焊接应力与变形的产生

焊接应力和焊接变形的产生一、焊接时焊件不均匀的局部加热和冷却焊接时焊件受到不均匀的局部加热和冷却是产生焊接应力和焊接变形的最主要的原因。

应力是指物体内部单位面积上所承受的力。

由于焊接时焊件的局部被加热，从而形成了焊件上温度分布的不均匀，使焊件出现了不均匀的热膨胀。

加热的金属由于受到周围金属的阻碍，使其膨胀不能自由地实现而受到压应力，周围的金属则受到拉应力。

当被加热金属的压应力超过金属的屈服点时，就会产生缩短的塑性变形。

在焊接冷却后，由于加热的金属在加热时已产生了压缩的塑性变形，因此最后的长度要比未被加热的金属的长度短些，但在这时，周围的金属又会阻碍它的缩短，结果在被加热的焊缝金属中产生了拉应力，而在周围金属中则产生了压应力。

通常把这种在焊接加热和冷却过程中产生的应力称为热应力。

二、焊缝金属的收缩焊缝金属在凝固和冷却过程中，体积要发生收缩，由于这种收缩受到了原来未被加热部分的金属的约束，这样，在焊件中就产生了应力和变形。

通常把这种由于焊接熔池冷凝收缩所引起的应力称为凝缩应力。

在焊缝长度方向的收缩称为纵向收缩，使焊件沿焊缝长度方向缩短；在垂直于焊缝长度方向上的收缩称为横向收缩，使焊件在垂直于焊缝方向的宽度变窄。

一般焊缝金属的收缩量取决于熔化金属的数量，例如，焊接V形坡口对接接头时，由于焊缝上部宽，熔化金属多，收缩量大，所以上下收缩不一致，造成角变形。

三、焊缝金属的组织变化在焊接过程中，由于不同的焊接热循环作用，使得焊缝金属及热影响区的金相组织都要发生改变。

由于各种组织的密度不同，焊缝金属冷却下来就会发生体积的变化，而这种体积变化同样也受到周围没有组织变化的金属的约束，其结果使焊缝金属内部产生了应力。

通常把这种由于组织变化产生的应力称为组织应力。

四、焊件的刚性或约束焊件的刚性或约束限制了焊件在焊接过程中的变形。

一般说来，如果焊件在焊接时能自由地收缩，则焊后焊件的变形较大而焊接应力较小；如果焊件由于受到外力的限制或本身刚性较大，使得焊件不能自由收缩，则焊后焊件的变形较小而焊接应力较大。

浅谈焊接应⼒与变形浅谈焊接应⼒与变形在焊接⼯程中，由于焊接过程中多⽅⾯的原因，产⽣了焊接应⼒与焊接变形，⼀直是⽐较常见的现象，给⼯程质量和⼯程成本带来了不利的因素。

如何防⽌和减少焊接应⼒，将焊接变形控制在最⼩范围内，是每个焊接⼯程技术⼈员和⾼级焊⼯应该考虑的⼀个现实问题。

⼀、焊接应⼒产⽣的原因我们说存在于焊接结构中的应⼒，是在焊接过程中，焊体中产⽣的随时间（实际上是随温度）⽽变化的变形和应⼒分别称为焊接瞬时变形和焊接瞬时应⼒，焊后（冷却到⾃然温度）焊件中残留的变形和应⼒分别称为焊接残余变形和焊接残余应⼒。

这些应⼒和由于应⼒产⽣的焊体变形对焊件的质量是有很⼤影响的，它直接影响了焊接结构的制造外观尺⼨和内在质量，也影响到焊接结构的使⽤性能，并且减少使⽤寿命。

焊接应⼒和焊接变形产⽣的原因是多⽅⾯因素造成的。

如果概括为⼀句话就是在焊接过程中不均匀的加热和冷却作⽤在各种材料和结构上，表现出的受⼒状态和形状的效应。

⼆、焊接应⼒的种类存在于焊接结构中的应⼒，按其产⽣的原因和性质可简单分为五类。

1、热应⼒焊接过程中不均匀加热和不均匀冷却⽽产⽣的热应⼒，它是焊接中最常见的焊接应⼒。

2、拘束应⼒焊接过程中主要是结构本⾝或外加拘束作⽤⽽产⽣的应⼒。

3、相变应⼒焊接过程中在焊缝接头及热影响区产⽣不均匀的⾦属组织转变⽽引起的应⼒。

这种应⼒产⽣于碳当量较多或焊接⼯艺不当时。

4、氢应⼒焊接后，在焊接接头区域由于扩散氢聚集在显微缺陷处⽽引起的局部应⼒。

例如，空⽓湿度较⼤或焊条烘烤温度不够等原因⽽引起含氢量⼤量产⽣时。

5、焊接残余应⼒焊接以后存在于结构内的应⼒，尤其在焊接压⼒容器、球形储罐等⼯程中，焊接后会产⽣⼤量的焊接残余应⼒。

各种焊接应⼒的⼤⼩和分布都与焊接材料、钢材的性质、焊接⼯艺⽅法、热输⼊、焊接⼯艺参数、焊接装配顺序及焊⼯的操作⽅法有密切的关系，同时结构本⾝的形状及外加拘束度、焊接环境等条件也是有关的。

焊接应⼒往往综合叠加出现。

焊接应力与变形产生的原因及对策
在焊接过程中，常常会出现应力和变形现象，这些现象不仅会影响焊接质量，还会降低焊接件的使用寿命。

因此，了解焊接应力和变形产生的原因，并采取相应的对策，对于提高焊接质量至关重要。

焊接应力产生的原因主要有以下几个方面：
1. 热应力：焊接时，焊接热源的热量会使焊件局部温度升高，
由于热膨胀系数的差异，焊接件的不同部位会发生不同程度的热膨胀，从而产生内部应力。

2. 冷却应力：焊接结束后，焊缝处的温度会逐渐降低，但是焊
接件周围的温度并没有立即降低，这种温度梯度会使焊接件产生冷却应力。

3. 焊接残余应力：焊接过程中，焊接件的形状和尺寸会发生变化，当焊接结束后，焊接件的形状和尺寸会发生恢复变化，这种恢复变化会产生残余应力。

针对上述应力产生的原因，可以采取以下对策：
1. 控制热输入：通过控制焊接热源的热量和焊接速度等参数，
尽量减少焊接时的热输入，从而减小焊接件的热变形。

2. 合理的后热处理：焊接结束后，在焊接件的温度下降到一定
程度后，可以采取合理的后热处理措施，如退火、正火和淬火等，以减小焊接件的残余应力。

3. 使用预热和预变形的方法：在焊接前，可以采取预热和预变
形的方法，使焊接件的温度和形状发生变化，从而减小焊接时的热变
形和残余应力。

4. 优化焊接结构：在焊接结构设计时，可以采用合理的结构形式和焊接工艺，降低焊接应力和变形的产生。

总之，采取合理的措施，减小焊接应力和变形的产生，可以有效提高焊接质量和使用寿命。

浅析焊接应力与焊接变形的产生原因与控制措施发布时间：2021-11-23T07:49:15.621Z 来源：《工程管理前沿》2021年19期作者：宋建义王龙庆[导读] 随着焊接技术不断进步，现代焊接向着大型化、高精度的方向发展，如何采取措施控制减小金属构件在焊接过程中发生的应力与变形，从而提高焊接质量有着十分重要的现实意义。

宋建义王龙庆中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东青岛 266111摘要：随着焊接技术不断进步，现代焊接向着大型化、高精度的方向发展，如何采取措施控制减小金属构件在焊接过程中发生的应力与变形，从而提高焊接质量有着十分重要的现实意义。

关键词：焊接应力焊接变形产生原因控制措施焊接应力和变形是指焊接过程中焊件中产生的内应力和焊接热过程引起的焊件的形状和尺寸变化，在焊接过程中，由于焊件局部的温度发生变化，产生应力变形。

进而导致了构件产生变形。

因此，通过对焊接结构及焊接变形的分析，通过对焊接工艺焊件结构设计等方面采取有效措施，从而提高焊接质量及工作效率。

一、焊接应力与焊接变形产生的原因焊接应力，是焊接构件由于焊接而产生的应力。

焊接过程中焊件中产生的内应力和焊接热过程引起的形状和尺寸变化。

焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形和比容不同的组织是产生焊接应力和变形的根本原因。

当焊接引起的不均匀温度场尚未消失时，焊件中的这种应力和变形称为瞬态焊接应力和变形；焊接温度场消失后的应力和变形称为残余焊接应力和变形。

在没有外力作用的条件下，焊接应力在焊件内部是平衡的。

焊接应力和变形在一定条件下会影响焊件的功能和外观，因此是设计和制造中必须考虑的问题。

1、焊件的不均匀受热（1）对构件进行不均匀加热，在加热过程中，只要温度高于材料屈服点的温度，构件就会产生压缩塑性变形。

冷却后，构件就会有残余应力。

（2）焊接过程中焊件的变形方向与焊后焊件的变形方向相反。

（3）焊接加热时，焊缝及其附近区域将产生压缩塑性变形，冷却时压缩塑性变形区要收缩。

焊接应力与变形产生的原因及对策
焊接过程中，由于焊接热量的作用，会引起材料的膨胀和收缩，从而产生应力和变形。

这些应力和变形会影响焊接件的尺寸精度、强度和耐久性，甚至导致焊接件出现裂纹和变形失效。

造成焊接应力和变形的原因主要有以下几个方面：
1. 热应力：焊接过程中，由于焊接热量的作用，使得焊接区域的温度急剧升高，从而引起材料的扩张和收缩。

这种温度差异会产生热应力，导致焊接件发生变形和应力。

2. 冷却应力：焊接完成后，焊接件会迅速冷却，冷却速度过快会导致焊接件表面和内部温度梯度过大，产生冷却应力，进而引起应力和变形。

3. 材料不匹配：焊接材料的热膨胀系数、熔点、硬度等物理性质不同，容易导致焊接区域产生应力和变形。

4. 焊接结构设计不合理：焊接结构设计不合理，如焊接位置不当、焊接接头不够强壮等，容易导致应力集中和变形。

针对焊接应力和变形的问题，可以采取以下对策：
1. 控制焊接热量：采用合适的焊接参数，控制焊接热源的大小和位置，以减少焊接区域的温度梯度，从而降低应力和变形。

2. 加强冷却措施：在焊接完成后，采取适当的冷却措施，如缓慢冷却、局部加热等，以减少焊接件的冷却速度，从而降低冷却应力。

3. 选择合适的焊接材料：选择合适的焊接材料，如选择热膨胀
系数和熔点相似的材料，可以减少焊接区域的应力和变形。

4. 优化焊接结构设计：优化焊接结构设计，加强焊接部位的加强设计，采用适当的焊接方式和焊接技术，可以减少应力集中和变形。

总之，采取合适的对策，可以有效地控制焊接应力和变形，提高焊接件的质量和性能。