2015年一级建造师教材机电工程预习： 焊接应力与

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。

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。在室温条件下，焊后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。

二、焊接残余应力的危害及降低焊接应力的措施

(一)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。

(二)降低焊接应力的措施

1.设计措施

(1)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。

(2)防止焊缝过于集中，从而避免焊接应力峰值叠加。

(3)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

(1)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。

(2)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。

(3)层间进行锤击，使焊缝得到延展，从而降低焊接应力。

(4)预热拉伸补偿焊缝收缩(机械拉伸或加热拉伸)

(5)焊接高强钢时，选用塑性较好的焊条。

(6)采用整体预热。

(7)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。

(8)采用热处理的方法：整体高温回火：局部高温回火或温差拉伸法(低温消除应力法，伴随焊缝两侧的加热同时加水冷)。

三、焊接变形的危害性及预防焊接变形的措施

(一)焊接变形的分类

焊接变形可以区分为在焊接热过程中发生的瞬态热变形和室温条件下的残余变形。就残余变形而言，又可分为焊件的厩内变形和面外变形。

1.面内变形：可分为焊缝纵向收缩变形、横向收缩变形和焊缝回转变形。

2.面外变形：可分为角变形、弯曲变形、扭曲变形、失稳波浪变形。

(二)焊接变形的危害

降低装配质量；影响外观质量，降低承载力；增加矫正工序，提高制造成本。

(三)预防焊接变形的措施

1.进行合理的焊接结构设计

(1)合理安排焊缝位置。焊缝尽量以构件截面的中性轴对称；焊缝不宜过于集中。

(2)合理选择焊缝尺寸和形状。在保证结构有足够承载力的前提下，应尽量选择较小的焊缝尺寸，同时选用对称的坡口。

(3)尽可能减少焊缝数量，减小焊缝长度。

2.采取合理的装配工艺措施

(1)预留收缩余量法

为了防止焊件焊接以后发生尺寸缩短，可以通过计算，将预计发生缩短的尺寸在焊前预留出来。为了保证预留的准确，应将估算、经验和实测三者相结合起来。

(2)反变形法

为了抵消焊接变形，在焊前装配时，先将焊件向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。只要预计准确，反变形控制得当，就能取得良好的效果。反变形法常用来控制角变形和防止壳体局部下塌。

(3)刚性固定法

刚性固定法适用于较小的焊件，在焊接施工中应用较多，对角变形和波浪变形有显著的效果。为了防止薄板焊接时的变形，常在焊缝两侧加型钢、压铁或楔子压紧固定。此法在焊接大型储罐底板时采用较多。装配压力容器及球罐时，往往采用弧形加强板、日字形夹具进行刚性固定。

(4)合理选择装配程序

对于大型焊接结构，适当地分成几个部件，分别进行装配焊接，然后再拼焊成整体。这样，小部件可以自由地收缩，而不致引起整体结构的变形。如储罐底板焊接.可以先焊短焊缝，再焊长焊缝。

3.采取合理的焊接工艺措施

(1)合理的焊接方法。尽量用气体保护焊等热源集中的焊接方法。不宜用焊条电弧焊，特别不宜选用气焊。

(2)合理的焊接规范。尽量采用小规范，减小焊接线能量。

(3)合理的焊接顺序和方向。

(4)进行层间锤击(打底层不适于锤击)。