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焊接结构的脆性断裂分析目录摘要一、焊接结构的失效二、脆性断裂的特征三、金属材料脆性断裂的能量理论四、材料断裂的评定方法五、焊接结构脆性断裂事故六、脆性断裂产生的原因和影响因素七、防止焊接结构脆性断裂的工程技术措施八、结论摘要：脆性断裂是焊接结构的一种最为严重的断裂失效，通常脆性断裂失效都在实际应力低于结构设计应力下发生，断裂时无显著的塑性变形，具有突发破坏的性质，往往造成重大损失，因此分析焊接结构脆性断裂的主要因素并从防脆断设计、制造质量的全面控制、设备使用管理等方面提出防止焊接结构发生脆断的工程技术措施显得尤为重要。
一、焊接结构的失效通常意义上讲，焊接失效就是焊接接头由于各种因素在一定条件下断裂，接头一旦失效，就会使相互紧密联系成一体的构件局部分离、撕裂并扩展造成焊接结构损坏，致使设备停机影响正常生产，焊接结构的失效不仅将停止生产，还往往造成许多严重的灾难性事故。
工程中焊接结构有三种断裂形式，脆性断裂（又叫低应力断裂）、疲劳断裂和应力腐蚀断裂，其中，脆性断裂一般都在应力不高于结构的设计应力和没有明显的塑性变形的情况下发生，并瞬时扩展到结构整体，具有突然破坏的性质，不易事先发现和预防，破坏性非常严重。
二、脆性断裂的特征脆性断裂在工程结构上是一种非常危险的破坏,其特点是裂纹扩展迅速,能量的消耗远小于韧性断裂,以低应力破坏为重要特征，它是靠结构内部蓄积的弹性能量的释放而自动传播导致破坏的,因而很少发现可见的塑性变形,断裂之前没有明显的预兆,而是突然发生的,所以说这种断裂往往带来巨大的损失，一般来说,金属脆性断裂时,无论是具有解理形断口,还是皇光泽的结晶状外观断口,都与板面大体垂直,而且板厚方向上的变形很小,在表壁呈无光泽灰色纤维状的剪断形,材料越脆断裂的剪切壁越薄,断口上花样的尖端是指向启裂点的方向,形成山形花样,追综这个花样可以找到启裂点。
三、金属材料脆性断裂的能量理论1920年Griffith 取一块厚度为1单位的“无限”大平板为研究模型，先使平板受到单向均匀拉伸应力σ（图1），然后将其两端固定，以杜绝外部能源，垂直于拉应力的方向开长度为a 2的穿透裂纹，平板中的弹性应变能将有一部分释放，其释放量为U ，新表面吸收的能量为W ，系统总能量变化为E ，则W U E +-=裂纹释放的弹性应变能U 为E a U 22σπ=设裂纹的单位表面吸收的表面能为γ，则形成裂纹所需要的总表面能W 为a W γ4=因此，裂纹体的能量改变总量E 为a E a E γσπ422+-=能量E 随裂纹长度a 的变化如图2γσπγσπ424222+-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-∂∂=∂∂E a a E a a a E 裂纹扩展的临界条件0=∂∂aE ，即 0422=+-γσπE a 因此a E c πγσ2=，c σ－对应于裂纹半长为a 时导致断裂的应力，22πσγE a =－在应力σ作用下，如果裂纹半长c a a <时，裂纹不扩展，结构可以安全工作。
《焊接结构生产》复习题一一、填空题1焊接接头是一个___________、________ 和 ______ 都不一样的不均匀体。
2、选择预热温度主要应根据钢材的_________ 倾向大小、_________ 、________ 条件、结构__________ 等因素决定。
3、应力集中是结构产生_______ 断裂和________ 断裂的主要原因之一。
4、反变形法主要用来消除焊件的_________ 变形和 _______ 变形。
5、角变形与焊接_______ ，接头_________ ，坡口 _____ 等因素有关。
6、根据应力作用方向，焊接应力可分为__________ 向应力和______ 向应力。
7、调节焊接应力的主要措施有_________ 措施、 ________ 措施、焊后________ 措施。
8、焊接结构的疲劳强度，在很大程度上决定于构件中的 ___________ 情况。
9、钢材除锈有时用化学除锈法，化学除锈法一般分为________________ 和___________ 。
10、__________________________________ 焊接接头的两个基本属性是和。
11、焊接接头的基本形式有四种：_____________ 、______________ 、__________ 和___________ 等。
12、焊接生产中常用热处理法来消除焊接残余应力，常用的热处理方法有______________ 和 __________ 。
二、选择题1、焊接工艺评定试件的类型有板状试件、（）和T型接头试件。
A 板和管接头试件B 管状试件C 角接接头试件2、产生焊接应力与变形的因素很多，其中最根本的原因是焊件（）。
A 焊缝金属的收缩B 受热不均匀C 金相组织的变化3、气割操作时，割嘴与工件表面的距离应保持在（）范围内。
A 5 -10mmB 10-15mmC 15-20mm4、既能用来测量水平度，又能用来测量铅垂度的工具是（）。
第一章焊接应力与变形焊接时，由于局部高温加热而造成焊件上温度分布不均匀，最终导致在结构内部产生了焊接应力与变形。
焊接应力是引起脆性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂和失稳破坏的主要原因。
另外，焊接变形也使结构的形状和尺寸精度难以达到技术要求，直接影响结构的制造质量和使用性能。
因此，本章主要讨论焊接应力与变形的基本概念及其产生原因；焊接变形的种类，控制焊接变形的工艺措施和焊后如何矫正焊接变形；焊接应力的分布规律，降低焊接应力的工艺措施和焊后如何消除焊接残余应力。
第一节焊接应力与变形的产生一、焊接应力与变形的基本知识1.焊接变形物体在外力或温度等因素的作用下，其形状和尺寸发生变化，这种变化称为物体的变形。
当使物体产生变形的外力或其它因素去除后变形也随之消失，物体可恢复原状，这样的变形称为弹性变形。
当外力或其它因素去除后变形仍然存在，物体不能恢复原状，这样的变形称为塑性变形。
物体的变形还可按拘束条件分为自由变形和非自由变形。
在非自由变形中，有外观变形和内部变形两种。
以一根金属杆的变形为例，当温度为T0时，其长度为L0，均匀加热，温度上升到T时，如果金属杆不受阻，杆的长度会增加至L，其长度的改变ΔL T=L- L0，ΔL T就是自由变形，见图1-la。
如果金属杆件的伸长受阻，则变形量不能完全表现出来，就是非自由变形。
其中，把能表现出来的这部分变形称为外观变形，用ΔLe表示；而未表现出的变形称为内部变形，用ΔL表示。
在数值上，ΔL=ΔL T-ΔLe，见图1-lb。
单位长度的变形量称为变形率，自由变形率用εT表示，其数学表达式为：εT=ΔL T/L0=α(T-T0) （1-1）式中α——金属的线膨胀系数，它的数值随材料及温度而变化。
外观变形率εe，可用下式表示：εe=ΔLe/ L0（1-2）同样，内部变形率ε用下式表示：ε=ΔL/L0（1-3）2.应力存在于物体内部的、对外力作用或其它因素引起物体变形所产生的抵抗力，叫做内力。
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。
焊接结构件焊接变形的控制摘要：在机械工程中，焊接作为一种重要的加工技术特别是在水泵和油源等油品的生产中，在结构焊接生产中起着不可或缺的作用。
因此，在焊接环境合适的情况下，适当地调整焊接规范和焊接工艺可以减少焊接结构件的变形量。
基于此，本文对焊接变形的影响因素以及焊接结构件焊接变形控制的措施进行了分析。
关键词：焊接变形；机械制造；措施1 焊接变形的影响因素1.1 焊缝在结构中的位置焊缝在焊接结构中的位置不对称，往往是造成结构整体弯曲变形的主要因素。
当焊缝处在焊件中性轴的一侧时，焊件在焊后将向焊缝一侧弯曲，且焊缝距离中性轴越远，焊件就越易产生弯曲变形。
在整个焊接结构中，如中性轴两侧焊缝的数目各不同，且焊缝距中性轴的距离也各不相同，也易引起结构的弯曲变形。
1.2 材料因素的影响材料对于焊接变形的影响不仅和焊接材料有关，而且和母材也有关系。
材料的热能参数和力学性能参数都对焊接变形的产生过程有重要的影响。
其中热能参数的影响主要体现在热传导系数上，一般热传导系数越小，温度梯度越大，焊接变形越显著。
力学性能对焊接变形的影响比较复杂，热膨胀系数的影响最为明显，随着热膨胀系数的增加焊接变形相应增加。
同时材料在高温区的屈服极限和弹性模量及其随温度的变化率也起着十分重要的作用，一般情况下，随着弹性模量的增大，焊接变形随之减少而较高的屈服极限会引起较高的残余应力，焊接结构存储的变形能量也会因此而增大，从而可能促使脆性断裂，此外，由于塑性应变较小且塑性区范围不大，因而焊接变形得以减少。
2 焊接结构件焊接变形控制的措施2.1 焊接结构件设计方面在焊接过程中，要尽量避免焊缝的数量。
但是如果焊接机械条件有限的情况，又要求结构件强度高，那么在焊接过程中产生更多的焊缝就无法避免了。
焊缝出现的数量少，在焊接中需要的热量相对也会较少一些，可以节省工时和焊接材料，可以提高焊接效率。
在焊接的同时，也要选择好合适的焊缝尺寸。
在整个焊接过程中，要优先考虑对接焊缝，因为对接焊缝的受力情况是最好的，出现的变形也较少，一般来说焊缝尺寸越大，里面填充的焊接材料就越多，在焊接时需要的热量就越大，同时也影响焊缝收缩时的压力，从而造成的结果就是焊接变形了，且焊缝数量多。
焊接结构设计的基本要求和基本原则1.强度要求：焊缝必须能够承受设计荷载，在额定载荷下不应产生变形、塑性破坏或断裂。
2.刚度要求：焊接结构的变形应受到控制，以确保结构的稳定性和使用性能。
3.耐久性要求：焊接结构应能够耐受外界环境的侵蚀、震动、振动等因素，保持设计寿命。
4.适应性要求：焊接结构要能够适应不同的工艺要求和施工条件，满足安装、运输和维护的需求。
5.安全性要求：焊接结构应符合安全设计规范，减少事故和潜在风险。
1.材料选择：应选用适用于具体焊接结构的材料，具备良好的焊接性能、力学性能和耐久性。
2.焊缝设计：焊缝的选择和设计应符合强度和刚度要求，考虑接触应力、应力集中和蠕变等因素。
3.焊接工艺：应根据焊接结构的要求选择合适的焊接工艺，确保焊缝质量，并避免热影响带的形成。
4.结构布局：焊接结构的布局应合理、紧凑，减少焊接长度和次数，提高生产效率。
5.质量控制：应对焊接结构进行质量控制，包括焊接材料的选择、预处理和检测，以及焊接工艺参数的调整和监测。
6.工作环境：焊接结构的设计应考虑到工作环境的特殊要求，如高温、低温、腐蚀等，选择合适的材料和相应的保护措施。
在具体的焊接结构设计中，还需要考虑以下因素：1.加工性：焊接结构的形状和尺寸应符合加工要求，便于操作和施工。
2.外观效果：焊接结构应具备良好的外观效果，减少焊接缺陷和瑕疵。
3.经济性：焊接结构的设计应尽可能减少材料的消耗和加工成本，提高生产效率和经济效益。
综上所述，焊接结构设计的基本要求和基本原则旨在确保焊接结构的安全、稳定和耐久，以及提高生产效率和经济效益。
设计师应考虑材料选择、焊缝设计、焊接工艺等因素，并根据工作环境和特殊要求进行合理布局和质量控制。
通过严格遵循这些原则和要求，能够使焊接结构具备合适的强度、刚度和耐久性，满足实际工程应用的需求。
焊点热疲劳裂纹产生机理概述说明以及解释1. 引言1.1 概述焊接是一种常用的金属连接工艺，广泛应用于各个行业中。
然而，焊点热疲劳裂纹是焊接过程中普遍存在的问题之一。
它不仅会降低焊接结构的强度和耐久性，还可能引起断裂事故，对设备和人员安全造成威胁。
1.2 文章结构本文主要从机理、概述说明和解释等方面对焊点热疲劳裂纹产生进行阐述。
具体内容按如下结构展开：第二部分将详细介绍焊点热疲劳裂纹产生的机理。
包括焊接过程中的温度变化和应力分布，以及焊接材料的物理性质对热疲劳裂纹产生的影响以及微观组织变化引起的裂纹形成机制。
第三部分将概述说明焊点热疲劳裂纹的特征与形态，并对影响焊点热疲劳裂纹生成的因素进行探讨。
同时，通过实例分析典型应用领域中的焊点热疲劳裂纹，为读者提供更直观的参考。
第四部分将解释焊点热疲劳裂纹产生的机理。
主要包括塑性变形引起的应力集中效应和开裂倾向增加机制、温度梯度引起的残余应力和组织变化导致裂纹生成机制，以及焊接工艺参数对热疲劳裂纹形成的影响机制等内容。
最后，第五部分将总结对焊点热疲劳裂纹产生机理的综合认识，并给出在焊接过程中预防和控制焊点热疲劳裂纹的具体措施建议。
同时，提出未来的研究方向，以推动相关领域的进一步发展。
1.3 目的本文旨在深入了解焊点热疲劳裂纹产生机理，并对其进行全面概述和详细解释。
通过对该问题的深入分析，期望能够提高人们对焊接过程中焊点热疲劳裂纹问题的认识，为预防和控制该问题提供科学依据，并促使相关领域在未来的研究中取得新的突破。
2. 焊点热疲劳裂纹产生机理:2.1 焊接过程中的温度变化和应力分布:在焊接过程中，焊点受到了高温冷却循环的作用影响。
当焊点在短时间内被加热到高温，并随后迅速冷却时，会产生温度梯度，从而引起焊点内部的热应力。
这种温度变化和应力分布是导致焊点热疲劳裂纹产生的主要原因之一。
2.2 焊接材料的物理性质对热疲劳裂纹产生的影响:不同材料具有不同的物理性质，如热导率、膨胀系数和导热系数等。
焊接结构的失效形式焊接结构的失效形式有：脆性失效、塑性失效、疲劳失效、应力腐蚀失效等。
下面就常见的几种失效的特征及断口特点作具体分析。
一脆性失效：1 脆性失效的特征：脆性断裂是焊接结构的一种最为严重的断裂失效。
通过脆性断裂失效都在实际应力低于结构设计应力下发生，断裂时无显著的塑性变形，具有突发破坏的性质，往往造成重大损失。
脆性断裂在工程结构中是一种非常危险的破坏形式。
其特点是裂纹扩展迅速，能量消耗远小于韧性断裂，而且很少发现可见的塑性变形，断裂之前没有明显的征兆，而是突然发生。
脆性断裂断口表面发亮，呈颗粒状，属于平直类型，是在平面应变状态下发生的。
同时，脆性断裂是在低应力条件下发生的，因而这种断裂往往带来恶性事故和巨大损失。
2 脆性断裂断口的宏观分析：脆性断裂断口在宏观上有小刻面和放射状或人字花样两种形式。
脆性断口穿晶结晶面为解理面，在宏观上呈无规则取向。
将脆性断口在强光下转动时，可见到闪闪发光的特征。
一般称这些表面发亮呈颗粒状的小平面为“小刻面”．即解理断口是由许多“小刻面”组成的。
因此，根据这个宏观形貌很容易判别解理断口；放射状或人字花样是脆性断口的另一个宏观形貌特征。
人字花样指向裂纹源，其反向即倒人字为裂纹扩展方向。
因此，可以根据人字花样的取向，很容易地判断裂纹扩展方向及裂纹源的位置。
另外，放射状花样的收敛处为裂纹源，其放射方向均为裂纹的扩展方向。
二塑性失效：1 塑性失效的特征：塑性断裂的特点是金属断裂时伴随有明显的塑性变形并消耗大量能量。
由于塑性断裂是在大量塑性变形后发生的，结构断裂后在受力方向上会留下较大的残余变形，在断口附近有肉眼可见的挠曲、变粗、缩颈等。
塑性变形常使容器直径增加和壁厚减薄。
在大多数材料中，拉伸塑性断口呈灰色纤维状，宏观上分为平直面和剪切面。
2垫性断裂断口的宏观分析：由于显微空洞的形成、长大和聚集，最后形成锯齿形纤维状断口。
这种断裂形式多属穿晶断裂，因此断口没有闪烁的金属光泽而是呈暗灰色。
1.焊接钢结构的缺点及其原因答：1、热影响区：受焊接高温影响，焊缝附近的母材存在“热影响区”，易使材质变脆。
热影响区内随各部分的温度的不同，其金相组织及其性能也发生了变化，有些部分的晶粒变粗。
硬度加大，塑性和韧性降低，易导致材质变脆。
2、焊缝缺陷：除非正确选择板材和焊接工艺，焊缝易存在各种的缺陷，如裂纹、边缘未融合、根部未焊透、咬肉、焊瘤、夹渣和气孔等。
缺陷的存在易导致构件产生应力集中而使裂纹扩大。
图1：各类焊缝缺陷裂纹：产生裂纹的主要原因是钢材的化学成分不当，含S高易产生热裂纹，含P高易产生冷裂纹。
不合适的焊接工艺和不合适焊接程序也将导致裂纹的产生。
裂纹有纵向也有横向，可以存在于焊缝内也有在焊缝附近的金属内。
边缘未融合：与焊前钢材表面的清理不彻底有关，焊接电流过小和焊接速度过快以致母材未达到融化状态有关。
根部未焊透：除电流不够和焊接速度过快外，焊条过粗及焊工的其他的不当操作也会致使该现象。
咬肉：因焊接参数选择不当或由于操作工艺不正确产生，如所用的焊接电流过强和电弧过长。
这是靠近焊缝表面的母材处产生的缺陷。
焊瘤：是焊接过程，熔化的金属流淌到焊缝以外未熔化的母材所形成的。
夹渣：是微粒焊渣在焊缝金属凝固时来不及浮至金属表面而存在于焊缝内的缺陷。
焊缝冷却过快会加剧此现象。
气孔：焊条受潮，熔化时产生的气体侵入焊缝而形成的。
总之，以上缺陷的存在，会导致构件产生应力集中而使裂纹扩大。
3、裂缝易扩展：焊接结构的刚度大，焊接结构具有连续性，局部裂缝一经产生便很容易扩展到整体，加剧了焊接钢结构的低温冷脆现象。
4、残余应力：焊接后，由于冷却时的不均匀收缩，构件内将存在焊接残余应力，在构件服役过程中，和其他所受荷载引起的工作应力相互叠加，使其产生二次变形和残余应力的重新分布，不但会降低结构的刚度和稳定性而且在温度和介质的共同作用下，还会严重影响结构的疲劳强度、抗脆断能力、抵抗应力腐蚀开裂和高温蠕变开裂的能力。
5、残余变形：焊接后，由于不均匀涨缩产生焊接残余变形，如原来为平面的钢板发生凹凸变形等，残余变形还会使构件尺寸和形状发生变化，矫正费工，如果矫正效果不佳，会影响构件的正常受力，产生附加的力和弯矩。
4.焊接结构的变形与断裂锅炉、压力容器等结构，在焊接过程中一般都要产生焊接变形。
若变形超过允许值，必须进行矫正，但这要耗费工时；若变形严重或无法矫正，则必须报废。
结构在焊接过程中还产生焊接应力，这是一种内应力，除引起构件变形外，还会使结构产生焊接裂纹，甚至导致断裂。
断裂是不允许的，特别是锅炉、压力容器之类焊接结构，在使用中发生断裂往往伴有爆炸燃烧等，危害极大。
因此，对于焊接结构的变形和断裂必须正视和研究。
4．1焊接结构的变形焊接是个局部加热和冷却过程。
焊接接头要经过由常温→高温→常温的热循环过程。
随着温度的升降，焊接接头局部会发生膨胀和收缩，而由于温度的不均，不同部位的膨胀和收缩量也不同，必然会相互制约而产生焊接内应力，从而引起焊接变形。
冷至室温后保留下来的变形称为焊接残余变形。
而一般所说的焊接变形，实际就是残余变形。
4．1．1 过程设备常见焊接变形与规律表4-1 低碳钢对接焊缝的近似横向收缩变形量就焊接区域的局部来说，焊接变形只有沿焊缝长度方向的纵向收缩和沿垂直焊缝方向的横向收缩两种形式。
其收缩量的大小受材料种类、板厚大小、坡口与接头型式和焊接方法等多种因素影响，不易定量计算。
对于低碳钢的焊缝收缩变形量，现提供一些试验近似值：对接焊缝纵向收缩量0.15~0.30mm/m；连续角焊缝为0.20~0.4mm/m；对接焊缝的横向收缩量如表4-1所示。
接局部区的收缩会引起构件的局部变形或整体变形，而这种大的宏观焊接变形的规律和形态较为复杂。
以下是过程设备中常见的焊接变形。
①纵向收缩引起的构件纵向弯曲变形。
这种变形多发生于细长件的焊接，是由非对称的沿轴向长度方向焊缝的纵向收缩引起，其弯曲凹面位于焊缝一侧。
典型的如小直径薄壁卷焊圆筒，有时会出现图4-1所示的纵向弯曲变形。
图4-1 焊缝纵向收缩引起的纵向弯曲变形4-2 人孔焊接引起细长塔壳的纵向弯曲变形。
②横纵向收缩引起的构件纵向弯曲变形在细长构件上，若沿长度方向一侧的焊缝较多，由于这些焊缝的横向和纵向收缩是沿构件长度方向的，则众多焊缝的收缩综合作用，往往使整个构件产生明显的纵向弯曲变形。
而且一般情况下，焊缝横向收缩引起的弯曲变形率约为同样长度的焊缝纵向收缩所引起的弯曲变形率的1~3倍。
可见焊缝的横向收缩危害更大。
图4-2是上世纪60年代初我国某厂制造的一台分馏塔壳体的纵向弯曲变形。
其壳体一侧人孔较多，当时由于制造经验不足，当全部人孔焊接完成后，结果整个壳体沿纵向产生了超标整体弯曲变形，最终因无法校正导致大返工。
锅炉集箱也是典型的横纵向收缩引起纵向弯曲变形的焊接结构。
集箱主体通常是直经较大的管子，其一侧焊有众多小直径管接头，若不采取相应措施，由于它们间连接焊缝的横纵向收缩，集箱主管就产生显著的纵向弯曲变形，如图4-3上所示。
上述二例的纵向变曲变形，实际是由角焊缝的横向收缩和纵向收缩共同作用的结果，但横向收缩作用远大于纵向收缩作用，故可简单地称其为横向收缩引起的整体纵向弯曲变形。
③横向收缩引起的角变形或挠曲变形当焊缝的横向收缩变形量沿厚度方向不均时，接头就会产生角变形，其变形角总是在焊缝金属多的一面。
一般来说，坡口大角变形就大，尤其在坡口不对称时。
在板厚和坡口形式相同时，多层焊较单层焊角变形大，多道焊较多层焊角变形大。
材料或焊接方法不同，角变形也不同。
如图4-4所示。
搭接接头和丁字接头同样也会产生角变形。
上—锅炉集箱管焊后变形下—集箱反变形转胎手工电弧焊八层角变形7o手工电弧焊22道角变形13o钢垫板上埋弧焊角变形5o图4-4低碳钢对接焊缝角变形过程设备壳体上的对接纵焊缝，随其坡口形式不同，会产生外凸或外凹的角变形。
如图4-5所示为外凹角变形，为此焊后必须进行校圆。
各种壳体上焊有接管时，其与壳体连接的角焊缝也会产生不同程度的角变形。
如管壳式换热器圆筒壳上的进出口接管角焊缝，角变形严重时会使接管连接处的筒壳部分明显下凹，如不校正，会使管束的装配变得困难甚至不可能，如图4-5b所示。
平焊法兰，当焊脚尺寸过大或施焊工艺不当时，亦会产生较大角变形，如图4-5c所示。
除上述典型变形外，某些过程设备，如油罐罐底和焊制塔盘板等，由于其壁相对较薄和焊接压应力的作用会失稳而产生波浪变形。
此种变形多见于焊缝较多的薄板结构。
当构件厚度足够大时，由于本身的刚性很大，也不会有明显的焊接变形产生。
图4—5不同结构的角变形a—薄壁圆筒纵缝外坡角变形b—薄壳接管处角变形c—法兰单面焊角变形4．1．2 焊接变形的危害与控制焊接变形不仅影响构件形状和尺寸精度，而且也降低构件的可靠性。
例如圆筒内压容器的纵焊缝若存在较大的角变形，将引起较大的局部附加弯曲应力，易导致断裂事故发生；外压容器在形状偏差大时将明显降低其临界压力，易导致失稳破坏。
为此，对焊接变形必须控制在有关标准限制范围以内。
其控制途径一般是从防止、减小和消除三方面入手。
对于大型或复杂结构，焊接变形不易校正，故应立足于防止和减小。
这就要首先掌握焊接变形的影响因素和规律，这方面实践经验知识也很重要。
与焊接残余应力的控制一样，焊接变形也必须由结构设计和焊接工艺两方面进行控制。
（1）合理设计焊接结构若焊接结构设计恰当合理，将比在工艺上采取措施更为有利。
①焊缝尺寸大，不但焊接工作量大，且焊接变形变大。
故应在保证承载条件下尽量采用小的焊缝尺寸，尽可能减少焊制另部件和焊缝数量。
②不少整体纵向弯曲焊接变形是由焊缝布置不对称引起的，故应尽可能采用对称设计原则配置焊接附件和焊缝，使其变形互相抵消和减小。
如图4-2中的细长塔壳，若仅从减小焊接变形来说，将人孔180°对称配置就不会产生过大的纵向弯曲变形。
在板厚较大时，采用X形等对称坡口较V型非对称坡口有利于减小焊接变形。
（2）采取适当的工艺措施①正确地选择焊接方法和焊接规范线能量较低的焊接方法有利于减小焊接变形，如CO2气保焊较手工电孤焊变形小，手工电孤焊比气焊变形小。
薄壁件焊接易变形，各种气体保护焊均有利于减小焊接变形。
②反变形法这是生产中最常用的方法，焊前估计好构件变形的大小和方向，焊前使其反向变形，焊时产生的变形与反向变形相抵消。
例如图4-3下所示锅炉集箱的纵向变曲变形和图4-6壳体上接管处的角变形，均为采用反变形法焊接的例子。
③刚性固定法构件刚性大时，焊接变形就小。
为此可以用专门的夹持装配工艺或构件本身的刚性相互制约来减小变形。
如焊制法兰的角变形，可以采用图4-7的方法，防止法兰环产生角变形。
但必须注意，此法仅适用于低碳钢之类焊接性良好的材料。
因为构件刚性增加，焊接应力也会增加，这对易淬钢和裂纹敏感性大的材料是不利的，故此类材料一般不宜采用刚性固定法。
图4—6 反变形法焊接接管图4—7 刚性固定法焊接法兰还有一种半软刚性约束法。
该方法是在焊缝长度装置间隙片和夹具，然后填充一定直径的圆钢进行点固焊。
通常，在焊接无圆钢一侧底焊缝后，或连焊两层后，再拆除圆钢并清根，然后分别焊两侧焊缝。
用该法控制角变形较理想，焊后残余应力小，耗用辅助材料适中，辅助焊道也少，适用于各种容器的焊接，在大型球罐的焊接中也得到应用。
图4—8 半软刚性约束法防角变形④正确地确定装配焊接次序装配焊接次序不当，可能产生很大的焊接变形，甚至无法校正而报废。
如图4-9是一个直径1.6米的固定管板式换热器壳体，在靠近管板端部焊有一个直径接近壳体半径的大直径接管。
最初是先将圆筒壳与一端管板焊接后，再在壳体上开孔并焊接接管。
结果焊后圆筒壳产生了显著变形，圆筒与管板严重不垂直，且无法校正而导致大返工。
后改为将接管先与圆筒壳焊完并校正好后再将圆筒壳与管板焊接，从而避免了上述大变形的发生。
当然这并非是防止其大变形的唯一方法，采取其它适当措施也会收到同样防止变形的效果。
关于施焊顺序，有同一条焊缝的焊接和不同焊缝间的焊接两种情况。
对于同一条焊缝，要注意后焊时刚度增大的不对称性。
如图4-10所示对称坡口焊缝，若先焊完一面后再焊另一面，则另一面角变形小于先焊面，因为焊另一面时先焊面已焊成，其刚度大大增加，后焊面的角变形就小了。
合理的次序应是先在一面焊一层或几层后，反面焊另一面，且焊层数应较先焊面多，依此变替完成整个焊缝焊接。
同理，在焊接非对称坡口时，应先焊小的坡口，后焊大的坡口。
图4-9大直径接管焊接引起圆筒壳偏斜变形（焊接顺序：焊缝1→2）图4-10焊接顺序对于不同焊缝的焊接次序，若各焊缝对称于构件形心轴侧布置，应对称地交替焊接，以减小可能的弯曲变形；若各焊缝非对对称于构件形心轴侧布置，应先焊焊缝少或焊角小和距形心轴近的焊缝，而对变形影响最大的焊缝要放到最后焊。
（3）焊接变形的矫正如果采取了各种措施后仍然存在超标焊接变形，就必须进行矫正。
常用的方法是机械压力来矫正和火焰加热矫正法。
例如，圆筒纵向焊缝的变形，焊后通常是用卷板机进行校圆；细长件的弯曲变形可以由压力机施加反向压力来矫直。
火焰矫正法必须有丰富的实践经验，否则会使变形更加严重。
有关焊接变形的具体矫正方法可参阅有关文献。
4．2焊接压力容器的断裂破坏4．2．1焊接结构的特点与断裂破坏类型焊接结构与铆、铸、锻相比，具有节省材料，施工简便省时和成本低等优点，因此在众多行业中获得了广泛应用，尤其过程设备中的承压容器和管道，大多是焊接结构。
但另一方面，焊接结构又有某些弱点：接头具有成分、组织和性能不均匀性；存在焊接缺陷和残余应力与应力集中；具有整体性，其防裂止裂性不如铆接等。
由于其弱点，国内外均曾发生过各种焊接结构断裂事故。
如第二次世界大战期间，比利时阿尔拜特运河上的50余座焊接桥梁，曾在两年内有10余座发生断裂；二战期间美国建造的1500艘轮船，有半数发生过不同程度的断裂，其中少数断为两半；1971年西班牙马德里5000m3球罐在水压试验时破裂；1979年我国有吉林液化石油气球罐和温州液氯钢瓶大爆炸的重大事故。
对于焊接结构的断裂，人们予以高度重视，并对其产生原因和防止措施不断地进行大量分析研究工作。
按照断裂的性质和产生原因，焊接结构主要有延性断裂、脆性断裂、疲劳断裂和应力腐蚀断裂等形态。
①延性断裂亦称塑性断裂，断裂前具有明显的塑性变形，断裂面与主应力方向呈45°，断口为暗灰色纤维状。
圆筒容器破裂前一般呈两头小中间大的鼓形，破断压力与理论计算爆破压力相近，破裂后一般无碎片，其断裂多系超压引起。
②脆性断裂在壁内应力未达材料屈服极限时发生的断裂，故又称低应力脆性断裂。
其断口面与主应力方向垂直且呈银白色粒状。
断裂前不发生塑性变形，无征兆，故不易察觉和预防。
例如1968年日本一球罐在水压试验过程中发生破裂，破裂时压力尚未升至设计试验压力，其壁内应力仅为材料屈服限的35%，为典型的脆性断裂事故。
③疲劳断裂在多次循环波动载荷作用下产生疲劳裂纹并逐渐扩展，最后导致断裂，其断口有明显的裂纹扩展区和最后断裂区。
