摘要：薄板结构焊接最突出的问题是波浪变形，本文分析了薄板结构失稳变形的原因，总结了目前控制薄板焊接变形的各种措施的研究进展，指出运用有限元数值模拟技术对薄板焊后变形进行预测和控制是一种有效的方法，具有广阔的应用前景。
1 前言
薄板焊接结构广泛应用于铁路运输、船舶工程、航空航天飞行器、汽车工业、海上钻井采油平台的上层建筑等大型结构制造领域。薄板具有重量轻、工艺性能好（易加工、易成型）和连接方便等特点。但由于其自身拘束度小，焊接时变形较大[1]（横向收缩、纵向收缩、回转变形、角变形和弯曲变形等），严重时会由于失稳而产生波浪变形，且很难矫正，特别是对不锈钢等一些热膨胀系数较大的材料，变形尤为严重。变形不仅严重地影响了薄板本身的结构强度、制造精度和使用性能，甚至会因变形而使焊接操作无法继续进行，因此很有必要对薄板焊接变形控制技术，包括焊接变形产生的影响因素和控制工艺进行研究，最终用以指导生产实践、提高产品质量。
2 薄板失稳变形的原因
薄板结构焊接最突出的问题是波浪变形。通常对于6mm以下的薄板，要特别注意防止失稳而产生波浪变形。在焊接过程中，薄板上产生高度不均匀的焊接温度场，且由于受到约束作用，最终在焊接接头区域形成残余应力和产生不协调的塑性变形，焊缝附近为拉应力而远处为压应力。如果压缩残余应力σ的数值达到结构的屈曲失稳临界载荷σsr，薄板就会发生失稳（屈曲），产生波浪变形。因此，焊缝金属纵向收缩而产生的压应力是导致薄板失稳的主要原因[2]。
t是薄板厚度，B是板宽，K是与板的支撑情况有关的系数。从上式看出，板厚与板宽的比值越小，临界应力就越小，薄板也就越容易失稳。因此，可以从降低残余压应力和提高临界应力、薄板刚度两方面着手以减少波浪变形。如设置加强筋或增加板厚、把薄板压制成凸筋或波纹形等均可以减小和防止波浪变形，同时也要权衡利弊，既考虑工艺性又要考虑经济性。焊接失稳变形主要受薄板几何形状、板面积、厚度、板件初始不平度和支承条件的影响，同时焊接方法、焊接工艺和焊接程序显著影响焊接变形的程度。
3 目前控制薄板变形的主要方法
对焊接应力与变形机理的深入认识，使人们能够通过若干不同途径达到减少焊接变形的目的[3]。预防和控制薄板结构焊接变形方面使用的方法基本上可分为三类：预防、控制和矫正。可以从设计和工艺两个方面来解决。
3.1 设计方面的措施有：
3.1.1 合理地选择焊缝的尺寸和形式；
3.1.2 尽可能减少不必要的焊缝；
3.1.3 合理地安排焊缝的位置；对称地布置焊缝，并尽可能考虑将焊缝布置在靠近结构中心线的区域内。
3.2 工艺方面的措施有：
3.2.1 正确选用焊接方法和焊接材料。
3.2.2 反变形法和刚性固定法：刚性固定法和反变形法是控制焊接变形的基本方法。在焊接工艺上尽可能合理运用刚性固定法和反变形法，预留收缩余量。刚性固定法是将焊件固定在有足够刚性的胎夹具上，或是临时装焊支撑，以增加构件的刚度来减小焊接变形，待焊接构件上所有焊缝冷却到室温时再去掉刚性固定，这时构件产生的变形将大大小于在自由状态下的焊接变形。如果再配合其它控制焊接变形的措施，将使焊接变形控制在产品技术公差要求范围以内。 3.3 比较常用的方法还包括：
3.3.1 压铁法：当薄板面积较大，焊缝较长时，可采用压铁分布在焊缝两侧来减小变形。
3.3.2 散热法：是一种在焊接过程中消除残余应力的方法。其原理是在焊接过程中通过喷水强迫冷却，使焊缝附近的材料所受热量大大减少，缩小焊接热场的分布，从而减小焊接变形。
3.3.3 低应力无变形焊接法：是专门为防止薄板焊接波浪变形的一种新的焊接方法。在施焊前距焊缝一定距离处用电加热器预热一定宽度，在达到一定温度时开始焊接。在焊接坡口下方布置铜垫块，垫块上钻通孔通水冷却，以便将焊接热迅速疏散。在预热区的外侧，用机械或气动夹紧装置使板刚性固定。这样在焊后，从焊缝区开始，形成了拉—压—拉—压交替分布的残余应力场。由于临近焊缝区的压缩残余应力处于其两侧拉伸应力场的包围内，所以不能引起薄板的压缩失稳变形。在这里拉伸残余应力起着一个张紧作用，或者是支撑作用，使得薄板不会因压缩失稳而出现波浪变形。在预热区外侧，由于压缩残余应力数值较低，而不会引起薄板的失稳变形。
3.3.4 合理选择焊接规范参数和装配焊接顺序。焊接程序和方向的正确选择，将会使焊后的应力、变形及裂缝的倾向减少。因此，对于一些环形焊缝及较长的焊缝，还需应用对称焊和逐步退焊法来减少焊接变形。这是在考虑焊接工艺时必须遵循的原则。
选用线能量较低、熔敷效率高的焊接方法，也可有效地防止焊接变形, 核心是热输入的大小，即若要减小并避免焊件的变形，最应注意的是严格控制线能量，即在完成焊缝焊接的前提下，尽量减少焊缝的热输入，从而减小焊接热影响区，减小焊接变形及其对接头性能的恶劣影响。例如采用CO2半自动焊来代替气焊和手工电弧焊, 不但效率高，而
且可以减少薄板结构的变形。另外，焊接时待焊件间隙应在保证焊透的情况下，越小越好；切割熔渣与剪切毛刺应清除干净；焊接之前应采用较小直径的焊条进行点焊（定位焊），增加焊件刚性，这些都有利于减小焊接变形。同时合理选择点固焊的顺序、焊点距离及大小，不仅能保证焊接间隙，且具有一定的抗变形能力。
3.4 矫正焊接变形的方法
3.4.1 机械矫正法：利用外力使构件产生与焊接变形方向相反的塑性变形, 使两者互相抵消。或者采用锤击法、辊压法来延展焊缝及其周围区域的金属，达到消除焊接变形的目的。
3.4.2 火焰加热矫正法：是利用气体火焰加热构件的伸长部分，使其在较高温度下发生压缩塑性变形，冷却后收缩变短，来达到矫正变形的目的[4]。
矫正薄板结构的焊后变形，常用的方法主要有锤击法、滚压法、局部加热矫正法等，这些方法虽能有效地控制焊接残余变形，但各有其不足之处[5]。锤击法是利用锤头的冲击来延展焊缝及其周围压缩塑性变形区域的金属，达到消除焊接变形的目的，但劳动强度大，锤击面粗糙，表面质量差；滚压法是利用圆盘形滚轮来滚压焊缝或近缝区金属，使之碾展伸长，来消除失稳变形，其缺点是为了在滚压焊缝时取得较大的塑性变形量，往往需要10~20t的滚轮压力，在大压力下实现小直径滚轮的直接刚性传动有一定的困难；局部加热矫正法是利用火焰局部加热产生压缩变形，冷却后该部位金属产生收缩而达到矫正变形的效果，其效果的好坏取决于操作者的技术水平，而且无法完全消除变形。另外，矫正变形往往需有专用的工艺装备，增加了制造成本，延长了制造周期。
4 有限元法
由于实际结构形式的复杂性，焊缝布置的多样化，对薄板结构确定一种优化的控制变形方法仍然是十分困难的，多数情况下人们还是凭借实际经验，而经验的积累要花费很长时间和费用。对薄板采用合适的物理数学模型对其受力和变形过程进行数值分析，可省去大量的摸索实验时间，根据有限元计算结果进行制造工艺参数的优化，可有效地防止和控制变形。目前，利用有限元数值模拟技术与板的稳定理论相结合的方法，预测和控制焊接残余应力和变形已成为该领域的发展趋势和前沿。其中又分为热弹塑性有限元法和固有应变法。
热弹塑性分析是在焊接热循环过程中通过一步步跟踪热应变行为来计算热应力和应变的，采用这种方法可以详尽地掌握焊接应力和变形的产生及发展过程。随着大型有限元软件的开发并取得了良好的效果，这种方法被越来越多的学者采用。
固有应变有限元法[6]是一种既能解决大型复杂结构，又比较经济的预测焊接变形的方法，有很大的实用意义和发展前途。固有应变是表征材料从应力状态切离后处于自由状态时，与基准状态相比所发生的应变。焊接时的固有应变包括塑性应变、温度应变和相
变应变。焊接构件经过一次焊接热循环后，温度应变为零，固有应变就是塑性应变与相变应变残余量之和。固有应变存在于焊缝及其附近，大小和分布决定了最终的残余应力和变形。因此如果知道了固有应变的大小和分布，把它作为初始应变置于焊缝及其附近，就可以通过一次弹性有限元分析求得整个构件的焊接变形。
针对薄板结构厚度方向尺寸远小于其它两个方向尺寸的特点，有人提出一种预测大型复杂薄板结构焊后变形的数值分析技术，这种技术将二维热弹塑性数值模拟与三维结构屈曲分析结合起来。由二维热弹塑性模拟计算出的应力场，加到三维结构模型上, 进行三维结构的弹性屈曲分析，从而得出各种条件下薄板失稳变形模态，再结合大变形方程的摄动解，可以求得薄板的变形。该方法有效减少了计算工作量，并能进行大量的数值模拟, 评估薄板结构尺寸、加强筋及焊缝布置等因素对焊接失稳变形的影响。数值模拟结果与实测结果的对比证实了这种方法的有效性。随着计算机软硬件技术的发展和相关理论的不断完善, 有限元法必将得到更加广泛的应用。
5 结束语
薄板焊接变形是国内外薄板焊接制造的一个技术难题，由于具有复杂性、多元性，许多基本理论及解决办法还未搞清楚，严重影响了焊接质量，所以有必要继续对这一焊接难题进行研究。运用有限元数值模拟技术对薄板焊后变形进行预测和控制是一种有效的方法，具有广阔的前景。建立一套控制薄板焊接变形的工艺措施和技术方案，为我国薄板制造技术走上新台阶，增强产品的整体竞争力具有重要的现实意义。
控制焊接变形的工艺措施 宜按下列要求采用合理的焊接顺序控制变形: 1 对于对接接头、T 形接头和十字接头坡口焊接，在工件放置条件允许或易于翻身的情况下，宜采用双面坡口对称顺序焊接；对于有对称截面的构件，宜采用对称于构件中和轴的顺序焊接； 2 对双面非对称坡口焊接，宜采用先焊深坡口侧部分焊缝、 后焊浅坡口侧、最后焊完深坡口侧焊缝的顺序； 3 对长焊缝宜采用分段退焊法或与多人对称焊接法同时运用； 4 宜采用跳焊法，避免工件局部加热集中。 5 在节点形式、焊缝布置、焊接顺序确定的情况下，宜采用熔化极气体保护电弧焊或药芯焊丝自保护电弧焊等能量密度相对较高的焊接方法，并采用较小的热输入。 6 宜采用反变形法控制角变形。 7 对一般构件可用定位焊固定同时限制变形；对大型、厚板构件宜用刚性固定法增加结构焊接时的刚性。 8 对于大型结构宜采取分部组装焊接、分别矫正变形后再进行总装焊接或连接的施工方法。 钢材应符合以下要求： 1 清除待焊处表面的水、氧化皮、锈、油污； 2 焊接坡口边缘上钢材的夹层缺陷长度超过25mm 时，应采用无损探伤检测其深度，如深度不大于6mm，应用机械方法清除；如深度大于6mm，应用机械方法清除后焊接填满；若缺陷深度大于25mm 时，应采用超声波探伤测定其尺寸，当单个缺陷面积(a ×d)或聚集缺陷的总面积不超过被切割钢材总面积(B×L)的4%时为合格，否则该板
不宜使用； 3 钢材内部的夹层缺陷，其尺寸位置离母材坡口表面距离(b)大于或等于25mm 时不需要修理；如该距离小于25mm 则应进行修补； 4 夹层缺陷是裂纹时，如裂纹长度(a)和深度(d)均不大于50mm，其修补方法应符合第6.6 节的规定；如裂纹深度超过50mm 或累计长度超过板宽的20% 时，该钢板不宜使用。 焊接材料应符合下列规定: 1 焊条、焊丝、焊剂和熔嘴应储存在干燥、通风良好的地方，由专人保管； 2 焊条、熔嘴、焊剂和药芯焊丝在使用前，必须按产品说明书及有关工艺文件的规定进行烘干。 3 低氢型焊条烘干温度应为350～380_，保温时间应为1.5～2h，烘干后应缓冷放置于110～120_的保温箱中存放、待用；使用时应置于保温筒中；烘干后的低氢型焊条在大气中放置时间超过4h 应重新烘干；焊条重复烘干次数不宜超过2 次；受潮的焊条不应使用；
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。
1、利用反变形法控制焊接变形 为了抵消和补偿焊接变形，在焊前进行装配时，先将工件向与焊接变形相反的方向进行人为的变形，这种方法称为反变形法。反变形法是生产中最常用的方法，通常适用于控制焊件的角变形和弯曲变形。 2、用刚性固定法控制焊接变形 利用夹具、支撑、专用胎具、定位焊等方法来增大结构的刚性，减小焊接变形的方法称为刚性固定法。刚性固定法简单易行，是生产中常用的一种减小焊接变形的方法。生产中常用刚性固定配合反变形来控制焊接变形。 3、选择合理的装焊顺序控制焊接变形 同一焊接结构，采用不同的装焊顺序，所引起的焊接变形量往往不同，应选择引起焊接变形最小的装焊顺序。一般采取先总装后焊接的顺序，结构焊后焊接变形较小。 4、选择合理的焊接顺序控制焊接变形 当焊接结构上有多条焊缝时，不同的焊接顺序将会引起不同的焊接变形量。合理的焊接顺序是指：当焊缝对称布置时，应采用对称焊接；当焊缝不对称布置时，应先焊焊缝小的一侧。此外，采用跳焊法、分段退焊法等控制焊接变形均有较好的效果。 5、散热法 散热法又称强迫冷却法。就是把焊接处热量散走，使焊缝附近的金属受热面大大减小，达到减小变形的目的。散热法有水浸法和散热垫法。 6、锤击法 利用锤击焊缝使焊缝延伸，就能在一定程度上克服由焊缝收缩所引起的变形。例如，薄板对接焊后会产生波浪变形，就可以用锤在焊缝长度方向上对焊缝进行锤击来克服其变形。 7、选择合理的焊接方法 选用能量比较集中的焊接方法如CO2气体保护焊、等离子弧焊来代替气焊和手工电弧焊进行薄板焊接，可减小变形量。 焊接电弧 焊接电弧是一种强烈的持久的气体放电现象。在这种气体放电过程中产生大量的热能和强烈的光辉 。通常，气体是不导电的，但是在一定的电场和温度条件下，可以使气体离解而导电。 焊接电弧就是在一定的电场作用下，将电弧空间的气体介质电离 ，使中性分子或原子离解为带正电荷的正离子和带负电荷的电子（或负离子）， 这两种带电质点分别向着电场的两极方向运动，使局部气体空间导电，而形成电弧。 1、焊缝位置的影响 2.结构的刚性对焊接变形的影响3、装配和焊接顺序对结构变形的影响
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；
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。
M 管理与控制 anagement ＆ Control 65 薄板焊接变形控制工艺 马钢重型机械设备制造公司 （安徽马鞍山243000） 袁有轩 【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铆焊件成功与否的重要标志，因此， 控制焊接变形是技术人员重视并致力于研究的课题。本文就夏顺项目焊接件驱动侧门的成功焊接制作经验，阐述控制薄板焊接变形的一些有效的方法。 驱动侧门是夏顺项目除磷导卫中典型的薄板焊接件，在常规工艺方法下焊接会产生较大面积的薄板（δ=3mm ）变形，整个面板部分平面度，最高点1cm ，最低边也有7 8mm 扭曲变形，不能满足图样位置公差的要求，因此，我们要制定详细的焊接工艺，通过严格控制各焊接参数来保证变形量。 1.结构件及变形基本形态分析 驱动侧门是由两块4400mm ?870mm ?3mm 主面板，并且在板反面焊接纵横向板条做骨架支撑结构，然后在通过之前做好的立柱在现场通过铰链焊接在一起，可自由开合的门体结构，其结构如图1所示 。 图1 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，除产生横向收缩和纵向收缩外（见图2、3），还会产生失稳翘曲变形（见图4），即常见的薄板焊接后产生的鼓包。 2.焊接变形原因分析 （1）面积大，板比较薄，背面板条与薄板对接， 根据焊接件通用技术条件规定面板的平面度≤4mm ，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，稍不注意就会使面板产生较大的凸起，给后续施工带来很大的麻烦。重新返修难度较大，同时会使生产成本大大地增加。问题产生原因主要
S 现场解决方案 olutions 66 是在焊接工程中由于对焊接应力和变形产生的机理不了解，焊接应力释放不完全，因此要合理的进行施工工艺安排，从而控制焊接应力。 （2）钢板受热不均产生变形，造成钢板扭曲。 3.焊接工艺剖析 图5给出了引起焊接应力和变形的主要因素及其内在联系。由图5可以看出，焊接时局部不均匀的热输入是产生焊接应力与变形的决定因素。而热输入是通过材料、制造和结构因素所构成的内外拘束度而影响热源周围的金属运动，最终形成焊接应力的变形。材料因素主要为材料特性、热物理常数及力学性能。制造因素（工艺措施、夹持状态）和结构因素（构件形状、厚度及刚性等）则更多地影响着热源金属的外拘束度。随焊接热过程而变化的内应力场和构件变形，称为焊接瞬态应力与变化。而焊后，在室温条件下残留于构件中的内应力场和宏观变化，称为焊接残余应力与焊接残余变形。 图5引起焊接应力与变形的主要因素及其内在联系 4.优化焊接工艺确保焊接变形 （1）焊接方法先焊短焊缝后焊长焊缝，采取分段退焊，由内向外依次进行。如图1中的背面板条短缝，将其由内向外焊接为一体，可自由收缩为一整体长条。同理，焊完所有短缝，所有中心板都成为焊接后得到自由收缩、基本无应力的若干长条，然后再将每个长条由内向外连接起来，也属于在自由收缩状态下成形，这样焊接应力很小，变形也很小。 （2）分段退焊基本原理分段退焊的原理与间 歇焊和减少焊接热输入的原理基本是一样的，主要是缩小焊接区与结构整体之间的温差，从而减少变形；同时由于头尾相接的焊接顺序，前一段焊缝刚冷却下来，后一段焊缝的热量就会给前一段一部分，使其得到一次退火的机会，同时减小了前后的温差，因而消除应力、减少变形。根据实践经验，背面板条分段退焊，应以一根焊条为一个循环，一根焊条约焊200mm ，这样要比500 600mm 一个循环变形要小的多。这样焊的缺点是接头增加，降低美观程度，但比变形后再去处理变形要合算的多。 （3）由内向外依次进行的基本原理 如图1中 先焊中间部位横短板条再焊纵的长板条，因为两板相焊，焊缝会产生横向收缩和纵向收缩，又因内部是封闭部位，外部属自由端（越往外越明显），由内向外可使焊缝的横、纵焊缝自由收缩；反之，若先焊外部，自由端被固定，再焊内部时，焊缝的横、纵向收缩都会受到限制，因而产生较大应力，从而产生较大变形。 （4）由多名焊工均布对称施焊的基本原理 由 于不对称受热而引起变形，长条板不对称受热而引起变形。在面板的焊接中也要由多名焊工均布对称施焊，这样可以防止由于不对称受热引起偏心力而引起变形，若对称受热，即使有应力存在，也不会引起变形，且越往外越明显，这是因为两侧的应力相等而又有足够的宽度，不会使中心板产生弯曲。 5.结语 优化焊接方法后，整个门面板看上去很平整，通过检验整个面板高低差只有3mm 左右，顺利通过夏顺方面检验交付装配现场。 （20110230） 櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧 李万君荣获“中华技能大奖” 继2010年底荣获中国北车长客股份公司“特等劳模”称号后，2011年2月22日，电焊工李万君又登上了我国“中华技能大奖”的领奖台。 “中华技能大奖”是国家对一线技术工人的最高褒奖，素有“工人院士”之称。之所以能从全国数十万技术工人中脱颖而出，因为李万君“代表了车辆转向架构架焊接的世界最高水平” 。（中工网—《工人日报》）
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?
行业资料：________ 控制压力容器管板焊接变形的方法 单位：______________________ 部门：______________________ 日期：______年_____月_____日 第1 页共8 页
控制压力容器管板焊接变形的方法 在压力容器制造中，由于在控制压力容器管板进行焊接时，没有对焊接工艺参数进行合理的选择，导致在焊接过程管板焊接变形，本文主要对控制压力容器管板焊接变形的方法进行探讨。随着科学技术的迅猛发展，压力容器被普遍应用到能源工业、石油化学工业、科研工业等工业的生产过程中。因为压力容器属于危险性比较高的一类物品,很容易出现燃烧起火、爆炸等情况，对相关人员和单位造成一定的经济损失和伤害。在压力容器在压力容器制造中，往往由于组装与施焊的顺序不当，以及焊接工艺参数选择的不合理，易引起管板焊接变形，导致密封不严，管子拉脱。因此，在压力容器制作的过程中,对密封性要求非常的高。为了有效的避免因为各种不利因素对导致压力容器的密封性降低,本文主要对控制压力容器管板焊接变形的方法进行探讨。管板焊接变形的原因及影响因素 管板焊接变形的原因主要表现在两个方面。一是主要是由于筒体与管板焊接的横向收缩变形在厚度方向上的不均匀分布引起的；管板与筒体的焊缝一般为单面单边V型坡口，焊接时焊缝的背面和正面的熔敷金属的填充量不一致，造成了构件平面的偏转，所以这种变形在客观上是绝对存在的；二是管板与筒体焊接角变形主要由两种变形组成，即筒体与管板角度变化和管板本身的角变形，前者相当于两个工件对接焊接引起的角变形，后者相当于在管板上堆焊时引起的角变形。而焊接变形的大小的主要取决于管板的刚性、焊接线能量、坡口角度、焊缝截面形状、熔敷金属填充量焊接操作等因素有关。根据管板变形的原因及影响因素，由于管板焊接不能实现双面焊，焊接时电流过大会引起烧穿伤及换 第 2 页共 8 页
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。
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；
1、焊接变形的定义 在焊接过程中，焊缝金属和基材的冷热循环所引起的膨胀和收缩形成焊接变形。焊接时，沿 同一边持续焊接引起的变形比两边交叉焊接的变形大。在焊接引起的冷热循环中，很多因素 影响金属的收缩并导致变形，如金属在受热时其物理、机械性能发生变化。当热膨胀增加、 热量增大时(见图1)，焊接区域温度升高，焊接区域钢板的弯曲强度、弹性、热导性能将降低。 2、产生焊接变形的原因 在金属冷热变化过程中，应了解怎样产生变形、为什么产生变形。图2 为一组钢板冷热变化 时产生的变形示例。均匀加热钢板时，向各个方向均匀膨胀，见图2a。当钢板冷却至室温时，也是均匀收缩并恢复至原始尺寸。如果钢板在加热时给予刚性约束(见图2b)，两个侧边就不 会产生变形。但是，加热时钢板一定会膨胀，所以只能在无约束的垂直方向膨胀(厚度方向)，从而使钢板变得更厚。同样，当钢板温度降至室温时，也将在各方向上收缩(见图2c)，这样，工件就发生了永久性弯曲或扭曲变形。
在焊接受热过程中，膨胀和收缩作用于焊接金属和基材上，焊缝和基材因局部被加热而形成 很大的温度梯度。冷却时，焊接金属试图正常收缩至室温时的体积。但是，熔化的焊接金属 因基材而受到约束，焊缝金属和基材之间就会产生应力集中。焊缝附近区域因此产生应力集 中而伸展或弯曲或变薄，这些超过焊缝金属屈服应力的集中释放就形成了永久变形。当焊接 温度接近室温，整个基材受到约束而无 法变形，金属的伸缩应力接近屈服应力。如果约束(夹具固定工件或反收缩力)取消，残余应 力释放，基材将发生迁移，焊接工件将产生变形。金属内部结构因焊接不均匀的加热和冷却 产生的内应力叫焊接应力，由焊接应力造成的变形叫焊接变形。不同的焊接工艺引起的焊接 变形量不同。 3 影响焊接结构变形的主要因素和变形的种类 (1)影响焊接结构变形的主要因素。 a．焊缝在结构中的位置； b．结构刚性的大小； c．装配和焊接顺序； d．焊接规范的选择。 (2)焊接变形的种类。 a．纵向收缩和横向收缩(在焊缝长度方向上的收缩称纵向收缩，在垂直于焊缝纵向的收缩称 横向收缩)； b．角变形； c．弯曲变形； d．波浪变形； e．扭曲变形。 (3)从焊接工艺上分析，影响焊接收缩量的因素。 a．采用焊条电弧焊焊接长焊缝时，一般采用焊前沿焊缝进行点固焊，有利于减小焊接变形，同时也有利于减小焊接内应力。 b．备料情况和装配质量对焊接变形也会产生影响。 c．焊接工艺中影响焊缝收缩量的因素有： ①线膨胀系数大的金属材料其焊接变形大，反之焊接变形小。 ②焊缝的纵向收缩量随着焊缝长度的增加而增加。 ③角焊缝的横向收缩比对接焊缝的横向收缩小。 ④间断焊缝比连续焊缝的收缩量小。 ⑤多层焊时，第一层引起的收缩量最大，以后各层逐渐减小。 ⑥在夹具固定条件下的焊接收缩量比没有夹具固定的焊接收缩量小，减少约40％～70％。
造船中的焊接变形和反变形控制 1.研究背景 船舶工业是传统的劳动密集型装配制造业，焊接操作是其中主要的作业形式之一，焊接水平的高低在很大程度上决定了船体的质量和生产效率,而焊接变形又是焊接过程中最难控制的一环。焊接变形的存在不仅造成了焊接结构形状变异,尺寸精度下降和承载能力降低,而且在工作荷载作用下引起的附加弯矩和应力集中现象是船舶结构早期失效的主要原因,也是造成船舶结构疲劳强度降低的原因之一[1]。焊接变形对现代造船技术的应用产生了障碍。由于焊接变形对船舶建造质量、成本和周期都具有重要影响，工业界一直对其非常重视，对焊接变形从实验和理论上进行了大量研究，希望能够对焊接过程进行有效预测和控制。反变形可以控制焊接变形，降低残余应力，且方法简单易行，在船舶行业有广泛的应用。 2.背景内容 针对造船中的焊接变形，国内外专家进行大量的研究。焊接过程是一个非平衡的、时变的、带有随机因素影响的物理化学过程，它涉及电弧物理、传质传热和力学等方面。至今对焊接过程变形的实时检测与监控仍是困难的，不仅需要特殊的方法，而且对设备的要求也很高。随着计算机软、硬件技术的快速发展，使得焊接热加工过程的数值模拟应运而生，实践证明数值模拟对于研究焊接现象是一种非常有用的方法。 2.1国外专家的预测和研究 20世纪30年代以来，许多苏联学者就开始了焊接变形计算与控制研究。如C.A.库兹米诺夫[2]研究了典型船体结构总变形和局部变形的计算方法，提出了减少和补偿焊接变形以及矫正主船体结构的解决方案。Greene和Holzbaur[3]开展了降低焊接残余应力和变形的研究，目前降低残余应力和焊接变形技术大多数由他们制定的法则演变而来。法国的国际焊接研究所对“焊接结构中残余
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：
薄板结构件焊接变形的控制与矫正 一、前言 薄板结构件一般指由厚度不大于4毫米的钢板（包括不锈钢板、镀锌板、白铁皮）组焊而成的结构件。在焊接过程中,不可避免会产生一些变形,下面就针对变形控制与矫正进行探讨。 二、焊接变形产生的原因 电弧焊是一个不均匀的快速加热和冷却的过程，焊接过程中及焊后，焊接构件都将产生变形。影响焊接变形最根本的因素是焊接过程中的热变形和焊接构件的刚性条件。在焊接过程中的热变形受到了构件刚性条件的约束，出现了压缩塑性变形，这就产生了焊接残余变形。 二、焊接变形产生的原因 电弧焊是一个不均匀的快速加热和冷却的过程，焊接过程中及焊后，焊接构件都将产生变形。影响焊接变形最根本的因素是焊接过程中的热变形和焊接构件的刚性条件。在焊接过程中的热变形受到了构件刚性条件的约束，出现了压缩塑性变形，这就产生了焊接残余变形。 二、焊接变形产生的原因 电弧焊是一个不均匀的快速加热和冷却的过程，焊接过程中及焊后，焊接构件都将产生变形。影响焊接变形最根本的因素是焊接过程中的热变形和焊接构件的刚性条件。在焊接过程中的热变形受到了构件刚性条件的约束，出现了压缩塑性变形，这就产生了焊接残余变形。 （一）影响焊接热变形的因素 1.焊接工艺方法。不同的焊接方法，将产生不同的温度场，形成的热变形也不相同。一般来说，自动焊比手工焊加热集中，受热区窄，变形较小。CO2气体保护焊焊丝细，电流密度大，加热集中，变形小。 2.焊接参数。即焊接电流、电弧电压和焊接速度。线能量越大，随焊接速度增大而减小。在3个参数中，电弧电压的作用明显，
因此低电压高速大电流密度的自动焊变形较小。3.焊缝数量和断面大小。焊缝数量越多，断面尺寸越大，焊接变形越大。4.施工方法。连续焊、断续焊的温度场不同，产生的热变形也不同。通常连续焊变形较大，断续焊变形最小。5.材料的热物理性能。不同的材料，导热系数、比热和膨胀系数等均不相同，产生的热变形也不相同，焊接变形也不相同。 （二）影响焊接构件刚性系数的因素 1构件的尺寸和形状。随着构件刚性的增加，焊接变形越小。2胎夹具的应用。采用胎夹具，增加了构件的刚性，从而减少焊接变形。3装配焊接程序。装配焊接程序能引起构件在不同装配阶段刚性的变化和重心位置的改变，对控制构件的焊接变形有很大的影响。一般来说，焊接构件在拘束小的条件下，焊接变形大，反之，则变形小。 三、薄板结结构焊接变形的种类 任何钢结构的焊接变形，可分为整体变形和局部变形。整体变形就是焊接以后，整个构件的尺寸或形状发生的变化，包括纵向和横向收缩（总尺寸缩短），弯曲变形（中拱、中垂）和扭曲 变形等。局部变形是指焊接以后构件的局部区域出现的变形，包括角变形和波浪变形等。 四、控制薄板结结构焊接变形的原则与方法 焊接过程中的热变形和施焊时焊接构件的刚性条件是影响焊接残余变形的两个主要因素。根据这两个主要因素可以认为焊接残余变形是不可避免的，即完全消除焊接变形是不太可能的。控制焊接残余变形必须从薄板结构件设计和施工工艺两个方面同时采取措施。
如何防止焊接变形 1、焊接变形的种类： 焊接过程中焊件产生的变形称为焊接变形。焊后，焊件残留的变形称为焊接残余变形。焊接残余变形有纵向收缩变形、横向收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形和波浪变形等共六种，见图1，其中焊缝的纵向收缩变形和横向收缩变形是基本的变形形式，在不同的焊件上，由于焊缝的数量和位置分布不同，这两种变形又可表现为其它几种不同形式的变形。 2、如何利用合理的装配焊接顺序来控制焊接残余变形？ 不同的构件形式应采用不同的装配焊接方法。 1）结构截面对称、焊缝布置对称的焊接结构，采用先装配成整体，然后再按一定的焊接顺序进行生产，使结构在整体刚性较大的情况下焊接，能有效地减少弯曲变形。 例如，工字梁的装配焊接过程，可以有两种不同方案，见图4。若采用图4b所示的边装边焊顺序进行生产，焊后要产生较大的上拱弯曲变形；若采用图4c所示的整装后焊顺序，就可有效地减少弯曲变形的产生。
2）结构截面形状和焊缝不对称的焊接结构，可以分别装焊成部件，最后再组焊在一起见图5。图5b所示的方案由于焊缝1离中性轴距离较大，所以弯曲变形较大，而图5a所示的焊缝1 的位置几乎与上盖板截面中性轴重合，所以对整个结构的弯曲变形没有影响。 3、如何利用合理的焊接顺序来控制焊接残余变形？ ⑴对称焊缝采用对称焊接当构件具有对称布置的焊缝时，可采用对称焊接减少变形。如 图4所示工字梁，当总体装配好后先焊焊缝1、2，然后焊接3、4，焊后就产生上拱的弯曲变形。 如果按1、4、2、3的顺序进行焊接，焊后弯曲变形就会减小。但对称焊接不能完全消除变形， 因为焊缝的增加，结构刚度逐渐增大，后焊的焊缝引起的变形比先焊的焊缝小，虽然两者方向 相反，但并不能完全抵消，最后仍将保留先焊焊缝的变形方向。 ⑵不对称焊缝先焊焊缝少的一侧因为先焊焊缝的变形大，故焊缝少的一侧先焊时，使它 产生较大的变形，然后再用另一侧多的焊缝引起的变形来加以抵消，就可以减少整个结构的变 形。
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
摘要：薄板结构焊接最突出的问题是波浪变形，本文分析了薄板结构失稳变形的原因，总结了目前控制薄板焊接变形的各种措施的研究进展，指出运用有限元数值模拟技术对薄板焊后变形进行预测和控制是一种有效的方法，具有广阔的应用前景。 1 前言 薄板焊接结构广泛应用于铁路运输、船舶工程、航空航天飞行器、汽车工业、海上钻井采油平台的上层建筑等大型结构制造领域。薄板具有重量轻、工艺性能好（易加工、易成型）和连接方便等特点。但由于其自身拘束度小，焊接时变形较大[1]（横向收缩、纵向收缩、回转变形、角变形和弯曲变形等），严重时会由于失稳而产生波浪变形，且很难矫正，特别是对不锈钢等一些热膨胀系数较大的材料，变形尤为严重。变形不仅严重地影响了薄板本身的结构强度、制造精度和使用性能，甚至会因变形而使焊接操作无法继续进行，因此很有必要对薄板焊接变形控制技术，包括焊接变形产生的影响因素和控制工艺进行研究，最终用以指导生产实践、提高产品质量。 2 薄板失稳变形的原因 薄板结构焊接最突出的问题是波浪变形。通常对于6mm以下的薄板，要特别注意防止失稳而产生波浪变形。在焊接过程中，薄板上产生高度不均匀的焊接温度场，且由于受到约束作用，最终在焊接接头区域形成残余应力和产生不协调的塑性变形，焊缝附近为拉应力而远处为压应力。如果压缩残余应力σ的数值达到结构的屈曲失稳临界载荷σsr，薄板就会发生失稳（屈曲），产生波浪变形。因此，焊缝金属纵向收缩而产生的压应力是导致薄板失稳的主要原因[2]。 t是薄板厚度，B是板宽，K是与板的支撑情况有关的系数。从上式看出，板厚与板宽的比值越小，临界应力就越小，薄板也就越容易失稳。因此，可以从降低残余压应力和提高临界应力、薄板刚度两方面着手以减少波浪变形。如设置加强筋或增加板厚、把薄板压制成凸筋或波纹形等均可以减小和防止波浪变形，同时也要权衡利弊，既考虑工艺性又要考虑经济性。焊接失稳变形主要受薄板几何形状、板面积、厚度、板件初始不平度和支承条件的影响，同时焊接方法、焊接工艺和焊接程序显著影响焊接变形的程度。 3 目前控制薄板变形的主要方法