浅谈焊接应力与变形

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1、浅谈焊接应力与变形在焊接工程屮，由于焊接过程小多方面的原因，产生了焊接应力与焊接变形，一直是比较常见的现象，给工程质量和工程成本带来了不利的因素。如何防止和减少焊接应力，将焊接变形控制在最小范围内，是每个焊接工程技术人员和高级焊工应该考虑的一个现实问题。一、焊接应力产生的原因我们说存在于焊接结构小的应力，是在焊接过程小，焊体屮产生的随时间（实际上是随温度）而变化的变形和应力分别称为焊接瞬时变形和焊接瞬时应力，焊后（冷却到自然温度）焊件中残留的变形和应力分别称为焊接残余变形和焊接残余应力。这些应力和市于应力产生的焊体变形对焊件的质量是有很大影响的，它直接影响了焊接结构的制造外观尺寸和

2、内在质量，也影响到焊接结构的使用性能，并且减少使用寿命。焊接应力和焊接变形产生的原因是多方面因素造成的。如果概括为一句话就是在焊接过程中不均匀的加热和冷却作用在各种材料和结构上，表现出的受力状态和形状的效应。二、焊接应力的种类存在于焊接结构中的应力，按其产生的原因和性质可简单分为五类。1、热应力焊接过程中不均匀加热和不均匀冷却而产生的热应力，它是焊接中最常见的焊接应力。2、拘束应力焊接过程中主耍是结构本身或外加拘束作用而产生的应力。3、相变应力焊接过程小在焊缝接头及热影响区产生不均匀的金匮组织转变而引起的应力。这种应力产生于碳当量较多或焊接工艺不当时。4、氢应力焊接后，在焊接接头区

3、域市于扩散氢聚集在显微缺陷处而引起的局部应力。例如，空气湿度较大或焊条烘烤温度不够等原因而引起含氢量大量产生时。5、焊接残余应力焊接以后存在于结构内的应力，尤其在焊接压力容器、球形储罐等工程中，焊接后会产生大量的焊接残余应力。各种焊接应力的大小和分布都与焊接材料、钢材的性质、焊接工艺方法、热输入、焊接工艺参数、焊接装配顺序及焊工的操作方法有密切的关系，同时结构本身的形状及外加拘束度、焊接环境等条件也是有关的。焊接应力往往综合叠加出现。三、焊接应力的危害1、降低结构的承载能力我们知道焊件残余应力与工作应力叠加，增加了结构承受的应力水平,实际上是降低了结构的承载能力或降低了结构的强度安

4、全系数。当随着应力的增大超过了钢材的屈服极限时，将造成焊缝及热影响区的拉仲塑性变形，消耗掉了材料本身的塑性。在厚壁结构中，立休交叉焊缝都有可能造成多向拉伸应力，在长时间疲劳载荷下较多的拉仲残余应力会使长期使用的结构产生一定程度的变形。2、拉仲残余应力的存在造成应力腐蚀，使工作在腐蚀介质中的结构产生应力腐蚀开裂。3、焊接应力的危害，还表现在造成焊接裂纹，这是最危险的一种危害。在温度、金相组织及结构刚性拘束力的相互作用下，焊接应力达到一定直时，将会产生各种热裂纹、冷裂纹，严重影响结构质量，造成潜在的危害，导致返修或使结构报废，尤其在球罐焊接后，如果整休热处理没有消除焊接产生的残余应力，

5、两年后开罐无损检测，就会发现大量的焊接裂纹，将严重影响球罐的使用寿命。这是我们亲身体会T至的影响结构尺寸的稳定性，特别是在焊后要加工的结构，加工后会破坏内应力的平衡，引起结构变形或加工尺寸不稳定。四、影响焊接应力的因素影响焊接应力的因素很复杂，也很多，往往是综合因素综合作用，根据本人多年工作经验，主要有以下几种因素。1、焊接结构形式的影响在压力容器筒体环缝焊接中，纵向焊接残余应力大小和分布与筒体直径、筒休壁厚及压缩塑性变形区的宽度有关，且随圆筒体直径的增加而增加，随塑性变形的扩大而降低。2、刚性拘束的影响在平板对接中，两块钢板焊接前，在横向加以刚性拘束，焊后对纵向应力影响不大，两横

6、向侧为单一的拉仲应力，板窄拘束应力大，板宽侧拘束应力减小。对于长焊缝先焊的一端应力较小。撤除外加拘束后，拘束应力消除，残余应力将重新分布。3、板厚及坡口形式的影响随着板厚的不同，残余应力的分布也不同，而且在垂直与焊缝轴向上的横向应力也不能忽视。在厚板表层附近残余应力最大，这种板厚产生的双向应力是产生横向裂缝的一个重要的原因。4、焊接层数及焊接道数的影响，在厚壁球罐焊接中为什么容易产生焊接应力。这与焊接层数及不分道焊接有一定的原因，我们知道球罐的焊接工艺规程是根据焊接工艺评定及板材的厚度来编制的，板材越厚焊接层数就越多，但在实际焊接中,我们往往注重了层数而忽略了每层是否要分道焊接。板

7、材越厚，焊缝坡口角度相对较人，在盖面前的填充焊接中，往往一根焊条只能焊很短的焊缝。这样焊缝局部反复加热，产生了很大的线能量。不仅破坏了金相组织，也产生了大量的气体排不出来，从而产生了局部焊接应力。如果在盖面前的填充焊接中焊道采用每层分成几道焊接，就可以避免或减少焊接应力。5、焊接工艺参数的影响随着焊接热输入的增加，加热宽度和残余应力增大，拉仲残余应力宽度也增人6、焊接方向的影响横向残余应力是由焊缝及其附近塑性变形区的纵向和横向收缩不同时进行所引起的应力合成。其人小和分