2）过大的残余变形还会增加结构的制造成本，同时降低焊接接头的性能。3）焊件的残余变形会降低结构的承载能力。 预防焊接变形的设计措施有：1）尽量选用对称的构件截面和焊缝位置。2)合理地选择焊缝长度和焊缝数量。3）合理选择焊缝截面尺寸和坡口形式。 如果在设计上能充分估计到制造过程中可能发生的焊接变形，选择合理的设计方案，比从工艺上采取措施要方便得多。然而，如果单从设计上采取措施，在生产中不注意选择正确的工艺，同样会产生较大的焊接变形。因此，实际生产中应该从设计和工艺两方面采取措施来预防和减小焊接变形的产生。 预防焊接变形的工艺措施：1留余量法留余量法主要是用于补偿焊件的收缩变形。反变形法主要用于控制变形规律较明显的角变形和弯曲变形。 2.反变形法 3.刚性固定法刚性固定法有以下几种a将焊件固定在刚性平台上。b将焊件组合成刚性更大或对称的结构c利用焊接夹具增加结构的刚性和约束d采用临时支撑增加结构的拘束。限制角变形和弯曲变形。刚性固定法可减小焊接变形但增大焊接应力。这种方法适用塑性好的焊件。 4.选择合理的装配焊接顺序 选择合理的装配焊接顺序基本原则如下：正在施焊的焊缝应尽量靠近结构截面的中性轴；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；焊缝对称布置的结构，应由偶数焊工对称地施焊；长焊缝焊接时，选择正确的焊接方向和焊接顺序；相邻两条焊缝的焊接，选择正确的焊接方向和顺序。 长焊缝焊接小于2m时采用直通焊；大于2m时可用分段焊、逐段退焊、跳焊法进行焊接，逐段退焊法焊接变形最小。 5.合理地选择焊接方法和焊接工艺参数 各种焊接方法的热源不同，加热集中的程度也各不相同，因而产生的变形也不一样，当焊件结构形式、尺寸及刚性拘束相同的条件下，埋弧焊产生的变形比焊条电弧大；焊条电弧焊产生的变形比其他保护焊大。
薄板件中焊接焊接焊接变形量大，容易变形 焊接变形收缩始终是一个比较复杂的问题，对接焊缝的收缩变形与对接焊缝的坡口形式、对接间隙、焊接线的能量、钢板的厚度和焊缝的横截面积等因素有关，坡口大、对接间隙大，焊缝截面积大，焊接能量也大，则变形也大。 为了给设计人员提供一定的参考，贴几个公式： 1、单V对接焊缝横向收缩近似值及公式： y = 1.01*e^（0.0464x） y＝收缩近似值 e＝2.718282 x＝板厚 2、script id=text173432>双V对接焊缝横向收缩近似值及公式： y = 0.908*e^（0.0467x ） y＝收缩近似值 e＝2.718282 x＝板厚
3、
5、
1、预热处理是为了防止裂纹，同时兼有一定改善接头性能的作用，但是预热也恶化劳动条件，延长生产周期，增加制造成本。过高预热温度反会使接头韧性下降。 预热温度确定取决于钢材的化学成分、焊件结构形状、约束度、环境温度和焊后热处理等。随着钢材碳当量、板厚、结构约束度增大和环境温度下降，焊前预热温度也需相应提高。焊后进行热处理的可以不预热或降低预热温度。 Q345焊接的预热温度板厚≤40mm，可不预热； 板厚＞40mm，预热温度≥100度（以上为理论参考） 2、焊接变形收缩始终是一个比较复杂的问题，对接焊缝的收缩变形与对接焊缝的坡口形式、对接间隙、焊接线的能量、钢板的厚度和焊缝的横截面积等因素有关，坡口大、对接间隙大，焊缝截面积大，焊接能量也大，则变形也大。具体经验公式见附件！ 3、低合金钢接头焊接区的清理是一项不可忽视的工作，是建立低氢环境的主要环节之一。 若直接在焊件切割边缘和切割坡口上的焊接接头，则焊前必须清理干净切割面得氧化皮盒熔化金属的毛刺，必要时可用砂轮打磨。 如果焊件表面未经喷丸、喷砂等预处理，则在焊缝两侧的内外表面必须用砂轮打磨至露出金属光泽。焊条电弧焊接头的打磨区要求每侧为20mm，埋弧焊为30mm。
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。 采用热处理方法：整体高温回火、局部高温回火或温差拉伸法（低温消除应力法，伴随焊缝两侧的加热同时加水冷） 三、焊接变形的危害性及预防焊接变形得到措施 1、焊接变形的分类 焊接变形可以区分为在焊接热过程中发生的瞬态热变形和室温
焊接结构 一、焊接结构的特点 焊接结构的特点包括： （1）焊接结构的应力集中变化范围比铆接结构大。 因为焊接结构中焊缝与基本金属组成一个整体，并在外力作用下与它一起变形。因此焊缝的形状和布置必然影响应力的分布，使应力集中在较大的范围内变化。从而严重影响结构的脆断和疲劳。 （2）焊接结构有较大的残余应力和变形 绝大多数焊接方法采用局部加热，故不可避免会产生内应力和变形。焊接应力和变形不但容易引起工艺缺陷，而且影响结构的承载能力，此外还影响结构的加工精度和尺寸稳定性。 （3）焊接结构具有较大的性能不稳定性 由于焊缝金属的成分和组织与基本金属不同，以及焊接接头所经受的不同热循环和热塑性应变循环，焊接接头不同区域具有不同性能，形成一个不均匀体。（4）焊接接头的整体性 这是区别于铆接结构的一个重要特性，一方面赋予焊接结构高密封性和高刚度，另一方面由带来了问题，例如止裂性能差。 二、影响脆性断裂的因素 （一）应力状态的影响 （1）不同的应力状态：如果最大正应力首先达到正断抗力，则发生脆性断裂，如果剪应力先达到屈服极限，则产生塑性变形，形成塑性断裂，达到剪断抗力时，产生剪断。 （2）不同材料同一应力状态。 （3）缺口效应：虽然整个结构件处于单轴拉伸状态，但由于其局部设计不佳或存在缺陷导致出现三轴应力状态的缺口效应。 （二）温度的影响 随着温度的降低，出现脆性断裂的倾向变大。脆性转变温度越低，可使用温度范围越大，材料抗脆断能力好。 （三）加载速率的影响 提高加载速率会促使材料脆性破坏。当有缺口时，由于缺口处有应力、应变集中，缺口扩展速率增大，导致脆性断裂的发生。 （四）材料状态的影响 （1）厚度的影响：厚度增大，脆断倾向增大。 原因：a、厚板在缺口处易形成三轴拉应力，因为厚度方向的收缩和变形受到限制，形成所谓的平面应变状态，使材料变脆。 b、冶金因素：厚板轧制次数少，终轧温度高，组织疏松，内外层均匀性差。 （2）晶粒度影响：晶粒越细，脆性—延性转变温度越低。 （3）晶格结构：面心立方晶格较好。 （4）化学成分：C、N、O、H、S、P增加脆性，Mn、Ni、Cr、V适量加入有助于减少脆性。
浅谈焊接变形原因及防止措施 摘要：在工程施工过程中，各种设备、管道焊接产生的应力变形是个比较突出 的问题，采用合理焊接工艺方法可以较好减少变形。 关键词：工艺焊接变形处理 焊接在设备、管道安装过程中举足轻重，由于焊接过程中的变形与应力直接 影响工艺质量、使用性能、配件装配，为提高质量，我们在施工中采取了相对的 措施。 一、焊接应力与变形产生的原因 焊接过程中，对焊件进行局部不均匀加热，会产生焊接应力和变形。焊接时 焊缝和附近的金属处于高温，焊缝和近缝区纵向受拉应力，远离焊缝区受压应力，整个焊件纵向及横向尺寸有一定的收缩。如果在焊接过程中，焊件能够较自由的 伸缩，则焊后焊件的变形较大而焊接应力较小；反之，如果焊件厚度或刚性较大 不能自由伸缩，则焊后焊件的变形较小而焊接应力较大。还有组装与施焊的顺序 不当，焊接方向不正确，焊接参数不合理，引起局部过热，没有采用适当的辅助 措施等。 二、减小焊接变形的工艺措施 由于焊接变形在焊接生产中是不可避免的，因此应在生产中根据焊接结构的 具体形式，选用一种或几种方法，以达到控制变形的目的。 1、加裕量法和反变形法在下料时留一定量，补充焊后收缩。预先确定焊后 可能发生的变形大小和方向，将工件放在相反的方向位置上；或在焊前使工件反 方向变形，抵消焊后所发生的变形。 2、刚性夹固法输水主管上常常出现分支，这是根据工艺流程来设计的，如 来水汇管到各分支管，然后汇集到出水汇管再输出去。在制作汇管时产生很大的 焊接变形，为了减少变形需把此工艺汇管固定起来，如制作Φ426×7汇管，可在 其下放一Φ630×7的铜管，用Φ48×4短管固定。因此焊前将工件固定夹紧，并设 置拉杆提高焊接刚性，焊后即缩小变形。 3、选择合理的焊接次序减少焊接变形的施焊顺序方式很多，基本原则是使 焊接热比较均匀地加上去；或者使焊接变形相互抵消；或者用前道焊缝提高结构 刚性以限制后焊焊缝的变形工序合理的次序可缩小变形。 4、选择合理的焊接工艺（1）焊接速度高的焊接方法能减少焊件受热，减 少焊件受热，减少焊缝冷却时的收缩区宽度，从而减少变形。（2）采用从中间 向两端焊，逆向分段焊、跳焊法、多人对称焊，预热焊等。（3）利用减少焊接 线能缩小加热区或使不均匀加热或冷却尽可能趋于均匀，达到减少焊接变形的目的。（4）多层焊对减少焊缝的纵、横向收缩以及由此引起的挠曲和失稳变形是 有利的，但多层焊对角变形不利。（5）采用小电流、快焊速、不摆动焊法；小 直径焊条代替大直径焊条；厚板焊接尽可能采用多层焊代替单层焊等。 5、设计方面（1）要尽量减少焊缝数量、焊缝长度和焊缝截面积，合理地 确定坡口的外形和尺寸，合理布置焊缝，除了要避免焊缝密集以外，还应使焊缝 位置尽可能靠近构件的中和轴，并使焊缝的布置与构件中和轴相对称。（2）设 计焊接结构时，应尽量选用尺寸规格较大的板材、型材和管材，形状复杂的可采 用冲压件和铸钢件，以减少焊缝数量，简化焊接工艺和提高结构的强度和刚度。 在容器组焊时，应尽量避免十字焊缝，相邻两筒节纵缝、封头拼缝与相邻筒节的 纵缝应错开。
解决薄板不锈钢焊接变形、烧穿的方法要点 不锈钢薄板拘束度较小?在焊接过程中受到局部加热、冷却作用?形成了不均匀的加热、冷却?焊件会产生不均匀的应力和应变?焊缝的纵向缩短对薄板边缘的压力超过一定值时?即会产生较严重的波浪式变形?影响工件的外形质量。 解决不锈钢薄板焊接时烧穿、变形的主要措施有： 1、严格控制焊接接头上的热输入量?选择合适的焊接方法和工艺参数(主要有焊接电流、电弧电压、焊接速度)。 2、通常对薄板焊接一般采用较小的喷嘴，但我们建议尽量采用大的喷嘴直径，这样使焊接时的焊缝保护面大一些，能有效且较长时间隔绝空气，使焊缝形成较好的抗氧化能力强。 3、用φ1.5铈钨极棒，磨削的尖度要更尖，且使钨极棒伸出喷嘴的长度应尽量长些，这样会使母材更快的熔化，也就是说熔化温度上升更快，温度会更集中，能使我们对需要熔化的位置尽可能快的熔化，且不会让更多的母才温度上升，这样使材料的内应力发生变化的区域变小，最终也使材料的变形也会减少。 4、装配尺寸力求精确?接口间隙尽量小。间隙稍大容易烧穿?或形成较大的焊瘤。
5、必须采用精装夹具?夹紧力平衡均匀。焊接不锈钢薄板关键要注意:严格控制焊接接头上的线能量?力求在能完成焊接的前提下尽量减小热量输入?从而减小热影响区?避免上述缺陷的出现。 6、选择合理的焊接顺序，对于控制焊接残余变形尤为重要，对于对称焊缝的结构，应尽量采用对称焊接；不对称的结构，则采用先焊焊缝少的一则，后焊焊缝多的一侧。使后焊的变形足以拟消前一侧的变形，以使总体变形减小。 7、不锈钢薄板最好的是激光焊0.1MM都可以焊接?激光光点大小任意调节?能够很好的把控。变形比本上也是没有的。
When the lives of employees or national property are endangered, production activities are stopped to rectify and eliminate dangerous factors. （安全管理） 单位：___________________ 姓名：___________________ 日期：___________________ 防止焊接变形的措施(2021新版)
防止焊接变形的措施(2021新版)导语：生产有了安全保障，才能持续、稳定发展。生产活动中事故层出不穷，生产势必陷于混乱、甚至瘫痪状态。当生产与安全发生矛盾、危及职工生命或国家财产时，生产活动停下来整治、消除危险因素以后，生产形势会变得更好。"安全第一" 的提法，决非把安全摆到生产之上;忽视安全自然是一种错误。 1.设计合理的焊接结构 2.采取适当的工艺措施 其实设计合理的焊接结构，它包括了合理安排焊缝的位置，减少不必要的焊缝，合理选用焊缝形状和尺寸等。例如，采用焊缝对称布置。象咱们常用于肋板与腹板的脚焊缝的焊脚就不应该太高。一般对低碳钢有个最小焊脚尺寸推荐 板厚《6mm最小焊脚3mm 板厚7---13mm最小焊脚4mm 板厚19--30mm最小焊脚6mm 板厚31--35mm最小焊脚8mm 板厚51--100mm最小焊脚10mm 减少焊接变形的工艺措施： （1）.反变形法 （2）.利用装配顺序和焊接顺序控制焊接变形
（3）.热调整法 （4）.对称实焊法 （5）.刚性固定法 （6）.锤击焊缝法 其实这些里也包含了各种措施，本人打字太慢，就不详细说了。 如果有人想了解焊接的一些、知识，我象大家推荐一本书吉林化学工业集团公司组织编写.孙景荣主编. 这个老焊接工程师经验丰富的很,我刚毕业的时候跟他共事了一年,学到了很多焊接的知识.他出过好几本有关焊接方面的书.呵呵,我也算跟名人混过啊!! 钢板拼装可以采用从中间至两边分段退焊法进行 焊前要适当的做一些反变形，这是事前控制的办法！ 反变形法： 在焊接进行装配时，预先将工件向焊接变形相反的方向进行人为的变形。例如，焊接8~~12mm的钢板，V型破口单面焊。将工件预先反向斜置，焊接后由于自身收缩，使工件恢复到平正的形状（我将附图说明） 对于较大刚性的构件，下料的时候，可将构件制成预定大小和方
第六章焊接结构脆性断裂 自从焊接应用于船舶、球罐、压力容器、桥梁、机械设备等工程结构以来，发生了一系列的脆性断裂事故。1943年1月16日在奥勒冈州波特兰码头某油船发生断裂，当时海面平静，其计算的甲板压力只有7.0Kg，见图6-1。二次世界大战期间美国建造的5000艘商船中约有1000艘船在1946年4月前经历了1300次左右的大小不同的结构破坏事故，其中250艘完全断裂，见图6-2。1974年12月日本某圆筒形石油槽发生开裂，该结构用12mm、60Kg 级钢材焊制，在环状边板与罐壁拐角处产生裂纹源并扩展13m，大量石油外流。1962年7月，奥大利亚的“金斯桥”(跨度30.5m)在45.8t卡车通过时发生脆性断裂，原因是材料含碳量高，可焊性差，断面急剧变化处产生应力集中。 这些断裂事故都具有共同的性质： (1)没有明显的塑性变形，破坏具有突发性； (2)焊接结构刚度较大，裂纹扩展至整个结构； (3)发生脆断时平均应力比材料的屈服极限和设计许用应力小得多，是低应力破坏。 脆性断裂一般在以下条件下发生： (1)结构在低温下工作； (2)结构中存在焊接缺陷； 图6-1 船舶断裂实例1 图6-2 船舶断裂实例2
(3)焊接残余应力对脆断产生了严重影响； (4)材料性能劣质； (5)结构设计不合理。 § 6-1 材料断裂及影响因素 一、断裂分类及特征 按塑性变形大小可将断裂分为延性断裂和脆性断裂(解理断裂、晶界断裂)。它们反映材料或结构断裂前的行为，即延性断裂表明在断裂之前金属或结构要发生显著的塑性变形；相反，脆性断裂表明金属材料或结构在断裂前发生很少的塑性变形。当然这只是定性概念，在定量上，发生多大程度的塑性变形属于延性断裂，小于何种程度的塑性变形量属于脆断，仍需具体情况而定。它往往与采用的评定标准有关，及测量变形的工具类型和精度有关，也和所评定的金属或结构的特性有关。如，铁轨用钢，当试样断裂时伴有百分之几的塑性变形时就属于延性断裂，但对于低碳钢来说，其无疑属于脆性断裂。 从“合于使用”原则出发，按图6-3对金属结构断裂性质进行分类。在拉伸中心开有缺口的试样时，试样上有三种应变。即无缺口部位的应变ε；缺口尖端处的应变ε′；缺口所在平面内边缘处的应变ε″，一般情况下它们之间具有下述关系： ε′>ε″>ε 构件断裂时，此三值与屈服点εs相比，有下述4种情况： εs>ε′>ε″>ε线弹性断裂情况 ε′>εs>ε″>ε弹塑性断裂情况 ε′>ε″>εs>ε韧带屈服断裂情况 ε′>ε″>ε>εs 全面屈服断裂情况 从断裂的机制来说，解理断裂：低温、高应变速率及高应力集中情况下，材料的塑性变形严重受阻，材料不能以形变方式而是以分离顺应外加应力。解理是某些特定结晶学平面发生的断裂。剪切断裂：在剪应力作用下，沿滑移面形成的断裂，可分为纯剪切断裂和微孔聚
薄板焊接变形的影响因素及控制措施探微 发表时间：2018-09-04T14:40:06.387Z 来源：《防护工程》2018年第9期作者：魏栓张沛[导读] 但受到自身特性影响,薄板的焊接过程中经常会发生形变和收缩现象,基于此,本文主要对薄板焊接变形的影响因素进行了分析,并在此基础上替代了一定的控制措施,旨在提升薄板焊接水平,为技术创新提供工艺参数以及方案参考魏栓张沛 中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛 266000 摘要:工业建造过程中为减轻自重,提升结构强度,时常会选择工艺拘束较小,结构稳定易加工成型的材料进行焊接,薄板焊接结构由于构造简单,工艺性能好,在工业建造过程中得到广泛应用?但受到自身特性影响,薄板的焊接过程中经常会发生形变和收缩现象,基于此,本文主要对薄板焊接变形的影响因素进行了分析,并在此基础上替代了一定的控制措施,旨在提升薄板焊接水平,为技术创新提供工艺参数以及方案参考? 关键词:薄板焊接;变形;影响因素;控制措施 引言 造船?车辆等制造行业在进行薄板焊接时,会出现形态各异的局部变形,这不仅影响外观,降低结构的承载能力,而且极不容易校正,往往耗费大量的人力物力,还达不到要求?薄板结构焊接变形具有复杂性?多元性,要成功实现薄板焊接变形的控制,必需了解薄板焊接变形质量影响因素? 1薄板焊接变形的影响因素 1.1焊缝的结构位置 焊缝在船体结构中的位置错误是导致焊缝形变的原因之一,应保持焊缝与焊接截面中和轴的贴近，如距离较远则会产生幅度较高的变形。 1.2焊接结构的刚性 薄板焊接的结构稳定性和刚性决定了抗侧力水平,在水体航行过程中薄板承受的水平作用力不变的前提下,刚性强度的降低会降低使用寿命,提升形变程度? 1.3焊接装焊顺序 焊接装焊顺序会影响到构建装配的稳定性和刚性,甚至引发结构重心的偏移? 1.4工艺方法和焊接参数 焊接方法会影响到结构的热变形幅度,建议采用变形度小的断续焊;焊接参数(电流?电压?和焊接速度)应符合施工标准,焊接时电压和电流的增大都将诱发变形,焊接速度的滞后会加深变形幅度,保障焊接速度是控制变形的方案之一? 1.5焊接面 由于焊接面的大小会影响到变形幅度,焊缝的数量应在符合设计标准的前提下尽可能保持控制在合理范围内;焊接的材料要符合热物理性能指标,其比热容?导热系数都会影响到变形区间,膨胀系数也应当控制在质量标准内,降低变形几率? 1.6焊接方向 焊缝位置的变化会随着焊接方向的不同而变动,从而改变航行应力状态?此外,在进行预处理时应综合考虑形变条件,对变形原因进行深入调研,多方面制订合理措施控制焊接变形? 2薄板焊接变形控制措施 2.1整体加工流程 2.1.1基准孔的加工 零件数控加工时,通常采用两孔一面作为基准(利用零件本身具有的两个通孔作为加工基准孔)?此零件不算厚,在加工孔时,将其钻通即可,而且都是借用孔(先借用钻个定位小孔,后期铣切掉,按数模铣成两个大通孔)?在钻借用定位孔时,没有高精度尺寸的严格要求,容易加工?如果毛料很厚,在加工基准孔时加工成盲孔,避免孔太深导致孔垂直度不合格? 2.1.2内形粗加工 根据实际零件状态选用大直径刀具( 63R3)进行粗加工去除余量?为了减少零件控制变形,粗加工采用快进刀片浅切,每层切深1mm,并且需要跨槽加工,即不按顺序铣每一个槽,要先1槽?3槽?5槽……再铣2槽?4槽?6槽……?内外形的加强筋预留通过辅助夹具来控制加工变形?3.3精加工及闭角残留的处理在半精加工时,根据槽宽的大小,采用 40R3或 30R3刀具加工腹板?腹板加工到位后,再保证筋条和缘条的厚度尺寸?筋条与缘条相连接处的R角需要用 16R3的刀具保证,避免大直径刀具加工后的残留量,此零件在内形局部存在闭角?为了保证零件的重量要求,用 8R3刀具行切加工闭角残留处理,以满足设计需要?这样既保证加工后重量又保证数控加工后接刀光顺? 2.1.3刀具的选择及切削参数 整个切削过程中刀具的选择非常重要?粗加工时,要选择大直径刀具进行快进浅切,大直径刀具能提高加工速度;而后选用常用的 40R3或 30R3的刀具进行半精加工,更换刀具后,由于大直径刀具加工后转角的残留比较大,精加工时选择小直径的刀具加工时,转角处要提前处理—转角进行插铣?如不处理,粗加工后直接用小刀进行精加工,在转角处的吃刀量较大,容易打刀切伤零件? 2.2CO2气体保护自动焊对焊接变形的控制 2.2.1CO2气体保护自动焊的特点及施工工艺 1)由于焊接电流密度较大,电弧热量利用率较高,焊丝又是连续送进,焊后清渣比碱性焊条容易,因此提高了生产效率?2)CO2气体价格便宜,电能消耗小,所以焊接成本低?3)电弧加热集中,工作受热面积小,同时CO2气流有较强的冷却作用,焊接变形和应力小?4)焊缝含氢量少,抗裂性能好,焊接接头的力学性能良好,焊缝质量高?5)焊接过程可以观察到电弧和熔池的情况,故操作容易掌握,不易焊偏,有利于实现机械化和自动焊焊接?CO2气体保护焊是一种高效焊接方法,适用范围广,厚度不限,可进行全位置焊,可焊1mm以下薄板?根据内河船厂的实际情况,使用Φ1.2mm细丝,国产CO2焊机加辅助装置,焊接上层建筑薄板,获得理想的效果?
Distortion - Prevention by fabrication techniques 制造技术防止变形 Distortion caused by welding a plate at the centre of a thin plate before welding into a bridge girder section. Courtesy John Allen 焊接桥梁部分前由在薄板中央焊接钢板时产生的变形. Courtesy John Allen Assembly techniques 组装技术 In general, the welder has little influence on the choice of welding procedure but assembly techniques can often be crucial in minimising distortion. The principal assembly techniques are: ?tack welding ?back-to-back assembly ?stiffening 通常,焊工在选择焊接工艺时没有什么影响但关键的是在组装技术上控制最小变形.主要安装技术是: 点焊 重叠组装 加强板 Tack welding点焊 Tack welds are ideal for setting and maintaining the joint gap but can also be used to resist transverse shrinkage. To be 点焊能很好的定位和保证连接间隙但不能防止横向收缩.为了起到好的效果, 应考虑点焊数
薄板焊接工艺方法-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
薄板焊接变形控制经验 薄板焊接变形的质量控制包括从钢板切割开始到装夹、点固焊、施焊工艺、焊后处理等，其中还要考虑所采用的焊接方法、有效地变形控制措施。 1、焊接方法对焊接变形的影响 合适的焊接方法需要考虑生产效率和焊接质量，所以焊接方法、焊接工艺和焊接程序显著影响焊接变形的水平。因此所采用的焊接方法必须具有高的熔敷效率和尽量少的焊道。 1.1尽可能减少不必要的焊缝； 1.2合理安排焊缝位置：焊缝位置应便于施焊，尽可能对称分布焊缝；1.3 合理地选择焊缝的尺寸和形式，焊缝设计为角焊缝、搭接焊缝（角焊缝焊接变形小于对接焊缝变形）； 2、点固焊工艺对焊接变形的影响 点固焊不仅能保证焊接间隙而且具有一定的抗变形能力。但是要考虑点固焊焊点的数量、尺寸以及焊点之间的距离。对于薄板的变形来说，点固焊工艺不合适就有可能在焊接之前就产生相当的残余焊接应力，对随后的焊接残余应力积累带来影响。点焊尺寸过小可能导致焊接过程中产生开裂使焊接间隙得不到保证，如果过大可能导致焊道背面未熔透而影响接头的美观连续性。点固焊的顺序、焊点距离的合理选择也相当重要。
3、装配应力及焊接程序对薄板焊接变形的影响 应尽量减少焊接装配过程中引起的应力，如果该应力超过产生变形的临界应力就可能产生变形。装配程序注意尽量避免强行组装，并核对坡口形式、坡口角度和组装位置， 对接接头焊接： 板厚≤2的无论单面焊还是双面焊都可以不开坡口， 对于板厚2.5~3.0mm双面焊可以不开坡口，但只能单面焊时，可以将坡口间隙放大到1~2mm或开坡口焊接； 板厚3.0~4.5mm双面焊时应在背面用小砂轮清根；只能单面焊时都应开坡口；
一、外观缺陷 外观缺陷(表面缺陷)是指不用借助于仪器，从工件表面可以发现的缺陷。常见的外观缺陷有咬边、焊瘤、凹陷及焊接变形等,有时还有表面气孔和表面裂纹。单面焊的根部未焊透等。 A、咬边 是指沿着焊趾,在母材部分形成的凹陷或沟槽, 它是由于电弧将焊缝边缘的母材熔化后没有得到熔敷金属的充分补充所留下的缺口。 产生咬边的主要原因：是电弧热量太高,即电流太大,运条速度太小所造成的。焊条与工件间角度不正确,摆动不合理,电弧过长,焊接次序不合理等都会造成咬边。直流焊时电弧的磁偏吹也是产生咬边的一个原因。某些焊接位置(立、横、仰)会加剧咬边。咬边减小了母材的有效截面积,降低结构的承载能力,同时还会造成应力集中,发展为裂纹源。 防止咬边的预防：矫正操作姿势,选用合理的规范,采用良好的运条方式都会有利于消除咬边。焊角焊缝时,用交流焊代替直流焊也能有效地防止咬边。 B、焊瘤 焊缝中的液态金属流到加热不足未熔化的母材上或从焊缝根部溢出,冷却后形成的未与母材熔合的金属瘤即为焊瘤。焊接规范过强、焊条熔化过快、焊条质量欠佳(如偏芯),焊接电源特性不稳定及操作姿势不当等都容易带来焊瘤。在横、立、仰位置更易形成焊瘤。 焊瘤常伴有未熔合、夹渣缺陷,易导致裂纹。同时,焊瘤改变了焊缝的实际尺寸,会带来应力集中。管子内部的焊瘤减小了它的内径,可能造成流动物堵塞。 防止焊瘤的措施：使焊缝处于平焊位置,正确选用规范，选用无偏芯焊条，合理操作。 C、凹坑 凹坑指焊缝表面或背面局部的低于母材的部分。 凹坑多是由于收弧时焊条(焊丝)未作短时间停留造成的(此时的凹坑称为弧坑),仰立、横焊时,常在焊缝背面根部产生内凹。凹坑减小了焊缝的有效截面积,弧坑常带有弧坑裂纹和弧坑缩孔。 防止凹坑的措施：选用有电流衰减系统的焊机,尽量选用平焊位置,选用合适的焊接规范,收弧时让焊条在熔池内短时间停留或环形摆动,填满弧坑。 D、未焊满 未焊满是指焊缝表面上连续的或断续的沟槽。填充金属不足是产生未焊满的根本原因。规范太弱,焊条过细,运条不当等会导致未焊满。 未焊满同样削弱了焊缝,容易产生应力集中,同时,由于规范太弱使冷却速度增大,容易带来气孔、裂纹等。 防止未焊满的措施：加大焊接电流,加焊盖面焊缝。 E、烧穿 烧穿是指焊接过程中,熔深超过工件厚度,熔化金属自焊缝背面流出,形成穿孔性缺。 焊接电流过大,速度太慢,电弧在焊缝处停留过久,都会产生烧穿缺陷。工件间隙太大，钝边太小也容易出现烧穿现象。 烧穿是锅炉压力容器产品上不允许存在的缺陷,它完全破坏了焊缝,使接头丧失其联接飞及承载能力。
焊接结构作业一 1.简述焊接结构的特点。 2.什么是内应力? 有什么特点? 3.什么是自由变形、内部变形、外观变形？三者之间有什么关系？ 4.画出低碳钢的屈服极限随温度的变化曲线。 5.某种钢材（σs=960MPa）的杆两端完全拘束的条件下温升多少才屈服？（注：E=210GPa, α=1.2×10-6 ）。 6.某种钢材（σs=300MPa）的杆两端完全拘束，环境温度为30℃，问在均匀的加热的 过程中何时杆件内出现压缩塑性变形？温度升高到多高时可使杆件冷却后的残余应力为σs（E=210GPa,α=1.0×10-5/℃）（10） 7.杆件均匀加热时产生残余应力和变形的原因是什么？ 8.分析低碳钢窄长板条中央纵向堆焊时应力与应变的演变过程，并用图示表示加热和冷 却时的应力和变形。 9.低碳钢窄长板条沿板边堆焊时，是如何变形的，为什么？影响因素有哪些？用图示法 绘出加热和冷却后两种状态横截面上纵向应力的分布情况。 10.图示下列焊接结构中的内应力分布。
焊接结构作业二 11.焊接残余变形有几种形式？ 12.影响对接接头纵向残余变形的因素有哪些？这些因素是如何影响的？ 13.分析各种变形产生的原因。 14.为什么焊接薄板时，容易产生波浪变形？ 15.焊接错边主要是什么原因引起的？对接头强度有何影响？ 16.影响对接焊缝角变形的因素有哪些？它们是如何影响的？ 17.试述在平板上堆焊焊道时，角变形与板厚的关系。 18.宽度不相等的两平板对接焊后，可能会产生那些变形？ 19.影响焊接接头角变形的主要因素是什么？并简述其理由。 20.简述影响焊接构件挠度的主要因素并说明理由。 21.分析结构因素对焊接残余变形的影响。 22.预防焊接变形的措施有那些？为什么？ 23.矫正焊接变形的措施有哪些？ 24.为防止焊接变形，如何选择合理的焊接顺序？ 25.简述火焰加热矫正焊接变形的原理。 26.在工艺上有哪些控制焊接变形的方法? 焊接结构作业三 27.简述焊缝及焊接接头的基本形式、分类及表示方法。 28.简述组配对接头静载强度的影响。 29.焊接接头开坡口的目的及其考虑因素有哪些？ 30.何谓应力集中？焊接接头产生应力集中的原因有哪些？ 31.何谓联系焊缝和工作焊缝？简述两者的关系。 焊接结构作业四 32.为什么焊接接头比铆接接头容易产生脆性断裂。简述脆断的原因。 33.简述韧性断裂和脆性断裂的宏微观特征。 34.影响金属材料脆性断裂的主要因素有哪些？各自如何影响的？
钣金焊接变形简要论述 在国外先进的军事强国如美国、俄罗斯等国在建造大型水面舰艇时普遍采用强度高的船体钢材，板厚减薄，从而使舰艇的自身重量减轻，可以使舰艇的战斗威力提高，具有航速加快等优点，图1为美国廿世纪90年代以来在舰艇制造中薄板钢材的使用情况及将来薄板在舰艇制造中所占比例的趋势。然而，由于板厚的减薄也带来了薄板焊接变形控制难题，在国外先进国家均采用专门的焊接工装及装配夹具，同时大胆采用先进的焊接方法和开发新的焊接变形控制工艺。在我国由于工艺方法的局限性，造成了舰艇在制造过程中存在焊接变形大，舰艇性能差、性能差、外观不美等缺点，不但影响了舰艇的机动性能，而且经火工矫正，增加了建造周期，降低了钢板的力学性能和耐蚀性，影响舰船寿命。这一问题同样也存在于国外先进国家的舰艇制造中，比如在美国DDG-51导弹舰制造过程中变形控制成本中火工矫正就占相当大的比例（见图2）。 薄板焊接变形具有复杂性、多元性，从而严重影响了焊接质量，是国内外薄板焊接制造的一个技术难题。本文主要针对焊接变形产生的理论基础、影响因素、预测技术及先进的焊接方法和工艺进行了综述。 图1 薄板在美国舰艇制造中的使用情况
图2 美国导弹舰制造过程中火工矫正在变形控制成本中所占的比例 1．薄板变形的数学物理模型 按照板壳理论的观点，薄板焊接发生的压曲变形实质就是薄板的屈曲问题。焊接薄板构件时，在远离焊缝的区域中产生残余压应力（见图3），该残余压应力的平均值大于薄板构件产生变形的临界压应力时就会产生压曲变形(也称挠曲变形)。薄板结构主要承受两种载荷，一种是作用在中面内的拉、压或剪力，总称为中面力；另一种是垂直于中面的力，称为横向力。对于中面力，可以认为它们沿板厚均匀分布，由此产生的应力和形变可按弹性力学中的平面问题计算；而横向力使薄板发生弯曲，由此产生的应力和形变可按薄板弯曲问题来处理。对于薄板焊接的压曲变形而言属于中面力的载荷问题。薄板焊接发生的压曲变形属于薄板的小挠度问题。 设矩形薄板长度为l、宽度为b、厚度为δ。假设两端受均布压力qx为和图3中所示的焊接残余应力的共同作用，将焊接残余应力的分布按图3所示进行简化，简化后应用迭加原理来处理平均残余压应力对薄板压曲变形的贡献，得到矩形薄板的临界失稳
第一章焊接接头静载力学行为 1、内应力按照其分布的尺度范围可分为、和。 2、焊接热过程特点主要表现在三个方面：、和高的。 3、纵向残余应力σx分布的一般规律是：焊缝及附近的区域为，远离焊缝拉应力迅速下降，随后出现。 4、焊接残余收缩变形主要表现在两个方面和。 5、焊接接头的基本形式有：、、和。 6、造成焊接结构脆断的原因是多方面的：主要是，和制造工艺及等。 7、为了防止结构发生脆性破坏相应地有两种设计原则：一为原则，二为原则。 8、在进行多层焊时，如果在先焊的焊道中产生了，则在后续的焊道焊接过程中，有可能在这些缺陷处产生，使焊接结构的。 9、对于大型焊接结构，在满足结构的使用条件下，应当尽量减小，以降低和的影响。 10、、或等，都会使构件中出现应力集中，降低了构件的疲劳强度。 11、大部分疲劳破坏的断口都有一些共同的特征。一般都有二个区域，分别为和。 1、和是形成各种焊接裂纹的重要因素，又是造成焊接接头热应变脆化的根源，并且影响结构的。 2、合理的接头构造不但使结构在服役时，不产生高的，而且在工艺上，便于焊接；不仅保证结构，同时在经济上也省时省料。 3、内应力按照其分布的尺度范围可分为、和。 4、横向残余应力的形成机理较纵向残余应力复杂，它由两个组成部分组成；一个是由焊缝及附近塑性区的，用σy’表示；另一个是由焊缝及附近塑性区的不同时引起，用σy”表示。 5、焊接接头的基本形式有：、、和。 6、按照断裂前塑性变形大小，将断裂分为和两种。 7、通过断裂力学的研究，我们知道加大板厚将使其，断裂将从塑性向，并由向平面应变状态转变。 8、为了防止结构发生脆性破坏相应地有两种设计原则：一为，二为。 9、结构发生脆断时，材料中的比材料的和都小很多，是一种的破坏。 10、对一定的钢种和一定的焊接方法而言，热影响区的金相组织主要取决于，即取决于焊接热输入。因此，合理的选择对防止结构极为重要。
板，如上层建筑采用δ=2.5 -4毫米较高强度的903钢板，加工、装配后有较大的内应力，焊接后会比普通钢板产生更大的变形；同时， 上层建筑在设计中不参与总强度计算。这样对上层建筑的建造来说，防止薄板焊接变形便成了主要的质量 问题。 导致薄板焊接变形的影响因素很多，目前对薄板焊接防变形技术的研究，主要侧重于工艺技术的研 究。在进行了大量的调查研究和工艺试验后，在生产中摸索出一套行之有效的控制方法，主要措施如下。 优化板缝布置，精确控制余量 优化板缝布置在施工设计图纸上，板缝的布置是根据船舶结构设计和板材的规格来决定的。实际 采购的板材规格往往与设计的规格有所不同，需要重新布置板缝；同时设计图纸中的板缝布置往往对工 艺性考虑不周，容易引起焊接变形。所以开工前必须仔细分析板缝布置情况，将实际的数据进行优化排 列，以减少焊接引起的弯曲变形。优化板缝布置的四个原则为：尽量把焊缝布置成与中心轴相对称；在 满足规范的前提下，把板缝设置在结构件附近，借助结构件的刚性来减少焊缝变形；在多板组成的壁板 和平台尽量使用大板，减少焊缝数量；在焊缝相交中尽量布置成“十”字接头，避免“T”字接头的出现。 讲究余量分布，提高无余量下料装配率为了保证薄板结构装配的尺寸，在传统的施工工艺中，一般 结构都留有一定的余量，留待装配时再进行切割。这样的施工方法，虽然能保证分段尺寸的质量，但由
于在装配过程中的二次切割，增加了受热的变形和内应力，对分段变形的控制和后续工序的施工都带来 了不利的影响。经分析确定，改变传统做法，采取在分段接头处单边留有余量，其它位置一律改为不留 下料余量，使大部分板材下料剪切一次成功。采取这样的措施，在施工中可减少加热次数和加热量，有 效控制装配过程薄板的变形。 实行焊后滚平和无码焊接技术 板缝焊后滚平薄板焊接无论事前采取何种预防措施都只能减少变形量而不能消除变形，焊接后变 形是难免的。按传统工序拼板焊后安装构架，这样板部位变形很难处理，靠火工校正，一方面很难收到 理想效果，另一方面火工多了又会出现橘子皮现象。采取构架安装前先消除拼板焊接变形的措施，把切 割好的薄板放在固定平台上装焊，焊后用十三星滚平机滚压消除焊接变形。由于用机械的方法消除焊缝 的焊接变形，减少了火工工作量，也为构架安装和最终减少总体变形打下了基础。 推行无码焊接在以往的造船中，焊了许多拉码把钢板固定于胎架上是保证线型和防止变形的主要 工艺，这种方法给薄板带来的码脚印和弧坑，需进行大量的割、批、补、磨等工作。既增加了变形又损 伤了钢板，为改变这一状况，采用无码焊接技术，可有效控制薄板焊接变形。现行施工工艺采用的无码 焊接工艺是： 使用磁吸码，用磁力把钢板固定于胎架上，不至损伤钢板，也避免了繁杂的修补工作。 以压代拉，在平台或胎架上安装板材时采用压铁压紧来实现线型吻合和防止变形。 先装构架后焊板缝，确实需要在胎架上焊接的板缝，也要改变传统的先焊板缝后装构架的做法，采 用拼板后先进行构架安装，装好构架后一起烧焊，利用构架来限制板的焊接变形。 限制使用工艺拉条，在上层建筑分段、总段装配中不轻易采用焊拉条和支撑，尽量利用纵横壁板自 身相互的支持来实现定位，必须要焊支撑或拉条时也只能焊在构架上，绝不允许焊在板中。 实施全方位CO2气体保护焊 薄板的焊接变形是因为板材受到不均匀的局部加热和冷却的影响，内部产生了不均衡应力所引起的， 变形的大小与输入的热量有密切的关系，减少热量的输入是控制变形的有效措施。采用下面公式计算手 工焊和CO2保护焊的能量输入，分析对比发现，采用CO2气体保护焊可大大地减少热量的输入。 Q=0.2ηUI/V 式中：