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焊接应力与变形的种类及产生原因温度应力:焊接过程中，由于焊接不均匀使焊件各部位的热膨胀不同而引起的应力。组织应力:焊接过程中，在不同的焊接热循环作用下,金属的金相组织会发生转变,由于这种转变而引起的内应力。收缩应力：焊接过程中,熔池从液体凝成固体,由于其体积发生收缩受到限制而形成的应力。线应力:应力是在焊件中沿其中一个方向发生,薄板对接焊缝以及在焊接表面堆焊时，焊件上存在的应力都属此种应力。平面应力:应力存在于焊件中一个平面的不同方向上。厚板对接焊缝以及薄板交叉焊缝焊接时产生此种应力。体积应力:焊件存在的应力是沿空间三个方向作用的。存在于厚大件的对接焊缝以及三个方向焊缝的交叉处。总体变形纵向收缩变形：沿焊缝纵向收缩所引起的变形。横向收缩变形：沿焊缝宽度方向收缩所引起的变形。弯曲变形:焊缝不在焊件截面中性轴上，由焊缝的纵向收缩和横向收缩引起焊件的弯曲，焊缝数量越多、焊缝偏离中性轴越远、则焊缝收缩量越大，焊件的弯曲变形也越大。扭曲变形：由于焊件组装质量不高、焊件在焊接过程中放置不当、焊件焊接顺序不合理等，在焊缝的纵向和横向收缩作用下引起焊件扭曲。局部变形角变形:焊件上的焊缝横向收缩在厚度上分布不均匀，堆焊、搭接接头、T型接头,平板对接等都可能产生角变形。波浪变形：由于焊缝纵向收缩所造成的压应力以及焊缝的角变形作用下，薄板可能失稳，从而产生波浪变形，此变形多见于薄板焊接结构中，薄板的宽度与厚度之比越大,就越容易失稳产生波浪变形。焊接应力与变形的防治措施设计方面在保证焊接结构强度的前提下，尽量减少焊缝的数量,尽量避免焊缝交叉，焊缝不要密集,尽量采用大尺寸的板材，用型材代替焊接梁。在保证焊接结构强度的前提下,应尽量减少焊缝尺寸和长度,由于焊缝单位长度上的纵向收缩远小于横向收缩，焊接接头应布置在与要求小变形的方向相平行。合理地选择焊缝坡口形式，使焊接接头中的熔敷金属量最少,从而使焊缝的收缩量最小。尽量选用自动焊代替手工焊，采用双面焊代替单面焊，采用单面焊代替间断焊.采用对称布置焊缝，不要将焊缝设计在线性曲率较大的部位。根据结构的重要性、受力分析、合理选用焊接接头形式。工艺方面焊件装配合理、装配质量好.选择合理的焊接顺序。其原则是：1.收缩量大的焊缝应当先焊。2.尽可能的使焊缝能自由收缩，特别是焊缝横向收缩要自由.3.焊件平面上带有交叉焊缝处产生的焊接应力最小，不要在焊接交叉处中断焊接。对接焊缝应先于角焊缝焊接；多层焊应先于单层焊焊接。选择合理的焊接参数,尽量减少热的输入,如:减小坡口间隙，采用深熔焊,角焊缝的表面应呈凹形或平直、不应呈凸状，采用有高速熔敷率焊条来减少施焊时间。除打底焊为保证根部焊透而用小直径焊条外,以后各层焊道应采用大直径焊条焊接，以减少焊道数量，从而减少焊接应力。尽量采用平焊位置焊接,避免仰焊。采用反变形法减小变形。焊前预热,焊后均匀缓冷,对焊后需要机械加工的焊件，必须进行消除应力的退火处理。合理采用加热减应力区法。板材原始状态应平整,尤其是薄板，更应如此，以免装配时强行组装，增大板材应力和失稳。某些对称结构中的零部件，可以两两组装、夹紧，使其在焊接过程中所产生的应力和变形相互抵消。除了打底层焊缝、盖面层焊缝不能进行锤击外，其余各道焊缝每焊完一道后，均用工具锤锤击焊缝，使金属得到延伸，以起到减少焊接应力的作用。锤击时要避开蓝脆温度（200—300℃），以防止产生裂纹缺陷。焊接变形的防治措施设计方面在保证焊接结构的前提下,尽量减少焊缝的数量长度和焊接面积。合理安排焊缝的位置，尽可能地将焊缝对称布置。合理的设计胎夹具，控制焊件焊接变形。设计合理的的坡口形式。选用先进的焊接方法。工艺方面采用反变形法和预留收缩量法，用以抵销焊接变形。选择合理的焊接顺序。其原则是：根据焊件特点，采用对称焊接。焊件上焊缝不对称时，应先焊焊缝少的一侧。焊件上长焊缝的焊接顺序是：1)逐步退焊法。2)从中间向外逐步退焊法。3)跳焊法。4)交替焊法.5)从中间向外对称焊法。焊接过程中，用胎夹具将焊件强制固定，增加焊件的刚度。采用强迫冷却法,使焊缝处的热量快速散走，使焊缝附近的金属受热面大大减少，达到减少焊接变形的目的。锤击焊缝法。一般除第一层焊缝和表面层焊缝不锤击外，其余各层均进行锤击，一直锤击到出现密密麻麻的麻点为止，以减少焊接应力与变形。不要在蓝脆温度(200—300℃)内锤击，以防止产生裂纹缺陷。矫正焊接变形的方法机械矫正方法利用机械力和人力的作用矫正变形。常用压力机、碾压机、拉紧螺栓、千斤顶、手锤等将尺寸缩短的部分伸展，使之与长尺寸部分相适应，从而恢复到所需要的形状。该方法适用于塑性较好的薄板和梁柱等结构，对重要的焊接结构和合金钢制成的焊接结构采用此法矫正后，应仔细检查矫正处有无裂纹。加热方法矫正加热法是利用不均匀加热引起的变形来矫正焊接结构上产生的变形。加热矫正时应注意以下几点:1.用氧乙炔中性火焰加热。2.被矫正材料的性质(如含碳量、合金元素含量、力学性能等)。3.火焰矫正工作场地的环境温度（夏日被矫正的焊件不要被日光照射；冬季被矫正的焊件也不要被日光照射，周围环境不低于5℃）。4.火焰矫正过程中需要锤击配合时，要用木锤锤击，同时要注意锤击力度。5.火焰矫正变形前，应视变形的情况拟定火焰加热的位置和加热的步骤。6.火焰加热过程中，注意焊件被加热处金属颜色的变化，控制好加热温度。金属被加热后颜色变化与温度的关系如下：为了防止金属过烧，加热温度不应超过850℃，但温度太低时，矫正的生产率不高。颜色深褐红褐红暗樱红深樱红樱红淡樱红亮樱红桔黄温度（℃）550—580580—650650—730730—770770—800800—830830—900900—1050常用矫正变形的加热方法有：点状加热法，线状加热法，三角形加热法，热、水、力混合使用法等，具体做法如下：1.点状加热法根据焊接结构特点和变形情况，可加热一个点或多个点，厚板的加热点直径要大些，薄板要小些。加热点直径为15-30毫米，加热点与加热点之间距离为50-100毫米。变形量大，点与点之间的距离应近些。其常用于薄板波浪变形的矫正。2.线状加热法火焰沿直线方向移动，或者同在宽度方向作横向摆动，形成带状加热，加热的深度不应超过板厚的2/3，使板上的温度在厚度上不均匀，从而达到矫正变形的目的。加热的温度为500-600℃，加热区宽度为0.5-2倍板厚，第一次加热没能全部矫正时，可以再进行加热，直至矫平为止。此方法常用于均匀弯曲的厚钢板矫正变形以及厚圆筒矫圆等。3.三角形加热法在矫正焊件的边缘加热呈三角形。三角形的底边在焊件的边缘，三角形的顶端朝内。三角形加热的面积较大，因而收缩也较大，从而达到矫正变形的目的。矫正变形时，可以两个或多个焊具同时进行加热，为了提高矫正效果，在加热过程中有时要使加外力。此种方法常用于矫正厚度、刚度较大的弯曲变形。4.加热、水冷、外力混合法，在矫正薄板焊件时，可用加热、水冷、外力作用混合法，用以提高矫正效果。火焰矫正的效果与焊件加热后的冷却速度关系不大，用冷水和压缩空气急冷火焰加热区，只能提高矫正速度，无助于变形的矫正，反而由于冷却速度增大了，会使被加热、冷却的金属变脆，有可能产生裂纹。所以，选用加热、水冷、外力混合矫正变形法是要慎重，通常只用于薄板变形的矫。关于焊缝的收缩量焊接以后的结构除形状发生变化外，一般在长度上发生缩短。在实际生产中有时要求补尝焊后尺寸的缩短，为此在下料时就需预先留出收缩余量。下面提供一些焊接构件在自由状态下，手工电弧焊所积累的各种焊缝收缩量的关系和一些近似数值，供概略估计焊后变形量时参考。线膨胀系数大的材料，焊后焊缝收缩量也大。不锈钢和铝的线膨胀系数比低碳钢大，所以焊接变形也比低碳钢大。焊缝的纵向收缩随着焊缝长度的增加而增加，一般是每米焊缝长度收缩多少毫米来计量。焊缝的横向收缩则随着焊缝的宽度的增加而增加，一般是以每一条焊缝横向收缩多少毫米来计量。同是一条焊缝横向收缩量相当于2-4米长焊缝的纵向收缩量，所以当焊缝不长的情况下，焊缝的横向收缩是主要的。焊缝纵向收缩近似值：单位：毫米/米角焊缝的横向横向收缩小。断续焊缝比连续焊缝的收缩量小。多层焊时，第一层引起的收缩量最大，第二层增加收缩量大约为第对接焊缝连续角焊缝间接角焊缝0.15—0.30.2—0.40—0.1一增收缩量得20%，第三层大约增加5-10%，最后几层增加更小。在夹具固定条件下焊接的收缩量比没有夹具固定下焊接的收缩量小，大约减小40—70%，但焊接后（指夹具没有松开时）结构内部将引起较大的焊接应力。焊脚等于平板厚度的丁字接头进行焊接后，角变形量大约为2—3度，开70度左右的v型坡口的对接接头焊后产生的角变形大约也在2-3度之间。焊缝横向收缩近似值单位：毫米681012141618202223V型坡口对接焊缝1.31.41.61.81.92.12.42.62.82.9X型坡口对接焊缝1.21.31.41.61.71.92.12.42.62.7单面坡口十字角焊缝1.71.82.02.12.32.52.73.03.23.4单面坡口角焊缝0.80.80.80.70.70.60.60.60.40.4无坡口单面角焊缝0.90.90.90.90.80.80.70.70.50.4双面间断角焊缝0.30.30.20.20.20.20.20.20.20.2钢板厚度横向收缩量接头类型焊接工程变形防范措施肥城市建筑安装工程公司二○○三年五月