浅谈焊接应力与焊接变形的关系

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。

焊接变形和应力分析研究一、引言焊接是一种加工工艺，广泛应用于现代制造业中。

在焊接过程中，常常会出现变形和应力等问题，严重影响焊接质量和结构性能。

因此，研究焊接变形和应力分析，可以帮助解决焊接过程中的一系列问题，提高焊接质量和工艺效率。

二、焊接变形分析焊接变形是指焊接过程中由于热力学效应和热应力引起的结构内部和表面的形状、尺寸、位置等的变化。

焊接变形是焊接过程中的一个困难和矛盾，它不仅影响焊接质量，而且与加工、装配、使用和维护等各个环节都有密切关系。

1. 焊接变形的原因1.1 焊接过程热力学效应的影响焊接过程中，当电弧抵达材料时，电流和热流密度很高，使得焊接池的表面温度迅速达到熔点以上。

随着热输入的不断增加，熔体的深度也会增加。

在热输入过程中，熔池表面的液态金属因为表面张力的作用形成一个球形，从而引起了表面张力的变形。

1.2 焊接过程中热应力的影响焊接过程中，熔池和周围的基材因为温度的改变而发生膨胀和收缩，从而出现热应力。

由于基体的热应力是由非均匀变形引起的，所以其变形程度与焊接过程中的热输入大小、焊接电流的强度、焊接速度等因素都有关系。

2. 焊接变形的类型在焊接过程中，焊接件的变形有两个方面，分别是内部变形和外部变形。

内部变形是指焊接件在达到平衡状态后，由于形变结束而引起的内部变形现象。

外部变形是指焊接件在被约束时，由于外力作用而引起的趋势变化。

三、焊接应力分析焊接应力是指焊接过程中由于热力学效应和热应力引起的结构内部和表面的应力变化。

焊接应力是焊接件的重要性能指标之一，其大小和分布直接影响到焊接件的长期使用性能和安全性。

因此，研究焊接应力分析，对于提高焊接质量和结构强度具有重要意义。

1. 焊接应力的产生原因焊接应力的产生源于焊接过程中发生的热力学效应和热应力过程。

热力学效应包括热膨胀、热应力和热变形等现象，热应力包括几何约束应力和内部应力。

这两个因素共同作用导致了焊接应力的产生。

2. 焊接应力的类型焊接应力分为内部应力和几何约束应力两种类型。

焊接应力和变形影响因素分析焊接应力和变形是焊接过程中不可避免的问题，对于焊接工艺和焊接接头的质量有着重要的影响。

本文将从焊接应力和变形的定义和影响因素入手，分析其对焊接质量的影响，并提出几种常用的控制焊接应力和变形的方法。

焊接应力是指焊接过程中产生的应力，包括热应力和残余应力。

热应力是由于焊接过程中产生的温度差引起的，而残余应力是由于焊缝冷却后产生的体积变化不一致引起的。

焊接变形指的是焊接过程中工件的形状发生改变。

焊接应力和变形的主要影响因素包括焊接材料的热膨胀系数、焊接过程中的热输入、焊接接头的几何形状和尺寸、焊接顺序等。

焊接材料的热膨胀系数是影响焊接应力和变形的重要因素之一。

不同材料的热膨胀系数不同，当焊接材料之间存在温度差时，就会产生应力。

一般来说，焊接接头的应力和变形与焊材的热膨胀系数成正比，因此在设计焊接接头时要考虑到材料的热膨胀系数，以减小应力和变形的产生。

焊接过程中的热输入也是影响焊接应力和变形的重要因素之一。

在焊接过程中，热输入的大小直接影响到焊接接头的温度分布和热量分布。

当热输入较大时，焊接接头受热均匀，产生的应力和变形较小；而当热输入较小时，焊接接头受热不均匀，可能产生较大的应力和变形。

因此，合理控制焊接过程中的热输入是减小焊接应力和变形的关键。

焊接接头的几何形状和尺寸也会影响焊接应力和变形的产生。

一般来说，焊接接头的表面积越大，焊接应力和变形越大。

因此，设计焊接接头时应考虑到减小焊接接头的表面积，以减少焊接应力和变形的产生。

焊接的顺序也会对焊接应力和变形产生影响。

一般来说，焊接时应从中心向两端均匀进行，避免集中焊接导致应力集中和变形集中。

此外，还应根据焊接接头的形状和特点，确定合适的焊接顺序，以减小应力和变形的产生。

为了控制焊接应力和变形，常用的方法包括预应力焊接、焊接变形补偿和焊接过程监测与控制等。

预应力焊接是通过给焊接材料施加预应力来减小焊接应力和变形的方法。

焊接变形补偿是通过在设计焊接结构时采用特殊形状和尺寸，以使其在焊接后的变形能够补偿焊接应力和变形。

些。
除此之外， 焊接方法 、接头 形式 、坡 口形 式、坡 口角度 、焊 件装配 间隙 、对 口质量 、
轴 ；对 于不对称 的焊接 结构 ，采 用合理 的焊 接 顺 序 ，均 会 使 焊 接 变 形 明 显 减 少 。 再 次 ，焊 缝 坡 口形 式 的合 理 选 择 也 很 重要 。焊 缝的坡 口形式对 焊接变 形的影 响较 大 焊缝 的坡 口角度越 大，熔敷 金属 的填 充 量 就 越 大 ， 沿 着 板 厚 方 向 的 横 向 收 缩 就 越 不 效 的控 制 它 ， 之 危 害程 度 降至 最 小 。 使 均 匀 ，焊 接 变 形 就 越 大 。 通 常 情 况 下 ，不 开 控 制 内应 力 的方法 其基 本 要求 有两 个 ： 坡 口的焊缝 因为熔 敷金属 填充量 小， 比开坡 焊件 上热量 尽量均匀 和尽量 减少对 焊缝 自由 口的焊缝焊接变形要小。 收缩 的限制 。通 常采用的工艺措施有两种 ： 一 最后 ，应尽量 减少不 必要 的焊 缝 。在 焊 是采 用合理 的装配 与焊接顺 序 。主 要是在装 接 结构设计 中 ，常用筋板 来提 高钢 结构 的稳 配和 焊接 的顺 序安排 上尽量 使焊缝 能 自由的 定 性和 刚度 ，但 是筋板数 量太 多，焊缝过 于 收缩， 可有 效的控制焊接应力 ；二是采用焊 密 集 ，产 生的热 量大 ，焊 接变形就 越大 因 便 前 预 热 泵 技 术 ， 焊 工 件 各 部 位 的温 差 越 大 ， 被 此 ，应在保 证构件 强度 的情况下 ，尽量减 少 焊 缝 的 冷 却 速 度 越 快 则 焊 接 接 头 的 残 余 应 力 不必 要 的焊 缝 。 ２ 、选 择 合 理 的焊 接 方 法 和 并 规 范操 作 越 大 。预 热 既 能 减 小 工 件 各 部 位 的 温 差 ， 能 又 减 缓 冷 却 速 度 ， 以 是 降 低 焊 接 残 余 应 力 的有 所 选 择 焊 接 方 法 和 规 范 的原 则 是 ：在 保 力 措 施 之 一 。 预 热 可 分 为 局 部 预 热 或 整 体 预 证焊 接质量 和力学 性能 的前提下 ，选用较低 热 。对刚性大 、厚度大 的工件 ， 应整体 预热， 的线 能量 ，能有 效地防止 焊接变形 。例如 ： 这样降低残余应 力的效果更佳 。 埋 弧 自动焊 与手工 电弧焊 相 比，功 率大 ，热 除 了上面 两种 控制 应力 的 方法外 ， 还有 利用 率高 ，焊接速 度快 ，焊缝收缩 小 ，焊接 在焊 接结构 的设计上采 取措施 ， 例如 ： 称布 变 形就小 ；气焊 比电弧焊 的焊后变 形大 ，也 对 置焊 缝 、避 免封 闭焊 缝等 。以及对 阻碍焊接 是 因为气焊 时 ，焊 件受热 范围大 ，加上焊接 接头 自由收缩 的部位加温， 使之与焊缝 同步伸 速度 慢 ，使 金属受 热体积 增大 ，导 致焊后变 缩， 种方法称为 “ 应法 ”。 这 减 形大 。用二 氧化碳 气体保 护焊代替 手工 电弧 ２ 消除 焊 接 应 力 的 方 法 、 焊 ，不仅 生产效率 可 以提 高，而且 焊接变形 消 除焊 接应 力 的 方 法 主 要 有 ： 处 理 法 、 热 也小 。 ３ 、采用反变形法进行焊接变形控制 机械法、振动法 。 根 据 生 产 中 已经 发 生 的焊 接 变 形 的规 焊后热 处理 是消除残余应力的有效方法， 也是 广泛采用 的方法 。它可 分为整 体热处理 律 ，预先把 焊件人 为地制成 一个变 形 ，使这 和 局 部 热 处 理 。 一 般 是 将 被 焊 工 件 加 热 到 Ａ 个 变 形 与焊 接 后 发 生 的变 形方 向相 反而 且 １ 线 以下， 保温均 匀， 再缓慢冷却， 以达到残余应 数值 大小相 等， 以达到防 止产生焊接 残余变 力 消 除 。 ￣ Ｑ ３ Ｂ １ Ｍ Ｒ 料 焊 后 热 处 理 的 形 。这种方 法在实 际生产 中使用较广 泛 。例 Ｈ２ ５ 、 ６ｎ 材 温 度 一 般 选 为６ ５ ±２ ℃ 。 ２℃ ５ 如 ：采用外 力或夹 具将构件 紧压在具 有足够 机 械 法 ， 机 械 的 方 法 施 加 外 力 使 冷 却 刚度 的平 台上，使 它产生 一个反变 形，然后 用 后 的 焊 缝 金 属 产 生 延展 ， 达 到 消 除 应 力 的 目 以 再进行焊接。 ４ 、矫 正 焊 接 变 形 的 方 法 的 ， 种 方 法 叫 机 械 法 消 除 应 力 。 如 锤 击 焊 这 缝 ： 卷板机 上压辗焊 缝 ： 焊缝结构 实行有 在 对 当前矫正 焊接变 形的方法 主要有 两种 ： 控制的过载等都是机械法消除应力的方法 。 是机 械矫 正法 。即利用外 力使被焊 金属产 振动法泵技术 ， 水泵技术， 泵阀技术， 水泵 生与 焊接变 形方 向相反的 塑性变形 ，使两者 Ｃ Ｄ 泵数值模拟 ， Ｆ， 以低 频率震动整个构件 以达 相互 抵消 。除压力 外，还可用 锤击法 来延展 到 消 除应 力 的 目的 。 焊缝 及其周 围压缩 塑性变形 区域的金 属 ，达 三 、 焊 接 变 形 的控 制措 施 与消 除 方 法 到 消 除 焊 接 变 形 的 目的 ：二 是 火 焰 加 热 矫 正 焊 接变 形 决定 于结 构参 数 （ 包括 焊件 结 法 。即利用 火焰局邵 加热 时产 生的压 缩塑性 构 的 几 何 形 状 、板 厚及 焊 缝类 型 等 ） 材 料 参 变 形 ， 使 较 长 的 金 属 冷 却 后 收 缩 ， 来 达 到 矫 、 数 （ 括 基 体 材 料 、焊 接 材 料 种 类 和 状 态 ） 包 和 正变 形 的 目的 。矫正应 遵 循如 下两 个原 则 ： 制作因素 （ 包括焊接 工艺、焊接参数、组焊程 ①矫 正位置要 正确 。须分析构 件变形 的原 因 序等） 。因此控制焊接变形 也得从这些方面入 及构件 的 内在 联系 ，搞 清各部 件相互 间的制 手。 约关 系。②矫 正顺序要 正确 。先矫正 主要变 １ 、从焊缝着手控制焊接变形的措旌 形 ，后 矫正次 要变形 ，多种矫 正方法 并用时 首 先 ， 要 选 择 合 理 的 焊 缝 尺 寸 。焊 缝 尺 要注意几种方法 的先后顺序 。 寸 的 大 小 不 仅 关 系 到 焊 接 工 作 量 ， 而 且 对 焊 接 变 形 也 产 生 较 大 的 影 响 。焊 缝 尺 寸 过 大 ， 参考文献： 焊 接 量 就 大 ，焊 接 变 形 就 越 大 ； 而 过 小 的 焊 ｆ ］ 洪 哲 田 辉 鹅 《 接 应 力 和 变 形 １ 张 焊 缝 尺 寸 ， 由于 冷 却 速 度 过 快 ，容 易 产 生 一 系 的 控 制 方 法 》 ［ ］ 企 业 科 技 与 发 展 ２ ０ Ｊ ９ ０ 列的焊接 缺陷 ，影响焊 接质量和 降低焊缝 的 （ ）： ２ 【 】 江 《 接 变形 的 控 制 和 预 防 》 【】 ２朱 焊 Ｊ 力学性 能。 因此 ，在保 证结构承 载力和焊 缝 ０ ９（ 的焊接质 量的前 提下 ，应选取最 小 的焊缝 尺 电 焊机 ２ ０ ８） ）； 【 】熊 大 胜 《减 少 大 型 焊 接 结 构 件 变 ３ 寸。 其次 ，应安排 合理 的焊缝位 置 。对 于焊 形的措 施》 【］ 金属加 工 （ Ｊ 热加 工 ） ２ １ ００ 缝 位置 的选取 ，应尽可 能在对称 于截面 中性 （２）。 轴 ，或接 近于 中性轴 的位置上 安排焊缝 。对 于对称 的焊接 结构 ，焊 缝布置应 对称于 中性

尺 寸 。 焊 缝 越 多 内应 力 源 越 多 ； 焊 缝 尺 寸 的大 小 直 接 关 系 到 焊 接 时 受 热 区 大小 。焊缝 的数 量 及 尺 寸 会 引 起 构 件残 余 应 力 与 变 形 的压 缩 塑 性 变 形 区域 面 积 大 小 。（ ２ ） 合 理 的焊 缝 分 布 ， 焊 缝 间
１ 焊 接 应 力 与 变 形 的 基 本 知 识
［二］
ａ）
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ｔ＝ ＝ ＝＝ ＝＝ ＝ ＝＝ ＝ ，
ｂ ）
ｌ ， ・ － ＾ ・ ’ ・ ＿ 兰暑 ＾ ＿ ＾ － ・ … ＿ ＿ ・ ＾ ＾ － 一
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１ ． １ 应 力 。 内 力 是 指 物 体 受 外 力 作 用 后 所 导 致 物 体 内部 之 间 相 互 作 用 力 称 为 内力 。 当构 件 在 物 理 、 化 学 或 物 理 化 学 变 化过程 中， 如温度 、 金 相 组 织 或 化 学 成分 等 变 化 时 ， 在 物 体 内 也 会 产 生 内力 。作 用 在 物 体 单 位 面积 上 的 内力 叫做 应 力 。 １ ． ２ 变形 。 物 体 的 变 形 是 指 物 体 在 外 力 或 温 度 等 因 素 的 作用下 ， 会 出现形状或几何尺寸的变化 。 物体 产 生 变形 在外 力 、 温 度 等 外 界 因 素 消 除 后 变 形 也 随后 消失 ， 物 体 可恢 复 到 原来 状 态． 此种变形称为弹性变形。 外 力、 温 度 等 外 界 因素 消 除 后 变 形 仍然存在 ， 物体不能恢复到原来状态 ， 此种变形称为塑性变形 。 １ ． ３ 焊接 应力 与 焊 接 变 形 。 焊 接 应 力 是 焊 接 过 程 中及 焊 接过程结束后 ． 存 在 于 构 件 中 内 部 的 应 力 。 由 于 焊 接 过 程 而 引 起 的构 件 尺 寸 的 改变 称 为 焊 接 变 形 。

焊接变形的原因及控制方法焊接变形是指焊接过程中产生的结构形状、尺寸和应力的改变。

变形对于焊接结构的质量和使用寿命都具有重要影响，因此需要采取控制措施来减少焊接变形。

1.熔融区的体积收缩：在焊接中，熔融区的温度升高，熔化的金属液体会发生体积收缩。

当焊接过程中发生多次的局部加热和熔化，熔融区收缩现象将会导致焊接件变形。

2.焊接应力：焊接过程中形成的焊接应力是导致焊缝及周边材料变形的重要原因。

焊接引起的应力主要有热应力和残余应力两种。

3.材料的热物理性质差异：焊接过程中，不同材料的热膨胀系数和热传导系数的差异也会导致焊件变形。

为了控制焊接变形，可以采取以下方法：1.合理设计焊接结构：通过合理设计焊接结构，可以减轻焊接变形产生的程度。

例如，在设计焊接结构时可以采用对称组织，增加长交叉焊缝间的连接来减轻焊接变形。

2.使用焊接工艺参数：调整焊接工艺参数，如焊接速度、焊接电流和电压等，可以减少焊接变形。

例如，在焊接速度控制方面，可以采用逆向焊接、速度波动焊接和脉冲焊接等方法来减少焊接变形。

3.采用预应力：对焊接材料进行预应力处理可以减少焊接变形的产生，常见的方法有热拉伸和压力留置法。

4.使用夹具和支撑物：采用夹具和支撑物对焊接结构进行支撑和固定，可以减少焊接变形的产生。

夹具可以限制材料的收缩和变形，支撑物能够提供必要的支撑力和刚度。

5.控制焊接热输入：通过控制焊接热输入来减少焊接变形。

可以采用分段焊接、小电流多道焊、局部加热等方法来降低焊接区域的温度梯度。

总之，焊接变形是焊接过程中难以避免的问题，但通过合理的设计和控制参数的调整，可以有效减少焊接变形的产生，提高焊接结构的质量和可靠性。

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。

浅析焊接应力与焊接变形产生的原因及控制措施摘要：随着社会不断地进步，对于高新科技的精密性要求越来越严格，焊接也慢慢被逐步要求现代化、大型化等多种趋势发展，而传统意义的焊接中会产生多种很难规避的质量问题，如何发展采取措施减小金属在焊接过程中不产生焊接应力和焊接变形，在现实中具有非常重要的意义。

关键词：焊接应力；变形：原因；控制中图分类号：tg404 文献标识码：a1焊接应力与焊接变形产生的原因1.1焊接应力产生的原因焊接应力产生的主要原因是因为在焊接过程中局部会产生高温引起形状或尺寸的变化，焊缝的内应力和母材压应力数值平衡，焊接口也冷却到原始温度后，这时候应力状态就叫做焊接应力。

1.2焊接的不均匀受热焊接过程中是向母材焊口之间加热，目的是为了让焊材局部产生高温使得母材部分融化粘合在一起，从而完成焊接的过程。

所以让焊材局部产生高温，使得其不均匀受热是焊接的第一步。

对母材进行不均匀加热，在其持续加热的过程中，只要达到母材的熔点温度，就会构件就会产生可塑性变形，一般情况下，粘合冷却后就会产生一定的焊接残余应力。

而在其中个别过程中，由于不均匀受热，焊件的变形方向和焊后的变形方向是相反的，在其中焊件的应力一般分布是不均匀的，一旦完成整个焊接后，焊口附近的残余应力一般是属于拉应力。

1.3焊接变形产生的原因在焊接过程中是把母材的焊口局部加热到高温状态，导致焊材材质上温度不均匀，并且焊接热循环的过程中会使得组织内部发生转变，体积变化的过程中会受到体积并未发生变化时的阻碍，这样焊接口就会产生变形，这就是焊接变形产生的主要原因。

1.4金属组织的变化一般焊接过程中持续把母材局部温度加热，金属内部的体积组织状态也就会发生变化，金属为固体状态时成键作用是金属阳离子与其他自由电子之间会有相互作用，并无分子间的作用力，所以其物理属性和化学属性均取决于金属键，在焊接过程中局部持续加热，焊口部分金属熔化，金属键产生断裂。

当焊缝金属重新冷却后，由于它与母材金属之间是紧密联系的，而焊缝金属并不能自由重新收缩成熔化前的形状，由此也会产生焊接应力和变形。

• 金属棒膨胀受阻和自由收缩 室温 加热 冷却 最终 状态 原长 受阻 缩短 缩短， 中心变 厚 无应力 压应力 无应力 无应力
• 金属棒膨胀和收缩都受拘束 原长 受阻 受阻 原长， 中心变 厚 无应力 压应力 拉应力 拉应力
室温 加热 冷却 最终 状态
3、焊接应力的危害和防止方法
1） 焊接应力对使用性能的影响
影响使用性能 降低承载能力 增加生产成本 发生安全事故
课后习题
1）变形是一个物体在外力或 发生的变化。 2）焊接应力一般分为焊接瞬时应力、 3）变形的分类包括纵向和横向收缩、 。 、弯曲变形、 的作用下，物体的形状
扭曲变形和波浪变形。
4）为了减小焊接应力，需选择合理的焊接顺序和方法，如： 预热、 能、 、捶击法和减少氢的措施和消氢处理等。 、 、发生安全事故。 5）焊接变形及应力的危害有：影响使用性
对结构使用性能起不利影响的应力，主要为拉伸残余应
力，其有如下危害： 降低焊接接头区的实际承载能力； 如残余应力水平超过材料屈服强度时，接头区产生塑性 变形，易造成脆断；

如厚壁结构，交叉焊缝或存在焊接缺陷区域，一般存在
多项应力，当材料塑性能力下降时，易造成脆断；

在疲劳载荷下，长期使用会产生变形； 低温工作结构，由于应力作用材料塑性变形变差，将降 低结构静载强度，缩短使用寿命，甚至导致低应力破坏；
力，由压缩引起的叫压应力。
引起应力的 原因不仅有外力作用，物体在加热膨胀和冷 却收缩时，受到阻碍也会在物体内部出现应力，这种没有外 力影响，而物体存在的应力，叫内应力。
变形
物体受到外力（或内力）作用下，出现形状、尺寸的变 化，叫做变形。 • • 弹性变形：可恢复 塑性变形：不可恢复，也就是永久变形 在自由状态下，不同截面上施加同样大小外力时，截面 越小，应力越大，变形越大。

焊接变形的种类 • 焊接变形的种类，按其对结构影响的大小可分为下面两种： • 整体变形 整体变形是指整个结构的形状或尺寸发括直线变形、 弯曲变形、扭曲变形等。如图所示。 • 直线变形是指结构的长、宽、高尺寸的改变，按其方向又可 分为纵向变形和横向变形。纵向变形是指平行于焊缝方向的变形。 横向变形是指垂直于焊缝方向的变形。 • 局部变形 局部变形是指结构的某种部分发生变形。它包括角 变形和波浪变形两种。 • 焊后变形将严重影响到结构的外形和它的承载能力，其中整体变 形对结构的影响较大，而局部变形的影响则较小。
二、焊接残余应力与分布 • 焊接残余应力和变形产生的主要原因是焊接时的不均匀加热， 近缝区的构件在加热和随后冷却过程中发生了塑性变形。 • 受到焊接残余应力的焊缝金属的收缩变形有以下几种情况： （一）纵向焊接残余应力和变形 （二）横向焊接残余应力和变形 （三）弯曲变形 （四）角变形 （五）波浪变形 （六）扭曲变形
焊接内应力的种类 焊接后产生的内应力简称焊接应力，根据其空间位置和相互关系可分以下几种： • 单向应力 焊接薄板的对接焊缝以及在焊件表面上堆焊时，焊件存在的应力 是单方向的。 • 双向应力 在焊接较厚板的对接焊缝时，焊件存在的应力虽不同向，但均在 一个平面内，即应力是双向的。 • 三向应力 当焊接厚大焊件的对接焊缝时，焊件存在的应力是沿空间三个方 向作用的。当结构焊件三个方向焊缝的交叉处亦有三向应力存在。 • 根据焊接应力相对于焊缝的方向不同，可分为平行于焊缝的纵向应力和垂 直于焊缝的横向应力。 • 单向应力对焊件的强度影响不大，有时不必采取特殊的方法消除它们。但 当焊缝中存在双向应力和三向应力时，焊缝金属的强度和冲击值都要显著下 降，容易产生裂缝。因此，在焊接厚件≥25mm时，焊后一般应对焊件进行热 处理，以消除三向应力。三个方向焊缝的 ，焊缝不应焊到交角的顶点，以避 免三向应力的产生。焊接应力按其产生的原因，也可以分为焊接热应力和组 织应力。在船体焊接时，一般只考虑焊接热应力。

焊接变形和焊接应力焊接变形和焊接应力焊接是一种局部加热的加工方法，热源集中在焊缝处加热，因而造成焊件上温分布不均匀，最终导致在焊接结构内部产生了焊接变形与焊接应力。

一、焊接变形1. 焊接变形的概念由焊接而引起的焊件尺寸和形状的改变称为焊接变形。

焊接过程结束后，残国在焊接结构中的变形，称为焊接残余变形。

本书中提到的焊接变形指的是焊接残余变形。

2. 焊接变形的类型及产生原因焊接变形可分为收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形、扭曲变形等几种形式焊件局部（焊缝和焊缝附近的金属）不均匀加热和冷却是产生焊接变形的根本用因。

焊接时，加热是通过移动的高温电弧热源进行的，焊缝和焊缝附近的金属温度很高，受热金属要膨胀，其余大部分金属不受热，受热金属的膨胀受到阻碍和抑制，生了压缩塑性变形。

焊完冷却后，焊缝和附近的金属因收缩而变短，却又受到周围受热金属的限制，就使焊件产生了内应力，以致产生变形。

各类焊接变形的具体原因各不相同，与焊缝在焊件中的位置、加热方法、焊接序等因素密切相关。

焊接变形的类型及产生原因见表2-3-7。

3. 预防和矫正焊接变形的方法及措施（1）预防焊接变形的方法及措施预防焊接变形可以从焊接结构设计和焊接工艺两方面进行。

在焊接结构设计时要在保证结构有足够强度的前提下，尽量减小焊缝的数量和尺寸;对称布置焊缝;必要时预先留出收缩余量;采用冲压结构代替焊接结构;将焊缝布置在最大工作应力之外等。

预防焊接残余变形的工艺措施主要有∶1）选择合理的装配焊接顺序。

装配焊接顺序对焊接结构变形的影响很大。

对称焊接、不对称焊缝先焊焊缝少的一侧和减少长道直焊缝等都可以很大程度上减少焊接变形量。

如图2-3-13所示的工字梁，当采用1、2、3、4的焊接顺序时，虽然结构的焊缝对称，焊后仍将产生较大的上拱弯曲变形，但如果改为将工字梁1、2焊缝的长度分成若干段，采取分段、跳焊的对称焊接，先焊完总长度的60%～70%，然后将工字果翻转180°焊接3、4焊缝，也采取分段、跳焊的对称焊将3、4焊缝全部焊完。

焊接应力与焊接变形焊接应力与焊接变形一、焊接应力与焊接变形的基本知识二、焊接残余应力与分布三、减少与消除残余应力和措施一、焊接应力与焊接变形的基本知识我们已经知道,焊缝由于有内部结构上的缺陷和内部应力的释放、焊件将产生焊缝裂缝。

同时,在焊接过程中,焊件受到不均匀的电弧加热,受热区域的金属膨胀程度也就不同,此时产生的内应力和变形是暂时的,但当焊接完毕待焊件完全冷却后,剩余的内应力和变形称为残余内应力和变形。

焊接内应力的种类焊接后产生的内应力简称焊接应力,根据其空间位置和相互关系可分以下几种:单向应力焊接薄板的对接焊缝以及在焊件表面上堆焊时,焊件存在的应力是单方向的。

双向应力在焊接较厚板的对接焊缝时,焊件存在的应力虽不同向,但均在一个平面内,即应力是双向的。

三向应力当焊接厚大焊件的对接焊缝时,焊件存在的应力是沿空间三个方向作用的。

当结构焊件三个方向焊缝的交叉处亦有三向应力存在。

根据焊接应力相对于焊缝的方向不同,可分为平行于焊缝的纵向应力和垂直于焊缝的横向应力。

单向应力对焊件的强度影响不大,有时不必采取特殊的方法消除它们。

但当焊缝中存在双向应力和三向应力时,焊缝金属的强度和冲击值都要显著下降,容易产生裂缝。

因此,在焊接厚件≥25mm时,焊后一般应对焊件进行热处理,以消除三向应力。

三个方向焊缝的,焊缝不应焊到交角的顶点,以避免三向应力的产生。

焊接应力按其产生的原因,也可以分为焊接热应力和组织应力。

在船体焊接时,一般只考虑焊接热应力。

焊接变形的种类焊接变形的种类,按其对结构影响的大小可分为下面两种:整体变形整体变形是指整个结构的形状或尺寸发生变化。

整体变形是由于焊缝在各个方向收缩所引起的。

它包括直线变形、弯曲变形、扭曲变形等。

如图所示。

直线变形是指结构的长、宽、高尺寸的改变,按其方向又可分为纵向变形和横向变形。

纵向变形是指平行于焊缝方向的变形。

横向变形是指垂直于焊缝方向的变形。

局部变形局部变形是指结构的某种部分发生变形。

浅谈钢结构焊接变形与应力消除摘要：钢结构的焊接过程实际上是在焊件局部区域加热后又冷却凝固的过程，但由于不均匀温度场，导致焊件不均匀的膨胀和收缩，从而使焊件内部产生焊接应力而引起焊接变形。

本文主要分析钢结构焊接变形的类型及原因，以及应力消除。

关键词：钢结构；焊接变形；应力近年来，随着我国的工业发展，钢结构工程因其结构性能好、结构组织均匀、强度高、弹性模量高、塑性和韧性好，适于承受冲击和地震荷载、施工速度快、便于机械化生产和工业化程度高等很多优越条件，因此钢结构工程在建筑领域被广泛应用。

但是，也不能否认，钢结构还存在着缺陷和隐患。

1、钢结构焊接变形与残余应力的产生原因金属构件焊接时，焊缝区域局部受热膨胀，而周围的母材还处于冷态式或加热温度不高，因而对受热区域母材的膨胀起约束作用，因而焊接区受压，而母材受拉；随着电弧前移，已完成焊接的热影响冷却收缩，而其周围的母材此时起到了约束其收缩的作用，因而焊缝区域受拉，而其周围的母材金属受压。

在焊接应力作用下，如果焊件的拘束度较小，则焊件会产生相应的变形，如缩短、弯曲、翘曲等；如果焊件的拘束度很大，此时焊件不能自由变形，但在应力作用下会产生局部的应变，同时产生较大的残余应力。

焊接应力是指对钢构件进行焊接加工过程中，在焊件上产生局部高温的不均匀温度场，焊接中心处温度可达1800℃，局部高温使材料产生不均匀的膨胀。

处于高温区域的材料受到周围温度较低、膨胀量较小的材料的限制而不能自由地进行膨胀，于是焊件内出现内应力，使高温区的材料受到挤压，产生局部压缩塑性应变，在冷却过程中，经受压缩塑性应变的材料，由于不能自由收缩而受到拉伸，于是焊件中又出现了一个与焊件加热方向大致相反的内应力场。

另外，由于构件受到焊接热循环的作用，使焊缝金属的内部组织发生了不同的变化，引起了因金属组织转变而造成体积上的变化。

产生相变应力。

除上述两种原因外，如果焊件被刚性固定或焊件之间相互牵制住，也会在焊接件中产生焊接应力，上述因素就是焊接残余应力的形成过程。

管道装配焊接变形与应力分析管道装配焊接是一项重要的工艺，在建筑、能源、石化等行业中得到广泛应用。

然而，焊接过程中的变形和应力问题常常困扰着焊接工程师和技术人员。

本文将探讨管道装配焊接的变形与应力问题，并提出一些解决方案。

首先，我们来讨论管道装配焊接过程中的变形问题。

焊接过程中，由于高温引起的热膨胀和冷却收缩会导致管道发生变形。

这种变形主要表现在两个方面：纵向变形和横向变形。

纵向变形是指管道在焊接过程中沿管道轴向方向发生的变形。

主要原因是焊缝的热量会导致焊接区域的热膨胀，从而使管道产生纵向变形。

为了减少纵向变形，可以采取以下措施：首先，在焊接过程中，对管道进行适当的加热和预热，以减小焊接区域的温度梯度；其次，可以使用焊接变形补偿装置，如夹具、支架等，来抵消管道的变形。

横向变形是指管道在焊接过程中在管道横截面方向上发生的变形。

这种变形主要是由于焊接热量引起的冷却收缩不均匀所造成的。

为了减少横向变形，可以采取以下措施：首先，在焊接前可以对管道进行适当的预变形处理，使其在焊接后能够恢复到正常状态；其次，可以使用内支撑物或内衬等方法来减小焊接区域的压缩变形。

除了变形问题，管道装配焊接还会产生应力问题。

焊接过程中的应力主要分为两种：残余应力和热应力。

残余应力是指焊接完成后，管道内部和外部的应力状态。

由于焊接过程中的温度变化和热膨胀，焊接接头处会产生应力集中，从而导致残余应力的产生。

这些残余应力如果得不到合理的处理，会对管道的强度和稳定性造成影响。

因此，我们需要对管道进行适当的应力释放处理，例如进行热处理或机械补偿等。

热应力是指焊接过程中的应力变化。

焊接时，由于焊接区域的温度急剧升高和冷却速度快，会导致焊接接头附近的材料发生塑性变形，从而产生应力。

为了减少热应力的产生，可以采取以下措施：控制焊接过程中的温度，避免过高的焊接温度和过长的焊接时间；采用合适的焊接方法和焊接参数，以减小焊接区域的热输入。

在实际的焊接工程中，理论知识的运用往往是不够的。

第五节焊接结构中的应力与变形在焊接生产中，焊接应力与变形的产生是不可避免的。

焊接过程结束，焊件冷却后残余在焊件的内应力即焊接残余应力往往是造成裂纹的直接原因，同时也降低了结构的承载能力和使用寿命。

焊接后产生的变形即焊接残余变形造成了焊件尺寸、形状的变化，这给正常的焊接生产带来一定困难。

因此，在焊接生产中的一项重要任务就是控制焊接残余应力和焊接残余变形。

一、焊接残余应力1．焊接残余应力的产生及其对焊接结构的影响焊接时，不均匀地加热与冷却是产生焊接残余应力的主要原因。

以低碳钢（20钢）为例，在加热时，随着温度的升高，特别是在300℃以上的温度时其强度迅速降低。

当温度达到600℃左右时，屈服便接近于零（图6-5)。

焊接过程中由于加热的不均匀，在高温时，金属的屈服为零的情况下，处于自由变形状态。

当焊接热源移开后，金属恢复强度时其收缩变形受到周围金属的限制，同时组织转变过程中又发生体积的变化，从而产生了焊接残余应力。

一般来说，在焊接条件下主要存在下面几种应力。

图6-5低碳钢屈服与温度的关系---实测曲线一简化曲线(1)温度应力温度应力又称热应力，它是由于金属受热不均匀，各处变形不一致且互相约束而产生的应力。

焊接过程中温度应力是不断变化的，且峰值一般都达到屈服点，因此必然发生塑性变形。

焊接结束冷却后，也必然有残余应力保留下来。

(2)组织应力焊接过程中，金属组织进行相变时将产生体积变化，主要是由于各种组织具有不同的热物理性能（表6-5）。

当焊缝金属从高温冷却，奥氏体分解时产生的铁素体、珠光体、马氏体等都会产生体积膨胀，转变后的这些组织都具有较小的膨胀系数。

奥氏体分解产生的体积膨胀并不是在自由状态下进行的，而是受到周围金属的约束。

同时，由于焊接的不均匀加热与冷却，因此组织的转变也是不均匀的，结果产生了应力。

对于低碳钢和一些低合金高强钢焊后冷却时，奥氏体分解为珠光体和贝氏体的温度较高的低碳钢的相变点为723℃），此时金属呈好的塑性，奥氏体转变时发生的体积变化阻力很小，因此不会造成很大的应力。

焊接应力与变形一、什么叫应力：物体在受到外力作用发生变形的同时，其内部会出现抵抗变形的力，这个力叫内力，而这个物体单位截面所受的内力叫应力。

在焊接时，当没有外力的存在，由构件不均匀受热或不均匀冷却产生的内应力叫焊接应力。

焊后残余在焊缝内部的应力叫焊接残余应力。

当焊件的内应力突破其屈服点就会产生的变形叫焊接变形。

二、焊接应力和变形产生的原因：假设一根钢筋，在无拘束的情下均匀加热，因受热膨胀它会变长、变粗，然后让其自然冷却，它会变回原来的尺寸和大小，这时它不会产生应力与变形。

如果把它二头进行钢性拘束固定，然后对其进行均匀加热，这时它因为热膨胀会要变长，但由于二头钢性固定阻挡而不能伸长，这时它可能会变弯，由于二头被刚性拘束固定，被自己的内应力压短或弯了，这时让它自然冷却，它会变短、变弯。

在焊接过程中，由于焊件是不均匀加热，我们可以把焊件的加热分为二部份，一部份是焊缝和离焊缝很近的高温区，还有一部份是离焊缝较远的低温区，而高温区就是上面所说的钢筋，而低温区就是刚性拘束固定的点，当高温区受热时要膨胀、伸长，而低温区会阻碍其自由膨胀、伸长，这时就会产生一个内应力，这个力就是焊接内应力，当焊接内应力突破其屈服点就会产生焊接变形。

三、影响焊接应力与变形的因素：1、焊接工艺，采用不同的焊接工艺，它产生的应力与变形的情况也不同。

2、焊缝的位置，3、装配和焊接的顺序4、焊缝尺寸和坡口的形式5、焊件的形状与尺寸6、焊接参数和施焊的方法四、控制焊接应力与变形的措施：1、设计阶段：①、焊缝尽量不要集中，焊缝间保持足够的距离。

②、尽可能减少焊缝的数量和尺寸。

③、选用填充金属少的坡口形式。

④、尽量不把焊缝布置在工作应力最大的区域。

⑤、在残余应力集中在拉应力区域时，应避免几何不连续性，以免内应力进一步增大。

2、焊接阶段：①采用合理的装配和焊接顺序。

②焊前预热，焊后缓冷。

③焊接时采用小线能量，多层多道焊，焊件刚性大时采用冷焊法。

五、消除应力与变形的方法：①整体或局部高温回火。