摘要：

　　金屬的連接大多數情況下是通過焊接，在金屬結構在焊接過程中，由于受材料、方法、工作環境等因素的影響，另外，焊材受到局部加熱而產生的不均勻溫度場，極易產生焊接殘余應力與變形。焊接殘余應力與變形如果得不到合理控制，就會影響到焊接金屬的質量，嚴重時還會出現裂紋，甚至產品報廢。

　　關鍵字：控制，減小，焊接，殘余應力，殘余應變

　　Abstract:

　　Metal connection in most cases is through the welding, in metal structure in the welding process, because be materials, methods, work environment factors, in addition, welding material produced by local heating the inhomogeneity of temperature field, susceptible to welding residual stress and deformation. Welding residual stress and deformation if not reasonable control, it will affect the quality of welding metal, serious when still can crack, and even discarded product.

　　Key word: control, reducing, welding, residual stress, residual strain

　　引言；

　　很多的結構都是由幾個構件焊接而成的，焊接的過程產生的應力和變形，溫度下降會留下殘余的應力和變形，這些殘余的應力和變形都會影響結構的受力，因此，研究焊接的殘余應力和變形對結構的質量有很重大的意義。

　　1．焊接的殘余應力和變形的形式和原因

　　1.1焊接殘余應力產生的原因和形式

　　金屬構件在焊接過程中，能量來源有很多種，包括氣體焰、電弧、激光、電子束、摩擦和超聲波等，由于焊接熱過程引起的應力和變形，就是焊接應力和焊接變形。焊后，當焊件溫度降至常溫，殘存與焊件中的應力成為焊接殘余應力，焊件不能恢復的變形就成為焊接殘余變形。焊接時候金屬的能量相對比較集中，造成構件的受熱不均勻，導致焊接殘余應力主要有縱向應力和橫向應力兩種形式的應力。

　　1.2焊接殘余變形的產生原因和形式

　　由材料力學可知，應力產生變形，因此，殘余的變形主要是由于殘余應力產生的。殘余應力造成的殘余變形一般有以下幾種形式：1）縱向變形，由不同的溫度場和殘余應力造成的縱向縮短。2）橫向變形，由不同的溫度場和殘余應力造成的橫向縮短。3）彎曲變形，由于焊縫不在中性軸上造成的。4）扭曲變形。焊件焊后兩端繞中性軸相反方向扭轉一個角度。5）角變形。焊后構件兩側鋼板離開原來位置翹起一個角度的變形。6）波浪變形。一般在薄板焊接結構中產生，這種變形有兩種原因：一種是薄板結構焊接時的縱向和橫向壓應力作用，使薄板失去穩定而造成波浪形的變形；另一種是由角焊縫的橫向收縮引起的角變形。

　　2.影響焊接殘余應力與變形的因素

　　2.1焊接的位置

　　根據焊接的位置不同也會對焊接的殘余應力和變形有很大影響。焊縫在結構中布置不對稱時，施焊后要產生彎曲變形，彎曲的方向是朝向焊縫數目多的那一側。焊縫偏離焊件中性軸時，其變形將向焊縫所在的那一側彎曲，而且離中性軸越遠越容易產生彎曲變形。

　　2.2焊接結構的裝配及焊接順序

　　構件組成結構的順序有很多種，焊接結構的裝配及焊接順序是否合理，對焊接殘余應力與變形的影響很大，一般情況是對焊接結構總裝后再進行焊接，這樣可以使焊接結構剛性增加，減小焊后變形。但是，對于大型復雜結構件，有時可以分別裝配焊接，然后再拼接成整體，使不對稱的焊縫或收縮量較大的焊縫能

　　比較自由地收縮，組焊時對整體結構的影響就較小，從而控制焊后殘余應力與變形。

　　2.3焊件的剛性

　　需要焊接的構件不同也會影響焊接的應力與變形，其中，焊件剛性的大小也是影響焊接殘余應力與變形的因素，剛性越大，焊件結構越不易變形。

　　2.4焊接工藝參數

　　焊接工藝參數主要是指焊接電流和焊接速度，一般焊后殘余應力與變形隨著焊接電流的增大而增大，隨著焊接速度的加快而減小。

　　2.5焊接材料的線膨脹系數

　　焊接是溫度的變化很大，導致材料的變形很大，所以，焊接材料的線膨脹系數越大，其焊后變形也越大。另外，焊接方法、焊接方向、坡口形式和材料的自重等都對焊接殘余應力與變形有一定影響。例如，焊接一條直長焊縫，采用同一方向從頭焊到尾的方法，會使熱量分布不均勻，焊件產生的內應力也不同，其焊縫越長，變形也就越大。若采用分段跳焊法，焊后變形就會小一些。

　　3.控制和減小焊接殘余應力與變形的措施

　　3.1焊件的結構設計要合理

　　根據之前說述，合理的焊接結構是控制和減小焊接殘余應力與變形的基礎和重要措施。因此，設計時一定要考慮以下幾方面：在保證焊接結構有足夠強度的前提下，盡量減小焊縫的數量和尺寸；盡量對稱布置焊道；必要時預先留出收縮余量；將焊縫布置在最大工作應力之外；適當采用沖壓結構減少焊接結構等。

　　3.2采用合理的裝配和焊接順序

　　結構的裝配順序對焊接的應力和變形有很大的影響，想要控制和減小殘余應力和變形就需要，安排合理的裝配順序。例如，焊接工字梁時，采用先整體裝配成工字梁。此時，梁的剛性增加。然后，采用對稱、分段跳焊的焊接順序，焊后上拱彎曲變形就小得多，反之將產生較大的變形；對稱焊縫應采用對稱焊接，不對稱的應采用先焊焊縫少的一側，后焊焊縫多的一側，使后焊焊縫產生的變形足以抵消先前的變形，以使總體變形減小；結構中的長焊縫，采用連續的直通焊接將會造成較大的變形，而采用分段退焊和跳焊法，能有效地控制熱量過于集中而產生的殘余應力與變形。

　　3.3選擇合適的焊接工藝參數及焊接材料

　　選擇合適的焊接工藝參數也是有效地措施。選擇焊接工藝參數時，應盡可能采用小直徑焊條和較小的焊接電流，減少焊件受熱范圍，以減小焊接殘余應力與變形。

　　3.4采用多種工藝方法

　　焊接技術飛速發展，經過多年的發展和改進，目前使用的方法主要是：

　　1）反變形法。焊前先使焊件向焊接變形相反的方向變形，來抵消焊接殘余變形。

　　具體來說塑性反變形法是運用外力使部件在焊接前已經具有型性變形，塑性變形方向和焊接殘余變形相反，施加的塑性反變形值廊等于焊接構件殘余變形數值。焊接構件部是在無剛性同定條件下進行的塑性反變形法雖然可以有效地消除變形，但是它增加了一道工序，加大了工藝的復雜性。在很多場合經濟效益不是很高。

　　2）剛性固定法。焊前對焊件采取外加剛性約束，使其不能自由變形。對于低碳鋼和塑性良好的低合金高強度鋼米是一種比較簡單的控制變形的方法，如果再配合其他控制變肜的措施，將使焊接構件的焊接變形控制在產品技術公差范圍以內。但是剛性固定法并不是在所有情況下都能取得良好的效果。

　　剛性固定法是將構件固定在具有足夠剛性的平臺或胎架上，待焊接構件上所有焊縫冷卻到室溫時再去除剛性固定。這叫焊接構件產牛的變形將大大小于在自由狀態下焊接的變形。

　　3）散熱法焊接時，采用強迫冷卻的方法將焊接區的熱量帶走，使受熱區的面積大為減小，從而達到減小殘余變形的目的。

　　4）預熱法。焊前對焊接區域進行加熱來減小焊接時的溫度差，以使焊縫區與焊件整體盡可能地均勻冷卻，從而減少殘余應力與變形。

　　5）敲擊法。在焊件冷卻過程中，使它產生塑性變形，來抵消焊縫的一部分收縮量，起到減小焊接殘余應力與變形的作用。

　　6）振動時效。所謂振動時效是指對加工后(包括焊接、鑄造、冷擠壓等)的工件施加一機械振動作用，以降低工件中殘余應力和均化殘余應力分布，保持工件尺寸的穩定，提高工件運行質量。由于材料在加工過程中出現了不均勻的塑性變形，構件內存在殘余應力，焊接區域的彈性變形受約束而不能恢復。振動時效與周期動態應力與殘余應力補充,使局部產生塑性變形和殘余應力釋放的過程。組件在加工振動的交變應力,如果這個交變應力幅值和成員在某個特定的時間點存在的殘余應力疊加部件的屈服應力,它會產生最接近局部塑性變形,使殘余應力值下降,原來不穩定的放松和殘余應力均衡。即使沒有達到屈服強度、循環應力也能使微小的位元的錯誤的舉動,插上的前沿錯了產品群的應力集中,產生塑性變形的微觀,這是消除殘余應力的機理的振動。

　　結束語：

　　綜上所述，構件的焊接產生的殘余應力和變形，主要是由于應力和變形隨溫度的降低而殘留的，對結構的受力影響頗大。大多數情況下，是產生負面的影響，因此，在實際的工程中要盡量的減小和避免其產生，在本文中都有了較為詳細的說明。

　　參考文獻：

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