焊接应力变形的控制
焊接钢制罐体焊接应力与变形的控制应用
浅析焊接钢制罐体焊接应力与变形的控制应用摘要钢制罐体在焊接过程中常会产生应力与变形，本文主要分析其产生的原因，根据罐体施工原理，提出“三段式”控制模型，以保证焊接钢制罐体的质量。
关键字焊接；钢制罐体；焊接应力，消除，变形；控制中图分类号 tg404 文献标识码 a 文章编号 1673-9671-（2013）012-0151-01钢制罐体在焊接过程中产生的应力与变形容易使罐体表面形成各种裂纹，并造成热应力脆化，严重影响罐体的刚度、强度、抗压力、稳定性及加工精度。
而焊接后的矫正措施，也会增加施工成本，减少效率；因此研究如何控制焊接应力和变形是极为重要的。
1 焊接应力与变形的基本原理1.1 焊接应力原理与分类焊接应力，也称焊接残余应力，是指在不均匀的加热和冷却的焊接过程中，焊缝在冷却至原始温度时，接头区及离焊缝较近处的拉应力与焊件主体的压应力区数值达到平衡的应力状态。
焊接应力可按焊缝长度方向分为纵向，横向及径向焊接应力；按照应力分布范围可分为宏观、微观及超微观应力；根据空间结构可分为单向、双向和三向应力，根据形成应力原因可分为温度、拘束和组织应力；根据作用时间可分为瞬时和残余应力。
1.2 焊接变形的原理与分类焊接变形是在焊接应力作用下，焊件因约束较小会产生相应的尺寸变化或弯曲、翘曲变形。
其中焊接变形可分为自由变形，以及外观与内部变形；焊接残余变形可分为纵向或横向收缩变形、弯曲变形、角变形、波浪变形以及错边变形。
2 钢制罐体焊接过程中应力与变形的“三段式”控制模型2.1 钢制罐体焊接施工过程与现象描述钢制罐体（以圆筒形为例）施工，按照施工流程顺序分为顺装法和倒装法，以倒装法为例，其施工流程主要为施工准备，基础验收；底板铺设，组对焊接圈壁，罐顶组对焊接，安装倒装机具环缝焊接，罐底焊接；焊后处理验收，如充水试漏、防腐保温等。
罐体的纵缝在对接过程中，纵向应力分布规律为2端为压应力，中心部分为拉应力的横向应力，压应力的最大值比拉应力大得多，焊缝长度对横向应力有影响，长焊道中心部分的拉应力有所降低。
如何控制焊接变形和应力
到退 火 炉 中慢慢 地 冷却
２ 减 少 和 防 止 焊 修 时 变 形 的 方 法
２１ 预 热 法 ．
在 焊 接前 对 焊接 件 进行 预 热 ． 仅 可 以减 少 内应 不 力 ． 且也 是一 种减 少变形 的好 方法 。 而
存 在 着一 定 的 缺点 ． 主要 的缺 陷 就 是焊 接 应力 和焊 接 变形 。 焊 缝冷 却 至原始 温度 后 ． 整个 接头 区 内焊 缝 在 及 近缝 的拉 应力 与 母材 的压应 力 区数值 达 到 平 衡 ． 这 时 的应力 状 态称 为 焊接 残 余应 力 ． 简称 焊 接应 力 。在 焊接 应 力 作 用 下 ． 果 焊 件 的约 束 较 小 ． 焊 件 会 产 如 则 生 相 应 的 尺 寸 变 化 或 弯 曲 或 翘 曲变 形 ，称 为 焊 接 变
如 何 控 制 焊 接 变 形 和 应 力
于 希 波 （ 东博 诚 机 电有 限公 司 ， 东 邹城 山 山
中 图分 类 号 ： ５ ２０ ＴＵ ２ ．５ 文 献标 识码 ： Ａ
２ ３０ ） ７ ５０
文 章 编 号 ：０ １ ６ ４ ２ １ ０ — ０ １ ０ １ ０ — ９ ５（０ ０）６ ０ ４ — ２
焊接 是 机械 加 工 中 的常用 方 法 ． 是 利 用 电焊 机 它 的低 压 电流 ， 过 电焊 条ｆ 通 为一 个 电极 ） 与被 焊件 （ 另 为
一
最 好 。若温 度下 降 ， 打力 也 随之减 小 。温 度过低 ， 敲 在 ３ ０℃左 右就不 允许 敲打 了 ． ０ 以免发 生裂 纹
结 构 的各种 变形 金属 内部 晶粒组 织 的转 变所 引起 的 体 积 变化 也 可 能引 起 焊件 的变 形 ． 也 是 产 生焊 接 应 这
焊接应力和变形及措施
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）。
焊接应力与焊接变形的产生原因与控制措施
０机械 与电子０
科技信 息
焊接应力与焊接变形的产生原因与控制措施
刘 洪 林
（ 大唐 国际唐 山热 电责任 有 限公 司 河北
【 摘
接应 力与变形， 高焊接 工序的精度， 提 具有十分重要的现 实意 义。
５ 消 除 焊 接 应 力 的 方 法
消除焊接应力 的方法 有 ： 热处 理法、 机械法和振动法。 ５１ 热处理方法包括 ： ． 整体热处理 和局部 热处 理。将整个构件放在炉 中加热到一 定温度 ． 然后保 温一段 时间再冷却 。通过整 体高温 回火可 以将构件 中 ８ ％ ９ ％的残余应力消 除掉 ， ０ 一０ 这是生产 中应用 最广泛 、 效
唐山
０３ ０ ） ６ ０ ０
要】 随着社会 经济与技 术的不断发展 ， 现代焊接向着 大型化 、 高精度 的方 向发展 。 如何采取措施减 小金属结构在焊接 工序 中发 生的焊
【 关键 词】 焊接 变形 ； 焊接应力 ； 产生原 因； 控制措施
焊接变形 的种类很 多 ． 与构件 形状和尺寸 ． 焊接方法 和顺 序 ． 约束 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 情况 等很 多因素有 关 常见焊接变形 主要分为以下几大类 ： 过对焊接工艺焊件结构设计 等方面采取有效措施 ， 而提高焊接质量 。 ３１ 横 向收缩变形 ： 焊后在 垂直于焊缝方向产生收缩。 从 ． 构件 ３ 纵 向收缩变形 ： 焊后在 焊缝方 向产生收缩。 ． ２ 构件 １ 焊 接 应 力与 焊接 变 形 的产 生原 因 ３３ 角变形 ：由于焊缝 的横 向收缩使得焊件平 面绕焊缝轴产 生角变 － 化。 焊接应力 ． 缝冷却至原 始温度后 ． 焊 在整个接 头区 内焊缝及 近缝
预防焊接变形的措施
焊接变形是焊接过程中常见的问题，它会影响焊接件的尺寸精度和外观质量。
以下是一些预防焊接变形的措施：
1. 预留反变形量：在设计焊接结构时，可以根据焊接变形的趋势和大小，预留一定的反变形量。
这样在焊接过程中，即使产生了变形，也可以通过预留的反变形量来抵消，从而达到防止或减少焊接变形的目的。
2. 选择合适的焊接顺序：焊接顺序对焊接变形的影响很大。
一般来说，应先焊短焊缝，后焊长焊缝；先焊薄板，后焊厚板；先焊中心，后焊边缘。
3. 采用合理的焊接方法：不同的焊接方法对焊接变形的影响也不同。
例如，电弧焊的变形较小，而气焊和氩弧焊的变形较大。
因此，在选择焊接方法时，应尽量选择变形小的方法。
4. 控制焊接参数：焊接参数（如电流、电压、焊接速度等）对焊接变形的影响也很大。
一般来说，应选择较小的焊接电流和较快的焊接速度，以减少焊接热输入，从而减小焊接变形。
5. 采用预热和后热处理：预热可以减小焊接热输入，从而减小焊接变形；后热处理可以通过改变焊缝和母材的金相组织，来减小焊接变形。
6. 采用工装夹具：通过使用工装夹具，可以固定焊接件的位置和形状，防止焊接过程中的位移和变形。
7. 采用多点对称焊接：通过在焊接件的多个位置同时进行焊接，可以分散焊接应力，从而减小焊接变形。
以上就是预防焊接变形的一些措施，希望对你有所帮助。
减少焊接接应力和焊接变形的措施
减少焊接接应力和焊接变形的措施1、减少焊接接应力和焊接变形的措施1.1、减少焊接应力的措施：1）、安装过程中的措施结采取合理的焊接顺序。
在焊缝较多的组装条件下，根据构件形状和焊缝的布置，采取先焊接收缩量较大的焊缝，后焊接收缩量较小的焊缝；先焊拘束度较大而不能自由收缩的焊缝，后焊拘束度较小而能自由收缩的焊缝。
在满足设计要求的条件下，尽量减小焊缝尺寸。
不应加大焊缝尺寸和余高，要转变焊缝越大越安全的观念。
在构件组装施工时，严禁强力对口和热膨胀法对口以减小焊接拘束度。
拘束度越大，焊接应力越大，尽量使焊缝在较小拘束度下焊接或在自由状态下施焊。
安装时焊接过程控制：对接接头的焊接采用特殊的左右两根同时施焊方式，操作者分别来取共同先在外侧起焊，后在内侧施焊的顺序，自根部起始至面缝止，每层次均按此顺序实施。
根部焊接，根部施焊应自下部超始出处超越中心线10mm起弧，与定位焊接接头处应前行10mm收弧，再次始焊应在定位焊缝上退行1Omm起弧，在顶部中心处熄弧时应超越中心线至少15mm并填满弧坑；另一半焊接前应将前半部始焊及收弧处修磨成缓坡状并确认无未熔合即未熔透现象后在前半部焊缝上引弧。
仰焊接头处应用力上顶，完全击穿；上部接头处应不熄弧连续引带至接头处5mm时稍用力下压，并连弧超越中心线至少一个熔池长度（10一15mm）方允许熄弧。
次层焊接，焊接前剔除首层焊道上的凸起部分及引弧收弧造成的多余部分，仔细检查坡口边沿有无未熔合及凹陷夹角，如有必须除去。
飞溅与雾状附着物，采用角向磨光机时，应注意不得伤及坡口边沿。
此层的焊接在仰焊部分时采用小直径焊条，仰爬坡时电流稍调小，立焊部位时选用较大直径焊条，电流适中，焊至爬坡时电流逐渐增大，在平焊部位再次增大，其余要求与首层相问。
填充层焊接：填充层的焊接工艺过程与次展完全相同，仅在接近面层时，注意均匀流出1.5－2mm的深度，且不得伤及坡边。
面层的焊接，管贯面层焊接，直接关系到接头的外观质量能否满足质量要求，因此在面层焊接时，应注意选用较小电流值并注意在坡口边熔合时间稍长，接头重新燃弧动作要快捷。
焊接变形的控制与矫正
焊接变形的控制与矫正1、改进焊接设计（1）尽量减少焊缝数量在设计焊缝结构时应当避免不要的焊缝，尽量选用型钢、冲压件代替焊接件、以减少肋板数量来减少焊接和矫正变形的工作量。
（2）合理选择焊缝形状及尺寸对于板厚较大份额对接接头应选X型坡口代替V型坡口。
减少熔敷金属总量以减少焊接变形。
在保证有足够能力的条件下，应尽量选用较小的焊缝尺寸。
对于不需要进行强度计算的T形接头，应选用工艺上合理的最小焊脚尺寸。
并且采用断续焊缝比连续焊缝更能减少变形。
当按设计计算确定T形接头角焊缝时，应采用连续焊缝，不应采用与之等强的断续焊缝，并应采用双面连续焊缝代替等强度的单面连续焊缝，以减小焊角尺寸。
对于受力较大的T形或十字接头，在保证相同强度的条件下，应采用开破口的角焊缝，这样比一般角焊缝可大大减少焊缝金属、减少焊缝变形量。
（3）合理设计结构形式及焊缝位置设计结构时应考虑焊接工作量最小以及部件总装时的焊接变形量最小。
对于薄板结构，应选合适的板厚、减少骨架间距及焊角尺寸，以提高结构的稳定性、减少波浪变形。
此外，还应尽量避免设计曲线形结构。
因为采用平面可使固定状态下的焊接装备比较简单，易于控制焊接变形。
由于焊缝的横向收缩通常比纵向收缩显著，因此应尽量将焊缝布置在平行于要求焊接变形量最小的方向。
焊缝的位置应尽量靠近截面中心轴，并且尽量对称于该中心轴，以减少结构的弯曲变形。
2、采取工艺措施（1）反变形焊前将构件装配成具有与焊接变形相反方向的预先反变形。
反变形的大小应以能抵消焊后形成的变形为准。
这种预制的反变形可以是弹性的、塑性的或弹塑性的。
（2）刚性固定将构件加以固定来限制焊接变形，对于刚度小的结构，可以采用胎卡具或临时支承等措施，增加该结构在焊接时的刚度，以减少焊接变形量。
结构的刚度越大，利用刚性固定法控制弯曲变形的效果较差，而对角变形及波浪形较为有效。
这种方法虽然可以减少焊接变形，但同时却又增加了焊接应力。
（3）选用合理的焊接方法及焊接参数选用能量密度较高的焊接方法，可以减少焊接变形。
影响焊接应力和焊接变形的因素及控制措施
影响焊接应力和焊接变形的因素及控制措施摘要：本文主要探讨了电站管道焊接过程中常见的焊接变形和焊接应力产生的主要因素，以及焊接变形和焊接应力的控制措施，希望对以后的焊接工作有一些帮助。
关键词：焊接变形，焊接应力，热循环，焊接工艺，控制目前火力发电朝着大容量机组发展，来满足日益增长的用电需求和达到节能减排的重要目标。
而在火电建设事业中，焊接技术成了一个关键的课题。
在施工过程中，由于焊接产生的焊接变形和残余应力，严重影响着工程的质量、安装进度和使用性能。
增大了电厂运行的安全隐患。
因而，急需分析其产生的原因，并积极采用合理的方法予以控制。
焊接过程实际上是在焊件局部区域加热后又冷却凝固的热循环过程，由于不均匀的温度场，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并引起焊接变形。
焊接应力与变形对接头的性能有着较大影响，使得焊件强度、韧性下降。
因此将对焊接变形产生原因及其影响因素进行分析，针对不同的焊接施工过程特点，采取不同的措施进行处理，以达到降低或消除焊接变形的目的。
1、影响焊接变形的因素及控制措施1.1焊缝截面积的影响焊缝截面积越大，冷却时收缩引起的塑性变形量越大，焊缝面积对纵向，横向的影响趋势是一致的，而且是主要的影响。
因此，在壁厚相同时，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焊接方法和焊接工艺参数的影响不同焊接方法引起的收缩量也不同。
当焊件的厚度相同时，单层焊的纵向收缩比多层焊收缩大，这是因为多层焊时，先焊焊道冷却后阻止了后焊焊道的收缩。
焊接工艺参数的影响主要为线能量。
一般规律是，随着线能量的增加，压缩塑性变形区扩大，因而收缩量增大。
1.4接头形式的影响在焊接热输入、焊缝截面积、焊接方法等因素条件相同时，不同的接头形式对纵向、横向变形量有不同的影响。
在电站管道焊接中，接头形式一般是对接接头并且是单面焊双面成型。
焊接应力及焊接变形预防措施
钢结构工程焊接应力与变形差生的危害及采取的措施随着“绿色建筑”理念的推广，以钢结构件为主体框架结构结合复合砌筑体结构已成为一种必然趋势，因为以钢结构为主的框架结构的回收利用性有效避免钢筋混凝土结构建筑垃圾的产生，具有可持续性。
由于钢结构工程的特有型，焊接作业时钢结构工程最重要的工序之一，而焊接应力及焊接变形产生是影响钢结构安全性及可靠性的重要因素。
本文着重对焊接应力及焊接变形的危害及所采取的对应措施进行分析。
一、焊接应力与变形产生机理焊接热输入引起材料不均匀局部加热，使焊缝区熔化，而熔池毗邻的高温区材料的热膨胀则受到周围材料的限制，产生不均匀的压缩塑性变形。
在冷却过程中，已发生压缩塑性变形的这部分材料又受到周围材料的制约，不能自由收缩，在不同程度上又被拉伸而卸载，与此同时，熔池凝固，金属冷却收缩也产生了相应的收缩拉应力和变形。
这种随焊接热过程而变化的内应力场和构件变形，称为瞬态应力与变形。
而焊后，在室温条件下，残留于构件中的内应力场和宏观变形称为焊接残余应力与焊接残余变形。
焊接残余应力和变形，严重影响焊接构件的承载力和构件的加工精度，应从设计、焊接工艺、焊接方法、装配工艺着手降低焊接残余应力和减小焊接残余变形。
二、焊接残余应力的危害及降低焊接应力的措施1．焊接残余应力的危害影响构件承受静载能力；影响结构脆性断裂；影响结构的疲劳强度；影响结构的刚度和稳定性；易产生应力腐蚀开裂；影响构件精度和尺寸的稳定性。
2．降低焊接应力的措施(1)设计措施尽量减少焊缝的数量和尺寸，在减小变形量的同时降低焊接应力；防止焊缝过于集中，从而避免焊接应力峰值叠加；要求较高的容器接管口，宜将插入式改为翻边式。
(2)工艺措施采用较小的焊接线能量，减小焊缝热塑变的范围，从而降低焊接应力；合理安排装配焊接顺序，使焊缝有自由收缩的余地，降低焊接中的残余应力；层间进行锤击，使焊缝得到延展，从而降低焊接应力；焊接高强钢时，选用塑性较好的焊条；预热拉伸补偿焊缝收缩（机械拉伸或加热拉伸）；采用整体预热；降低焊缝中的含氢量及焊后进行消氢处理，减小氢致集中应力。
浅析焊接应力与焊接变形产生的原因及控制措施
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
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焊接应力变形的控制
山东聚力焊接材料有限公司 马东艳
［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热过程，但
由于不均匀温度场，导致焊件不均匀地膨胀和收缩，从而使焊件内部产生焊接应力而引
起焊接变形。本文论述了焊接变形的影响与几种控制方法。
［关键词］ 焊接变形；焊接应力；热过程；变形控制
在建筑钢结构发展如火如荼的今天，形式各异的焊接机械、焊接方法日新月异，焊接技
术成了一个关键的课题。但在施工过程中，由于焊接产生的焊接残余应力和残余变形，
严重影响着工程的质量、安装进度和结构承载力（即使用功能），因而，急需采用合理
的方法予以控制。
常见的焊接应力有：纵向应力、横向应力、厚度方向应力。
常见的焊接变形有：纵向收缩变形、横向收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形、波
浪变形。针对这些不同种类的焊接变形和应力分布追溯根源，具体进行研究控制。
1 焊接变形的控制措施
焊接过程中焊件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称为焊接变
形。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。
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。焊缝截面积越大，冷却时收缩引起的塑性变
形量越大，焊缝截面积对纵向、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 焊接热输入量的影响
一般情况下，热输入量大时，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量差别较大，在建筑钢结构焊接常用的几种焊接方法中，除电渣
焊以外，埋弧焊热输入量最大，在其他条件如焊缝截面积等相同情况下，收缩变形最大，
手工电弧焊居中，CO2气体保护焊最小。
1.4 接头型式的影响
在焊接热输入量、焊缝截面积、焊接方法等因素条件相同时，不同的接头型式对纵向、
横向、角变形量有不同的影响。常用的焊缝型式有堆焊、角焊、对接焊。
1.4.1 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。
1.4.2 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。
1.4.3 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
1.5.1 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。
1.5.2 纵向收缩：多层焊接时，每层焊缝的热输入量比一次完成的单层焊时的热
输入量小得多，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。
在工程焊接实践中，由于各种条件因素的综合作用，焊接残余变形的规律比较复杂，了
解各因素单独作用的影响便于对工程具体情况做具体的综合分析。所以，了解焊接变形
产生的原因和影响因素，则可以采取以下控制变形的措施：
1）减小焊缝截面积，在得到完整和无超标缺陷焊缝的前提下，尽可能采用较小的坡口
尺寸（角度和间隙）。
2）对屈服强度345MPa以下，淬硬性不强的钢材采用较小的热输入量, 尽可能不预热或
适当降低预热、层间温度；优先采用热输入量较小的焊接方法，如CO2气体保护焊。
3）厚板焊接尽可能采用多层、多道焊代替单层焊。
4）在满足设计要求情况下，纵向加强肋和横向加强肋的焊接可采用间断焊接法。
5）双面均可焊接操作时，要采用双面对称坡口，并在多层焊时采用与构件中和轴对称
的焊接顺序。
6）T形接头板厚较大时采用开坡口角对接焊缝。
7）采用焊前反变形方法控制焊后的角变形。
8）采用刚性夹具固定法控制焊后变形。
9）采用构件预留长度法补偿焊缝纵向收缩变形，如H形纵向焊缝每米长可预留
0.5~0.7mm。
10）对于长构件的扭曲，主要靠提高板材平整度和构件组装精度，使坡口角度和间隙准
确，电弧的指向或对中准确，以使焊缝角变形和翼板及腹板纵向变形值与构件长度方向
一致。
11）在焊缝众多的构件组焊时或结构安装时，要采取合理的焊接顺序。
12）设计上要尽量减少焊缝的数量和尺寸，合理布置焊缝，除了要避免焊缝密集以外，
还应使焊缝位置尽可能靠近构件的中轴，并使焊缝的布置与构件中轴相对称。
2 焊接应力的控制措施
构件焊接时产生瞬时内应力，焊接后产生残余应力，并同时产生残余变形，这是不可避
免的现象。
焊接变形的矫正费时费工，构件制造和安装企业首先考虑的是控制变形，往往对控制残
余应力较为忽视，常用一些卡具、支撑以增加刚性来控制变形，实际上增大了焊后的残
余应力。
对于一些本身刚性较大的构件，如板厚较大，截面本身的惯性矩较大时，虽然变形会较
小，但却同时产生较大的内应力，甚至产生裂纹。
因此，对于一些构件截面厚度大、焊接节点复杂、拘束度大、钢材强度级别高，使用条
件恶劣的重要结构要注意焊接应力的控制。控制应力的目标是降低其峰值使其均匀分
布，其控制措施有以下几种：
2.1 减小焊缝尺寸：焊接内应力由局部加热循环而引起，为此，在满足设计要求的条
件下，不应加大焊缝尺寸和层高，要转变焊缝越大越安全的观念。
2.2 减小焊接拘束度：拘束度越大，焊接应力越大，首先应尽量使焊缝在较小拘束度
下焊接，尽可能不用刚性固定的方法控制变形，以免增大焊接拘束度。
2.3 采取合理的焊接顺序：在焊缝较多的组装条件下，应根据构件形状和焊缝的布置，
采取先焊收缩量较大的焊缝，后焊收缩量较小的焊缝；先焊拘束度较大而不能自由收缩
的焊缝，后焊拘束度较小而能自由收缩的焊缝的原则。
2.4 降低焊件刚度，创造自由收缩的条件。
2.5 锤击法减小焊接残余应力：在每层焊道焊完后立即用圆头敲渣小锤或电动锤击工
具均匀敲击焊缝金属，使其产生塑性延伸变形，并抵消焊缝冷却后承受的局部拉应力。
但根部焊道、坡口内及盖面层与母材坡口面相邻的两侧焊道不宜锤击, 以免出现熔合线
和近缝区的硬化或裂纹。高强度低合金钢，如屈服强度级别大于345MPa时，也不宜用
锤击法消除焊接残余应力。
2.6 采用抛丸机除锈：通过钢丸均匀敲打来抵消构件的焊接残余应力。
3 结束语
总之，在施工过程中，一定要了解焊接工艺，采用合理的焊接方法和控制措施，以便减
少和消除焊后残余应力和残余变形。在实践中不断总结、积累焊接经验，综合分析考虑
各种因素，可以保证工程中的焊接质量。
参考文献
[1] 焊接结构. 北京：机械工业出版社,1982.
[2] 焊接结构学. 北京：机械工业出版社,方洪渊,2008.
[3] 黄国定. 怎样防止焊接应力和变形. 北京：机械工业出版社. 1982.1
本文摘自：《现代焊接》杂志2010年第四期