《焊接的變形與應(yīng)力問題》*，焊接過程中，變形與應(yīng)力問題較為突出，焊接時(shí)局部受熱不均，導(dǎo)致金屬熱脹冷縮，易引發(fā)變形，如彎曲、扭曲等，影響構(gòu)件尺寸精度與外觀，由于熱膨脹受阻及金屬相變等因素，會產(chǎn)生焊接應(yīng)力，應(yīng)力過大可能使焊縫或母材產(chǎn)生裂紋，降低結(jié)構(gòu)的承載能力與疲勞壽命，為控制變形與應(yīng)力，可采取合理工藝措施，如優(yōu)化焊接順序、預(yù)熱與緩冷、采用合適的焊接參數(shù)等，

焊接是一個不均勻加熱的熱處理過程。它是根據(jù)人的焊接技術(shù)水平、熟練程度、焊接速度的快慢、焊接電流、電弧電壓的大小，焊條、焊絲的粗細(xì)的選擇來決定的。當(dāng)焊接電流大，焊速慢，焊縫單位長度受熱量就大、線能量大，近縫區(qū)的熱影響區(qū)受熱面積增大；焊接電流小，焊速快，單位長度受熱量就減小，熱影響區(qū)就??；單位長度焊縫受熱量大的區(qū)域，熱膨脹系數(shù)就大；單位長度焊縫受熱量小的區(qū)域，熱膨脹系數(shù)就小，熱膨脹系數(shù)大的地方應(yīng)力就大；熱膨脹系數(shù)小的地方應(yīng)力就小，隨之產(chǎn)生膨脹不均現(xiàn)象，引起應(yīng)力集中或應(yīng)力不均勻的現(xiàn)象；應(yīng)力集中和應(yīng)力不均勻就會產(chǎn)生變形。冷卻后能恢復(fù)到原來的幾何尺寸叫做彈性變形；不能恢復(fù)原來的幾何尺寸叫做塑性變形。

一、焊接變形通常分為：橫向收縮、縱向收縮變形；角變形；彎曲變形；波浪變形和扭曲變形。

1． 縱橫向的收縮與縮短

兩塊板焊接以后，發(fā)生了長度縮短和寬度變窄的變形，是由焊縫的縱向和橫向收縮引起的。橫向收縮的近似值5-10mm厚，1.3-1.5mm；縱向收縮的近似值，對接0.15-0.3mm/m，角接0.2-0.4mm/m

2． 角變形

V型坡口對焊時(shí)，焊縫截面的形狀上下不對稱，使焊縫橫向縮短上下不均勻所引起的，

3． 彎曲變形：梁和柱變形的主要原因是焊縫在結(jié)構(gòu)上布置不對稱。焊縫位于中心線的下方，焊后由于縱向縮短引起的彎曲變形。

4．波浪變形：薄板受熱不均勻，產(chǎn)生橫向收縮和縱向縮短引起的波浪變形

5．扭曲變形：裝配質(zhì)量不好，工件擱置不平，焊接順序和方向不合理引起的扭曲變形。

二、焊接應(yīng)力與變形種類

1． 按應(yīng)力形成的原因分

1） 溫度應(yīng)力：焊接時(shí)，由于加熱不均勻，使各部分的熱膨脹系數(shù)不同所引起的應(yīng)力。

2） 組織應(yīng)力：焊接時(shí)，在不同的焊接熱的循環(huán)作用下，金屬的金相組織發(fā)生轉(zhuǎn)變，由這種轉(zhuǎn)變而引起的內(nèi)應(yīng)力。

3） 收縮應(yīng)力：焊接時(shí)，熔池從液態(tài)冷凝成固態(tài)，由于其體積發(fā)生收縮受到限制而形成的應(yīng)力。

2．按應(yīng)力在結(jié)構(gòu)中的作用分

1）線應(yīng)力：在焊件中應(yīng)力只按照其中的一個方向發(fā)生（薄板對接焊縫及焊件表面堆焊時(shí)，都屬于這種應(yīng)力），是單向應(yīng)力

2）平面應(yīng)力：雙向應(yīng)力，在焊件中應(yīng)力只按焊件中的一個面發(fā)生（厚板對接焊縫產(chǎn)生的不同方向，但在一個平面上，薄板交叉焊也產(chǎn)生）

3） 積應(yīng)力：焊件存在的應(yīng)力，是沿著空間的三個方向作用的（存在于大、厚焊件的對接焊縫；和三個方向的焊縫交叉處）

3．焊件的變形分類

1）整體變形：整個結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸發(fā)生改變，變形影響到整個外形和結(jié)構(gòu)的承載能力

2）局部變形：結(jié)構(gòu)的一些部分發(fā)生變化，變形影響到整個外形和結(jié)構(gòu)的承載能力

4． 影響焊接變形的主要因素

1）在結(jié)構(gòu)中的位置：焊縫在焊件中布置不對稱；焊縫截面重心與焊件截面重心不重合。

2）結(jié)構(gòu)剛性的大?。汉讣膭傂源笞冃未?，反之剛性小變形小

3）裝配和焊接順序：整體焊接與分部件焊接剛性大先焊短焊縫再焊長焊縫

4） 焊接材料的線膨脹系數(shù)及焊接工藝：線膨脹系數(shù)大的材料變形大；線能量大變形大；坡口角度大產(chǎn)生變形大；焊接方向和順序不同，引起的變形不同。

5． 減小和矯正焊接變形的方法

1）設(shè)計(jì)方面：盡量減少焊縫的數(shù)量和截面積，合理的安排焊縫的位置，盡可能的對稱布置，焊接過程中盡量使用胎具、夾具控制變形。

2）工藝方面：預(yù)留余量抵消收縮變形；焊前預(yù)留角度抵消焊后變形；選擇合理的焊接順序，減小變形；強(qiáng)制固定減小變形；最有效的辦法是采取焊后消除應(yīng)力來處理。

6．為了減小和防止焊接變形，合理的選擇焊接順序

1） 采用對稱焊接。

2） 結(jié)構(gòu)焊縫不對稱時(shí)，先焊焊縫少的一側(cè)。

3） 對結(jié)構(gòu)上的長焊縫，可采用逐步退焊法，從中間向外逐步退焊，跳焊法、交錯焊法，從中間向外對稱焊法。

4） 大面積平板對接，先焊所有橫向短焊縫，后焊縱向長焊縫

5） 工字梁的對稱焊接，方向一直的焊接順序減少彎曲變形或扭曲變形

6） 平板對接，為防止角變形可采取反變形。

7．為防止和減少焊接結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，合理選擇焊接順序的原則是

1） 盡可能的是焊縫自由收縮

2） 收縮量大的焊縫應(yīng)先焊

3） 焊接平面上的交叉焊縫的對接接頭，應(yīng)保證交叉點(diǎn)不產(chǎn)生缺陷和剛性約束不好的焊接順序

4） 采用合理的設(shè)計(jì)形式，避免焊縫過分的集中，減少焊件的局部剛性，采用剛性小的接頭

5） 應(yīng)用“加熱減應(yīng)力”法

6） 選擇合理的焊接順序

帶剪板的工字鋼焊接H型鋼

a． 在裝配之前先焊接冀緣板和腹板的對接焊縫

b． 組立裝配成工字梁，冀板和腹板要調(diào)平處理，組立時(shí)對稱點(diǎn)固，冀板和腹板最好不要留間隙

c． 焊接工字梁：焊接要調(diào)好焊接規(guī)范，四條焊縫從一個方向施焊，焊接方向?yàn)閷鞘┖福粡氖┖敢獙ΨQ焊接，使能量相互抵消減少形變

d． 組裝端板與肋板：去工字鋼的長短，氣割后要磨去氧化鐵渣

e． 焊接端頭板與肋板：應(yīng)先焊冀緣板相連的短焊縫，再焊接與腹板相連的長焊縫，正反兩面的焊接方向要一致，保證焊縫受熱或收縮一致，減少變形

對接接頭——強(qiáng)度可以達(dá)到與母材相等，受力也比較均勻

角接接頭——這種接頭主要是板邊與板面接觸，而且還有交叉焊縫，受力條件較差，而且存在較高的應(yīng)力集中。焊接時(shí)約束度大，容易產(chǎn)生裂紋等缺陷

搭接接頭——非承載接頭，主要用于支座與客體的連接。

綜上所述，焊接接頭的應(yīng)力與變形可以歸納為

1．焊接接頭變形的兩個基本屬性：不均勻性和應(yīng)力集中。

2．影響焊接接頭性能的兩個因素：力學(xué)因素和材質(zhì)因素。

3．影響焊接接頭性能的力學(xué)因素有：

1） 接頭形狀的改變。

2） 焊接缺陷

3） 殘余應(yīng)力

4） 殘余變形

4．影響焊接接頭性能的材質(zhì)因素有：

1） 焊接熱循環(huán)所引起組織的變化。

2） 焊后熱處理

3） 焊后殘余變形的矯正。