焊接应力
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焊接应力范文第1篇
在建筑钢结构发展如火如荼的今天，形式各异、功能优良的焊接机械、焊接方法日新月异，焊接技术成了一个重要课题。本文将通过简要分析焊接变形和焊接应力产生的原因，探究和把握它们和变化规律，以便在钢结构施工中对焊接变形和焊接应力采取科学合理的方法予以预防、控制和消除。
一、焊接变形与焊接应力的基本概念
1、焊接变形
焊接变形是由于焊接而引起的焊接结构的变形，焊接结构的变形从焊接开始即发生，并一直持续到焊接结构冷却至原始温度时才结束。焊接变形包括焊接过程中的变形和焊接残余变形。
2、焊接应力
焊接应力是焊接过程中及焊接过程结束后存在于焊接结构中的内应力，如图所示对接接头纵向焊接内应力的分布。焊接应力也是焊接一开始就产生，并且随着焊接的进行而不断地改变它在结构中的分布，按照焊接应力作用时间的不同，焊接应力分为焊接瞬时应力和焊接残余应力。
二、焊接变形和焊接应力产生的原因
产生焊接变形与应力最根本的原因是焊件受热或冷却不均匀，此外，焊缝金属的收缩、金相组织的变化及焊件的刚性也是产生或影响焊接变形与应力的重要原因。
1、焊件的不均匀受热
焊接是一种局部加热和冷却的过程，焊件焊接区的金属在热作用下的热自由膨胀受到周围未被加热金属的阻碍而发生压缩缩性变形，所以焊后冷却时，这一区域的金属必然有收缩变短的趋势。
2、焊缝金属的收缩
焊缝金属包括熔化的母材和填充金属，甚至包括焊缝两侧力学熔点以上的固态母材金属，它们均处于全塑性状态，只有自身的塑性变形，对周围金属并无推力和拉动作用，这部分金属在力学熔点以下是不能自由收缩的。
3、金属组织的变化
有些金属在固态下有相变过程。焊缝金属在周围冷金属的包围中，冷却速度极快。如高强钢焊接时，焊缝金属像被淬火一样，来不及相变，直到较低温度下，才从奥氏体转变为马氏体，比容明显增大，这不但可能抵消焊接时产生的部分压缩塑性变形，减小残余拉应力，甚至可能使焊缝区出现较大的压应力。
4、焊件的刚性和拘束
焊件的刚性和拘束与焊接应力、焊接变形有密切的关系。焊件的刚度和拘束越大，焊接变形就越小、焊接应力则越大；反之，焊件的刚度和拘束越小，焊接变形就越大，焊接应力则越小。
三、焊接变形和焊接应力的预防和控制
1、预防和控制焊接变形的措施
（1）设计措施：
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轴，并使焊缝的布置与构件中轴相对称。
（2）工艺措施
① 反变形法
在焊接前进行装配时，预先制造或设置一个与焊接变形相反的变形，以便在焊接过程中，使焊接变形与预制的反变形相互抵消，达到焊接后没有变形的目的，它属于预防焊接变形的措施。
② 选择合理的装配焊接顺序
选择合理的装配焊接顺序，使焊接变形消失于装配焊接的过程中，或使不同时期，不同位置产生的焊接变形相反、相消，达到调整、控制和消减焊接变形的目的。
③ 选择适宜的焊接方法
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，除电渣焊以外，埋弧焊热输入最大，在其他条件如焊缝截面积相同情况下，收缩变形最大，手工电弧焊居中，CO2气体保护焊最小。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。
④ 固定法
刚性固定法是一个传统的限制焊接变形的方法，简单的固定和限制松开后，弹性变形要释放，不能完全防止焊接变形。刚性固定的方法很多，有的用简单的夹具成支撑，有的采用专用的胎具，有的是临时点固在刚性工作平台上，有的甚至利用结构本身去构成刚性较大的组合体。
⑤ 散热法
散热法又称强迫冷却法，就是把焊接热量迅速散走，使焊缝附近的金属受热面大大减小，达到减小焊接变形的目的，常用的散热法有水浸法和散热垫法。水浸法常用于表面堆焊和补焊。
2、预防和控制焊接应力的措施
（1）采用合理的焊接顺序
不仅防止弯曲及角变形等焊接变形时要考虑合理安排焊接顺序，而且减小应力也应选择合理的焊接顺序，具体原则如下：
① 平面上的焊缝焊接时，要保证焊缝的纵向和横向（特别是横向）收缩不要受到较大的约束。
② 收缩量最大的焊缝应当先焊。因为先焊的焊缝收缩时受阻较小，故应力较小。
（2）预先留出保证焊缝能够自由收缩的余量
1开缓和槽减小应力法：厚度大的焊件刚性大，焊接时容易产生裂纹，在不影响结构强度性能的前提下，可以采用在焊缝附近开缓和槽的方法来减小焊接应力，避免裂纹的产生。
2采用“冷焊”的方法：这种方法的原则是使整个结构上的温度分布尽可能均匀，即要求焊接部位这个“局部”的温度应尽量控制得低些，同时这个“局部”在结构这个“整体”中所占的面积范围应尽量小些。
3整体预热法：这种方法减小焊接应力的原理与“冷焊法”在本质上是相似的，即同样是使焊接区的温度和结构整体温度之间的差别减小，差别愈小，冷却后焊接应力也愈小，产生裂纹的倾向也愈小。
4采用加热“减应区”法：这种方法就是加热那些阻碍焊接区自由伸缩的部位（“减应区”），使之与焊接区同时膨胀和同时收缩，起到减小焊接应力的作用。这种方法又称为加热去除约束法。
四、焊接变形和焊接应力的消除
1、焊接变形的矫正
在钢结构加工之前，首先考虑采取各种有效措施防止或减小焊接变形，但在实际施工中由于某些原因，焊后结构会发生了超过产品技术要求所允许的变形，这样就必须设法矫正变形，使之符合产品质量要求。
2、焊接应力的消除
（1）去应力退火：又称高温回火，焊后钢件加热温度为500～650℃，可进行整体去应力退火，也可以局部退火。
（2）机械拉伸法：即对焊件施加载荷，使焊缝区产生塑性拉伸，以减少其原有的压缩塑变，从而降低或消除应力。如：压力容器的水压试验。
（3）温差拉伸法：利用温差使焊缝两侧金属受热膨胀以对焊缝区进行拉伸，使其产生拉伸塑变以抵消原有的压缩塑变，从而减少或消除应力，该法适用于焊缝较规则，厚度在40L以下的板壳结构。
（4）振动法：通过激振器使焊接结构发生共振产生循环应力来降低或消除内应力。
焊接应力范文第2篇
[关键词]大型 钢结构 组装 焊接 变形 应力 控制 措施
一、焊接应力与释放概述
1.焊接应力概述
焊接应力:是焊接过程中焊件内产生的应力。它是导致结构变形,形成裂纹的主要原因。焊接应力可分为瞬态热应力和焊接残余应力。焊接应力的危害可从两方面考虑:
(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。
2.应力释放
应力释放(stress relief)是指物体内某一点的应力由于释放能量而降低的现象;确切地说是能量释放。应力释放一般有两种情况:其一,在应力集中的部位,如断裂端点和交叉部位等处发生形变或破坏,导致应力释放。其二,并非应力集中的地区岩质相变、岩石力学性质变化或其他原因,致使强度降低,也会发生形变或破坏,造成应力释放。
二、焊接应力减小与释放的研究
在焊接过程当中,由于焊接点的好坏,往往会出现焊接残余应力,焊接残余应力和残存变形将影响构件的受力和使用,并且是形成各种焊接裂纹的因素之一,应在焊接、制造和设计时加以控制和重视。因此在焊接大型钢结构屋架的时候,由于我们需要对焊接应力进行详细的分析与研究,将焊接应力所产生的影响降低到最小的限度。一般来说,焊接的方式主要分为几种,热时效、加载法、超声冲击与锤击。以下就这几种方式进行探讨。
1.大型钢屋架不应采用热时效方法
对重要焊接构件先进行整体热时效,然后在现场与其它构件进行组合拼焊的工艺是建筑钢结构制造常采用的方法。在焊接很多大型钢结构建筑物的时候,我们一般都是采用整体热时效,然后运现场拼焊。采用盲孔法残余应力测量技术对转换柱热时效工艺效果,通过热时效的焊接方式,可以具有焊缝去氢、恢复塑性和消应力三重功能。在焊接过程当中,一般认为热时效的消应力效果为40-80%,能有效的保证焊接的效果完整。
但是对于本论文案例――大型钢结构屋架来说,在现场采用的拼焊的方式,很容易导致残余的应力依然保存在钢的结构当中,无法再焊接的过程中消除,加上现场无法采用进一步的热时效的方式对屋架进行处理,仅采用局部的热时效无法达到消除整个残余应力的要求,加上局部的热效应在加热的边缘还会出现新的残余应力无法得到清除。因此现场采用局部热时效的方式建议在焊接过程当中作为焊接小型的钢材为主。焊接大型钢结构的屋架建议考虑其它补充、替代工艺。
2.建议采用加载法
加载法就是通过不同方式在构件上施加一定的拉伸应力,使焊缝及其附近产生拉伸塑性变形,与焊接时在焊缝及其附近所产生的压缩塑性变形相互抵消一部分,达到松驰应力的目的。这种方式可以在一定程度上进行进行大型钢结构屋架的焊接。由于在焊接前先将所焊接的钢彩进行拉伸。在焊接完毕之后,钢材能够在恢复时抵消焊接应力的影响,并且能够有一定的伸缩度,提高屋顶的承重能力。因此焊接大型钢结构屋架应该主要采用这种方式。
3.焊接过程中补充使用超声冲击与锤击的方法
超声冲击消应力技术由乌克兰巴顿焊接研究所提出,近年引入我国,已在北京电视台钢结构立柱上进行过试验。超声冲击消应力工艺的特点是:在超声频率(≥16KHz)下应用束状冲头,在对焊趾和焊缝表面进行冲击;从实验的数据来看:
⑴超声冲击对一定深度的表层有消应力的效果,在采用对焊道全覆盖冲击时,被冲击的表面会形成压应力,对2～4mm深度层消应力效果可达34～55%。
⑵采用焊趾冲击法,可以快速修复焊趾的缺陷,降低应力集中。并伴随其压应力区的作用可以在一定程度上降低焊趾边未受冲击焊缝的残余应力,下降率达19%,对提高接头的疲劳寿命有明显作用。
⑶由于冲击工艺处理的特点,仅可以用于冲击工具可达的外表面,其工作效率约为1200mm2/min。
冲击工艺一般采用的应压力的方式将焊接应力随着振动的方式进行消除,这种工艺一般适用于短焊接的局部处理。例如修补焊接口,小配件焊接方式等。焊接后容易产生延迟冷裂纹的情况。因此在屋架焊接上可以采用于一些零件搭配焊接的方面。
三、结束语
从上述分析我们可以知道,在焊接的过程当中会出现焊接应力来影响整个焊接的结果,因此在焊接之前,认真了解所焊接的工艺属于什么类型的产品和焊接的方法等,就能够在焊接过程当中最大限度的消除焊接应力。
⑴ 建筑屋架钢结构焊后存在高的残余应力,时效工艺可以明显降低应力水平,对安全性及使用寿命带来好处。
⑵ 上述消应力工艺皆可应用于大型钢结构屋架:其中热时效可作为重要零部件的整体消应力工艺;加载法、超声冲击、锤击可作为现场拼焊后的消应力和控制应力集中的工艺;加载法可更广泛地满足现场拼焊控制残余应力的要求。
参考文献:
[1]湖北省建筑工程总公司。《建筑钢结构焊接规程》( JGJ81 - 91 )。中华人民共和国行业标准。北京:中国计划出版社, 1993
[2]中华人民共和国国家标准:《钢结构工程施工质量验收规范》, (GB50205-2001) ,中国计划出版社,北京, 2002
焊接应力范文第3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）.
焊接应力范文第4篇
关键词 焊接残余应力；有限元；对接焊缝
一、焊接残余应力的概念
焊接构件由焊接而产生的内应力称之为焊接应力，按作用时间可分为焊接瞬时应力和焊接残余应力。焊接过程中，某一瞬时的焊接应力称之为焊接瞬时应力，它随时间而变化；焊后残留在焊件内的焊接应力称之为焊接残余应力。焊接残余应力为热应力（主要为冷却应力），相变应力可再叠加其上。在冷焊、扩散焊、滚轧敷层和爆炸敷层等情况下，冷加工作用力是残余应力的源泉，它可单独作用，也可能附加于上述热效应之上。
二、焊接残余应力产生的原因
焊接过程是一个先局部加热，然后再冷却的过程。焊件在焊接时产生的变形称为热变形，焊件冷却后产生的变形称为焊接残余变形，这时焊件中的应力称为焊接残余应力。焊接应力包括沿焊缝长度方向的纵向焊接应力，垂直于焊缝长度方向的横向焊接应力和沿厚度方向的焊接应力。焊接残余应力产生的主要原因是由焊接过程中不均匀加热所引起的。焊接应力按其发生源来区分，有如下3种情况：
（1）直接应力是进行不均匀加热和冷却的结果，它取决于加热和冷却时的温度梯度，是形成焊接残余应力的主要原因。（2）间接应力是由焊前加工状况所造成的压力。构件若经历过轧制或拉拔时，都会使之具有此类残余应力。这种残余应力在某种场合下会叠加到焊接残余应力上去，而在焊后的变形过程中，往往也具有附加性的影响。另外，焊件受外界约束产生的附加应力也属于此类应力。（3）组织应力是由组织变化而产生的应力，也就是相变造成的比容变化而产生的应力。它虽然因含碳量和材料其它成分不同而有异，但一般情况下，这种影响必须要加以考虑的是，发生相变的温度和平均冷却速度。
焊后消除应力处理：（1）整体热处理：消除应力的程度主要决定于材质的成分、组织、加热温度和保温时间。低碳钢及部分低合金钢焊接构件在650度，保温20～40h，可基本消除全部残余应力。另外还有爆炸消除应力。（2）局部热处理：大型焊接结构，受加热炉的限制或要求不高时采用这种方法。可采用火焰、红外、电阻、感应等加热方式，应保持均匀加热并具有一定的加热宽度。低合金高强钢，一般在焊缝两侧各100～200mm。（3）机械拉伸、水压试验、温差拉伸、振动法等这几种方法只能消除20～50%的残余应力，前两种方法在生产上广泛应用。
焊接后进行去应力处理，有自然时效处理（时间长，去应力不彻底，）、震动时效（效率高，费用低，只能去除焊接应力的70%左右）人工加热时效（ 时间短费用较高，能100%去除焊接应力，同时能进行去氢处理）。
三、焊接残余应力对焊接结构的影响
（1）对结构刚度的影响 当外载产生的应力。与结构中某区域的残余应力叠加之和达到屈服点o。时，这一区域的材料就会产生局部塑性变形，丧失了进一步承受外载的能力，造成结构的有效截面积减小，结构的刚度也随之降低。结构上有纵向和横向焊缝时（例如工字梁上的肋板焊缝），或经过火焰校正，都可能在相当大的截面上产生残余拉伸应力，虽然在构件长度上的分布范围并不太大，但是它们对刚度仍然能有较大的影响。
（2）对受压杆件稳定性的影响 当外载引起的压应力与残余应力中压应力叠加之和达到o。，这部分截面就丧失进一步承受外载的能力，这样就削弱了杆件的有效截面积，并改变了有效截面积的分布，使稳定性有所改变。残余应力对受压杆件稳定性的影响大小，与残余应力的分布有关。
（3）对静载强度的影响如果材料是脆性材料，由于材料不能进行塑性变形，随着外力的增加，构件中不可能应力均匀化。应力峰值将不断增加，直至达到材料的屈服极限，发生局部破坏，最后导致整个构件断裂。脆性材料残余应力的存在，会使承载能力下降，导致断裂。对于塑性材料，在低温环境下存在三向拉伸残余应力的作用，会阻碍塑性变形的产生，从而也会大大降低构件的承载能力。
（4）对疲劳强度的影响残余应力的存在使变荷载的应力循环发生偏移，这种偏移只改变其平均值，不改变其幅值。结构的疲劳强度与应力循环的特征有关。当应力循环的平均值增加时，其极限幅值就降低，反之则提高。因此，如应力集中处存在着拉仲残余应力，疲劳强度就降低。应力集中系数越高，残余应力的影响也就越显著，因此，提高疲劳强度，不仅应从调节和消除残余应力着手，而且应从工艺和设计上来降低结构的应力集中系数，从而降低残余应力对疲劳强度的不利影响。
（5）对应力腐蚀开裂的影响应力腐蚀开裂是残余拉应力和化学腐蚀共同作下产生裂缝的现象，在一定的材料和介质的组合下发生。应力腐蚀开裂所需时间与残余应力大小有关，残余拉应力越大，应力腐蚀开裂的时间越短。
焊接应力范文第5篇
关键词：焊接；残余应力；变形
中图分类号：TG4文献标识码： A
1.引言
长期以来，应力与变形的恶劣表现贯穿于金属焊结构件生产的始终。与之相应，认识与控制焊接应力与变形进而减少其对于构件性能的不良影响也成为每个焊接工作者的重要研究领域之一。
2.焊接应力与变形的产生机理
图1是低碳钢材料的屈服强度σs与温度的实际关系图。很明显，随着温度的升高，材料的屈服强度逐渐降低。当温度超过600℃时，低碳钢材的屈服强度趋于0。
图1
熔焊过程中，由于母材金属被其他零件在整体尺寸上已经限制住了，形成了拘束条件。同时熔焊产生的高温足以使母材产生剧烈的膨胀并轻易超过材料的屈服极限，产生塑性变形。加之熔池液态金属在很大程度上消化了母材受热所产生的膨胀。使母材冷却后的缩短趋势不得满足，形成了焊接残余应力与变形。
不难得出，冷却过程中焊道及周边母材的受拘束程度左右了残余应力与变形的形成。下有三种假设：
2.1如果焊道能够完全自由收缩，冷却后只出现残余变形而几乎没有残余应力。
2.2如果焊道绝对拘束而不能收缩，冷却后只出现残余应力而无残余变形。
2.3如果焊道收缩不能充分进行，则冷却后既有残余应力也有残余变形。
实际生产中的焊接，就与上述的第3中情况相同，焊后既有焊接应力存在，也有焊接变形产生。最终发生的趋势和程度却符合1、2种情况的描述，即拘束大则残余应力大，而焊后变形小。反之亦然。
3.焊接应力与变形的控制
基于前述理论，焊接残余应力与变形在表现形式上虽有不同，其形成原因却无大异。这也说明两者可以综合考虑，权衡控制。在了解焊接应力与变形成因的基础上，应尽量在母材的收缩趋势和方向上尽施自由，避免在控制焊接残余应力与变形时顾此失彼。并以“预防为主，规范控制，科学矫正”的原则指导实施。
3.1焊前预防
3.1.1从结构设计上控制
3.1.1.1应尽量减少不必要的焊缝。
在焊接结构设计中，常用筋板来提高结构的稳定性和刚度，但是筋板数量太多，焊缝过于密集，焊接应力与残余变形也会大大增加。因此，应在保证构件强度的情况下，尽量减少不必要的焊缝。
3.1.1.2安排合理的焊缝位置
尽可能在对称于截面中性轴或接近于中性轴的位置上安排焊缝，可以有效地减少焊接应力与变形的发生。
3.1.1.3选择合理的焊缝坡口形式和焊缝尺寸
通常来说，不开坡口比开坡口、V型坡口比X 型坡口、大角度比小角度坡口，都更容易引起焊接应力与变形。
3.1.1.4加设减应力槽或减应力孔
在不影响结构整体强度的前提下可以在焊缝附近开设减应力槽（如图2）。通过减小焊件局部刚度来增加焊缝的自由伸缩度，进而达到减小焊接残余应力和变形的目的。
图2
3.1.2从工艺准备上控制
3.1.2.1反变形法
事先估计好结构变形的大小和方向，先反向变形，使之焊后与焊接变形相抵消，以达到设计和技术要求。值得一提的是，预设反变形不仅可以有效地冲抵焊接变形，而且与刚性固定法相比较，其减轻残余应力效果也较理想。
3.1.2.2留“裕度”法
与前法类似，预留收缩量也是通过焊前先在要产生收缩的地方加大尺寸，以此来“吃”掉一部分焊接变形，而相对自由的收缩条件也使得残余应力得以降低。
3.1.2.3预热法
即在施焊前，预先将焊件局部或整体加热，以减少焊接区和焊件整体的温度差。温差越小，焊接时塑性变形区的压缩塑性变形量就越小，从而减小了焊件焊后的收缩量，达到控制焊接残余应力和变形的目的。
3.2焊中控制
3.2.1采用合理的装焊顺序
要尽量保证焊缝在冷却过程中的纵向和横向收缩均能比较自由，所以应使不对称的焊缝或收缩量大的焊缝优先得到焊接。（如图3）
图3
3.2.2选择合理的焊接方法和规范
在保证焊接质量的前提下，选用较低的线能量，能有效地防止焊接变形。比如：气焊比电弧焊的焊后应力和变形大，就是因为气焊时焊件受热范围大，加上焊接速度慢，使金属受热体积增大，导致焊后变形大。用二氧化碳气体保护焊代替手工电弧焊，不仅效率高，而且变形应力也会减小。另外，较大的焊接电流和电压也意味着更大的热输入，对于焊接残余应力与变形的防止显然是不利的。
3.2.3散热法
又称“强迫冷却法”，即用喷水、水浸、散热垫等各种强制冷却方法将施焊处（熔池及其附近）的热量迅速散走，使受热区域减小（压缩塑性变形区相应减小），同时还使受热程度大大降低，因而焊接变形较小，结构的残余应力也比普通焊接条件下要小。
3.3焊后矫正
焊接完成后，要对已经形成的焊接应力和变形进行消除。此时不容易使两者同时降低，所以要根据焊接结构和构件的具体要求，有时需要着重矫正变形，有时又要重点消除应力。
3.3.1焊后变形的矫正
3.3.1.1机械矫正法
一般都是利用3点弯曲原理进行强制变形矫正。需要注意的是，冷矫后拉伸变形部位损失塑性，使结构脆化，降低安全系数，故有些生产的技术要求禁用冷矫，或矫后需热处理。热矫一般不会有此类问题，但要防止冷却后发生二次变形。
3.3.1.2火焰矫正法
不同于机械矫正法，利用焊件上尺寸短的部分延伸来消除变形，火焰矫正法是将焊件上尺寸较长的部分缩短来达到消除变形的目的。具体加热方法有如下三种：点状加热、线状加热和三角形加热。运用的要点都需要通过观察总结和依靠理论指导来掌握火焰在焊件上局部加热所引起的焊件变形的规律。
3.3.2焊后应力的消除
3.3.2.1锤击法
焊后对焊道迅速均匀的锤击，使焊缝金属产生塑性变形，有利于降低残余应力，并可以消除部分残余变形。
3.3.2.2去应力热处理
利用加热―保温―冷却的热处理方法，可以消除焊接残余应力。理论分析和实践经验都显示：根据不同材质和结构，采用正确的去应力退火方式，可以将大部分残余应力消除掉。
4.结束语
通过分析焊接应力与变形的产生原因，我们得到了以预防为主的应力与变形综合控制思路。反对过分依赖焊后矫正的亡羊补牢式控制方法，以期避免焊后应力与变形矫正时的顾此失彼。此外，以焊接构件的生产加工顺序为主线，以严谨科学的理论分析的结论为指导，制订焊前―焊中―焊后的具体控制措施，应该不失为一条正确的控制应力与变形的思路，肯定更具有现实的可操作性。
参考文献：
