焊接是一个不均匀加热的热处理过程。它是根据人的焊接技术水平、熟练程度、焊接速度的快慢、焊接电流、电弧电压的大小，焊条、焊丝的粗细的选择来决定的。当焊接电流大，焊速慢，焊缝单位长度受热量就大、线能量大，近缝区的热影响区受热面积增大；焊接电流小，焊速快，单位长度受热量就减小，热影响区就小；单位长度焊缝受热量大的区域，热膨胀系数就大；单位长度焊缝受热量小的区域，热膨胀系数就小，热膨胀系数大的地方应力就大；热膨胀系数小的地方应力就小，随之产生膨胀不均现象，引起应力集中或应力不均匀的现象；应力集中和应力不均匀就会产生变形。冷却后能恢复到原来的几何尺寸叫做弹性变形；不能恢复原来的几何尺寸叫做塑性变形。

一、焊接变形通常分为：横向收缩、纵向收缩变形；角变形；弯曲变形；波浪变形和扭曲变形。

1． 纵横向的收缩与缩短

两块板焊接以后，发生了长度缩短和宽度变窄的变形，是由焊缝的纵向和横向收缩引起的。横向收缩的近似值5-10mm厚，1.3-1.5mm；纵向收缩的近似值，对接0.15-0.3mm/m，角接0.2-0.4mm/m

2． 角变形

V型坡口对焊时，焊缝截面的形状上下不对称，使焊缝横向缩短上下不均匀所引起的，

3． 弯曲变形：梁和柱变形的主要原因是焊缝在结构上布置不对称。焊缝位于中心线的下方，焊后由于纵向缩短引起的弯曲变形。

4．波浪变形：薄板受热不均匀，产生横向收缩和纵向缩短引起的波浪变形

5．扭曲变形：装配质量不好，工件搁置不平，焊接顺序和方向不合理引起的扭曲变形。

二、焊接应力与变形种类

1． 按应力形成的原因分

1） 温度应力：焊接时，由于加热不均匀，使各部分的热膨胀系数不同所引起的应力。

2） 组织应力：焊接时，在不同的焊接热的循环作用下，金属的金相组织发生转变，由这种转变而引起的内应力。

3） 收缩应力：焊接时，熔池从液态冷凝成固态，由于其体积发生收缩受到限制而形成的应力。

2．按应力在结构中的作用分

1）线应力：在焊件中应力只按照其中的一个方向发生（薄板对接焊缝及焊件表面堆焊时，都属于这种应力），是单向应力

2）平面应力：双向应力，在焊件中应力只按焊件中的一个面发生（厚板对接焊缝产生的不同方向，但在一个平面上，薄板交叉焊也产生）

3） 积应力：焊件存在的应力，是沿着空间的三个方向作用的（存在于大、厚焊件的对接焊缝；和三个方向的焊缝交叉处）

3．焊件的变形分类

1）整体变形：整个结构的形状和尺寸发生改变，变形影响到整个外形和结构的承载能力

2）局部变形：结构的一些部分发生变化，变形影响到整个外形和结构的承载能力

4． 影响焊接变形的主要因素

1）在结构中的位置：焊缝在焊件中布置不对称；焊缝截面重心与焊件截面重心不重合。

2）结构刚性的大小：焊件的刚性大变形大，反之刚性小变形小

3）装配和焊接顺序：整体焊接与分部件焊接刚性大先焊短焊缝再焊长焊缝

4） 焊接材料的线膨胀系数及焊接工艺：线膨胀系数大的材料变形大；线能量大变形大；坡口角度大产生变形大；焊接方向和顺序不同，引起的变形不同。

5． 减小和矫正焊接变形的方法

1）设计方面：尽量减少焊缝的数量和截面积，合理的安排焊缝的位置，尽可能的对称布置，焊接过程中尽量使用胎具、夹具控制变形。

2）工艺方面：预留余量抵消收缩变形；焊前预留角度抵消焊后变形；选择合理的焊接顺序，减小变形；强制固定减小变形；最有效的办法是采取焊后消除应力来处理。

6．为了减小和防止焊接变形，合理的选择焊接顺序

1） 采用对称焊接。

2） 结构焊缝不对称时，先焊焊缝少的一侧。

3） 对结构上的长焊缝，可采用逐步退焊法，从中间向外逐步退焊，跳焊法、交错焊法，从中间向外对称焊法。

4） 大面积平板对接，先焊所有横向短焊缝，后焊纵向长焊缝

5） 工字梁的对称焊接，方向一直的焊接顺序减少弯曲变形或扭曲变形

6） 平板对接，为防止角变形可采取反变形。

7．为防止和减少焊接结构的应力，合理选择焊接顺序的原则是

1） 尽可能的是焊缝自由收缩

2） 收缩量大的焊缝应先焊

3） 焊接平面上的交叉焊缝的对接接头，应保证交叉点不产生缺陷和刚性约束不好的焊接顺序

4） 采用合理的设计形式，避免焊缝过分的集中，减少焊件的局部刚性，采用刚性小的接头

5） 应用“加热减应力”法

6） 选择合理的焊接顺序

带剪板的工字钢焊接H型钢

a． 在装配之前先焊接冀缘板和腹板的对接焊缝

b． 组立装配成工字梁，冀板和腹板要调平处理，组立时对称点固，冀板和腹板最好不要留间隙

c． 焊接工字梁：焊接要调好焊接规范，四条焊缝从一个方向施焊，焊接方向为对角施焊；从施焊要对称焊接，使能量相互抵消减少形变

d． 组装端板与肋板：去工字钢的长短，气割后要磨去氧化铁渣

e． 焊接端头板与肋板：应先焊冀缘板相连的短焊缝，再焊接与腹板相连的长焊缝，正反两面的焊接方向要一致，保证焊缝受热或收缩一致，减少变形

对接接头——强度可以达到与母材相等，受力也比较均匀

角接接头——这种接头主要是板边与板面接触，而且还有交叉焊缝，受力条件较差，而且存在较高的应力集中。焊接时约束度大，容易产生裂纹等缺陷

搭接接头——非承载接头，主要用于支座与客体的连接。

综上所述，焊接接头的应力与变形可以归纳为

1．焊接接头变形的两个基本属性：不均匀性和应力集中。

2．影响焊接接头性能的两个因素：力学因素和材质因素。

3．影响焊接接头性能的力学因素有：

1） 接头形状的改变。

2） 焊接缺陷

3） 残余应力

4） 残余变形

4．影响焊接接头性能的材质因素有：

1） 焊接热循环所引起组织的变化。

2） 焊后热处理

3） 焊后残余变形的矫正。

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