焊接应力范文

焊接应力范文第1篇

摘 要：随着社会飞速发展，人们在生活中对化工产品需求量很大，化工厂的大型化工设备需求量逐年增加，化工设备多数是高温高压设备，一旦泄露或爆炸，危险性非常高。因此制造化工设备质量要求严格，焊接是关键工序，直接影响着化工设备的质量。

关键词：焊接应力 变形 焊缝

随着社会飞速发展，人们在生活中对化工产品需求量很大，化工厂的大型化工设备需求量逐年增加，化工设备多数是高温高压设备，一旦泄露或爆炸，危险性非常高。因此制造化工设备质量要求严格，焊接是关键工序，直接影响着化工设备的质量。

焊接应力与变形往往使焊接产品质量下降，甚至会因无法补救而不得不报废。

焊接裂纹的产生与焊接应力有密切的关系。焊缝中的残余应力还会影响承压类特种设备的使用性能，残余应力较大的部位往往会发生应力腐蚀或疲劳裂纹。

一般情况下，焊接变形是对焊接质量不利的，但是若掌握了变形的机理和规律，便可控制它并利用它。如利用反变形来校正变形，或通过合理的焊接工艺减少焊接应力的产生。

一、焊接应力及变形的概念

在焊接过程中，工件受电弧热的不均匀加热而产生的内应力及变形是暂时的。当工件冷却后，仍然保留在工件内部的内应力及变形叫残余应力及残余变形。我们所说的焊接应力及变形就是指的焊接残余内应力和焊接的残余变形。

由于焊接接头型式、工件的厚度和形状、焊缝的长度及其位置不同，焊接时会出现各种形式不同的变形。大体上可分为：纵向变形、横向变形、弯曲变形、角变形、波浪变形及扭曲变形等。

二、焊接变形和应力的形成

焊接变形和应力是由许多因素同时作用造成的。其中最主要的因素有：焊件上温度分布不均匀；熔敷金属的收缩；焊接接头金属组织转变及工件的刚性约束等。

1、焊件上温度分布不均匀

由于电弧的作用，焊件局部被加热到熔化温度，焊缝与母材之间形成了很大的温度梯度。按热胀冷缩的原理，物体受热要伸长，不同的温度其伸长量不同，接头的高温区域要求伸长量大而受阻，形成了压应力；而温度较低的区域伸长量小的部分因抵抗高温区的伸长，形成了拉伸应力。

冷却过程中，熔化金属的体积要收缩，而接头以外的母材则限制了它的收缩便在焊缝区形成了拉伸应力，而母材临近焊缝区承受了压缩应力。

焊缝及近缝区的高温时几乎丧失了屈服强度，在应力的作用下便产生塑性变形，冷却后，焊件内形成了残余应力和残余变形。

2、熔敷金属的收缩

焊缝金属在凝固及随后冷却过程中，体积要收缩，在焊件内引起变形和应力，其变形和应力的大小取决于熔敷金属的收缩量，而熔敷金属的收缩量又取决于熔化金属的数量。如V型坡口的角变形，就是由于焊缝上部的熔敷金属的熔敷量多，收缩量大，而焊缝下部的截面小，熔敷金属的数量小，收缩量也小，上下收缩的不一致而造成的。

3、金属组织的转变

在焊接热循环的作用下，金属内部显微组织发生转变，各种组织的密度不同，便伴随了体积的变化，处理了组织应力的内应力。

焊接变形和应力还与焊接方法及焊接工艺参数有关。如气焊时，热源不集中，焊件上的热影响区面积较电弧焊大，所有产生的焊接变形和应力也大。又如电弧焊时，电流大或者焊接速度慢导致热影响区增大，产生的焊接变形和应力也增大。如易淬火钢在焊接热循环的作用下由高温奥氏体（密度0.1275）冷却后转变为马氏体（密度为0.1310），体积变化近10%。

4、焊件的刚性拘束

如果焊接自身的刚性很大，或在紧固的条件下施焊，拘束条件限制了焊件再热循环作用下的自由伸长和收缩，这可控制焊接变形，但焊件中却形成了较大的内应力。

四、焊接应力的危害

1、对结构完整性的影响

焊接热应力可促使焊缝产生热裂纹，残余应力导致焊后延迟裂纹的形成。

2、对结构服役性能的影响

焊接残余应力可以加速疲劳破坏，导致应力腐蚀开裂（包括硫化物引起的开裂和碱脆破坏），产生低温脆断破坏，促进材料的腐蚀磨损等，压缩残余应力还会造成薄板结构或细长杆件的压曲失稳，产生面外变形。

五、焊接应力的控制措施

焊接件内残留有内应力是不可避免的，但可以根据其产生机理和规律寻找一些措施来有效控制它，使之危害程度降至最小。

控制内应力的方法基本要点有两个：使焊件上热量尽量均匀和尽量p少对焊缝自由收缩的限制。通常采用的工艺措施如下：

1、合理的装配与焊接顺序

主要是在装配和施焊的顺序安排上尽量使焊缝能自由的收缩，便可有效的控制焊接应力。

（1）先焊变形收缩量较大的焊缝，使基能较自由地收缩。如一个带盖板的双工字钢构件，由于对接焊缝的收缩量大于角焊缝的收缩量，所以应先焊盖板的对接焊缝，后焊盖板和工字梁之间的角焊缝。又如，薄板焊接后收缩量大，厚板焊接后收缩量相对小，先焊的部位焊接变形大，后焊的焊接变形相对小。对于碳钢和不锈钢来说，不锈钢变形大，碳钢的变形相对小，对于焊接后需要机械加工的部件，要考虑焊接变形量和机械加工余量。

（2）先焊错开的短焊缝，后焊直通长焊缝。如大直径的底板，往往采用多块板材拼接，焊接时，应先焊接较短的纵向焊缝，后焊接长的横向焊缝。

（3）先焊在工作时受力较大的焊缝，使内应力合理分布。如球罐的现场焊接，采用对称施焊。减少应力分布。也可以采用分段退焊，避免十字焊缝等方法。避免应力集中。

2、焊前预热

被焊工件各部位的温差越大，焊接冷却速度越快则焊接接头的残余应力越大，预热既能减少工件各部位的温差，又能减缓冷却速度，所有是降低焊接残余应力的有力措施之一。

预热可局部预热或整体预热。对刚性大，厚度大的工件，应整体预热，这样降低残余应力的效果更佳。

除了以上控制应力的方法外，还有在焊接结构设计采取措施。如：堆成布置焊缝、避免封闭焊缝等，以及对阻碍焊接接头自由收缩的部位加温，使之与焊缝同步收缩，这种方法称为”减应法”。

六、消除焊接应力的方法

消除焊接应力的方法主要有：热处理法，机械法和振动法。

1、热处理法

焊后热处理是消除残余应力的有效方法，也是广泛采用的方法。它可分为整体热处理和局部热处理。

一般是将被焊工件加热到A1线以下，保温均温，再缓慢冷却，以达到残余应力消除。

如Q235B，Q345R材料焊后热处理的温度一般选为620±20℃。

2、机械法

用机械的方法施加外力使冷却后的焊缝金属产生延展，已达到消除应力的目的，这种方法叫机械法消除应力。如锤击焊缝；在卷板机上碾压焊缝；对焊接结构实行由控制的过载等都是机械法消除应力的方法。

3、振动法

以低频振动整个构件以达到消除应力的目的。一般钢结构件需要消除应力采用。

焊接应力范文第2篇

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。

2 焊接变形的措施

在焊接工作实践中，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）对于较长的焊缝可采用间断焊接法。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）采用焊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）对于长焊件的扭曲，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）在焊缝众多的焊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Z焊缝，除了要避免焊缝密集以外，还应使焊缝位Z尽可能靠近构件的中和轴，并使焊缝的布Z与构件中和轴相对称。

3 焊接应力的控制措施

1.焊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。

2.焊接变形的矫正费时费工，在进行焊接前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。

3.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Z，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。

综上所述，在焊接过程中，焊接应力和焊接变形的产生是不可避免的，所以需要操作者根据焊接综合考虑，如何把焊接变形和焊接应力减小的最低是关键，由于时间比较仓促，水平有限，文中难免有不当之处，敬请领导批评指正。

参考文献

[1] 张士相、王承福、闫玉芹，本文《焊工》中国劳动社会保障出版社出版时间2002年9月.

[2] 焊接手册二材料的焊接[M ]. 北京：机械工业出版社， 2003.

[3] 陈祝年. 焊接工程师手册[M ]. 北京：中国机械工业出版社， 2002.

焊接应力范文第3篇

关键字 焊接；钢制罐体；焊接应力，消除，变形；控制

中图分类号 TG404 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2013）012-0151-01

钢制罐体在焊接过程中产生的应力与变形容易使罐体表面形成各种裂纹，并造成热应力脆化，严重影响罐体的刚度、强度、抗压力、稳定性及加工精度。而焊接后的矫正措施，也会增加施工成本，减少效率；因此研究如何控制焊接应力和变形是极为重要的。

1 焊接应力与变形的基本原理

1.1 焊接应力原理与分类

焊接应力，也称焊接残余应力，是指在不均匀的加热和冷却的焊接过程中，焊缝在冷却至原始温度时，接头区及离焊缝较近处的拉应力与焊件主体的压应力区数值达到平衡的应力状态。焊接应力可按焊缝长度方向分为纵向，横向及径向焊接应力；按照应力分布范围可分为宏观、微观及超微观应力；根据空间结构可分为单向、双向和三向应力，根据形成应力原因可分为温度、拘束和组织应力；根据作用时间可分为瞬时和残余应力。

1.2 焊接变形的原理与分类

焊接变形是在焊接应力作用下， 焊件因约束较小会产生相应的尺寸变化或弯曲、翘曲变形。其中焊接变形可分为自由变形，以及外观与内部变形；焊接残余变形可分为纵向或横向收缩变形、弯曲变形、角变形、波浪变形以及错边变形。

2 钢制罐体焊接过程中应力与变形的“三段式”控制模型

2.1 钢制罐体焊接施工过程与现象描述

钢制罐体（以圆筒形为例）施工，按照施工流程顺序分为顺装法和倒装法，以倒装法为例，其施工流程主要为施工准备，基础验收；底板铺设 ，组对焊接圈壁， 罐顶组对焊接，安装倒装机具环缝焊接，罐底焊接；焊后处理验收，如充水试漏、防腐保温等。

罐体的纵缝在对接过程中，纵向应力分布规律为2端为压应力，中心部分为拉应力的横向应力，压应力的最大值比拉应力大得多，焊缝长度对横向应力有影响，长焊道中心部分的拉应力有所降低。在焊接工艺流程中，罐顶搭接焊缝易发生角变形，罐壁板对接成纵焊缝与环焊缝，都易发生角变形和局部凹凸变形，罐底对接焊缝易发生凹凸变形。

2.2 应力分布与变形原因

钢制罐体的焊缝焊接次序有先与后，先焊先冷却，后焊后冷却，焊接时先冷却的焊缝限制后冷却的焊缝的收缩，因此应力与焊接顺序、方向、方法有关；焊缝的分段焊接，如由中部向两端焊，则中部先收缩为压应力，2端后收缩为拉应力；温度沿径向分布不均，表面先冷却先收缩阻止中间后冷却后收缩时，使中层受拉， 外层受压；纵向也存在不均匀的温度场，使得近焊缝处受压应力，离远焊缝较远处受拉应力。

焊接变形主要由焊接时的内应力和局部不均匀加热和冷却而引起，不均匀的受热产生自由膨胀收缩与热源移动，使高温区受过高压应力产生压缩塑性变形，冷却后长度偏短。钢制罐体焊接过程中易产生体积收缩，使得焊缝纵向收缩产生压应力， 横向收缩造成角变形， 甚至会使底板产生波浪变形。 在焊接时高温至熔点再冷却后，钢制罐体组织会发生变化，由于比容不同而引起变形。焊接变形其大小与焊接线能量有关，随线能量增大使得压缩塑性变形区增大而使变形增加。

当然在焊接过程中，焊接应力和变形会受到焊接工艺、接头与坡口角度形式、罐体间隙、对口质量、焊接速度和顺序等的影响。

2.3 “三段式”控制模型

根据钢制罐体的施工过程，为了控制好焊接应力与变形应该着眼于焊接施工过程的每一个环节，这里我们可分为三段进行控制。

2.3.1 选材与焊缝设计控制

在焊接前，应做好施工准备和基础验收，可根据罐顶、罐壁、罐底的材料尺寸进行相应的焊缝设计。考虑到钢制罐体由钢板（弓形边缘板、中辐板）搭接而成，设计焊缝时，多采取双边对称或由中心向四周的辐射对称模式布置，一般选择刚性较小的接头形式以及规范的尺寸（如罐底搭接部位预留收缩余量设计），使得焊接能够均匀同步进行。

2.3.2 施工控制

在施工的过程中，首先要合理分析变形与应力的方向、量值以及相关的变化规律，从而选取合理的焊接方法与工艺流程，使焊接应力与变形在合理范围，控制力度趋于最小。钢制罐体常采用分段、分层以及对称焊接方法和半自动CO2保护焊工艺，以抵消焊接前的预变形，并使焊接效率相对高一些。在进行分段分层施工时，尤其要注意罐顶、罐壁和罐底的施工工艺与过程控制。

罐顶焊接时，焊缝应采用最小焊角高度和截面尺寸，优先选用半自动CO2保护焊工艺可使能量集中、热输入降低，且采用直径为1.5mm的焊丝可减少熔敷系数；对于罐顶的28个分瓣搭接，要合理的分为7个作业区域，按照焊接顺序，进行等速度同步的精心对称施工，可较好的控制变形；同时在采用倒装施工时，可利用外力作用反变形法抵消焊接变形，其基本原理是第一圈壁板先组对，钢制脚手杆由焊缝中部向外支撑固定。

罐壁焊接时，焊缝的坡口型式决定了其应力与热输入量大小，钢制罐体的对接焊缝易选用纵缝带钝边与环缝的下侧钢板不开坡口的单边V型坡口型式，使得热输入量最小，以降低变形；罐壁的8张钢板组对，形成8条纵缝和8个分区的环缝，可自下而上，按顺时针进行同步对称焊接，以抵消焊接应力与减少变形；罐壁在倒装施工时，可采取刚性固定锤击法，以减少纵缝焊接时因横向与纵向应力而产生的角变形，使焊道焊接应力消除，注意锤击时温度不可在200-300摄氏度范围内，以避免断裂现象。

罐底焊接时，最关键的是焊接的顺序的合理，应先焊接大角焊缝，再按照罐底轴线分四个作业区进行对称焊接，其中短纵缝区应优先焊接，长焊缝应由中间向两侧退焊，相邻两条不可同步进行，再次是中幅板四人同步焊接可减少热输入和焊接收缩，最后焊接八卦角焊缝；合理的焊接搭配可有效控制焊接变形。

2.4 焊后处理措施

焊接后的残余应力消除常用方法除上述罐壁的刚性固定锤击法外，还有应力释放法（包括切条法、车削法、刨削法、套孔法和小孔法）、振动法以及电加热器局部或加热炉整体退火等方法，采用时注意尺寸和工艺参数的选择。焊后宜用保温材料覆盖以便于热处理。

如果焊后须进行残余变形矫正，可根据罐体的实际结构形式和施工方案，选择合适的矫正方法。常用的矫正方法有机械矫正法、火焰矫正法以及混合矫正法。其中机械矫正法可利用气动、液压、螺旋器具加机械外力促进塑性延展变形；火焰矫正法不适用于具有晶间腐蚀倾向的不锈钢以及淬硬倾向较大的钢材；混合矫正可根据具体构件变形情况，将以上两种方法交替使用以消除变形。

3 结语

上述模型仅就圆筒形钢制罐体而言，为了保证罐体的总体质量，还须在每一个施工细节进行仔细的推敲。

参考文献

[1]张丽生，程晓燕，冯素英.焊接应力和变形的分析与探讨[J].现代焊接. 2010（03）.

[2]姜留军.浅谈钢结构焊接应力、变形的控制[J].企业家天地（理论版）. 2011（02）

焊接应力范文第4篇

【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

焊接应力范文第5篇

关键词：钢结构 应力 脆性断裂 去除

1.钢结构的应用

钢结构在现代建筑中应用的越来越多，焊接工作做为钢结构中的重要工艺它直接关系到工程质量的好坏和结构的安全，T形结构焊接是H型钢生产工艺的重要部分，T型结构的焊接质量严重影响H型钢的质量，也在钢结构制造中起着非常重要的作用，广泛的应用于焊接结构各领域（广泛用于建筑钢结构梁、柱、承重支架、高速公路挡板支架等），目前影响焊接质量的关键因素是焊接应力，焊接应力形成后导致的焊接变形是形成各种焊接裂纹的重要因素，又是造成热应变脆化的根源， 焊接应力在一定条件下还会严重影响焊件的强度、刚度、受压时的稳定性、加工精度和尺寸稳定性等。

2.焊接应力分析

焊接应力的产生是由于焊缝区受热膨胀，而周围的母材还处于冷态或加热温度不高，因而对焊缝区的膨胀起约束作用。焊接线能量输入越大，试样所得到的热量越多，其温度越高，随着焊接线能量的增大，远离焊缝的位置所得到的热量也越多，温度也越高，受到应力也越大；一般情况下焊接残余应力是由多种因素交互作用的结果，通常焊缝附近是急速被加热到高温状态，达到这一温度的焊缝区急剧膨胀，热膨胀受到周围金属的约束，将产生很大的压缩；在冷却过程中，已发生塑性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，在不同程度上被拉伸形成拉应力；与此同时，熔池凝固，形成的焊缝金属冷却收缩受阻时也将产生相应的拉应力，焊接应力分以为纵向焊接应力，横向焊接应力，厚度方向的焊接应力。

2.1纵向焊接应力

纵向焊接应力就是平行于焊缝长度方向的应力。在施焊时 ，钢板中会产生不均匀的温度场 ，从而产生不均匀的膨胀。如果钢板的纵向纤维都能自由伸缩 ，则纤维的纵向伸长也将按温度分布曲线的规律变化 ，由于钢板是整体的 ，原平面截面变形后仍保持平面。故施焊时 ，整个平截面只能产生均匀的伸长 ，在靠近焊缝一侧高温区受到热压力作用 ，而在远离焊缝一侧受到热拉应力的作用 ，施焊完毕 ，焊件自然冷却 ，钢板截面开始收缩 ，在近焊缝区段产生拉应力 ，在稍远区段产生压应力。

2.2横向焊接应力

横向焊接应力的方向与焊缝长度垂直 ，产生横向焊接应力的原因可分为焊缝的纵向收缩和横向收缩两个方面。施焊时 ，由于焊缝的纵向收缩两块对焊钢板有相向弯曲的趋势 ，但焊缝已将其连成整体 ，这样使得两块板沿焊缝长度方向中部产生横向拉应力 ，两端产生压应力。冷却时 ，由于焊缝先后冷却时间不同 ，先焊的先冷却凝固 ，存在一定强度 ，阻止了后焊的焊缝在横向的自由膨胀 ，使其产生横向压缩变形。后焊的焊缝冷却时 ，横向收缩受到阻止 ，而产生横向拉应力 ，而先焊部分则产生横向压应力。

3.焊接应力的危害主要包括以下方面：

3.1 对结构刚度的影响

当外荷载产生的应力与结构中焊接应力叠加之和达到屈服点对这一区域的材料就会产生局部塑性变形，表示了进一步承受荷载的能力造成结构的有效截面积减少，结构的钢度也随之降低。

焊接结构中焊缝及其附近区域的纵向拉伸残余应力一般都可达到或接近屈服极限，如果外载产生的拉应力与残余应力相叠加超过屈服极限，则其变形就要比没有内应力或者内应力较低时大，并会发生局部屈服；当卸载时，其回弹量少于加载时的变形量，构件不能恢复到原始尺寸。经过第一次加载后内应力会下降，随后的加载载荷只要不超过第一次，应力之和也就不大于s，整个加载过程只在弹性范围内进行，卸载后不会产生新的残余变形。这种现象会降低构件的刚度，例如梁形焊接构件。

结构受弯曲时内应力对刚度的影响与焊缝的位置有关，焊缝所在的部位的弯曲应力越大，其影响就越大。

3.2对静承载能力的影响

当静载拉伸载荷作用于存在残余应力的焊件上，则在外载与内应力的方向一致的区域中进行应力叠加，使应力值不断升高。当叠加应力值达到屈服值时，根据材料拉伸特性曲线，其应力出现平台不再升高，但是其变形量将继续增加，直至整个焊接界面应力均匀化后才出现应力值升高直至断裂。因此，存在残余应力的焊件并不会由于外载增加而使局部区域提前断裂。

3.3对结构脆性断裂的影响

在实际构件中，若高强度钢的韧性较低，焊接接头处的缺陷会导致结构的低应力脆性断裂，，断裂评定必须考虑拉伸残余应力与工作应力的共同作用的影响，应引入应力强度修正系数。若裂尖处于焊接残余拉应力范围内，则缺陷尖端的应力强度增大，；裂纹趋于扩展，直至裂纹尖端超出残余拉应力范围。随后，裂纹有可能停止扩展或继续扩展，这将取决于裂纹长度、应力强度和结构运行环境温度。焊接应力只分布于局部区域，对裂纹的影响也局限于这一范围。

3.4对应力腐蚀的影响

在应力和腐蚀的共同作用下会形成应力腐蚀，促使裂纹的形成、发展直至快速扩展造成断裂。一些焊接构件工作在有腐蚀介质的环境中，除外载的工作应力外，焊接残余应力本身也引起应力腐蚀开裂。这是在拉应力与化学共同作用下发生的，残余应力与工作应力叠加后的拉应力值越高，应力腐蚀开裂所需的时间就越短。选择对待定的环境和工作介质有良好抗腐蚀性的材料，以及对焊接构件进行消应力处理，都可以提高构件的抗应力腐蚀能力。

3.5对构件精度和尺寸稳定性的影响

为保证构件的设计技术条件和装配精度，某些焊接构件在焊后要进行机械加工。一部分材料从焊件上被切除时，此处的内应力也随之释放，使构件中原有的残余应力场失去平衡而重新分布，引起构件变形。这类变形往往是在机械加工后松开夹具后才充分显示出来，影响构件精度。

此外，焊接构件中的残余应力随时间的延长会缓慢变化而重新分布，发生应力松弛，同时焊件尺寸也产生相应的变化，影响到构件的精度和尺寸稳定性。不同的材料会引起不一样的残余应力松弛，对结构的精度和尺寸稳定性影响也不一样。

控制焊接应力的主要措施包括加热减应区、预热方法焊接、锤击焊缝、降低焊缝的拘束度等方法。

4.焊接应力去除方法

对于焊接应力的测量现在主要包括机械释放测量法和非破坏性测量法两种。机械释放测量法包括钻孔法、切条法、逐层铣削法等，非破坏性测量方法包括、X射线衍射法、中子衍射法、磁性法：、超声波法、电子散斑干涉法、金属磁记忆法。除了以上测量方法外， 近年来有一批新的测试技术应用而生， 如用屈服条件确定残余应力，无损电测法， 脆性涂层法， 云纹法， 反向叠加应力法， 热评估法， 硬度法， 数字散斑法以及压良叠加应力测量法等， 有时也可根据具体情况将各种测试方法综合起来应用。

5.结语

通过分析焊接线能量对钢结构的焊接应力的影响，分析其焊接应力的变化规律，从而找出焊接应力与焊接变形的关系，掌握了焊接应力与变形的规律、作用与影响，采取措施控制或消除焊接应力与变形，对于焊接结构的的完整性设计和制造工艺方法的选择以及运行中的安全评定等是十分重要的。

参考文献

1. 陈道金：港机构的焊接变形与控制纠正，《全国矿山建设学术会议论文选集》，2007年

2. 田拥军：如何控制焊接应力和变形，《山西建筑》，2004年3月

焊接应力范文第6篇

关键词：焊接应力 蜂窝梁

蜂窝梁是在H型腹板上按一定的折线进行切割后变换位置重新焊接组合而成的新型梁。由于扩张后增大了截面惯性矩和抵抗矩，所以显著提高了梁的刚度和强度，在梁本身自重减轻的情况下梁能承受更大的荷载，应用于更大的跨度，节省钢材、运输安装费用，有很可观的经济价值，在民用、工业工程中都得到了广泛的应用。作为安装工程中的主要构件，“快、好、省”地完成蜂窝梁的制作安装成了各个安装公司的实施目标，这给蜂窝梁制作安装技术提出了高要求。质量好是“快、好、省”的核心，而蜂窝梁的制作质量是影响整个蜂窝梁制作安装工程的关键。

在蜂窝梁制作过程中出现的最大问题就是变形，造成变形的因素有很多，H型钢本身的质量问题、运输过程中造成的变形、焊接应力产生的变形等等。而焊接应力造成的影响比较严重，焊接应力对焊件有6个方面的影响：①焊接应力将使静载强度降低。②焊接应力使焊件的刚度降低。③焊接应力造成杆件的整体稳定性降低。④焊接应力的存在对焊件的加工精度有不同程度的影响。⑤焊接应力随时间发生一定的变化，焊件的尺寸也随之变化。⑥焊接残余应力和载荷应力一样也能导致应力腐蚀开裂。处理变形问题需要费工、费时，处理不好直接影响下一步的安装，可能造成返工。而作为施工现场质量控制的重点就是预控、处理焊接应力产生的变形等各种问题。

蜂窝梁制作过程中的焊接应力，是构件由于切割、焊接而产生的应力。切割、焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形和比容不同的组织是产生焊接应力和变形的根本原因。当焊接引起的不均匀温度场尚未消失时，焊件中的这种应力和变形为瞬态焊接应力和变形；焊接温度场消失后的应力和变形为残余焊接应力和变形。蜂窝梁焊接变形主要有6种形式：①纵向收缩变形：沿焊缝长度方向的收缩。由于蜂窝梁纵向焊缝长，这是蜂窝梁变形的主要原因。②横向收缩变形：垂直于焊缝方向的横向收缩。③挠曲变形：构件中性轴上下不对称的收缩引起的弯曲变形。④错边变形：焊接边缘在焊接过程中，因膨胀不一致而产生的厚度方向的错边。⑤扭曲变形：由于装配不良、施焊程序不合理而使焊缝的纵向、横向收缩没有规律所引起的变形。⑥角变形：绕焊缝轴线的角位移。

针对蜂窝梁焊接变形的主要具体表现形式，采取措施减少、消除焊接应力产生的变形：①利用H型钢的刚度来预先控制焊接应力产生的变形。将H型钢切割前沿长边使用卡具两边同时与其它H型钢长边固定，形成整体。②切割时采用等离子切割设备，焊接时采用电弧焊。等离子切割热变形小、几乎没有热影响区，而且等离子切割的成本比氧乙炔火焰切割成本低很多、速度也比较快，但是等离子设备比较娇气，要及时维护、防止磕碰撞击等。施工现场考虑进度，一般采用埋弧焊。埋弧焊虽然速度快，但很多是由于是间断焊，速度有所降低，且由于线能量大，热影响区也大，因此变形量大。而手工电弧焊热影响区相对较小，且可以采用间断焊等方法，焊接应力控制比较灵活。最理想的焊接方法是CO2气体保护焊，焊接变形小，速度快而且成本低。切割时的防变形控制措施如下图示：

说明：a龙门卡板用厚度12-16的钢板制作，用于将相邻H型钢的翼缘板紧固于一起。b H型钢两端头必须有卡板龙门固定，中间1.5米-2米加设一个。c两边的H型钢用于固定相邻的已切割的半条的H型钢，操作时不被切割。d H型钢并排平铺，几根至几十根均可。e作业人员在较大的平面上操作，安全、方便、效率高。f地面要求平整硬实。

焊接时的防变形措施如下图示：

说明：a龙门卡板与切割时的卡板相同，可重复使用，设置方法也相同。b地面要求平整硬实。

③选择合理的焊接顺序。蜂窝梁构件总的焊接顺序为：

对于蜂窝梁来说，应从中间同时向两边焊，使恢复由中间向外依次收缩，减少焊接应力。同时结合间断焊，减少焊缝与母材因受热面的增加而产生塑性变形。

④使用角向磨光机开坡口。蜂窝梁组对后，在六边形端面进行固定的点焊，点焊用手工电弧焊。这样整个上表面没有焊点，用￠150-￠180的角向磨光机在焊缝处打磨开坡口。用角向磨光机开坡口不仅质量好而且速度快，因为H型钢的腹板一般比较薄，实际操作过程中很难用等离子或者氧乙炔火焰开坡口，即便操作技能较高的操作者能开出坡口来其质量也无法保证。这是一个比较现实又容易操作的方法。虽然用角向磨光机开坡口较为费工时，但其质量好，为下一道程序焊接提供了有利的基础和保障，其综合成本还是较低的。正面焊接完成后，整体翻个面也用角向磨光机打磨坡口并清根。⑤如果焊接采用手工电弧焊要用小焊条低电流打底（3.2mm焊条），减小热影响区，从而减小焊接应力。焊接电流见下表：

⑥锤击法。在焊后冷却过程中用手锤或风动锤敲击焊缝金属，促使焊缝金属产生塑性变形，可抵消一定的焊缝收缩量，起到减小焊接应力的作用。

用以上切割和焊接的方法进行操作，只要这几个方面都做到了，就能够保证制作出来的蜂窝梁不变形，可以直接进行整架蜂窝梁的组对，不需要再用矫直机调整。不仅保证了质量更保证了进度和总体工期。

参考文献：

[1]冯春燕，于大永.圆孔蜂窝梁的弯扭屈曲分析[J].工业建筑，2011（S1）.

[2]冯春燕，于大永.蜂窝梁挠度计算方法研究[J].四川建筑科学研究，2012（01）.

焊接应力范文第7篇

关键词：现场环境；侯刚班；焊接应力；影响

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.13.013

0 前言

随着钢结构技术的不断完善，厚钢板在钢结构桥梁中的应用越来越广泛，能够在一定程度上提升钢结构桥梁的质量。但是，我国对于厚钢板焊接技术的研究还处于初级阶段，在实际应用过程中经常会因为刚度过大而产生焊接残余应力，降低钢结构的使用性能。为此，还需要针对各种因素对厚钢板焊接应力影响的分析。现场环境是造成厚钢板焊接应力缺陷的主要因素之一，其中的温度、湿度、风力等都会降低钢结构的使用性能，还需要进一步完善。

1 现场环境因素给厚钢板焊接造成的缺陷

（1）气孔。在现场环境因素的影响下，厚钢板焊接过程中经常会出现电弧不稳定、失去有效保护等问题，在一定程度上增加了周围气体的溶入，大量气体被焊接熔池所吸收，在厚钢板焊接位置形成气泡，如果这些气泡不能够及时排除，就会残留在厚钢板焊接位置形成气孔，降低厚钢板焊接的质量。常见的气孔类型有两种：氢气孔和CO气孔。

氢气孔主要存在与焊缝表面，一般产生于低碳钢和低合金钢焊接过程中，气孔内部比较光滑。当厚钢板焊接过程中处于湿度比较大的现场环境当中，就会在钢材表面形成结露，增加了钢材表面的水分，焊条药皮受潮的情况比较严重，再加上低温环境焊接，大量的氢元素还没来得及上浮就被焊接在钢结构当中，在焊接部位形成氢气孔。

CO气孔是因为焊件表面的铁锈和氧化铁皮在加热的过程中合成的CO气体没有及时排除而在厚钢板焊接表面形成了条虫状的内部气孔。另外，因为在发生化学反应的过程中也会分解出氢离子，在一定程度上增加了氢气孔的数量[1]。

（2）裂纹。裂纹是厚钢板焊接过程中影响最为严重的缺陷，在很大程度上加重了钢结构在实际应用过程中存在的安全隐患。裂纹缺陷的存在能够减少结构承载截面，同时产生严重的集中应力，很容易在实际应用过程中发生断裂的情况，引发非常严重的安全事故。与现场环境因素相关的厚钢板焊接裂纹缺陷类型有两种：冷裂纹和热裂纹，其中冷裂纹一般产生于厚钢板焊接之后冷却的过程，具体表现为延迟现象，集中分布于热影响区。热裂纹是低温焊接时焊缝冷却速度加大，使焊缝收缩大于晶间结合力而引发的焊缝开裂现象。

（3）焊接残余应力。焊接残余应力是由于焊接时局部加热和熔化过程中，加热区受热膨胀，而周围的母材还处于冷态或加热温度不高，因而对焊接区受热母材的膨胀起约束作用，焊接区承受受压应力，而母材承受受拉应力。随着厚钢板焊接的不断进行，已完成的焊缝和热影响区冷却并收缩，而其周围的母材此时却起了约束其收缩的作用，这种应力状态就称为焊接残余应力。在现场厚钢板焊接的过程中，如果焊件的拘束度比较大，焊件就不能够自由的变形[2]，其焊接应力也会发生一定的变化。

2 解决现场环境因素对厚钢板焊接应力造成影响的措施

（1）确认焊接作业现场环境。在开始进行厚钢板焊接工作之前，首先要对现场环境因素进行详细的确认，在现场环境因素满足设计方案实际需求的情况下，才能够开始进行厚钢板焊接工作，从根本上降低厚钢板焊接应力，减少各种类型的现场环境因素对厚钢板焊接的影响。工作人员应该主要针对现场环境中的风速、温度、湿度等因素进行检测，其中，焊接作业区风速主要包括两个方面：手工电弧焊不超过8m/s；气体保护电弧焊及药芯焊丝电弧焊不超过2m/s。现场环境湿度保持在90%以下，温度控制在正常温度范围内。另外，在焊接现场周围100mm的范围内不能够出现水、油、锈等杂物[3]。

（2）从根本上消除气体来源。要想消除厚钢板焊接表面存在的气孔，提高厚钢板焊接的质量，就必须要从根本上消除气体来源。首先，工作人员应该及时进行厚钢板焊接表面的清理，尤其是要重点清理焊件表面上的铁锈，确保焊件表面不存在铁锈、油污、水等杂物。其次，要及时进行焊接材料的防潮与烘干，利用现代化的科学仪器完成焊接材料的有效保存，确保焊接材料的干燥性。最后，要加强对焊接材料的防护工作，在厚钢板焊接过程中，应该做好气体保护焊的防护措施，进一步提升对焊接材料的保护作用，避免大量气体溶入到焊接材料表面而形成气孔。

（3）合理进行焊接应力控制。钢结构是桥梁施工中的重要组成部分，其合理使用能够有效承载桥梁所承受的动载。但是，厚钢板的刚度普遍较高，在实际焊接^程中截面的惯性矩和拘束度都比较大，虽然其变形程度有所降低，却产生了较高的内应力，甚至还会出现裂纹的情况[4]。由此可见，合理进行厚钢板焊接应力的控制是非常必要的。工作人员在厚钢板焊接的过程中应该尽可能减小焊缝尺寸，满足设计方案中的个性化要求，从而提升焊缝的安全性能。同时，还要按照设计方案中的顺序进行焊接，尤其是在焊缝比较多的情况，更应该结合构件的形状进行焊缝的合理布置，从而实现降低现场环境对于厚钢板焊接应力影响的目标。

3 结论

综上分析可知，随着科学技术的不断完善，厚钢板焊接的质量在桥梁钢结构中的应用越来越常见，在一定程度上提高了桥梁的质量，提升钢结构的稳定性。目前，我国在研究厚钢板焊接问题的时候经常忽视现场环境因素的影响，难以有效的提升钢结构质量安全。为此，桥梁施工企业应该进一步加强对焊接残余应力、气孔、裂纹等缺陷的研究，深刻认识到现场环境因素在厚钢板焊接中的重要作用，进而提升桥梁结构的稳定性与安全性。

参考文献：

[1]杨武.现场环境对厚钢板焊接应力的影响研究[D].重庆交通大学，2010.

[2]林升.厚板焊接接头残余应力和损伤分布的研究[D].北京交通大学，2013.

[3]白凡.残余应力和损伤对焊接厚板组合构件力学性能影响的研究[D].北京交通大学，2013.

[4]张旭.超长、超厚钢板剪力墙焊接变形控制研究[D].华北理工大学，2016.

焊接应力范文第8篇

关键词：不锈钢；焊接应力；变形控制；措施

随着社会经济的发展，不锈钢作为新型材料在国内各大产业中的应用越发广泛，比如重型加工设备制造产业，航空航天产业中重要的、比较复杂的部件通常都是由不锈钢构成。所以如何控制不锈钢焊接应力及焊接过程中产生的变形，提升不锈钢焊接质量是我们需要研究的重要问题。一般而言，不锈钢的焊接工艺过程其实就是对不锈钢焊接件局部加热然后再冷却的过程。就目前的不锈钢焊接工艺技术而言，在不锈钢件焊接过程中经常会因不锈钢焊接受热不均导致焊件发生不均匀膨胀和收缩，进而焊件内部产生焊接应力和变形。常见的焊接应力主要有横向应力、纵向应力以及厚度方向应力等。焊接变形有横向收缩变形、纵向收缩变形、波浪变形、扭曲变形、弯曲变形和角变形等。不锈钢部件在焊接过程中存在的恶这些焊接应力和变形对不锈钢产品质量造成的影响较大，应引起注意。下文笔者就如何控制不锈钢焊接应力及变形提出了一些可行性措施，望能够对提高不锈钢焊接质量有一定的参考价值。

1.控制不锈钢焊接应力的方法和措施

当前多数的不锈钢构件行业比较重视不锈钢焊接件的变形问题，而往往忽视不锈钢构件的残余应力问题。部分企业在控制不锈钢构件焊接变形方面通常采用在不锈钢焊接过程中加设卡具或者支撑等方式来提高构件刚性来控制变形，虽然不锈钢构件焊接变形问题得到了一定程度的控制，但也增加了不锈钢焊接应力。如果不锈钢焊接件自身的刚性较大时，会因不锈钢内应力变大导致构件出现裂纹或裂缝。因此如何控制不锈钢焊接应力是提高不锈钢焊接件质量的关键。

目前比较常用的不锈钢焊接应力控制方法主要有以下几种：对钢材强度级别高、焊接点复杂、焊接面积大、焊接拘束力大的不锈钢构件的焊接，一般采用锤击法或者抛丸机除锈的方法来减少残余应力。通过减少焊接层高度和尺寸、降低焊接刚度、合理安排焊接顺序以及减小焊接拘束等方法来最终降低峰值，实现焊接应力均匀分布。

锤击法减少焊接残余应力是指每层焊道焊接完毕后，利用电动锤工具快速地敲打焊接不锈钢件达到不锈钢焊接件产生的塑性变形能够抵消焊缝冷却后所产生的拉应力。可有效防止焊缝冷却后所产生的拉应力过大造成焊接缝处出现裂缝或者裂纹等质量问题。

抛丸机除锈法指的是利用钢丸对不锈钢焊接件的均匀敲打来抵消不锈钢焊接件的焊接应力；降低不锈钢焊接刚度的主要目的是为了保证焊接件能够自由收缩；在不锈钢焊接过程中，对于那些焊接缝较多的焊接件，应根据焊接工艺要求合理安排焊接顺序。进而按照焊接件的形状和焊缝位置逐一进行焊接；一般是先焊接拘束度比较大且不能自由收缩的焊缝，继而焊接拘束度比较小且能够自由收缩的焊缝；先焊接收缩量比较大焊缝，继而焊收缩量比较小焊缝，这是因为拘束度越大的焊缝，其焊接应力也越大，在焊接时应结合实际情况尽可能少地采用刚性固定方法控制应力变形，避免出现焊接拘束度变大，应力增大等问题。

2.控制不锈钢焊接变形的方法和措施

影响不锈钢焊接变形的主要因素有：焊接热输入大小、焊缝截面积大小、焊接形式、焊接方法以及焊接层数等。

焊缝截面积指的是融合线范围内的金属面积，焊缝截面积大小对焊接纵、横向以及角变形影响最大。焊缝在冷却过程中产生的塑性变形量同焊接缝面积成正比，即焊接缝面积越大，焊接缝塑性变形越大；在焊接方法、焊缝截面积以及焊接热输入大小相同的条件下，不锈钢焊接件的接头形式不同，对接焊、角焊以及堆焊对焊接横向、轴向、角变形、弯曲变形的影响也不相同。对接接头如果是采用单层焊方式，板厚上部下部收缩量差别、坡口角度以及焊缝横向收缩都会增大，极易出现焊接角出现变形现象；对接接头采用双层焊方式，板厚上下收缩量差别较小，坡口角度以及焊缝横向收缩、角变形也会减小；

通过上文所述影响不锈钢焊接变形的因素，可通过以下方法和措施进行变形控制。在不锈钢焊接设计时，尽可能地减小焊缝尺寸和焊缝数量；保证焊缝同不锈钢焊接件同构件的中轴线对称，且焊接缝位置尽可能地靠近构件中轴线和避免焊缝过度集中分布；当不锈钢构件焊接缝较多时应科学合理地安排焊接顺序，对于那些长构件的扭曲，可通过提高构件组装精度以及钢板平整度等方式校准间隙和坡口角度；为能够保证腹板翼板纵向变形、焊缝角度变形与构件长度方向一致，应在保证电弧指向或对中准确的基础上采用构件预留长度法来补偿焊缝纵向收缩变形；采用焊前反变形方法来控制焊后的角变形；采用开坡口角对接焊缝来应对型接头板厚较大问题；当双面都能够焊接操作时， 可采用双面对称坡口；当采用多层焊时， 可采用与构件中和轴对称的焊接顺序；优先采用热输入量比较小的二保焊焊接方法，这样才有效减少焊接面积，保证焊缝完整性。

3.结语

总而言之，在不锈钢构件焊接过程中，焊接应力和变形是影响不锈钢构件焊接质量的主要因素。为了能够提高不锈钢构件的焊接质量，保证不锈钢构件在应用过程中功能性能够稳定发挥，需要在不锈钢构件焊接过程中认真分析研究不锈钢焊接应力和变形问题产生的根本原因，进而针对各种导致焊接应力与变形采取措施，最大限度地降低或者消除不锈钢构件焊接后的残余应力和各种变形。

参考文献：

[1]陈建开.不锈钢焊接质量通病及防治[J].山西建筑，2013，30（3）：36.37.

焊接应力范文第9篇

【关键词】建筑钢结构 焊接 应力 变形控制

一、产生原因分析

1.焊接应力

焊缝温度冷却至室温后，在整个接头区内焊缝及近缝的拉应力与母材的压应力区域达到平衡，这时应力状态称为焊接残余应力，形成焊接应力。

2.焊接变形

在焊接应力的作用下，如果焊件的约束较小，则焊件会产生形影的尺寸变化或弯曲或翘曲变形，称为焊接变形。

3.焊接应力与焊接变形产生原因

在焊接过程中，在不均匀加热使得焊缝及其附近的温度很高，而远处大部分金属不受热，其温度接近室内温度。这样，不受热的金属部分便阻碍了焊缝及近缝金属的膨胀和收缩，因而，焊缝就产生了不同程度的收缩和内应力（纵向和横向），就造成了焊接结构的各种变形。金属内部晶粒组织的转变所引起的体积变化也可能引起焊件的变形，这也是产生焊接应力与变形的根本原因。

4.焊件残余应力与变形危害

在焊接过程中焊件将发生变形，随着变形的产生，焊件内的应力状态也发生变形，而焊完并冷却后所留下的变形不是暂时的而是残余的。通常焊接的残余变形和应力是同时讯在的，但在一般焊接结构中残余变形的危害性比残余应力大得多，它使焊件或不见尺寸改变而无法组装，使整个构件丧失稳定而不能承受荷载，使展品质量大大降低，而矫正却要浪费大量的人力和物力，有时还导致产品的报废。同时焊接裂纹的产生往往和焊接残余应力和焊接变形有着密切的关系。有的金属由于焊后产生了残余应力而使其适用性能大为下降，从而对这类金属的焊件生产工艺上就存在大量困难。因此，在制造焊接结构时，必须充分了解焊接时应力发生的机理和焊后决定工件变形的基本规律，以控制和减小它的危害。

二、钢结构焊接应力、变形分析与控制

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）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，而且是主要的影响因素，因此，在板厚相同时，坡口尺寸越大，收缩变形越大。

（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。

（3）焊接方法的影响

多种焊接方法的热输入差别较大，在建筑钢结构常用的集中焊接方法中，除电渣焊以外，埋弧焊热输入量最大；在其他条件如焊缝断面积等相同情况下，埋弧焊收缩变形最大，手工电弧焊居中，CO2气体保护焊最小。

（4）接头形式的影响

在焊接热输入、焊缝截面积、焊接方法等因素条件相同时，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线的约束，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。

②T型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。双面焊接时情况有所不同，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。

（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作具体的综合分析。

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：

a.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（角度或者间隙）。

b.对屈服强度345MPa以下，且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和层间温度；优先采用热输入较小的焊接方法，如CO2气体保护焊

c.厚板焊接时尽可能采用多层焊代替单层焊。

d.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发。

e.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。

f.T形接头板厚较大时采用开坡口叫对接焊缝。

g.采用焊前反变形方法控制焊后的角变形。

h.采用刚性夹具固定法控制焊后变形。

i.采用构建预留长度补偿焊缝纵向收缩变形，如H形纵向焊缝每米长可预留0.5～0.7mm。

j.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，电弧的指向和对中准确，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。

k.在焊缝众多的构件组焊和结构安装时，要采取合理的焊接顺序。

l.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陈。

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，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，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件要注意焊接应力的控制。控制应力的目的是降低其峰值使其均匀分布，其控制措施有以下几种：

2.1减小焊缝迟勋；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。

2.2.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。

2.3.采取合理的焊接顺序；在焊接较多的组装条件下，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。

2.4.降低焊件刚度；创造自由收缩的条件。

2.5.锤击法减小焊接残余应力；在每层焊道完后立即用源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。但根据焊道、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。

2.6.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。

四、结束语

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，以便减少和消除焊接后残余应力、残余变形。在实践中不断总结、积累焊接经验，综合分析考虑各种因素，以保证工程中的焊接质量。

参考文献：

[1]田拥军.如何控制焊接应力和变形[J] 山西建筑 2004（30）

[2]朱青松.焊接应力和变形对钢结构承载力的影响分析[J] 城市建设 2011（35）

[3]王华民 .大型钢结构建筑安装技术研究[J] 天津建设科技 2011（21）

[4]宋统战.变截面箱形柱制作中焊接变形控制技术[J] 现代焊接2014（8）

焊接应力范文第10篇

焊接以后留下一定的残余应力是不可避免的，但是可以通过恰当的工艺措施给予一定程度的控制和调节，使应力值尽可能减小，分布尽可能合理。

焊接应力是由于焊后收缩受到制约造成的，制约越严重，内应力也就越大。因此，控制内应力的方法虽有多种，但基本原则只有一个，就是缓和对焊缝收缩的制约。通常采用的工艺措施有以下几种。

1.采用合理的焊接次序

所谓合理的焊接次序，主要是应该尽量使焊缝能比较自由地收缩，特别是那些收缩比较大、残余应力比较大的焊缝。

图1是拼接工字梁的情况。这时应事先留出一段翼板――腹板角焊缝3，先焊接受力最大的翼板对接焊缝l，然后再焊接腹板对接焊缝2，最后焊满角焊缝3。这种焊接次序可以使翼板的对接焊缝预先受压应力，而腹板对接缝受拉应力。角焊缝留在最后焊可以保证腹板有一定的收缩余地，同时也有利于在翼板对接焊时采取反变形措施以防止角变形。实验证明，这样焊成的梁的疲劳强度比先焊腹板的梁高出30％。

2.预热法

焊接温差越大，残余应力越大，同时从组织转变来说，冷却速度越快组织应力也越大。预热可以达到减小温差和减慢冷却速度的目的，从而减小焊接应力。

焊件是否需要预热，主要是从钢材的化学成分、厚度和结构刚度等方面来考虑，而预热温度的选择则主要是根据钢材的化学成分来确定。

一般来说，钢材含合金元素越多，越容易形成淬硬组织；而合金元素含量越多的钢材，就越需要预热，同时预热温度也偏高。

钢板越厚越要求预热。因为钢板越厚散热越快，冷却越快，就越需要通过预热来减慢冷却速度。所以对一些含合金元素较低的钢种不需要预热，但钢材若具有一定厚度时就要增加一道预热工序。刚度越大的结构，越需要预热。因为结构的刚度越大，焊缝收缩所受到的制约也越大，应力就越大，所以需要通过预热来降低焊接应力。

3.同步收缩法

焊缝（确切地说是有效区段）的收缩因受到旁边冷金属的牵制而形成拉应力，也就是说，有效区段旁边的较冷的金属不允许它收缩，从而形成较大的应力。如果采取适当的工艺措施，允许它或者部分地允许它收缩，就可以免除或者部分地免除残余焊接应力。同步收缩法就是基于这个原理所采取的工艺措施。

下面通过实例介绍在地铁感应板的焊接生产中控制焊接应力的重要性。因为感应板为梁结构，如图2所示，在焊接复合板和角钢之间的通长焊缝时很容易引起焊接变形，导致整个感应板扭曲，并产生焊接应力。这时就有必要采取同步收缩法，减小这样的焊接变形。可在感应板两侧同时进行焊接，这样感应板两侧的焊缝同时受热、同时冷却，达到了同步收缩的目的。

二、消除焊接应力的方法

消除焊接应力的方法主要有热处理法、机械法和振动法等。

1.热处理法

热处理法主要是指焊后进行退火处理。焊件是否需要热处理，主要应考虑钢板的化学成分、厚度、结构刚性和使用条件等方面。消除应力退火分整体退火和局部退火，目前转向架焊接生产中常采用的就是整体退火法。

但值得注意的是，退火法是无法消除焊接变形的，若退火不当还会增加工件的变形，因为温度越高材料越容易变形，所以要采取预防措施，如放置平稳和增加垫块等。

2.机械法

机械法中的一种常见形式是“锤击法”，是使有效区产生塑性变形的机械消除应力的方法，就是用小锤或装有圆头的风枪对焊缝进行锤击。风枪应垂直于焊缝，同时风力不要过大。

机械消除应力法还有另一种形式，就是对焊接结构实行有控制的过载，也就是使构件承受比正常工作状态下大的载荷，使构件产生局部的屈服，以降低焊接应力。施加的过载量越大，效果也就越好，如过载使整体达到屈服，残余应力也就全部消除。对于那些不能采用热处理方法来消除应力的工件，过载法是比较好的一种方法。

3.振动法

振动法是通过低频振动来消除应力的方法。振动法不仅会降低材料的屈服极限、抗拉强度，还具有设备简单、能量消耗少、操作方便、需要时间短、不破坏工件表面状况以及不产生公害等优点，但目前国内机车行业较少采用此法。