1、 了解焊接应力与焊接变形产生的原因，掌握控制和消除焊接应力与焊接变形的方法。目目 录录一、焊接应力与变形的概念二、焊接应力与变形产生的原因一、焊接残余应力的分类二、控制焊接残余应力的工艺措施三、消除焊接残余应力的方法一、焊接残余变形的分类二、控制焊接残余变形的工艺措施三、矫正焊接残余变形的方法 焊接过程结束，焊件冷却后残留在焊件中的内应力叫做焊接应力，也叫焊接残余应力。焊接过程中，焊件产生了不同程度的变形，焊接过程结束，焊件冷却后残留在焊件上的变形叫做焊接变形，也叫焊接残余变形。焊接时的局部不均匀加热与冷却是产生焊接应力和焊接变形的主要原因。1.按照焊接残余应力产生的原因分类可分为温度应力、组
2、织应力、拘束应力和氢致应力。（1）温度应力 温度应力又称为热应力，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。（2）组织应力 焊接过程中，引起局部金属组织发生转变，随着金属组织的转变，其体积发生变化，而局部体积的变化受到皱纹金属的约束，同时，由于焊接过程中是不均匀加热与冷却，因此组织的转变也是不均匀的，结果产生了应力。（3）拘束应力 焊接结构往往是在拘束条件下焊接的，造成拘束状态的因素有结构的刚度、自重、焊缝的位置以及夹持卡具的松紧程度等。（4）氢致应力 焊接过程中，焊缝局部产生显微缺陷，如气孔、夹渣等，扩散氢向显微缺陷处聚集，局部氢的压力增大，产生氢致应力。2.按照焊接残余
3、应力在结构中的作用方向分类（1）单向应力 焊接应力在焊件中只沿一个方向产生的应力，如薄板焊接和圆棒对接时，焊件中的应力是单方向的，单向应力也称为线应力。（2）双向应力 焊接应力存在于焊件中的一个平面的不同方向上，如薄板十字对接焊缝焊接和较厚板对接时，焊件中的应力存在于一个平面上，也称为平面应力。3.体积应力 焊接应力在焊件中沿空间三个方向上发生，如厚板对接焊缝和结构件三个方向上焊缝的交叉处都存在体积应力。1.选择合理的组焊顺序2.选择合理的焊接参数3.采用反变形法4.采用加热“减应区”法5.采用锤击方法6.减小氢的措施及消氢处理1.高温回火热处理2.整体拉伸消除焊接残余应力3.机械振动消除焊接
4、残余应力 焊接残余变形可分为纵向和横向收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形和波浪变形等。1.纵向和横向收缩变形 焊件在焊后沿焊缝长度方向上的收缩称为纵向收缩变形，焊件在焊后沿焊缝宽度方向上的收缩称为横向收缩变形。2.角变形 角变形是焊接时，由于焊缝区沿厚度方向产生的横向收缩不均匀引起的弯曲变形，角变形的大小用角度 表示。如图10-17所示。3.弯曲变形 弯曲变形主要是结构上焊缝分布不对称，焊缝收缩引起的变形，弯曲变形的大小用挠度f表示。挠度是指焊件的中心轴线偏离原中心轴线的最大距离。图10-18为焊接T形梁的弯曲变形。图10-18 焊接T形梁的弯曲变形图10-17 焊接角变形a)不对称坡口引起
5、的焊接角变形b)焊接顺序不合理引起的焊接角变形c)管对接引起的焊接角变形4.扭曲变形 如果焊件的施焊顺序不合理、组装不良或纵向有错边，焊接时角变形量沿长度方向分布不均匀，焊缝的纵向和横向收缩没有一定规律，引起扭曲变形。图10-19是焊接H形钢的扭曲变形。图10-19 焊接H形钢的扭曲变形5.波浪变形 由于结构件的刚性较小，在焊缝的纵向和横向收缩共同作用下造成较大的压应力而引起波浪变形，薄板焊接时很容易产生波浪变形。图10-20 波浪变形a)薄板对接引起的波浪变形 b)板单元加强筋焊接引起的波浪变形1.选择合理的组装焊接顺序2.反变形法3.刚性固定法4.选择合理的焊接方法、焊接参数和坡口形式1.
6、机械矫正 机械矫正就是通过施加外力，使焊件产生新的变形，以抵消已经发生的焊接残余变形，机械矫正常用的设备为压力机、千斤顶、擀平机等。图10-25为几个机械矫正实例。对于焊接工字梁有专用的矫正机，如图10-26所示。图10-25 机械矫正实例a)压力机矫正焊接工字梁弯曲变形b)千斤顶矫正焊接工字梁弯曲变形c)擀平机矫正焊接钢板弯曲变形图10-26 工字梁矫正机示意图1压棍 2导向棍 3驱动棍 4支撑棍2.火焰矫正 火焰矫正是用火焰对金属局部加热，使其产生压缩塑性变形，冷却后该区域金属发生收缩。火焰矫正的三要素是加热位置、加热形状和加热区温度。（1）加热位置见图10-27。图10-27 火焰矫正加
7、热位置a)对接焊缝角变形加热位置b)鳍管弯曲变形 加热位置c)板单元波浪变形加热位置图10-28 多点梅花状加热分布a)薄板波浪变形的点状加热矫正b)多点加热的梅花状分布（2）加热形状 1）点状加热：点状加热适用于薄板波浪变形的矫平，通常采用多点加热，见图10-28a。2）条状加热：条状加热多用于矫正变形量大、刚度大的构件，如图10-27a中对接焊缝角变形的修整和图10-27c中板单元焊接加强筋后波浪变形的修整，再如箱形杆件的弯曲和扭曲变形，见图10-29。图10-29 条状加热矫正 3）三角加热：三角加热又称为楔形加热，多用于矫正弯曲变形的构件，如焊接T形梁，见图10-30。如矫正焊接H形梁的弯曲变形时，对翼板采用条状加热，对腹板采用三角加热，效果最佳，见图10-31。图10-30 三角加热矫正图10-31 焊接H形梁弯曲变形的矫正（3）加热区温度1.焊接应力与变形产生的原因是什么？2.焊接残余应力的种类有哪些？3.控制焊接残余应力的工艺措施有哪些？4.消除焊接残余应力的工艺措施有哪些？5.选择合理的组焊顺序的原则是什么？6.什么是焊接变形？焊接变形的种类有哪些？7.控制焊接变形的工艺措施有哪些？8.消除焊接变形的工艺措施有哪些？
