焊接应力与焊接变形及其控制方式

裴加梅

【摘要】 在实际焊接加工生产过程中，焊接残余应力与焊接变形，会对焊接构件的质量及加工精度有着至关重要的影响。本文主要研究焊接应力与焊接变形产生原因；焊接残余应力及焊接变形的危害及控制方式等方面进行详细阐述，来帮助人们解决焊接生产过程中遇到的一些实际问题。

【关键词】 焊接应力 焊接变形 控制方式

一、焊接残余应力与焊接变形产生的原因

由于焊接温度发生了变化使焊件热胀冷缩，从而焊件之间相互约束，故在焊缝周围就会产生互相阻碍约束的力。焊接残余应力当焊接应力超出弹性极限时，焊接变形不能随应力的消除而消失，就会残留在焊件里。在焊接过程中，当焊条加热融化时会引起焊缝周围局部温度过高，在熔池的高温材料会受热膨胀，在膨胀过程就会产生变形。同时，在冷却过程中，由于周围材料的限制，不能使之前发生变形的那部分材料自由收缩，这在不同程度上又会产生拉伸变形。

二、焊接残余应力的危害

焊接残余应力对构件的承载能力有着极为重要的影响；会使构件容易产生脆性断裂；降低构件的疲劳强度；降低构件的刚度极其稳定性能；并且应力区域存在腐蚀开裂缺陷；也会降低构件的精度和稳定性能。1、对结构刚度的影响。当外部载荷与构件内部残余应力叠加达到屈服极限时，就会使构件产生塑性变形，从而降低承受载荷的有效截面积，构件刚度降低。2、对稳定性的影响。当外部载荷产生应力与结构中的局部载荷叠加后达到屈服点后，就会减小有效截面积，从而降低了受压件的稳定性。3、对静载强度的影响。通常情况下，只要应力集中现象不是很明显，对于塑性材料来说，静载强度不会受残余应力的影响。然而，残余应力过于集中会降低脆性材料的强度。4、对疲劳强度的影响。残余应力对构件的疲劳强度也存在一定的影响，如果应力集中的的地方存在残余应力，就会是疲劳强度降低。5、对构件制造精度和尺寸保证性能的影响。假如构件残余应力，当加工制造时，会打破原来的应力平衡，应力平衡被破坏，会一定程度上造成零部件轻微变形，将会影响加工精度。

三、降低焊接应力的措施

3.1设计措施

1、设计构件时尽量减少焊缝的尺寸与数量，这样可以减少变形量，同时降低焊接应力。2、使焊缝分散布置，避免集中，防止盈利叠加现象。3、对设计结构进行合理优化。

3.2工艺措施

1、采用较小的焊接线能量。降低受热塑性变形的能力。2、合理安排装配焊接顺序。合理的焊接顺序，可以使焊缝自由收缩，从而达到降低焊接应力的目的。3、层间进行锤击。利用小锤轻敲焊缝及其周围区域，这样能使金属晶粒之间的应力得到释放，从而减小焊接应力。4、焊接高强钢时，选择塑形较好的焊条。焊缝的金属填充物具有良好的塑性变形，可降低焊接应力。5、采用热处理方法。将构件的温度升高至某一数值，内应力可以部分得到释放，残余应力也会有所降低。6、预热拉伸（机械拉伸或加热拉伸）补偿焊缝收缩。采用预热或机械拉伸的方式处理阻止焊缝区域进行收缩的部位，使之与焊接区域同时膨胀或收缩，就可以减小焊接应力。7、采用整体预热。把零部件分散预热会造成预热不均匀现象，构件整体上存在温差，温差越大，残余应力越大。8、利用振动法来消除焊接残余应力。当构件承受变载荷达到一定数值时，经过反复震动后，构件中的残余应力也会有所降低，即利用震动方法可以消除部分残余应力。对于大型焊件，一般采用振动器来消除焊接残余应力。振动法的优越性在于设备简单，时间比较短，成本比较低，不像高温加热一样会使构件得到氧化，这种方法在实际生产中得到广泛的应用。

四、、焊接变形的危害与预防措施

4.1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。

4.2优化焊接结构设计

1、合理设计焊缝位置，尽量分散设计，并关于构件截面的中性轴对称。2、优化焊缝尺寸及其形状。尽量采用短焊缝，避免过长焊缝。3、尽量减少焊缝的长度及其数量。

4.3采取合理的装配工艺

1、预留收缩余量法：为了防止焊件焊后发生尺寸收缩，可以事先将收缩的尺寸预留出来，并通过估算，经验，实测三者结合的方式计算预留量。2、反变形法：所谓的反变形法就是在焊接装配前，先将焊件向焊接相反的方向进行变形。采用这种方法只要预计准确，控制得当，会收到良好的效果。3、刚性固定法：刚性固定法在焊接过程中应用比较广泛，适用于较小的焊件，其中在预防角变形和波浪变形过程中应用广泛。并且这种方法在大型储罐底焊接时应用较多，常在焊缝俩侧加型钢。4、合理分配装配顺序：对于大型构件可以通过划分多个区域的方式进行焊接，然后再拼焊成一个整体。采用这种方式的好处在于小构件可以自由收缩，不至于引起整体的结构变形。例如，可以采用先焊短焊缝后焊长焊缝的形式进行焊接。

4.4采取合理的焊接工艺措施

1、合理的焊接方法。尽量使气体保护焊取代焊条电弧焊，因为气体保护焊的热源比较集中，尤其不宜使用气焊。2、合理的选择焊接线能量。要想有效的减少焊接变形，必须减少焊接线能量的输入。4、合理安排焊接顺序和方向。5、除打底层不宜进行锤击外，尽量进行层间锤击。