大型焊接结构件应力及变形控制工艺

大型焊接结构件应力及变形控制工艺

摘要：为有效控制钢结构因焊件的不均匀膨胀和收缩而造成的焊接变形，对大型结构件焊接变形的种类和变形原因，焊接变形和焊接应力的各种影响因素进行分析，为了有效控制大型焊接结构件的焊接应力及变形、提高产品质量和合格率，提出了相应的控制措施。

关键词：大型结构件；焊接应力；焊接变形；控制工艺

序言

大型结构件在实际生产中是指体积庞大、自身质量大、由结构钢焊接而成的零部件，随着机械工业的发展，大型结构件在工业生产中被广泛应用。在工程机械产品中，大型结构件是产品的骨骼．如挖掘机的中间架、履带架、斗杆、伸长臂和铲斗等都是由大量尺寸与规格不等的钢板焊接一起而成的结构件。大多数结构件在焊后需经机加工才能使用．所以对焊接后的部分尺寸精度和位置精度的要求比较高。但是由于生产时焊缝比较多，且结构复杂、焊接量较大，容易发生扭曲变形，如果变形量不能控制在一定的范围内，则3组销轴孔在镗削加工时就会因没有余量而无法加工，造成产品报废。因而，急需采用合理的方法予以控制。

1焊接应力与变形产生的原因

影响焊接应力与变形的因素很多，如焊件受热不均匀焊缝金属的收缩金相组织的变化及焊件刚性与拘束的影响，其最根本原因是焊件受热不均匀。在焊接过程中，对焊件进行局部不均匀加热，焊后金属冷却沿焊缝收缩时，受到焊件低温部分的阻碍，因此整个工件纵、横向尺寸有一定量缩短。如果在焊接过程中，焊件能够较自由的伸缩，则焊后焊件的变形较大，而焊接应力较小；反之，如果焊件厚度或刚性较大不能自由伸缩，则焊后变形较小而焊接应力较大。圆筒形工件环焊缝焊接以后产生切向焊接应力，其应力大小与圆简直径D、工件厚度6有关，直径越大，厚度越厚则焊接应力也越大。

1.1 加热时引起应力与变形的原因

1.1.1 均匀加热时的应力与变形

受约束的杆件，如果加热温度较低，材料的变形在弹性范围内，则在加热过程中杆件的变形全部为弹性变形，杆件存在压应力的作用。受约束杆件的变形属于非自由变形，既存在外观变形，也存在内部变形。根据虎克定律，应力与应变符合线性关系，当温度恢复到原始温度时，杆件自由收缩到原来的长度，压应力全部消失，即不存在残余应力与残余变形。如果加热温度比较高，达到或

超过材料屈服点温度时，杆件的压缩变形量增大，产生塑性变形，此时的内部变形率由弹性变形率和塑性变形率两部分组成。当温度恢复到原始温度时，弹性变形部分恢复，塑性变形部分不能恢复。

1.1.2 不受约束的杆件均匀加热.

属于自由变形，无残余应力，无残余变形。

1.2 不均匀加热时引起的应力与变形

主要有长板条中心加热引起的应力与变形和长板条一侧加热引起的应力与变形

1.3 工艺制定不合理引起的应力与变形

焊接工艺的制定是焊接件特别是大型结构件生产的重点和难点，它不仅影响着产品的生产效率，更重要的是直接影响着产品的质量。焊接工艺中的很多环节都对焊接变形有着至关重要的影响．如焊接设备的选择、焊接参数的选定、焊接顺序的制定、工装夹具的选用等，在制定焊接工艺时都需要认真、仔细考虑，所以说制定一个好的焊接工艺不仅需要丰富的理论知识，还需要丰富的焊接生产经验。

1.4结构设计不合理引起的应力与变形

结构件的设计不合理是焊接件焊接变形的一个主要原因，焊接时易出现不均匀膨胀，焊缝冷却时呈现不均匀收缩．从而产生复杂的焊接应力和焊接变形。结构设计中焊缝数量多、焊缝截面大、焊缝位置不对称都会使焊接变形加大。

2. 焊接应力与变形的控制措施

减少焊接应力与变形的措施，应按焊接结构的具体情况来决定。例如，焊接厚度较大的钢板或补焊刚性较大的铸件缺陷时，焊件不宜变形而是产生较大应力，此时就要设法减小或消除焊接应力，以防止裂缝的产生；当焊接厚度不大的低碳钢板时，焊件易变形而焊接应力较小，此时则需要采取预防变形的措施，使构件获得所需要的形状和尺寸。

2.1 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，与此同时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：

2.1.1 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。

2.1.2 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。

2.1.3 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。

2.1.4 降低焊件刚度，创造自由收缩的条件。

2.1.5 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，也不宜用锤击法去除焊接残余应力。

2.1.6采用抛丸机除锈

通过钢丸均匀敲打来抵消构件的焊接应力。

2.2 焊接变形的控制措施

在实际生产中，大型结构件特别是工程机械中的大型结构件的结构和焊缝布置要比教科书和一些相关技术资料上所叙述的复杂得多。不同的焊接件由于外形、焊缝数量、布置及尺寸不一样，焊接变形的变形方式和变形量也不一样，采取的焊接变形控制措施也各不相同。但是总的来说，对于大型结构件的焊接变形控制方法来说。除了在结构设计上要遵循焊缝数量尽量少、焊缝截面尽量小、焊缝位置要对称的三原则外，大多采用工艺参数法、工装模具法、反变形法或者3种方法的综合运用来有效地控制大型结构件的焊接变形。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。

2.2.1 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。

2.2.2 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。

2.2.3 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。

2.2.4 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。

2.2.5 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。

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、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，尽可能不预热或适当降低预热、层间温度；优先采用热输入较小的焊接方法，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0.5ｍｍ～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，以使焊缝角度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和轴，并使焊缝的布置与构件中和轴相对称。

2.3 减少大型结构件焊接变形的工艺对策

大型结构件是工程机械产品的骨骼，也是厂家设计水平的体现和制造水平的反映。由于结构件在承载能力、外观造型及实现产品功能上的重要作用，在工程机械产品的设计和制造中应特别予以重视。

大型结构件因为体形庞大，焊接部位多，部分尺寸精度和位置精度要求较高，支承起来难度较大，尤其是整体变形问题，一直是困扰工艺人员的一大难题。本文主要结合中外建发展股份有限公司生产的平地机、装载机典型结构件的工艺实际，对大型结构件的焊接变形情况和原因进行了分析，并提出了一些控制变形的工艺对策。

2.3.1 大型结构件变形的典型实例及危害

a: ＰＹ１６０Ｃ型平地机后机架的变形

后机架是PY160C型平地机最大的结构件（见图1），该件外形尺寸为3 300 mm×1 100 mm ×800 mm，由72个零件组成，属于框架特征的大型结构件，其制造方式为多个零件上胎合拢、拼

点，然后焊接而成。该件在整机装配时需与发动机、变速器、司机室、驱动桥等部件相连接，其工艺要求为：基础面平面度≤3 mm，扭曲度≤5 mm，垂直度≤2.5 mm。按传统方式焊接后，一般情况下变形为：扭曲度10～30 mm，平面度5～8 mm，垂直度5～10 mm，横向孔组的中心距超差，如后桥安装距720 mm±0.5 mm，焊后变为720 mm 2 mm。虽在焊后经过整形工序，但变形量相对装配要求仍然偏大，造成该件返修率较大，以致后来采用“配焊”、“垫板调整”等落后工艺进行调整。

b: ＺＬ５０Ｃ型装载机动臂的变形

该件为H形大型结构件（见图2），外形尺寸为2 800 mm×1 200 mm×800 mm，制造方式为支座组件与两动臂板合拢后进行大截面角缝焊接。其焊接方式为３层６道焊缝连续焊接。该件是装载机作业时铲斗运动的关键支撑件，其工艺规程要求尺寸ａ与ｂ相对中心线的对称度为1.5 mm；

A、B、C、D各组孔的中心线平行度为Φ1.0 mm；各组孔同轴度为Φ0.5 mm。按上述方式焊接后主要变形为支座出现旁弯，通常引起尺寸ｂ偏小8～15 mm，尺寸ａ与ｂ对称度超差1.5～2 mm，尺寸ａ与ｂ各自的中心线不平行，两中心线出现２°～３°的夹角，造成动臂变形，长时间作业时整机会出现铲斗失稳现象。

2.3.2 结构件变形的理论分析

工程机械结构件主要是由冷、热轧钢板、型钢及它们的成形件装焊而成，材质主要为低合金结构钢。从结构件制造工艺来看，造成大型结构件变形的原因，主要来自三个方面：即焊接热应力、残余应力和外力。

a: 焊接热应力变形

工件在焊接过程中，对金属材料是一种不均匀的加热和冷却。焊接时，加热的热源是移动的高温电弧，焊缝和热影响区金属温度很高，金属受热膨胀，但又受到常温金属的阻碍和抑制，便产生了压缩塑性变形。结构件的焊接变形程度与施焊时热源的输入能量成正比。

b: 残余应力变形

残余应力主要为焊接残余应力和成形加工残余应力，当工件某一部位施焊结束后，其焊缝金属由膨胀转为收缩，但其又受到常温金属的限制，这时便产生了焊接残余应力。成形加工残余应力主要是因为工件受工艺性外力而引起，如工件自由弯曲成形时不得法；钢板校平辗压次数少；机加工吃刀量过大等等都能引起成形加工残余应力。

c: 外力引起的变形

主要指组装、焊接过程中由磕、碰、摔、撞或过载引起的异常变形。结合对引起变形应力的理论分析，可知前述PY160C型平地机的后机架变形是上百条焊缝的焊接综合变形。ZL50C型装载机动臂变形则是典型的大热场焊缝产生的焊接热应力变形，该件的动臂板厚度为50 mm，由于在施焊时焊接热影响区的温度可达85０℃，随着加热部位金属发生相变，便产生了残余应力，它残存在母材中，不但引起构件变形还将影响构件的使用性能和质量。

2.3.3 克服结构件变形的工艺措施

a: 平地机后机架的变形纠正

传统方法采用火焰加外力来解决PY160C型平地机后机架的扭曲变形。把该件平放在工作平台上，将其两个角或三个角垫起，并使其与工作台紧固，用火焰加热应力集中区域，再用机械方法拉动悬空的角，以达到矫正扭曲的目的。但是当我们在矫正其它次要变形时，扭曲变形又重新出现。这种反复矫正的方法，不但耗费了大量的人力、物力而且仍会使工件产生新的残余应力，留下了产品后期变形的潜在危险。

通过不断的实践探索，我们对后机架的工艺进行了重新审定，实施了一套“先部件，后总成”的治本之路，即将整个后机架分为轴承座、左梁、右梁三个部件，每个部件下又分若干次部件，再下一层是零件，装焊并整形的次序是：零件→次部件→部件→后机架总成。这种方法实际上是把后机架一次焊接所承受的全部热量与变形，分散到前序逐级削弱，并分部件进行矫正变形，以减少总装后的变形。按此种工艺制作的后机架变形很小，由于我们根除了最严重的扭曲变形，使该件整形时非常轻松地达到了图纸要求。

b: 克服装载机动臂总成的变形

我们从三方面采取措施来克服动臂的焊接变形：首先是采取增加约束的办法来限制动臂的变形，即在距支座200 mm处设置两个可调支杆，从两边顶住两动臂板，以限制动臂板焊接时往里变形；

其次是减少焊接线能量，对于截面积为200 mm2的焊缝采取4层12遍交替焊接的工艺，如图3所示，图中序号为施焊次序。采用手工CO2气保护电弧焊，这一措施对减少动臂的变形收到较好的效果；第三，采取经济、简便的火焰矫正法。

其操作方法是：用气焊焊枪加热，采用碳化焰，在与支座和动臂板的焊缝相对应的动臂板外侧，自上而下呈线状逐步加热，加热速度为3～5 mm/min，加热温度为750～800℃，冷却时用清水自下而上进行，当尺寸ｂ的变形量大于10 mm时，加热宽度为10～20 mm，加热深度为15～20 mm；当变形量小于10 mm时，加热宽度为10～15 mm，加热深度为10～15 mm。采用以上方法，动臂形位公差与尺寸均能达到标准要求。

2.3.4 减少大型结构件变形的工艺对策

工程机械大型结构件要比一般教科书或技术资料中所描述的结构件复杂得多，且对不同的结构件的性能要求也各不相同。根据实践经验我们总结出几种克服工程机械大型结构件变形的工艺对策。

１）结构件本身的结构设计要合理，即尽量遵守焊缝设计三原则：焊缝数尽量少、焊缝截面尽量小、焊缝位置要对称。

２）选择线能量较低的焊接方法，包括采用多层焊和利用CO2自动焊代替气焊或手工电弧焊。

３）选择合理的焊接顺序，使工件受热均匀。

４）对形状复杂、组成件多的结构件采用多层部件装焊法，多步骤装点，多步骤焊接，多次整理。

５）消除残余应力，保证结构件的长期稳定性：

a、对有压形和校平工序的零件采取措施，使其施力处的金属组织均匀。

b、对800℃以上的加热应慎重，避免引起材料的相变。

c、严禁用火焰成形法加工零件或加工装焊成形后的某一部位。

d、结构件在加工前应进行回火处理或天然时效。

６）对简单零件尽量采用机械矫正。

７）对两端有约束的部件间的变形，应用机械手段调整并保持一定的施力时间。

总之，克服工程机械大型结构件的变形是一个理论和实践性很强的课题，克服变形的措施就是要保证结构件的热场均衡并尽量避免应力的产生，掌握这一指导思想，我们就可以在生产实践中不断地制定出更加完善的工艺对策。

参考文献

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钢结构焊接变形的起因及其控制方法初探

钢结构焊接变形的起因及其控制方法初探 发表时间：2018-05-22T16:03:20.310Z 来源：《基层建设》2018年第4期作者：肖盛龙蔡成 [导读] 摘要：焊接技术以一种用来进行金属材料结合的工艺，它主要是通过加热或高压的形式来对金属材料的局部进行加热，等待金属材料变成液态时又通过自然冷却等方法使其融合在一起方式。 上海振华重工（集团）股份有限公司长兴分公司上海 201913 摘要：焊接技术以一种用来进行金属材料结合的工艺，它主要是通过加热或高压的形式来对金属材料的局部进行加热，等待金属材料变成液态时又通过自然冷却等方法使其融合在一起方式。在很多时候，由于加热条件的不同、加工件的材质、大小的不同，会使得焊件会因为局部受热不均匀产生焊接变形，这一方面影响美观不说，它还会严重的影响到钢结构的整体性能。本文正是从分析钢结构在焊接时发生变形的原因和类型展开了分析，通过制定有效的策略来改善钢结构中存在的这类问题，为后续减少钢结构焊接作业中发生变形的提供理论指导。 关键词：钢结构；焊接变形；起因；控制 前言：随着建筑业的快速发展，行业对钢结构的需求量与日俱增，这也为焊接技术的发展奠定了扎实的基础，但是由于容易受到种种的内外环境的影响，焊接变形的问题始终是在所难免。好在很多经验丰富的焊接工人在实际工作中能够凭借他们丰富的实践经验来解决钢结构焊接工作中存在的焊接变形问题，以此提升钢结构的品质，在此笔者将其进行归纳和整理，阐述了改善焊接变形的相关知识理论。 1钢结构焊接变形的主要类型 从很多的焊接变形是以中我们可以发现，导致焊接变形的原因是多方面的，按照变形的类型我们可以将其划分为这几类：①降温收缩纵横变形。完成焊接工件温度在冷却的过程中，钢结构以焊缝为起点，它会沿着纵横轴方向发生收缩变形，这时我们能够明显的看到它的变形情况；②钢结构在降温冷却过程中因为不同局部的收缩量不同产生角度变形。它表现在钢板发生收缩后因为收缩量的不同导致角度位移，这就给人呈现很明显的角度变形的情形；③焊缝角螺旋状变形。这时由于在进行局部焊接之后，因为钢结构的纵横面收缩不均而产生的变形；④错边变形。以焊缝为起点的局部加热之后，由于受热不均导致构件的收缩量大小不一致，因此导致构件的长和宽发生变形。⑤不同的焊缝位置之间的变形程度不同，全部集聚在一起就形成了挠区变形，也就是我们所说的面目全非的感觉。⑥波浪形变形。在进行局部焊接时由于高温的作用，使得焊缝位置周围存在内应力，应力的大小就会出现类似于波浪式的焊接变形。 2钢结构焊接变形产生的原因 引起钢结构焊接变形的原因多种多样，本文总结了以下几种进行阐述。 2.1 温度控制不当 从种种的迹象表明，引起焊接变形的最大罪魁祸首是温度。高温会使金属发生热胀冷缩，一旦温度超过了金属的熔点时，金属就会发生不停的膨胀，当其冷却下来时它的膨胀状态也被保留了下来，给人一看就是变形的情形。同时即便是局部加热，高温会使得局部金属的体积膨胀而对周围的金属造成挤压而产生变形，同时高温也会传递给周围的金属导致它们出现不同的膨胀变形。 2.2 钢结构的焊接顺序和方法不当 在对钢结构进行焊接时，需要讲究方式方法，要按照施工的顺序要求来执行，切不可颠倒顺序，否则就会导致钢结构发生焊接变形。一般来讲，由于焊接工艺和焊接材质的不同，不同的焊缝处的承载力不尽相同，因此要遵循先重后轻的原则，防止因为后期重力较大的钢结构挤压承载力较小的钢结构导致变形。 2.3 钢结构的材料 金属材料的熔点各不相同，与此同时在温度相同的情况下他们的膨胀系数也存在着差异。我们在进行局部焊接时无论是膨胀程度过大或者过小，始终都会对整个钢结构的焊接处造成变形，这就会严重的影响到我们的焊接质量。 2.4 钢结构的焊缝位置 往往在很多时候，在进行钢结构焊接时都会涉及到一个总焊缝，总焊缝的位置决定着钢结构在焊接过程中的受力情况，随着焊接进度的不断推进，钢结构的整体重力也会不断的增大，这对总焊缝的压力也就越来越大，所以我们需要灵活的设计总焊缝的位置，预防和控制钢结构的焊接变形。 2.5 刚性不同，变形程度不同 按理来讲，在承载力大小一致的情况下，刚性越大的钢结构变形程度较小，反之亦然。因此我们在设计钢结构时需要提前的预知它的承载能力，然后再根据承载重力的大小来或者不同刚性的钢结构，这样就能够降低钢结构发生焊接变形的产生概率。 3对于控制钢结构焊接变形的几点思考 3.1 从设计上控制钢结构焊接的形变 钢结构建筑是未来社会发展的一个趋势，它减少了对建筑施工材料的消耗，同时又不失艺术审美价值，同时它还能够承受较大强度的负载，我们也可以通过优化钢结构设计来降低钢结构存在焊接形变的事实。 第一，在确保钢结构质量稳定的基础上减少焊接点的数目和尺寸。因为焊点数目多的话需要加热的面积就会越多，同时要是焊接尺寸伴随的加热时间也会相应的变长，进而就导致焊接变形更加严重。 第二，科学的设计钢结构建筑的承压位置，并且要考虑到焊点的对称性，这样就能够确保整体结构的受力均匀，尽可能的将焊点与钢材截面的中轴设计在一条直线上，这样就能够降低在施工中受到压力而发生变形。 第三，要结合所选用的钢材焊接面尺寸和形状大小来选择焊接材料和焊接方法，这样一来能够尽最大可能的降低局部的受热时间，避免的长时间的加热导致金属发生膨胀变形。 第四，钢结构焊接点的设计要避免过于集中或者靠近部位存在多个焊点，因为这样也会使得在加热的过程中会导致局部反复的受热而发生形变，同时也会导致钢材料的刚度发生下降。 第五，针对钢结构建筑中受力比较大的位置应该尽量避免进行焊接，及时焊接没产生变形，出现焊点的钢材的应力能力也大打折扣。为了保证施工质量，应减少应力点的焊接。 第六，焊接作业尽可能的进行简单没有较高难度的焊接，因为高难度焊接对于焊工的个人能力和经验都具有苛刻的要求，不是人人都

焊接变形控制方法

1、利用反变形法控制焊接变形 为了抵消和补偿焊接变形，在焊前进行装配时，先将工件向与焊接变形相反的方向进行人为的变形，这种方法称为反变形法。反变形法是生产中最常用的方法，通常适用于控制焊件的角变形和弯曲变形。 2、用刚性固定法控制焊接变形 利用夹具、支撑、专用胎具、定位焊等方法来增大结构的刚性，减小焊接变形的方法称为刚性固定法。刚性固定法简单易行，是生产中常用的一种减小焊接变形的方法。生产中常用刚性固定配合反变形来控制焊接变形。 3、选择合理的装焊顺序控制焊接变形 同一焊接结构，采用不同的装焊顺序，所引起的焊接变形量往往不同，应选择引起焊接变形最小的装焊顺序。一般采取先总装后焊接的顺序，结构焊后焊接变形较小。 4、选择合理的焊接顺序控制焊接变形 当焊接结构上有多条焊缝时，不同的焊接顺序将会引起不同的焊接变形量。合理的焊接顺序是指：当焊缝对称布置时，应采用对称焊接；当焊缝不对称布置时，应先焊焊缝小的一侧。此外，采用跳焊法、分段退焊法等控制焊接变形均有较好的效果。 5、散热法 散热法又称强迫冷却法。就是把焊接处热量散走，使焊缝附近的金属受热面大大减小，达到减小变形的目的。散热法有水浸法和散热垫法。 6、锤击法 利用锤击焊缝使焊缝延伸，就能在一定程度上克服由焊缝收缩所引起的变形。例如，薄板对接焊后会产生波浪变形，就可以用锤在焊缝长度方向上对焊缝进行锤击来克服其变形。 7、选择合理的焊接方法 选用能量比较集中的焊接方法如CO2气体保护焊、等离子弧焊来代替气焊和手工电弧焊进行薄板焊接，可减小变形量。 焊接电弧 焊接电弧是一种强烈的持久的气体放电现象。在这种气体放电过程中产生大量的热能和强烈的光辉 。通常，气体是不导电的，但是在一定的电场和温度条件下，可以使气体离解而导电。 焊接电弧就是在一定的电场作用下，将电弧空间的气体介质电离 ，使中性分子或原子离解为带正电荷的正离子和带负电荷的电子（或负离子）， 这两种带电质点分别向着电场的两极方向运动，使局部气体空间导电，而形成电弧。 1、焊缝位置的影响 2.结构的刚性对焊接变形的影响3、装配和焊接顺序对结构变形的影响

焊接应力与变形

4.2 焊接应力与变形： 4.2.1 焊接变形和残余应力的不利影响： 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.降低承载能力———变形产生了附加应力 焊接应力 1.降低承载能力 2.引起焊接裂纹，甚至脆断 3.在腐蚀介质中，产生应力腐蚀裂纹 4.引起变形 4.2.2 焊接变形和应力的产生原因： 根本原因：对焊件进行的不均匀加热和冷却，如图6-2-8 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“-”表示） 远离焊缝区手拉应力（用符号“+”表示） 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：当焊接应力超过金属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，结构刚度较小时，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 如图6-2-9 常见的焊接残余变形的类型 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起的。如图5-2-9 a （2）角变形：即相连接的构件间的角度发生改变，一般是由于焊缝区的横向收缩在焊件厚度上分布不均匀引起的。如图5-2-9b （3）弯曲变形：即焊件产生弯曲。通常是由焊缝区的纵向或横向收缩引起的。如图5-2-9c （4）扭曲变形：即焊件沿轴线方向发生扭转，与角焊缝引起的角度形沿焊接方向逐渐增大有关。如图5-2-9d （5）失稳变形（波浪变形）：一般是由沿板面方向的压应力作用引起的。如图5-2-9e 4.2.3.2 控制焊接变形的措施 （1）设计措施（详见焊接结构设计） 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──尽量使焊缝对称或接近于构件截面的中性轴（以减少弯曲变形）。如图6-2-10

钢结构焊接变形的控制与矫正

钢结构焊接变形的控制与矫正 一、前言 钢结构离不开焊接，焊接必然产生一定量的焊接变形，焊接变形的控制与矫正尤为重要，其焊接的质量和生产效率直接影响到钢结构的建造周期和使用寿命。 二、焊接变形产生的原因 电弧焊是一个不均匀的快速加热和冷却的过程，焊接过程中及焊后，焊接构件都将产生变形。影响焊接变形最根本的因素是焊接过程中的热变形和焊接构件的刚性条件。在焊接过程中的热变形受到了构件刚性条件的约束，出现了压缩塑性变形，这就产生了焊接残余变形。 （一）影响焊接热变形的因素 1.焊接工艺方法。不同的焊接方法，将产生不同的温度场，形成的热变形也不相同。一般来说，自动焊比手工焊加热集中，受热区窄，变形较小。CO2气体保护焊焊丝细，电流密度大，加热集中，变形小。 2.焊接参数。即焊接电流、电弧电压和焊接速度。线能量愈大，焊接变形愈大。焊接变形随焊接电流和电弧电压的增大而增大，随焊接速度增大而减小。在3个参数中，电弧电压的作用明

显，因此低电压高速大电流密度的自动焊变形较小。 3.焊缝数量和断面大小。焊缝数量愈多，断面尺寸愈大，焊接变形愈大。 4.施工方法。连续焊、断续焊的温度场不同，产生的热变形也不同。通常连续焊变形较大，断续焊变形最小。 5.材料的热物理性能。不同的材料，导热系数、比热和膨胀系数等均不相同，产生的热变形也不相同，焊接变形也不相同。 （二）影响焊接构件刚性系数的因素 1构件的尺寸和形状。随着构件刚性的增加，焊接变形愈小。 2胎夹具的应用。采用胎夹具，增加了构件的刚性，从而减少焊接变形。 3装配焊接程序。装配焊接程序能引起构件在不同装配阶段刚性的变化和重心位置的改变，对控制构件的焊接变形有很大的影响。 一般来说，焊接构件在拘束小的条件下，焊接变形大，反之，则变形小。 三、钢结构焊接变形的种类 任何钢结构的焊接变形，可分为整体变形和局部变形。整体变形就是焊接以后，整个构件的尺寸或形状发生的变化，包括纵向和横向收缩（总尺寸缩短），弯曲变形（中拱、中垂）和扭曲变形等。局部变形是指焊接以后构件的局部区域出现的变形，包括角变形和波浪变形等。

钢结构焊接变形的火焰矫正方法

钢结构焊接变形的火焰 矫正方法 内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128）

钢结构焊接变形的火焰矫正方法 摘要火焰矫正是钢结构制作过程中解决焊接变形常用的一种方法，本文重点介绍了钢结构焊接变形火焰矫正方法的施工工艺。 关键词钢结构焊接变形矫正 1 前言 在XXX三期炼钢板坯,轨梁精整等厂房钢结构制作项目中,大部分是由宽翼缘焊接H型钢组成梁、柱等构件。这些构件在加工过程中存在焊接变形问题。这些焊接变形如果不矫正，对结构的整体安装和工程的安全可靠性都存在很大的影响。为此我主要采用了火焰矫正方法，使这些梁柱的焊接变形得到了很好矫正。 2 气体火焰矫正原理 金属具有热胀冷缩的特性，机械性能也随温度而变化。低碳钢（以Q235钢为 温度的关系如图1虚线所示，一般可简化为实线所示，即当例）的屈服极限σ s 温度在500οC以下，屈服极限基本无变化；温度高于600οC时，屈服极限接近于零。温度在500—600οC之间时呈线性变化。 当金属结构局部加热时，加热区的金属热膨胀受到周围冷金属的阻止，不能自由变形，某些部位的金属被塑性压缩。冷却后，残留的局部收缩使结构获得所需要的变形。 线状加热法 线状加热法的原理如图2所示，钢板表面被加热后，离加热点最近的表面温度上升最快，膨胀也最快，周围所受热影响较小，膨胀也很小，加热停止后，温度向周围扩散，被加热部分开始冷却，形状也渐次恢复，但又因钢板表面与空气 接触，热散较快，因而使表面被加热部分还未恢复原状就已固定下来。

随着冷却过程的持续（图2），在中性轴上侧的高温开始收缩，其收缩力使板向上弯曲，弯曲终止后，钢板两端各缩短a/2，中间却凸起a，这样总体积不变，重量也不变。火焰沿钢板直线方向移动，同时为使加热线增宽也可作横向摆动，形成长条形加热。 点状加热法 对薄板进行加热时，因板较薄，表面热量很快传递到内侧，高温部分贯通至整个板的横剖面。冷却时，上下表面冷却相同，中性轴上下侧的冷却收缩力也相同，所以加热时上下表面膨胀部分留下来，从而造成板整体缩短，但并没有弯曲。如图3所示。 缩短加工时加热点位置相对固定。这种方法一般用于矫正薄板波浪变形。加热温度和冷却介质 火焰矫正所用氧—乙炔混合比应为1：—1：之间的中性焰或氧化焰比较合适。 按火焰矫正的加热温度可分为低温矫正、中温矫正和高温矫正三种，相应的加热温度和冷却介质见表1所示。 2.3.1低温矫正低碳钢 根据图1中加热到500—600οC时，低碳钢的屈服极限已大幅度下降，加热到这个温度范围，可以起到火焰矫正的目的，且金相组织和机械性能不变。由于喷水、冷却速度快，火焰矫正效率高。这种方法我们在实际生产中采用较少。 2.3.2中温矫正 中温矫正时金属的加热温度在600—700οC，屈服极限σ 更接近零值。加热 s 温度仍在相变温度以下，金属组织没有相变，因此金属的机械性能也变化不大。中温矫正在我们实际生产中经常使用。 2.3.3高温矫正 这一温度范围内虽然存在金属组织的相变，但由于Q235、Q235F和Q345等钢材在空气中冷却后，仍然可以得到退火组织，其机械性能变化也不大。但如果加热温度过高，会引起奥氏体晶粒长大，冷却中得不到细化，则会增加金属的脆性，降低冲击韧性。 应注意，对Q345钢加热至相变温度的情况下不得使用水冷，否则将产生低碳马氏体，影响冲击韧性。

控制压力容器管板焊接变形的方法

行业资料：________ 控制压力容器管板焊接变形的方法 单位：______________________ 部门：______________________ 日期：______年_____月_____日 第1 页共8 页

控制压力容器管板焊接变形的方法 在压力容器制造中，由于在控制压力容器管板进行焊接时，没有对焊接工艺参数进行合理的选择，导致在焊接过程管板焊接变形，本文主要对控制压力容器管板焊接变形的方法进行探讨。随着科学技术的迅猛发展，压力容器被普遍应用到能源工业、石油化学工业、科研工业等工业的生产过程中。因为压力容器属于危险性比较高的一类物品,很容易出现燃烧起火、爆炸等情况，对相关人员和单位造成一定的经济损失和伤害。在压力容器在压力容器制造中，往往由于组装与施焊的顺序不当，以及焊接工艺参数选择的不合理，易引起管板焊接变形，导致密封不严，管子拉脱。因此，在压力容器制作的过程中,对密封性要求非常的高。为了有效的避免因为各种不利因素对导致压力容器的密封性降低,本文主要对控制压力容器管板焊接变形的方法进行探讨。管板焊接变形的原因及影响因素 管板焊接变形的原因主要表现在两个方面。一是主要是由于筒体与管板焊接的横向收缩变形在厚度方向上的不均匀分布引起的；管板与筒体的焊缝一般为单面单边V型坡口，焊接时焊缝的背面和正面的熔敷金属的填充量不一致，造成了构件平面的偏转，所以这种变形在客观上是绝对存在的；二是管板与筒体焊接角变形主要由两种变形组成，即筒体与管板角度变化和管板本身的角变形，前者相当于两个工件对接焊接引起的角变形，后者相当于在管板上堆焊时引起的角变形。而焊接变形的大小的主要取决于管板的刚性、焊接线能量、坡口角度、焊缝截面形状、熔敷金属填充量焊接操作等因素有关。根据管板变形的原因及影响因素，由于管板焊接不能实现双面焊，焊接时电流过大会引起烧穿伤及换 第 2 页共 8 页

焊接变形处理方案

首先从设计上就要下手，尽量焊缝对称，排布均匀，集中部分加大块加强筋控制变形。 焊接时有筋板的先焊筋板，根据变形的预测确定每条焊缝的起弧和收弧方向，也就是是从左往右焊还是从右往左焊，尽量对称焊接，比如先焊左边的一道位置，然后是右边的同位置，然后还是右边，再左边，左边，右边。框型结构先焊对角，再焊另外两个对角，长焊缝先断焊再满焊，小件可以用胎具压牢焊接，大件根据变形预测做反变形拼接。 因此，对于一些构件截面厚大，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： 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)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。 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。 4)降低焊件刚度，创造自由收缩的条件。 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。 6)采用抛丸机除锈：通过钢丸均匀敲打来抵消构件的焊接应力。

钢结构工程中焊接变形质量控制QC(可编辑修改word版)

钢结构工程中焊接变形质量控制 一、小组概况：本小组是一个具有较强QC 理论基础和丰富实践经验的QC 小组，小组成员是项目部的主要技术骨干，都接受过四川三峡认证公司、省、市、十一局的TQC 培训教育。 QC 小组概况 小组成员简介

二、选题理由 由于在万家寨体育馆工程中钢屋架起承载和支撑作用，设计对钢结构的要求很高，因为钢结构的质量不仅影响到其它工序，而且对整体工程质量起着十分重要作用，同时在安全方面也起着十分重要的作用。在钢结构安装施工过程中，特别是在气割下料或焊接时，由于在加热或冷却过程的不均匀性的存在，十分容易导致结构内部产生应力，这些应力的存在，最终可能出现结构发生变形，从而降低装置钢结构的承载能力和使用寿命。外形尺寸超差还可能对其他安装工序产生影响，如果这种变形所引起的尺寸过大，还可能造成工件报废或返工，造成人力和物力的浪费，使工程成本增加，这种情况是施工单位所最不想看到的工之前，我们就想到了钢结构制作中可能产生变形这一问题，并引起大家的重视。我们总结了以往的施工经验，想办法控制由于焊接所产生的残余应力，防止发生结构变形，使该项工程的钢结构施工质量最终达到设计要求。 为此我们 QC 小组把“钢结构工程中焊接变形质量控制”作为此次小组活动的课题”，并希望能够通过此次活动使钢结构焊接形变质量达到设计要求。 三、选择课题

1、钢结构具有强度高、重量轻、抗震性能好、施工速度快等 特点，在现代公共建筑中会出现一系列的质量问题，导致 各种安全事故的发生。 2、为了防止各种质量问题导致的安全事故的发生，我们从开 始制作钢屋架前的每一个环节入手、分析论证出现形变的 原因、针对原因找出主要因素，制定实施防范措施，确保 钢屋架整体安装的质量安全，最终保证本工程质量合格。 四、现状调查 （1）普遍调查 2007 年4 月，本小组查资料发现在以前所干的工程，抽取了不同时间、不同地点的钢结构工程，在这些工程中往往会出现钢结构焊接顺序不当、焊接质量未达到要求、下料方法不当、卡具使用方法不当等等一些质量安全事故的发生。 (2)实际调查工程的各质量问题的百分比统计如下：

焊接变形的控制和预防

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。 (3)从焊接工艺上分析，影响焊接收缩量的因素。 a．采用焊条电弧焊焊接长焊缝时，一般采用焊前沿焊缝进行点固焊，有利于减小焊接变形，同时也有利于减小焊接内应力。 b．备料情况和装配质量对焊接变形也会产生影响。 c．焊接工艺中影响焊缝收缩量的因素有： ①线膨胀系数大的金属材料其焊接变形大，反之焊接变形小。 ②焊缝的纵向收缩量随着焊缝长度的增加而增加。 ③角焊缝的横向收缩比对接焊缝的横向收缩小。 ④间断焊缝比连续焊缝的收缩量小。 ⑤多层焊时，第一层引起的收缩量最大，以后各层逐渐减小。 ⑥在夹具固定条件下的焊接收缩量比没有夹具固定的焊接收缩量小，减少约40％～70％。

焊接过程中应力与变形控制

焊接过程中应力与变形控制 摘要焊接应力与变形是直接影响焊接结构性能、安全可靠性和制造工艺性的重要因素，了解其作用与影响，采取措施进行控制与消除，对于焊接结构的完整性设计和焊接工艺方法的选择以及产品在运行中的安全评定都有重大意义。 关键词焊接应力；焊接变形；规律；控制 焊接是一种特殊而又重要的加工工艺，随着焊接技术的发展，一个重要技术课题是控制焊接件的焊接变形以提高产品制造精度，使焊件焊后加工量减少或不加工即可用于精度要求高的机械产品中，因此，了解焊接应力产生机理，掌握结构件焊接变形规律，在焊接工艺中采取措施进行控制和消除，从而保证焊接质量。 1 焊接应力 1.1 焊接应力产生机理及影响因素 焊接时的局部不均匀热输入是产生焊接应力与变形的决定因素，焊接热输入引起材料不均匀局部加热，使焊缝区融化，而与熔池毗邻的高温区材料的热膨胀则受到周围材料的限制，产生不均匀压缩塑性变形，在冷却过程中，已发生压缩变形的这部分材料又受到周围条件的制约，而不能自由收缩，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相应的收缩应力与变形，使得焊接接头区产生不协调的应变，称为初始应变或固有应变。与此相对应，在构件中会形成自身相平衡的内应力，通常称为焊接应力；而焊后，在在室温条件下，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。 焊接应力与焊接材料（主要包含材料特性、热物理常数及力学性能）、焊接接头形状和尺寸、焊接工艺参数，焊接结构（结构形状、厚度及刚性）有关。 1.2 焊接应力的分类 1.2.1 接应力在焊件空间位置 一维空间应力沿着焊件—个方向作用；二维空间应力应力在—个平面内不同方向上作用；三维空间应力应力在空间所有方向上作。 1.2.2 按产生应力的原因 （1）热应力它是在焊接过程中，焊件内部温差所引起应力，随着温度的消失而消失，并且是引起热裂纹的力学原因。 （2）相变应力焊接过程中，局部金属发生相变，相比容增大或减小而引起的应力。

钢结构工程焊接技术重点、难点及控制措施_secret

钢结构工程焊接技术重点、难点及控制措施本文针对钢结构工程焊接技术的重点和难点，按多年来的工程实践经验主要阐述十种实用焊接变形的控制措施和方法；焊接残余应力的控制措施；焊接裂纹的防治措施；焊接工艺评定的范围；焊缝质量检查；框架结构制作与安装焊接；安装焊接工艺；钢结构变形的预防等。 1、概述 钢结构焊接时，焊接热源对结构不均匀加热引起的结构形状和尺寸的变化，称为焊接变形。在变形的同时，结构内部还产生应力、应变，因为这时结构并未承受外载时，就存在这些应力，所以这些应力居于内应力范畴，称为焊接残余力。属于不均匀分布的自平衡内应力。 焊接变形及应力在焊接过程中往往是难以避免的。它们将影响到焊接结构尺寸精度和焊接接头的强度，轻者需耗费不少人力、物力去矫正、修理，严重的会使构件报废。此外，焊接变形和应力对焊接结构以后使用是的承载能力也产生不可低估的影响。焊接残余应力和焊接变形是能量存在同一构件的不同形式，服从于能量存在同一构件的不同形式，服从于能量守恒定律；它们相辅相成，并互相转化。减少一方必须增大一方： 设：焊缝的总能量为E总，E总=E有+E损+ρ残+ε=1 （1） （1）式中，E有—冶金反应时的有用能；E损---无用能，损耗能；ρ残--焊接残余应力；ε-焊接变形，当焊接完成后，构件中只存在两种能量形式； E残+ε=c<1 （2） c---常量 于是（2）式有了工程应用的价值，这就是我们在工程实际中控制焊接残余应力和焊接变形的基本观点。我们从事钢结构设计、制作安装的技术人员必须了解和掌握焊接变形及应力产生的原因及其基本规律、影响因素，以便在制作安装过程中能够控制焊接变形和应力。 2、焊接应变与变形的控制 2.1焊接变形的控制 （1）尽量减少焊缝的截面积，施焊量以满足连接需要即可，俗话说：“不过焊”，（对一般的角焊缝）是按照有效焊角尺寸来决定其焊缝强度的，所以对于凸出很高的焊缝，多出的焊缝金属，按规范作用并不能提高其许可强度，反而增大了应力集中系数，消弱了坡口的综合性能。对厚板，对接焊缝，可采用U型刨边形成U型坡口，可进一步减少焊缝金属量。 （2）焊缝的数量愈少愈好，每条焊缝尽量采用多层多道焊，厚板焊接特别要注意。 （3）焊缝尽可能称、布置要靠近中和轴施焊（由于收缩力引起钢板变形力臂小），因此减少变形。 （4）环绕中和轴的焊缝要平衡：应用对称施焊的原则，时一个收缩力对另一个收缩力相互平

焊接应力和变形控制论文

焊接应力和变形控制论文 摘要：为有效控制因焊件的不均匀膨胀和收缩而造成的焊接变形，就焊接变形和焊接应力的各种影响因素进行分析，提出了相应的控制措施。 关键词：焊接变形，焊接应力，热过程，焊接工艺 在焊接技术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。但在作业过程中，由于焊接产生的焊接残余应力和残余变形，严重影响着焊接的质量，因而，急需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。常见的焊接应力有：1)纵向应力；2)横向应力；3)厚度方向应力。常见的焊接变形有：1)纵向收缩变形；2)横向收缩变形；3)角变形；4)弯曲变形；5)扭曲变形；6)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 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

焊接应力与变形

焊接应力和变形. 教学目的：了解应力和变形的概念、产生原因；了解焊接变形的种类；掌握预防和减小焊接应力和变形的措施。 教学重点：预防和减小焊接应力和变形的措施 教学难点：应力和变形的概念、产生原因 教学课时：16课时 第一节应力和变形的概念 一、变形 钢结构构件或节点在焊接过程中，局部区域受到很强的高温作用，在此不均匀的加热和冷却过程中产生的变形称为焊接变形。 二、应力 焊接后冷却时，焊缝与焊缝附近的钢材不能自由收缩，由此约束而产生的应力称为焊接应力。 三、应力形成 两块钢板上施焊时，产生不均匀的温度场，焊缝附近温度高达1600 C，其邻近区域温度较低，且冷却很快。冷却时钢材收缩，冷却慢的区域收缩受到限制，从而产生拉应力，冷却快的区域受到压应力。 四、焊接应力的分类 1.根据焊接应力在空间的位置 单向应力、双向应力、三向应力。 2.根据焊接应力发生和互相平衡所在的范围大小 第一类应力、第二类应力、第三类应力。 3.根据焊接应力在焊缝中的方向不同 纵向应力、横向应力、厚度方向应力 第二节焊接应力和变形的产生原因 焊件进行局部的、不均匀的加热是产生焊接应力和变形的原因。 一、金属棒的均匀加热和冷却 金属棒在均匀加热时，产生过压缩塑性变形，则冷却后必定产生缩短变形。 二、纵向焊接应力和变形

焊接时，在电弧热的作用下，使金属局部达到熔化温度，但离电弧较远处的金属温度则较低，这样焊件就出现了不均匀的膨胀。沿焊缝轴线方向尺寸的缩短。 三、横向焊接应力和变形 焊件在于海峰轴线垂直的方向上，焊缝及热影响区金属在加热过程中也受到压应力，发生压缩塑性变形，在冷却后则存在着残余应力和变形，称为横向焊接应力和变形。 四、影响焊接应力和变形的因素 影响焊接应力和变形的因素主要包括以下几点：焊接规范、焊缝尺寸、焊缝在结构中位置的布置、焊缝分段和焊接方向、焊接程序、焊接结构的刚性以及层数。 第三节焊接变形的种类 一、纵向变形 指平行于焊缝方向的变形。多层焊比单层焊的变形量小。 二、横向变形 指垂直于焊缝方向的变形。角焊缝和对接焊缝焊后都会引起横向变形，同时，与焊接方法有关。 三、弯曲变形 T型梁焊接后，由于焊缝布置不对称，焊缝多的一面收缩量大，引起的工件弯曲。 四、角变形 由于V型坡口对接焊焊缝布置不对称，造成焊缝上下横向收缩量不均匀而引起的变形。 五、扭曲变形 由于焊接过程中焊接顺序和焊接方向不合理引起的工件扭曲，又称为螺旋形变形，多出现在工字梁的焊接加工过程中。 六、波浪变形 这种变形易发生在波板焊接过程中。是由于焊缝收缩使薄板局部引起较大的压应力而失去稳定性，焊后使构件成波浪形。 第四节预防和减小焊接应力和变形的措施 一、从结构设计方面的预防措施 1、尽量减少焊缝数量。

造船焊接变形和反变形控制

造船中的焊接变形和反变形控制 1.研究背景 船舶工业是传统的劳动密集型装配制造业，焊接操作是其中主要的作业形式之一，焊接水平的高低在很大程度上决定了船体的质量和生产效率,而焊接变形又是焊接过程中最难控制的一环。焊接变形的存在不仅造成了焊接结构形状变异,尺寸精度下降和承载能力降低,而且在工作荷载作用下引起的附加弯矩和应力集中现象是船舶结构早期失效的主要原因,也是造成船舶结构疲劳强度降低的原因之一[1]。焊接变形对现代造船技术的应用产生了障碍。由于焊接变形对船舶建造质量、成本和周期都具有重要影响，工业界一直对其非常重视，对焊接变形从实验和理论上进行了大量研究，希望能够对焊接过程进行有效预测和控制。反变形可以控制焊接变形，降低残余应力，且方法简单易行，在船舶行业有广泛的应用。 2.背景内容 针对造船中的焊接变形，国内外专家进行大量的研究。焊接过程是一个非平衡的、时变的、带有随机因素影响的物理化学过程，它涉及电弧物理、传质传热和力学等方面。至今对焊接过程变形的实时检测与监控仍是困难的，不仅需要特殊的方法，而且对设备的要求也很高。随着计算机软、硬件技术的快速发展，使得焊接热加工过程的数值模拟应运而生，实践证明数值模拟对于研究焊接现象是一种非常有用的方法。 2.1国外专家的预测和研究 20世纪30年代以来，许多苏联学者就开始了焊接变形计算与控制研究。如C.A.库兹米诺夫[2]研究了典型船体结构总变形和局部变形的计算方法，提出了减少和补偿焊接变形以及矫正主船体结构的解决方案。Greene和Holzbaur[3]开展了降低焊接残余应力和变形的研究，目前降低残余应力和焊接变形技术大多数由他们制定的法则演变而来。法国的国际焊接研究所对“焊接结构中残余

焊接残余应力与变形

焊接残余应力和焊接变形 焊接残余应力（welding residual stresses）简称焊接应力，有沿焊缝长度方向的纵向焊接应力，垂直于焊缝长度方向的横向焊接应力和沿厚度方向的焊接应力。 1、纵向焊接应力 焊接过程是一个不均匀加热和冷却的过程。在施焊时，焊件上产生不均匀的温度场，焊缝及其附近温度最高，可达1600℃以上，而邻近区域温度则急剧下降。不均匀的温度场产生不均匀的膨胀。温度高的钢材膨胀大，但受到两侧温度较低、膨胀量较小的钢材所限制，产生了热塑性压缩。焊缝冷却时，被塑性压缩的焊缝区趋向于缩短，但受到两侧钢材限制而产生纵向拉应力。在低碳钢和低合金钢中，这种拉应力经常达到钢材的屈服强度。焊接应力是一种无荷载作用下的内应力，因此会在焊件内部自相平衡，这就必然在距焊缝稍远区段内产生压应力 2、横向焊接应力 横向焊接应力产生的原因有二：一是由于焊缝纵向收缩，使两块钢板趋向于形成反方向的弯曲变形，但实际上焊缝将两块钢板连成整体，不能分开，于是两块板的中间产生横向拉应力，而两端则产生压应力。二是由于先焊的焊缝已经凝固，会阻止后焊焊缝在横向自由膨胀，使其发生横向塑性压缩变形。当焊缝冷却时，后焊焊缝的

收缩受到已凝固的焊缝限制而产生横向拉应力，而先焊部分则产生横向压应力，在最后施焊的末端的焊缝中必然产生拉应力。焊缝的横向应力是上述两种应力合成的结果。 3、厚度方向的焊接应力 在厚钢板的焊接连接中，焊缝需要多层施焊。因此，除有纵向和横向焊接应力σx、σy外，还存在着沿钢板厚度方向的焊接应力σz。在最后冷却的焊缝中部，这三种应力形成同号三向拉应力，将大大降低连接的塑性。 3.4.2 焊接应力和变形对结构工作性能的影响 一、焊接应力的影响 1、对结构静力强度的影响 对在常温下工作并具有一定塑性的钢材，在静荷载作用下，焊接应力是不会影响结构强度的。设轴心受拉构件在受荷前（N=0）截面上就存在纵向焊接应力。在轴心力N作用下，截面bt部分的焊接拉应力已达屈服点fy，应力不再增加，如果钢材具有一定的塑性，拉力N就仅由受压的弹性区承担。两侧受压区应力由原来受压逐渐变为受拉，最后应力也达到屈服点fy，这时全截面应力都达到fy 2、对结构刚度的影响 构件上的焊接应力会降低结构的刚度。由于截面的bt部分的拉应力已达fy，这部分的刚度为零，则具有所示残余应力的拉杆的抗

焊接变形的影响因素与控制

焊接变形的影响因素及控制 摘要 焊接过程是对焊件的局部进行高温加热使其达到融化状态，随后快速冷却结晶形成焊缝，由于急剧的非平衡加热及冷却,结构将不可避免地产生焊后残余变形、应力以及金属组织的变化。焊接应力与变形直接影响焊件的尺寸精度、强度、刚度、稳定性以及耐腐蚀性能等。是影响结构设计完整性、制造工艺合理性和结构使用可靠性的关键因素。焊接应力与变形过大时，不仅给产品制造工艺增加困难，还会因焊接裂纹或变形过大无法矫正而导致构件报废，造成巨大经济损失。本文主要阐述焊接变形的影响因素、控制措施和方法。 关键词:焊接变形;影响因素;控制措施 目录 摘要 (1) 关键字 (1) 第一章引言 (2) 第二章系统总体设计 (2) 2.1 单片机的选择 (2) 2.2 物位传感器的选择 (2) 第3章自动送料小车主电路设计 (3) 3.1 系统结构原理图 (3) 3.2 主机电路核心器件介绍 (3) 3.3 AT89C51主要性能参数 (3) 3.3.1 AT89C51 功能特性概述 (3) 3.3.2 AT89C51 引脚功能说明 (3) 3.3．3 时钟振荡器 (4) 第4章系统软件设计 (4) 4.1 系统的抗干扰及可靠性 (4) 4.2 软件设计 (5) 结论 (8) 参考文献 (9) 第一章焊接应力 在没有外力的情况下，物体内部存在的应力称为内应力，内应力在物体内部自相平衡，即物体内部各方向的内应力总和等于零，内应力对于任何一点的力矩总和等于零。常见的内应力有以下几种： 1、热应力：又称温度应力。它是在不均匀加热及冷却过程中所产生的应力，它与加热温度和加热不均匀程度、焊件的钢度以及焊件材料的热物理性能等因素有关。 2、相变应力：金属发生相变时，由于体积发生变化而引起的应力。 3、装配应力：在装配和安装过程中产生的应力。例如：紧固螺栓、热套结构等均匀有内应力产生。 4、残余应力：当构件上承受局部荷载或经受不均匀加热时，都会在局部地区产生塑性应变。当局部外载撤去后或热源离去，构件温度恢复到原始的均匀状态时，由于构件内部发生了不能恢复的塑性变形，因而产生了内应力，即残余应力。残留下来的变形即残余变形。 焊接过程中焊件的热应力是随时间而变化的瞬时应力，焊后残余下来，即为残余应力。按照焊接应力在空间的方向可以分为单项应力、双向应力和三项应力。薄板对接时，可以认为是双向应力。大厚度焊件的焊缝，三个焊缝的交叉处以及存在裂缝、加渣等缺陷通常出现三向应力，三相应力使材料的塑性降低、容易导致脆性断裂，它是一种最危险的应力状态。

建筑工程钢结构焊接变形的控制措施

建筑工程钢结构焊接变形的控制措施 摘要：在焊接结构施工的过程中，焊接变形是经常出现的，如果在这一过程中，我们不能对钢结构变形予以全面的控制，就会对整个建筑工程的钢结构焊接变形 控制产生十分不利的影响，因此，我们必须要采取有效的措施对其加以控制和完善。本文主要分析了建筑工程钢结构焊接变形的控制措施，以供参考和借鉴。 关键词：钢结构；焊接；变形；控制 当前我国建筑行业发展水平有了十分显著的提升，越来越多的人开始将目光转向钢结构，因为钢结构在应用的过程中其质量小，强度相对较高。安装方面存在着非常强的便利性，施 工的方法相对比较简单，所以在工程建设的过程中，其也逐渐的取代了其他的连接方式，但 是其也同样存在不足。 1、建筑钢结构概论 当前，我国钢铁工业的发展速度和发展水平在不断的提升，建筑钢结构在不应用的过程 中显示出了非常明显的优势，所以在工程建设的过程中也得到了非常广泛的应用，所以，走 不同形式的焊接设备和焊接的方法也在这一过程中有了非常大的发展，在工程建设的过程中，怎样不断的提高当前现有的焊接技术也成为了人们非常关心和关注的一个问题。在建筑结构 高度发展的当今社会，焊接变形问题也越来越严重，对钢结构的尺寸以及美观性都产生了较 大的影响，同时还给日后的焊接工作带来了很多麻烦，需要进行非常多的校正工作。而当构 件出现了严重变形情况的时候，我们还需要将构件直接报废。所以我们需要对焊接变形当中 各方面的因素予以全面的分析，采取有效的措施对其加以控制，这样才能更好的保证结构的 质量和生产的效率。 2、建筑钢结构焊接变形的形式就变形因素 首先，焊接残余变形如果按照其对于结构的影响程度去划分，我们可以将其分成整体变 形和局部变形，按照其自身的特征，我们可以将其分成收缩变形、较变形、弯曲变形、波浪 变形和女扭曲变形等等，在这些焊接残余变形当中，角变形和波浪变形属于是局部变形，其 他的变形属于是整体变形，而建筑钢结构大多数产生的是整体焊接变形问题。 其次是在建筑钢结构路焊接施工的过程中，只有对影响环节变形会产生影响的各种因素 进行全面的分析，掌握其内在的规律，只有这样，才能更好的保证建筑钢结构自身的质量。 在建筑钢结构施工的过程中，影响焊接变形的因素主要有钢结构组成基本构建一定要全 面的满足该构件的技术要求，但是在实际的施工中，一些构件并没有达到其具体的要求，这 样也就使得构件在焊接的过程中没有出现非常严重的超差现象。其次，钢结构各个构件整体 组装研配控制的质量把控并不是十分的严格，比如说出现了严重的空隙，焊接的过程中比较 容易出现变形现象等等。再次是焊缝如果沿着构件截面分布产生了不对称的现象，就会使得 这种结构构件在焊接的过程中会出现非常严重的弯曲变形问题。最后是在组装焊接施工的过 程中，焊缝坡口的形式和焊接次序、方法等选择都不是十分的恰当，钢结构的热性，物理性 质等都存在着非常大的差异，这样也就会出现较为严重的焊接变形问题。 3、建筑钢结构焊接变形控制措施 3.1在建筑钢结构焊接节点构造设计时，应注意以下几点：①焊缝位置应避开高应力区：焊缝区的应力越大，则钢结构越容易产生焊接变形及焊缝裂纹。②焊缝位置应对称于构件截 面的中性轴：焊缝位置尽可能对称于构件截面的中性轴，或者尽量靠近中性轴，这对减少梁、柱等一类钢结构的挠曲变形有良好的效果。③尽量减少焊缝的数量、尺寸：钢结构中焊缝数 量越多、尺寸越大，焊接热源对结构的热输入就越大，产生的焊接变形也就越大。因此在设 计钢结构节点构造时，应力求减少焊缝数量和尺寸。④采用刚性较小的节点形式，避免焊缝 集中和双向、三向相交：这样可减小焊缝交叉点处或焊缝集中处的热量及应力，从而减小焊 接变形。⑤便于焊接操作，避免在仰焊位置施焊：在建筑钢结构加工制作时，应尽量避免将 焊缝置于仰焊位置施焊，以利于操作和保证焊接质量。无法避免时，应要求焊工掌握全位置 焊接的操作技能。⑥不同的建筑钢结构节点形式，对焊缝设置：应有不同的要求。例如，焊 接组合箱形梁、柱的纵向角焊缝，宜采用全焊透（应采用垫板单面焊）或部分焊透的对接与