下载文档原格式
焊接应力与变形及其预防和校正措施焊件不均匀局部加热和冷却是导致焊接应力和变形产生的根本原因。
1.焊接变形的基本形式a)收缩（纵向、横向）变形 b)角变形 c)弯曲变形 d)波浪变形 e)扭曲变形 f)错边（长度方向、厚度方向）变形σ＞σs时，产生变形σ＞σb时，产生裂纹，甚至断裂2.预防和减小焊接应力及变形的措施1）合理设计焊接结构（减少焊缝长度和截面积、尽量采用对称焊缝、避免交叉焊缝）；2）焊前预热（焊后冷却时，加热区与焊缝同时收缩。
此法称为加热减应区法：如图a)焊前b)焊后）；3）反变形法4）刚性固定法5）选择合理焊接顺序a)焊接顺序应能使焊件自由收缩 b)对称焊接法 c)长焊缝的分段焊法 d)工字梁的焊接方法6）锤击焊缝法3.焊接变形的校正1）机械矫正法a)压力矫正 b)锤击矫正变形的步骤2）火焰矫正法a）T形梁的火焰矫正 b)薄板波浪变形的火焰矫正4.焊接接头设计1）焊接结构应尽量选用型材成冲压件a)用四块钢板焊成 b)用两根槽钢焊成 c)用两根钢板弯曲后焊成 d)容器上的铸钢件法兰2）合理布置焊缝①焊缝布置应尽量分散a)、b)、c)不合理 d)、e)、f)合理②焊缝和位置应尽量对称布置a)、b)不合理 c)、d)、e)合理③尽量减少构件成焊件接头部位的应力集中a)不合理 b)合理④焊缝应避开最大应力和应力集中部位a)、b)、c)、d)不合理 e)、f)、g)、h)合理⑤对不同厚度钢板的受力对接接头，要采用工艺措施⑥在满足使用要求的前提下，应尽量减少焊缝对结构附加应力的影响a)次要焊缝影响主要受力构件 b)附加元件（卡箍）代替次要焊缝。
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。
焊接变形的产生及防止焊接变形的产生和防止手工电弧焊接过程中的变形成因及对策在工业生产中，焊接作业特别是手工电弧焊作业作为制造、修理的一种重要的工艺方法得到越来越广泛的运用。
同时，由于手工电弧焊自身的焊接特点必然引起其焊接变形较大，如不对其变形的原因进行分析并针对其成因提出有效的对策，必将给生产带来极大的危害。
一、手工电弧焊接过程中的变形成因我们知道，手工电弧焊接过程中的焊接电弧由在两个电极之间的气体介质中产生持久的放电现象所产生的。
电弧的产生是先将两电极相互接触而形成短路，由于接触电阻和短路电流产生电流热效应的结果，使两电极间的接触点达到白热状态，然后将两电极拉开，两电极间的空气间隙强烈地受热，空气热作用后形成电离化；与此同时，阴极上有高速度的电子飞出，撞击空气中的分子和原子，将其中的电子撞击出来，产生了离子和自由电子。
在电场的作用下，阳离子向阴极碰撞；阴离子和自由电子向阳极碰撞。
这样碰撞的结果，在两电极间产生了高热，并且放射强光。
电弧是由阴极区（位于阴极）、弧柱（其长度差不多等于电弧长度）和阳极区（位于阳极）三部分所组成。
阴极区和阳极区的温度，主要取决于电极的材料。
一般地，随电极材料而异，阴极区的温度大约为2400K—3500K，而阳极区大约为2600K—4200K，中间弧柱部分的温度最高，约为5000K—8000K。
焊接接头包括焊缝和热影响区两部分金属。
焊缝金属是由熔池中的液态金属迅速冷却、凝固结晶而成，其中心点温度可达2500℃以上。
靠近焊缝的基本金属在电弧的高温作用下，内部组织发生变化，这一区域称为热影响区。
焊缝处的温度很高，而稍稍向外则温度迅速下降，热影响区主要由不完全熔化区、过热区、正火区、不完全正火区、再结晶区和蓝脆区等段组成，热影响区的宽度在8—30 mm范围内，其温度从底到高大约在500 ℃--1500℃之间。
金属结构内部由于焊接时不均匀的加热和冷却产生的内应力叫焊接应力。
由于焊接应力造成的变形叫焊接变形。
焊接变形 1. 影响工件形状、尺寸精度 2. 影响组装质量3. 增大制造成本———矫正变形费工、费时4. 减少承载能力———变形产生了附加应力焊接应力 1. 减少承载能力 2. 引发焊接裂纹，甚至脆断3. 在腐蚀介质中，产生应力腐蚀裂纹4. 引发变形焊接应力{ 焊接加热时，焊缝区受压力应力（因膨胀受阻，用符号“-”表达）远离焊缝区手拉应力（用符号“+”表达）焊后冷却时，焊缝受拉应力（因收缩受阻），远离焊缝区受压应力焊接变形：当焊接应力超出金属 σs 时，焊件将产生变形焊接应力和焊接变形总是同时存在，不会单独存在，当母材塑性较好，构造刚度较小时，焊接变形较大而应力较小；反之，则应力较大而变形较小。
4.2.3 焊接变形的控制和矫正：4.2.3.1 焊接变形的基本形式，如图 6-2-9 4.2.2 焊接变形和应力的产生因素：根本因素：对焊件进行的不均匀加热和冷却，如图 6-2-8 焊接应力与变形：4.2.1 焊接变形和残存应力的不利影响：{ {如图 6-2-9 常见的焊接残存变形的类型1、2---纵向收缩量 3---横向收缩量 4、5---角变形量 f---挠度（1）收缩变形：即焊件沿焊缝的纵向和横向尺寸减少，是由于焊缝区的纵向和横向收缩引发的。
如图 5-2-9 a（2）角变形：即相连接的构件间的角度发生变化，普通是由于焊缝区的横向收缩在焊件厚度上分布不均匀引发的。
如图 5-2-9b（3）弯曲变形：即焊件产生弯曲。
普通是由焊缝区的纵向或横向收缩引发的。
如图 5-2-9c（4）扭曲变形：即焊件沿轴线方向发生扭转，与角焊缝引发的角度形沿焊接方向逐步增大有关。
如图 5-2-9d（5）失稳变形（波浪变形）：普通是由沿板面方向的压应力作用引发的。
如图 5-2-9e4.2.3.2控制焊接变形的方法（1）设计方法（详见焊接构造设计）尽量减少焊缝的数量和尺寸，合理选用焊缝的截面形状，合理安排焊缝位置──尽量使焊缝对称或靠近于构件截面的中性轴（以减少弯曲变形）。
焊接变形控制措施1焊接变形的控制措施全面分析各因素对焊接变形的影响，掌握其影响规律，即可采取合理的控制措施。
1.1焊缝截面积的影响焊缝截面积是指熔合线范围内的金属面积。
焊缝面积越大，冷却时收缩引起的塑性变形量越大，焊缝面积对纵向、横向及角变形的影响趋势是一致的，而且是起主要的影响，因此，在板厚相同时，坡口尺寸越大，收缩变形越大。
1.2焊接热输入的影响一般情况下，热输入大时，加热的高温区范围大，冷却速度慢，使接头塑性变形区增大。
1.3焊接方法的影响多种焊接方法的热输入差别较大，在建筑钢结构焊接常用的几种焊接方法中，除电渣以外，埋弧焊热输入最大，在其他条件如焊缝断面积等相同情况下，收缩变形最大，手工电弧焊居中，CO2气体保护焊最小。
1.4接头形式的影响在焊接热输入、焊缝截面积、焊接方面等因素条件相同时，不同的接头形式对纵向、横向、角变形量有不同的影响。
常用的焊缝形式有堆焊、角焊、对接焊。
1)表面堆焊时，焊缝金属的横向变形不但受到纵横向母材的约束，而且加热只限于工件表面一定深度而使焊缝的收缩同时受到板厚、深度、母材方面的约束，因此，变形相对较小。
2) T形角接接头和搭接接头时，其焊缝横向收缩情况与堆焊相似，其横向收缩值与角焊缝面积成正比，与板厚成反比。
3) 对接接头在单道(层)焊的情况下，其焊缝横向收缩比堆焊和角焊大，在单面焊时坡口角度大，板厚上、下收缩量差别大，因而角变形较大。
双面焊时情况有所不同，随着坡口角度和间隙的减小，横向收缩减小，同时角变形也减小。
1.5焊接层数的影响1)横向收缩：在对接接头多层焊接时，第一层焊缝的横向收缩符合对接焊的一般条件和变形规律，第一层以后相当于无间隙对接焊，接近于盖面焊道时与堆焊的条件和变形规律相似，因此，收缩变形相对较小。
2)纵向收缩：多层焊接时，每层焊缝的热输入比一次完成的单层焊时的热输入小得多，加热范围窄，冷却快，产生的收缩变形小得多，而且前层焊缝焊成后都对下层焊缝形成约束，因此，多层焊时的纵向收缩变形比单层焊时小得多，而且焊的层数越多，纵向变形越小。
焊接工艺中的焊接变形与控制方法焊接是现代制造业中常用的连接工艺，但焊接过程中常常会产生焊接变形，给焊接工件的质量和几何形状带来不利影响。
因此，控制焊接变形成为焊接工艺中的重要问题。
本文将介绍焊接工艺中的焊接变形产生原因以及常见的焊接变形控制方法，旨在探讨如何有效应对焊接变形，提高焊接质量。
一、焊接变形的原因焊接变形是由于焊接时产生的热应力引起的。
焊接时，焊件局部受到高温热源的加热，由于热膨胀系数的不同，局部产生热应力。
热应力是焊接变形的主要原因，常常导致焊接件发生扭曲、翘曲等变形。
二、焊接变形的分类焊接变形可分为弯曲变形、扭曲变形和翘曲变形三类。
1. 弯曲变形焊接过程中，焊缝加热导致焊缝附近的材料发生热膨胀，由于热膨胀系数与相对应的焊缝位置不同，产生了热应力。
当热应力大于材料的弹性极限时，焊缝附近的材料开始发生塑性变形，从而引起焊件的弯曲。
2. 扭曲变形焊缝加热导致局部材料的膨胀，当热膨胀系数不同时，局部材料发生不均匀膨胀。
由于热膨胀的差异，焊接件发生转动，产生扭矩，从而导致扭曲变形。
3. 翘曲变形焊接过程中，焊缝热收缩引起焊件的局部收缩。
当焊缝受到限制无法自由收缩时，焊缝周围发生应力集中，从而引起焊件发生翘曲变形。
三、焊接变形的控制方法针对焊接变形问题，有以下几种常见的控制方法。
1. 合理焊接顺序合理的焊接顺序能够减小焊接变形。
焊接顺序应从对称、均匀的位置开始，先焊接外围，逐渐向中间推进，避免焊接过程中的热应力集中。
此外，对于大尺寸工件，可以采用段间隔焊接的方法，使工件在不同段之间进行放置，减小工件的热影响区域。
2. 适当预热和后热处理通过适当的预热和后热处理，可以改善焊接变形。
预热能够均匀分布焊接过程中的热应力，减小变形的程度。
后热处理能够通过加热或冷却来减小残余应力，提高焊接件的机械性能。
3. 使用焊接变形补偿装置焊接变形补偿装置能够通过对焊接件施加反向力矩来抵消焊接过程中产生的力矩，从而减小焊接变形。
焊接变形的分类及控制措施焊接变形的分类及控制引言焊接工艺在很多行业中起到关键作用，但是焊接过程中经常会发生变形问题。
焊接变形会对产品的质量和性能产生负面影响，因此需要采取相应措施来进行分类和控制。
1. 焊接变形的分类焊接变形可以根据其产生的原因和形式进行分类。
以下是常见的焊接变形的分类方式：1.1 原因分类•热应力引起的变形：焊接过程中，由于焊接区域受到瞬时加热和冷却的影响，会产生热应力，引起变形。
•冷却引起的变形：焊接完成后，焊接区域由于冷却速度不均匀，引起变形。
•结构应力引起的变形：焊件自身的结构应力会引起变形。
1.2 形式分类•弯曲变形：焊接区域发生弯曲变形，导致工件整体形状不符合要求。
•扭曲变形：焊接区域发生扭曲变形，导致工件整体形状扭曲。
•缩短变形：焊接区域发生缩短变形，导致工件整体长度缩短。
2. 焊接变形的控制措施针对不同类别的焊接变形，需要采取相应的控制措施来减少变形的发生。
2.1 热应力引起的变形控制措施•采用预热和后热处理：通过预热和后热处理，可以减小焊接区域的温度梯度，降低热应力的产生。
•设计焊接工艺：合理设计焊接工艺，控制焊接速度和温度梯度，减少热应力的产生。
2.2 冷却引起的变形控制措施•使用焊接夹具和冷却装置：通过使用夹具来固定焊件，控制冷却速度均匀性；使用冷却装置来加速焊接区域的冷却，减小变形的发生。
•控制焊接顺序：合理控制焊接顺序，先焊接较远的区域，再焊接较近的区域，可以避免较早焊接的部分冷却引起的热应力引起变形。
2.3 结构应力引起的变形控制措施•采用预应力技术：通过施加适当的预应力，可以减小焊件的结构应力，降低变形的发生。
•设计合理的焊接结构：合理设计焊接结构，采用适当的形状和尺寸，可以减小结构应力的产生。
结论焊接变形是焊接过程中常见的问题，分类和控制焊接变形对保证产品质量至关重要。
通过合理的控制措施和工艺设计，可以有效降低焊接变形的发生，提高焊接质量。
3. 其他控制措施除了上述分类和控制措施外，还有一些其他的控制措施可以用于降低焊接变形。
