如何减小焊接应力和焊接变形

① 如何控制焊接应力和变形（一）

由于焊接产生的焊接残余应力和残余变形 ,严重影响着工程的质量、安装进度和结构承载力 (即使用功能 ),急需采用合理的方法予以控制。 钢结构的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。 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。 1.5 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 在焊接过程中，如何减小焊接变形

减小焊接残余变形的工艺措施
（1）反变形法
焊接前装配时根据经验预估变形的大小，给构件一个与焊接变形方向相反的变形，以此与焊接变形相抵消，使结构在焊接后能达到技术要求。反变形有两种方法：①塑性反变形；②弹性反变形。在实际生产中，弹性反变形比塑性反变形更可靠些。因为即使弹性反变形的预应变量不够准确，也总是可以减小角变形。若采用塑性反变形，所选取的塑性预弯量必须非常精确，否则得不到良好的效果。
（2）在外拘束条件下焊接
将焊件刚性固定在夹具中，以限制构件在焊接过程中产生变形。对减小焊件的角变形有很好的效果，可使焊接变形减少，但焊接应力较高。
（3）合理选择焊接方法和焊接规范
为减小焊接变形，应尽可能采用高能量密度的焊接方法。如电子束焊、激光焊接、窄间隙焊接等。它们有较低的焊接线能量，焊接变形极小。在一般生产中，CO2气体保护焊来取代手工电弧焊，不但效率高，而且还能明显地减小焊接变形。焊接薄板时，可采用钨极脉冲氩弧焊或电阻焊，缝焊，都可防止压曲变形。
如果在生产中没有条件采用低线能量的方法，又不降低焊接规范时，可采用直接水冷或采用水冷铜块来改变热场分布，以达到减小变形的目的。但是对于淬硬性高的金属材料，此方法慎用。
（4）选择合理的装配焊接顺序和焊接方向
装配焊接顺序的设计，主要考虑先期焊缝产生的焊接应力和变形对后续焊缝的影响，还要考虑后续焊缝产生的应力和变形是怎样与先期焊缝的影响相互作用的。实践证明，正确选择装配焊接顺序，是防止焊接变形的有力措施。
在生产中通常采用以小拼大的焊接结构进行生产，先焊成若干部件和组件，然后装配焊接成整体结构。由于焊件的装配和焊接顺序不同，在生产过程中结构刚性的递增以及对焊接变形的影响也不相同，因此要对其进行分析比较，选择变形最小的合理装配焊接顺序。
一般情况下，应先焊收缩量大的焊缝，后焊收缩量小的焊缝。当同时存在对接焊缝和角焊缝时，一般应先焊对接焊缝，后焊角接焊缝；当同时存在横向焊缝和纵向焊缝时，应先焊横向焊缝，后焊纵向焊缝；当同时存在厚板焊缝和薄板焊缝时，一般应先焊厚板焊缝，后焊薄板焊缝；当结构中同时存在断续焊缝和连续焊缝时，一般应先焊连续焊缝，后焊断续焊缝。
（5）预热
焊接不均匀热场是产生焊接变形的主要原因。因此采用适当的预热；使焊接温度分布趋于均匀，也是一种减小焊接残余变形的有效措施。
（6）用拉伸法和加热法减小焊接薄板的平面外变形
用机械法或预热法使被焊壁板进行拉伸或伸长，与此同时将壁板焊到结构的框架上，焊完后，去掉拉伸载荷。此时壁板的收缩受到被焊框架的拘束，从而在壁板上只有小量的平面外变形产生。这时在焊接后壁板内存有残余拉伸应力，而在框架内则存有残余压应力。这种方法对减小焊接薄板的压曲变形具有良好的效果。

③ 焊接变形分类有哪几种减少焊接应力与变形应采取哪些措施

焊接的变形分类抄有：袭
1、纵向缩短和横向缩短；
2、角变形；
3、弯曲变形；
4、波浪变形；
5、扭曲变形。
减少焊接应力与变形可采用下列方法：
(1)、反变形法；
(2)、合理的装配焊接顺序；
(3)、刚性固定法；
(4)、散热法；
(5、)锤击焊缝法；
(6)、预热和缓冷法。

④ 采取什么措施使焊接应力和焊接变形控制到最小或消除！！！

接时局部不均匀的热输入是产生焊接应力与变形的决定因素。而热输入是通过材料因素、制造因素和结构因素所构成的内拘束度和外拘束度而影响热源周围的金属运动，最终形成焊接应力的变形。材料因素主要为材料特性、热物理常数及力学性能（热膨胀系数α=f（t），弹性模量E=f（T），屈服强度σs= f（T），σs（T）=0的温度，Tk或称“力学熔化温度”以及相变等），在焊接温度场中，这些特性呈现出决定热源周围金属运动的内拘束度。制造因素（工艺措施、夹持状态）和结构因素（构件形状、厚度及刚性等）则更多地影响着热源金属的外拘束度。随焊接热过程二变化的内应力场和构件变形，称为焊接瞬态应力与变化。而焊后，在室温条件下残留于构件中的内应力场和宏观变化，称为焊接残余应力与焊接残余变形。由于焊接应力和变形问题的复杂性，在工程实践中往往采用试验测试与理论分析和数值计算相结合的方法来掌握其规律，以期能达到预测控制和调整焊接应力与变形的目的。 （2）工艺措施及剖析 根据多年的实际经验和理论分析结果，不管哪种形式的底板，在焊接工艺上采取的工艺措施大致相同，其主要措施有： ① 先焊短焊缝后焊长焊缝，采取分段退焊，由内向外依次进行。 ② 中心板和内环板之间的焊缝，可由数名焊工均布对称施焊，并可同时进行。 ③ 内环板与外环板的搭接焊缝暂时不焊，留待底层壁板与内环板角焊缝施焊完毕后在进行焊接。 其防焊接应力与变形的主要原理要点是： ① 焊接后自由收缩 ② 减少焊接区与整体结构之间的温差③ 使焊接应力尽量减少并均匀布置

⑤ 防止和减小焊接应力的措施有哪几种

利用锤击焊缝区来控制焊接残余应力

焊后用小锤轻敲焊缝及其邻近区域，使金属展开，能有效地减少焊接残余应力。据

利用预热法来控制焊接残余应力

构件本体上温差越大，焊接残余应力也越大。焊前对构件进行预热，能减小温差和减慢冷却速度，两者均能减小焊接残余应力。

利用“加热减应区法”来控制焊接残余应力

焊接时，加热那些阻碍焊接区自由伸缩的部位，使之与焊接区同时膨胀和同时收缩，就能减小焊接应力，这种方法称为“加热减应区法”，加热的部位就称之为“减应区”。
利

利用高温回火来消除焊接残余应力

由于构件残余应力的最大值通常可达到该种材料的屈服点，而金属在高温下屈服点将降低。所以将构件的温度升高至某一定数值时，应力的最大值也应该减少到该温度下的屈服点数值。如果要完全消除结构中的残余应力，则必须将构件加热到其屈服点等于零的温度，所以一般所取的回火温度接近于这个温度。
1、整体高温回火 将整个构件放在炉中加热到一定温度，然后保温一段时间再冷却。通过整体高温回火可以将构件中80%~90%的残余应力消除掉，这是生产中应用最广泛、效果最好的一种消除残余应力的方法。
回火时间随构件厚度而定，钢按每毫米壁厚l~2min计算，但不宜低于30min，不必高于3h，因为残余应力的消除效果随时间迅速降低，所以过长的处理时间是不必要的。
2、局部高温回火 只对焊缝及其局部区域进行加热消除残余应力。消除应力的效果不如整体高温回火，此方法设备简单，常用于比较简单的、刚度较小的构件，如长筒形容器、管道接头、长构件的对接接头等焊接残余应力的消除。

利用温差拉伸法来消除焊接残余应力

温差拉伸法消除焊接残余应力的基本原理与机械拉伸法相同，主要差别是利用局部加热的温差来拉伸焊缝区。
温差拉伸法是在焊缝两侧各用一个宽度适当的氧乙炔焰焊炬进行加热，在焊炬后面一定距离，用一根带有排孔的水管进行喷水冷却。氧乙炔焰和喷水管以相同速度向前移动。这就形成了一个两侧温度高(峰值约为200℃)、焊接区温度低(约为100℃)的温度差。两侧金属受热膨胀对温度较低的区域进行拉伸，这样就可消除部分残余应力。据测定，消除残余应力的效果可达50%~70%。

利用振动法来消除焊接残余应力

构件承受变载荷应力达到一定数值，经过多次循环加载后，结构中的残余应力逐渐降低，即利用振动的方法可以消除部分焊接残余应力。一种大型焊件使用振动器消除应力的装置。
振动法的优点是设备简单、成本低，时间比较短，没有高温回火时的氧化问题，已在生产上得到一定应用。

⑥ 焊接变形如何消除应力

焊接应复力产生的主要原因，制有以下三个方面：
（1）热应力。焊接过程对被焊工件来说，是局部的不均匀加热过程和不均匀冷却过程。这种不均匀冷热过程，会使工件中产生热应力。
（2）拘束应力。由于构件本身或外加的刚性拘束作用，使焊接时热膨胀不畅，引起构件产生拘束应力。
（3）相变应力：焊接时，接头区域产生不均匀组织转变而引起的应力。
消除焊接应力：
（1）采用适当的焊接程序，如分段焊、分层焊；
（2）尽可能采用对称焊缝，使其变形相反而抵消；
（3）施焊前使结构有一个和焊接变形相反的预变形；
（4）对于小构件焊前预热、焊后回火，然后慢慢冷却，以消除焊接应力。 合理的焊缝设计；
（5）避免焊缝集中、三向交叉焊缝；
（6）焊缝尺寸不宜太大；
（7）焊缝尽可能对称布置，连接过渡平滑，避免应力集中现象；
（8）避免仰焊。

⑦ 如何控制焊接应力和变形有哪些参考文献

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。

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。

1.5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：

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。

综上所述，在施工过程中，一定要了解焊接工艺，采用合理的焊接方法和控制措施，以便减少和消除焊后残余应力和残余变形。在实践中不断总结、积累焊接经验，综合分析考虑的各种因素，可以保证工程中的焊接质量。

⑧ 钢结构焊接应力和变形如何控制

焊接应力的控制措施 构件制作和安装企业往往优先考虑的是控制焊接变形，对焊接应力的控制较为忽视。但由于残余应力对构件承受动力载荷、三向应力状态和低温下使用有非常不利的影响，因此对焊接残余应力的控制也需要特别注意。控制焊接应力的目的是减低其峰值并使其均匀分布，控制措施可以从以下几方面予以加强： ①尽量减小焊缝尺寸 ②减小焊接约束度 ③采取合理焊接顺序 ④降低焊件刚度，创造自由收缩条件 ⑤锤击法减小焊接残余应力 3.2 焊接变形的控制措施 焊接变形直接影响构件、结构的安装及使用，并引起附加内力或次应力降低结构承载力，故控制焊接变形很重要。控制焊接变形主要有以下措施： ①尽量减小焊缝截面积。在实际施焊中能达到无超标缺陷焊缝的前提下选择工艺参数，尽可能采用较小的坡口尺寸。 ②对于屈服强度小于345MPA的钢材采用较小的热输入，尽可能不预热或适当降低预热和层间温度；优先采用热输入较小的焊接方法。 ③对于对接接头、T形接头和十字接头坡口焊接，在工件放置条件允许或易于翻身的情况下，宜采用双面坡口对称焊接；对于有对称截面的构件，宜采用对称于中和轴的顺序焊接。 ④对于双面非对称坡口焊接，宜采用先焊接深坡口侧部分焊缝，后焊浅坡口侧焊缝，最后焊完深坡口侧焊缝的顺序。 ⑤在节点形式、焊缝布置、焊接顺序确定情况下，宜优先采用熔化极气体保护电弧焊或药芯焊丝自动保护电弧焊等能量密度相对较高的焊接方法，并采用较小的热输入。 ⑥设计上要尽量减小焊缝的数量和尺寸；合理布置焊缝，除了要避免焊缝的密集以外，还应使焊缝位置尽可能靠近构件中和轴，并使焊缝的布置与构件中和轴相对称。
对于某些焊缝布置不对称结构，应优先焊接焊缝少的一侧；厚板焊接尽可能采用多层焊代替单层焊接。 ⑧宜采用反变形法控制角变形。 ⑨对于一般构件可用定位焊固定同时限制变形；对于大型、厚度构件宜用刚性固定法增加结构焊接时刚性；对于大型结构件宜采用分部分组装焊接，分别矫正后再进行总装或连续施工方法。 ⑩采用合理的焊接顺序也是防止焊接变形的有效措施。长焊缝可采用逆向分段焊接法；从中间向两端分开焊接法；两边对称施焊法（角接焊缝）；两把焊枪同步、同方向、同参数的三同施工焊接（H型钢、箱形构件主焊道）；大型梁腹板的现场总成对接焊采用从下向上施焊法达成上拱要求。

⑨ 焊接变形分类有哪几种减少焊接应力与变形应采取哪些措施

焊接变形的类型有：①纵向或横向变形;②弯曲变形;③角变形;④波浪变形;⑤扭曲变形。专其中，装配质量不好以及焊接次属第和方向不当等，容易产生扭曲变形;薄板焊接容易产生波浪变形。 影响焊接变形的主要要素： (1)焊缝在构造中的位置。假如位置不对称，常常是弯曲变形的主要缘由。 (2)焊接构造的刚性。刚性主要取决于构造的截面外形及其尺寸的大小。焊接构造刚性越大，就越不易变形。 (3)焊接构造的装配及焊接次第。 (4)焊接资料的线收缩系数越大，焊后变形越大。

⑩ 如何消除或减少焊接应力和焊接变形 焊接接头由哪

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