焊接应力

焊接应力（精选8篇）

1.焊接应力 篇一

焊接技术论文

焊接高级技师考评论文

SA213-TP347H／12Cr1MoV异种钢焊接工艺

作者:广利发

2013年6月

SA213-TP347H／12Cr1MoV异种钢焊接工艺

[摘要] 本文介绍了某电厂检修中锅炉屏式再热器的更换，对SA213-TP347H／12Cr1MoV异种钢焊接所遇到的问题以及所采取的改进措施和方法。因为焊接是影响工程质量的关键，为提高工程质量，创造了良好的社会效益和经济效益，希望能为以后类似工程提供一些很好的借鉴。

[关键词]薄壁管异种钢单面焊双面成型焊接工艺

前言

工程简介

电厂锅炉检修中，对锅炉原有屏式再热器进行局部更换成SA213-TP347H材质的屏管与集箱连接小管（材质为12Gr1MoV）相连接，屏式再热器管屏一共有54排每排20根管，每排间距300mm，管子间距15mm，焊口位置在穿顶棚管250mm处，规格为57.5×4.5。在这管子密集焊接空间位置狭窄，每根管间焊口的填充和盖面都存在焊接‘盲区’、焊缝背面易过烧及氧化等不利因素增加了焊接施工的难度，对于这种焊接性能相对较差的异种钢的焊接，要保证质量需要有可行的焊接工艺和焊接方法。

一、钢材的焊接性分析

1.SA213-TP347H钢为奥氏体不锈钢、12Cr1MoV钢为珠光体耐热钢，其化学成分和机械性

能如下表一～表二。表一

表二

12Cr1MoV钢和SA213-TP347H钢都具有优良的高温化学稳定性和足够的高温强度，且SA213-TP347H钢有很强的抗高温腐蚀能力，由于金相组织和合金成分的不同的异种钢在焊接时会出现以下问题：

1，由于12Cr1MoV钢的碳含量高于SA213-TP347H钢和其它元素含量差异，焊接接头在高温条件下会在焊缝的熔合区中出现碳扩散现象。

2.由于两种钢材线膨胀系数不同，使焊缝和熔合区附近产生附加拉应力，很容易引起焊接裂纹。

3.而SA213-TP347H钢属于奥氏体不锈钢，焊接时存在450～850℃晶间腐蚀倾向。由以上问题会导致焊缝的早期失效，所以需要选择合理的焊接工艺措施、焊接工艺参数和相匹配的焊接材料来克服和抑制以上问题从而获得满意焊接接头。二.焊接方法和焊材

电厂建设中，薄壁小管焊接通常采用手工钨极氩弧焊的方法焊接，采用手工钨极氩弧焊打底，手工钨极氩弧焊填充盖面。

通过焊接性的分析，选择超低碳、含有稳定碳元素的合金元素Nb或Ti和线膨胀系数接近于珠光体耐热钢的镍基合金型材料是（珠光体耐热钢/奥氏体不锈钢）这类异种钢焊接最理想的焊接材料，目的能抑制焊缝的熔合区中碳的扩散，改变焊接接头的应力分布。从而改善了焊缝及熔合区的组织和性能，焊材由业主提供的ERNiCr-3，规格为φ2.4。焊材化学成分和机械性能.如表

（三）。

表三

三.难点分析和相应措施

由于屏式再热器管口的管壁较薄，壁厚为4.5mm，管子密集度大，焊口管与管之间仅为15mm，给施焊带来了很大的困难，在接头位置很容易产生过烧、未熔合、气孔等缺陷。在平时安装中类似该部件都是作为攻关难点来焊接的，这就要求我们必须找出缺陷产生的原因，并选用合适规范，以确保此次检修的焊接质量。

1.困难分析

通过大家分析后一致认为容易产生缺陷的主要原因是屏式再热器管口之间的距离较小（仅15mm），管排与管排之间太密集（仅可将头的前部探入），从而导致了焊接“盲区”，在该处的焊接头容易产生过烧和未熔合，如图

（一）所示

在正常氩弧焊时，钨极伸出瓷嘴3-5mm氩气保护状态为最好。但为了让电弧作用到管口间隙

最小的焊接“盲区”，只有将钨棒比正常情况下多伸出2mm左右，这样会使氩气对电弧熔化区域的保护减弱，从而易产生气孔。再者，由于管壁薄，过烧、气孔、未熔合等缺陷容易超标，也是薄壁管口焊接质量不高的一个重要原因。如果在两管之间“盲区”的接头处产生超标缺陷，给焊口返修带来很大的困难。

2.相应措施

为了制定最有效的措施，我们进行了一个现场环境相似的模拟焊接试验，采用相同材质、规格的管子以及相同的位置，做好准备工作，在两根管子的背面堵上保温材料或防火布，和管口里面150mm处用水溶性纸或面巾纸堵住，使两管之间不至有空气流动，管子里充氩气保护。以三层焊完焊口（即打底、填充和盖面），由于位置的限制必须采用头戴皮面罩，将钨极必须比正常伸出多2mm（约6-7mm）才能完成“盲区”位置接头的焊接，为得到良好的氩气保护，我们调整焊枪的角度及采用特定的焊接顺序，进行多次试焊，直到得出理想的结果。最后确定了可在实际焊接中运用相应措施。如图

（二）:

四.焊接过程 1.焊前准备

㈠.焊机选用V300-1型林肯逆变焊机，焊机性能优良。

㈡.焊材选用氩弧焊丝ERNiCr3，除去表面的油垢等脏物。选用氩气作保护气体，氩气纯度≥99.95%。

㈢.坡口制备

①.对口间隙控制2.5-3.0mm，钝边0-0.5mm，60～70度V型坡口详见图

（三）；

②.坡口及其内外管壁两侧10-15mm范围内用角磨机将锈、油垢和氧化物等杂物清理

干净，直至露出金属光泽；

③.对口装配应避免损坏坡口，不得强行对口，严禁在焊缝坡口外弧，严禁在管子上焊接与支撑物。

五

.焊接工艺措施

1.要求钳工认真对口、钝边、间隙、错口等应符合规范的要求。

2.为保证质量，屏式再热器所有管口均选用全氩焊接工艺。根据广东火电工程总公司提供的工艺卡要求如下表

（一）：

注：a.氩气流量8～10L/min，背面氩气流量8～10L/min；

b.层间温度小于100℃。

3.在焊接方面，采取以下措施：焊口组对前首先将水溶性纸或面巾纸揉成适当的团状在管口两侧焊口壁内150mm处堵住，间隙处使用医用胶布封住，使管壁内形成一个气室。

4.将球针做成U型，氩气通过球针从焊口间隙的正面位置充入，在整个焊接过程中，一边焊接一边往管口里面充氩气保证根部有足够的氩气保护作用。对焊口充氩气一分钟左右后，从“盲区”位置进行打底（即12点钟过一点开始），在对盲区焊接时将起头尽量越过盲区的中心点，让下一次接头时方便些，在打底完前正面位置预留一个小孔（约六分之一焊缝）作为氩气入口和观察孔。如图

（四）：

5，用笔型小手电对根层焊缝再作仔细检查，检查是否有焊接缺陷，如果发现有焊接缺陷应该马上处理，为了避免焊接温度过高可以两至三个焊口同时进行打底，盖面是要继续对焊口充氩气约一分钟，再进行层间填充或盖面。第二、第三层焊到离预留的孔15mm处收弧（焊接顺序与打底相同），把冲气针拉出，再把第一层小孔焊上，然后尽快回到第二、第三层将其焊完，以免里面的氩气跑掉而失去保护作用。注意每一次收弧时应该填满弧坑使熔池逐渐缩小并将电弧逐渐移向焊缝边缘5mm处熄弧，电弧熄灭后应该保持对收弧处供气延迟保护10秒钟，注意打底焊接时，当焊接到点固焊位置时，为保证根层焊接质量，须将点固焊焊缝用磨角机磨去。

6．焊接完成后认真进行自检，发现有咬边或表面气孔等缺陷马上进行处理，如需补焊的则应及时进行补焊。

八.结束语

通过以上的焊接方法对沙角C电厂1#炉屏式再热器检验1080个焊口的RT探伤一次合格率达到了99.6 %，取得了良好的效果。只有科学的制度,工艺规范，并严格遵照执行，才能获得满意的焊接接头。我们认识到现场施工会遇到各种各样的问题，只要合理运用焊接工艺和方法，采用有效的措施，并加强对焊工优良作风的培养，增强质量意识，才能提高工程焊接质量。

九.致谢

焊接工程公司焊接工程师郑电文对本文的修改提供了宝贵意见，仅此致谢。十.参考文献和编制依据 1.《技师论文撰写与答辩》广东省职业技能鉴定指导中心 编 2.W3.8V3-110焊接工艺卡 3.锅炉屏式再热器检修作业指导书

4.《高级电焊工技术》机械工业职业技能鉴定指导中心 编

2.焊接应力 篇二

关键词：焊接应力,焊接变形,控制措施

在建筑工程钢结构日益发展的今天, 形式各样的焊接机械、焊接方法日新月异, 焊接技术和焊接质量成了一个关键的课题。但是在施工过程中, 由于焊接过程产生的焊接残余应力和焊接残余变形, 严重影响着工程的质量、工程的安装进度和结构承载力 (即使用功能) , 因此, 需要采用合理的焊接方法和焊接工艺加以控制。建筑工程钢结构的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。

焊接应力是焊接过程中及焊接过程结束后, 存在于焊件中的内应力。按应力作用时间的不同, 焊接应力可分为焊接瞬时应力和焊接残余应力。焊接瞬间应力, 是指焊接过程中某一瞬时的焊接应力, 它随时间而变化。焊件冷却后, 残留于焊件内的应力, 称为焊接残余应力。焊接变形, 即由于焊接而引起的焊件变形。焊接变形包括焊接过程中的变形和焊接残余变形。焊后焊件不能消失的变形, 称为焊接残余变形。我们将主要讨论焊接残余应力、焊接残余变形的产生和控制。

1 焊接残余应力与焊接残余变形产生的原因

影响焊接应力与变形的因素很多, 最根本的原因是焊件受热不均匀, 其次是由于焊缝金属的收缩、金相组织的变化及焊件刚性的不同所致。另外, 焊缝在焊接结构中的位置、装配焊接顺序、焊接方法、焊接电流及焊接方向等对焊接应力与焊接变形的大小、方向、分布等也都有一定影响。

2 焊接残余应力和焊接残余变形的分类

2.1 焊接残余应力

按焊接应力的性质划分:拉应力;压应力。

2.2 按引起焊接应力的基本原因划分

热应力, 也称温差应力;组织应力, 也称相变应力;拘束应力, 也称反作用应力或收缩应力。

2.3 按焊接应力作用的方向划分

纵向应力;横向应力;厚度方向应力。

2.4 按焊接应力在焊接结构中存在的情况划分

单向应力 (线应力) ;两向应力 (平面应力) ;三向应力 (体积应力) 。

2.5 按内应力的发生和分布范围划分

第一类应力, 又称宏观应力;第二类应力, 又称微观应力;第三类应力, 它的平衡范围更小, 其平衡范围只可用晶格尺寸来比量。

焊接残余变形, 焊接变形分为六种基本变形形式:收缩变形:纵向收缩变形;横向收缩变形;弯曲变形;角变形;波浪变形;扭曲变形;错边变形。

3 焊接残余应力、焊接残余变形的控制措施

针对这些不同种类的焊接残余应力和焊接残余变形, 追溯根源, 根据实际情况进行分析, 采取有效可行的控制措施。

3.1 焊接残余应力的控制措施

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。焊接残余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焊接变形, 往往对控制焊接残余应力较为忽视, 常用一些卡具、支撑以增加刚性来控制焊接变形, 与此同时实际上是增大了焊后的残余应力。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, 虽然焊接变形会较小, 但却同时产生较大的焊接内应力, 甚至产生焊接裂纹。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:减小焊缝尺寸;减小焊接拘束度;采取合理的焊接顺序;降低焊件刚度, 创造自由收缩的条件;锤击法减小焊接残余应力;采用抛丸机除锈。

3.2 焊接残余变形的控制措施

全面分析各种因素对焊接残余变形的影响, 掌握其影响规律, 就可以采取合理有效的控制措施。

3.2.1 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作用, 因此, 在板厚相同时, 坡口尺寸越大, 收缩变形越大。

3.2.2 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。

3.2.3 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。

3.2.4 接头形式的影响

在焊接热输入、焊缝截面积、焊接方法等条件因素相同时, 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, 使焊缝收缩的同时受到板厚、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。

3.2.5 焊接层数的影响

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。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, 多层焊接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。

在工程焊接实践过程中, 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, 充分了解各因素单独作用的影响, 以便于对工程焊接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, 就可以采取合理有效的控制焊接残余变形的技术措施:

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) 。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。厚板焊接时尽可能采用多层焊代替单层焊。在满足设计要求情况下, 纵向加强肋和横向加强肋的焊接方法可采用间断焊接法。双面均可焊接操作时, 要采用双面对称坡口, 并在多层焊接时采用与构件中和轴对称的焊接顺序。T形接头板厚较大时采用开坡口角对接焊缝。采用焊前反变形方法控制焊后的角变形。采用刚性夹具固定法控制焊后变形。采用构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。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。在焊缝众多的构件组焊时或结构安装时, 要采取合理的焊接顺序。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称。

综上所述, 在建筑工程钢结构焊接过程中, 一定要了解焊接工艺, 采取合理有效的焊接方法和控制措施, 以便减少和消除焊接残余应力和焊接残余变形。在工作实践中不断总结、积累焊接经验, 综合分析考虑各种影响因素, 才可以保证建筑工程中的焊接工程质量。

参考文献

3.焊接结构的残余应力的研究 篇三

【关键词】焊接结构；残余应力；消除方法

0.引言

人们对焊接应力的认识由来已久，但对其进行系统的研究时间并不长。通俗来说，残余应力的产生是由焊接时零部件受热不均匀，而导致零部件内部受热产生的向外膨胀的力。而在焊接后的零部件冷却阶段，在零部件会有一定的应力残留，即所谓的残余应力。它对零部件的结构性能影响很大，必须设法消除。

1.焊接结构的残余应力对零部件的不良影响分析

1.1残余应力对零部件疲劳强度的影响分析

所谓零部件的疲劳强度，是指零部件在使用过程中能够保证基本性能不发生重大变化的时间，有时候也被称为疲劳寿命，它是检验零部件性能的一个重要指标。根据一项研究，零部件疲劳强度受零部件材料、加工工艺以及焊接残余应力等因素的影响较大。其中，焊接残余应力所构成的影响最大。也就是说，一个构件的疲劳强度与焊接的应力循环有关，当一个构件的焊接的应力循环的平均值增加时，它的极限就会有所降低，所以说如果在构件的应力上存在着焊接结构的残余应力，那么这个构件的疲劳强度则会大大地降低。而且，如果这种焊接残余应力的值达到了一定的程度，超过了零部件所能承受的最大限度，就会从根本上破坏零部件的结构性能，也就是说会使加工的零件失去使用价值。因此，如果想让零部件的疲劳强度增大，就应当设法减小残余应力。

1.2残余应力对零部件的稳定性的影响分析

无论在课堂上还是在实际生活中，我们都知道，每一种材料都有它自身的稳定性。生产零部件所使用的材料也不例外。当零部件受到各种压力、弯压时，构件就会出现各种不稳定的现象，比如说受压杆件会不稳定、焊件加工精度和尺寸会不稳定等。而根据研究，当零部件受到焊接残余应力的影响时，零部件材料稳定性所受到的不良影响非常强烈。例如，在焊接钢制结构的零部件时，残余应力会使零部件表面残生一些细微的裂缝或者氧化，严重破坏其化学稳定性，使其容易产生金属疲劳或者生锈，对它的正常使用也构成了非常不利的影响。而且，当外面的压力与焊接结构的残余应力同时作用于构件时，会出现更加严重的问题，焊件会出现由于有效截面积严重不足而导致的受压杆件不稳定以及由于焊接结构的残余应力之前的平衡状态被破坏而导致的焊件加工精度和尺寸不稳定等等一些严重的问题。故而，要想提高零部件的结构稳定性，就必须设法解决焊接残留应力问题。

1.3焊接残余应力对零部件静力强度的影响分析

一般来说，当零部件焊接加工时不使用非常集中的焊接结构时，零部件的静力强度一般来说不会受到焊接结构残余应力过大的影响。但一些零部件加工时由于性能要求，必须使用到高度集中式的焊接结构时，其对零部件静力强度的影响就不容忽视了。而且，构件处于比较脆弱的状态，那么焊接结构的残余应力则会对构件的静力强度产生极大的影响。而若零部件的静力强度受到较大的破坏时，就可能时零部件发生一些不规则变形，这种影响对精密部件的性能破坏非常大，因为高精度零部件的性能很大程度上表现在规格上，而焊接结构残留应力恰恰会破坏它的规格。总的来说，焊接结构的残余应力对构件静力强度的影响也是构件质量的重大影响因素之一。所以，如果我们想保证构件的静力强度，我们应该积极地解决焊接结构的残余应力的问题。

1.4残余应力对零部件变形与刚度的影响分析

每一张零部件都有自己特定的形态结构，其完整的形态结构也是它发挥功能的基础。当零部件受到较大外力的影响时，就会发生物理形态上的形变，包括外形、长短、厚度、均匀程度等。而一个零部件受到焊接结构的残余应力的重大影响时，那个构件会出现极其影响构件质量的问题，也即我们常见的构件变形问题。而且，如果焊接结构残余应力的作用大小超过了零部件所能承受的最大限度时，超过了其最大屈服程度，零部件的变形很可能非常大，以至于无法恢复，造成其使用功能完全丧失。除此之外，零部件的刚度也会受到焊接残余应力的影响。其原因在于残余应力导致零部件内部发生部分膨胀时，导致这部分结构“疏松”，使得它的硬度和密度发生改变，进而改变了它的刚度，大大地影响构件的质量。因此，如果想使零部件不易变形且保持原有刚度的话，我们应该积极地解决焊接结构的残余应力的问题。

1.5残余应力对零部件裂缝的影响分析

根据研究，很多零部件的表面形态是比较脆弱的。在沾染腐蚀性化学药品或者受到挤压时，很可能会产生一些裂缝。而且，在零部件的加工时，因切削、铣加工时往往会有一些微小的褶皱和裂缝。在一般情况下，这些“小问题”并不会在功能上对零部件造成大的影响。但是，如果零部件需要接受焊接加工时，这个“小问题”就变成了“大问题了”。也就是说，残余应力引起的零件膨胀问题会致使小裂缝变成大裂缝，即引起零部件的开裂。而且焊接所使用的焊棒为了提高焊接质量，往往会添加一些化学助剂，而这些化学一般具有腐蚀性，这无疑又加剧了焊接所产生的裂缝问题。总而言之，。焊接结构的残余应力对构件开裂的影响极大地影响了构件的后期使用。所以，如果我们想保证构件不发生开裂现象，我们应该积极地解决焊接结构的残余应力的问题。

2.减小焊接结构残余应力的一些措施

2.1在焊接加工时合理设置焊接量

其实，很多零部件在进行焊接加工之前，已经基本上成型了，不需要在焊接方面进行过深的加工。因此，在对焊接加工程序进行设计时，务必做到科学化和合理化。首先，在满足零部件加工性能的条件下，我们应该尽量地减少焊缝的数量和尺寸。焊接焊缝的数量越少，尺寸越小，加工过程所产生的残余应力就越小，对零部件造成的不良影响也就越小；其次，避免出现焊缝过分的集中或多方向的焊缝相交于一点的情况，其原因在于一旦发生这种情况，残余应力会集中作用于某一点，对零部件造成不可修复的破坏；再者，我们应该使焊缝尽可能对称布置，以达到连接过渡尽量平滑的目的，避免截面突变和应力集中现象；最后，焊接的搭接长度应大于加工零部件局部厚度（一般是焊接点的厚度）数倍（4～6倍左右），同时尽量避免仰焊。

2.2改进焊接工艺

首先，我们应该采用适当的焊接顺序和方向，以做好消除焊接结构的残余应力的基础工作。因为，焊接的顺序与方向在很大程度上能够影响到焊接残余应力的大小，这一步骤是减小残余应力的基础步骤，务必要重视；其次，我们应当先焊收缩量较大的焊缝，然后再焊收缩量较小的焊缝，同时应该先焊错开的短焊缝，然后再焊直通的长焊缝，以达到使焊缝有比较大的横向收缩余地的目的；再者，焊接焊缝时应遵循“先大后小”的原则，以利于残余应力的释放，同时采取反变形措施，用以抵消残余应力引起的正变形；最后，在焊接完成后，可以将零部件整件进行加热，使焊接处温度同周围的温差缩小，从而减小残余应力。

2.3实用新型的焊接技术

新型的焊接技术如二氧化碳保护焊、氩弧焊等在焊接过程中能够产生一层气体保护层，能够保护焊接零部件不被氧化，同时可以大大减小焊接对焊缝周围部分的影响，在较大程度上也能减小残余应力。除此之外，冷焊技术也是一种新式焊接技术，它的出现几乎能够完全消除焊接残余应力，目前已在推广应用中。

3.结语

除此之外，对零部件进行先期预热，再进行焊接作业，也是减小残余应力的良策，因此也可以适当的运用。 [科]

【参考文献】

[1]陈洪林.焊接结构的残余应力的研究[J].科技创新与应用，2013（18）：34-40.

4.3焊接工艺要求_焊接技术教程 篇四

打样焊条件应和正式焊缝的焊接相同，由于焊道短，冷却快，焊接电流应比正常焊接的电流大15％～20％，对于刚度大或有淬火倾向的焊件，应适当预热，以防止焊缝开裂；收弧时注意填满弧坑，防止该处开裂。在允许的条件下，可选用塑性和抗裂性较好而强度略低的焊条进行定位焊接。对于开裂的定位焊缝，必须先查明原因，然后再清除开裂的焊缝，在保证杆件尺寸正确的条件下补充定位焊。

3.1.2埋弧焊工艺要求[12] [5] [16]（1）打底焊道熔深大师自动埋弧焊的基本特点，焊接有坡口的对接接头时，为保证能焊透但不至于烧穿，在接头根部焊接第一道焊缝，称为打底焊道。焊接方法可以是焊条电弧焊或二氧化碳气体保护焊。使用的焊条或填充焊丝必须使其焊缝金属具有相似于埋弧焊焊缝金属的化学成分和性能。打底焊道尺寸必须足够大，以承受住施工过程中所施加的任何载荷。焊完打底焊道之后，须打磨或刨削接头根部，以保证在无缺陷的清洁金属上熔敷第一道正面埋弧焊缝。如果打底焊道的质量符合要求，则可保留作为整个接头的一部分。焊接质量要求高时，可在埋弧焊缝完成之后用碳弧气刨或机械加工方法将此打底焊道除掉。然后再焊上永久性的埋弧焊缝。（2）其它要求1）采用埋弧焊焊接的焊缝，应在焊缝的端部连接引弧、熄弧板（引板）；引板的材质、厚度和坡口应与所焊件相同。引板长度不小于80mm；2）埋弧自动焊缝焊接过程中不应断弧，如有断弧则必须将停弧处刨成1：5斜坡，并搭接50mm再引弧施焊，焊后搭接处应修磨均匀。3.1.3二氧化碳气体保护焊工艺要求[12] [16]（1）CO2气体纯度应不大于99.5，气体流量：细丝（小于1.6mm）短路过渡焊接时一般5～15L/min，粗丝（大于1.6mm）焊接时在10～20L/min。如果焊接电流较大，焊接速度较快，焊丝伸出长度较长或在室外作业，气体流量应适当加大。（2）如有要求可采用药芯焊丝焊接，具体工艺见相关标准。3.1.4栓钉（螺柱）焊要求[12] [16]（1）栓钉和保护瓷环规格符合现行国家标准。（2）栓钉焊端和母材表面应具有清洁的表面，无漆层、轧鳞和油水污垢等。但允许有少量锈迹。（3）质量控制。投产前应对所选的焊接工艺进行评定，通常是与生产相同的条件下对焊成接头作破坏性试验。如弯曲等。3.1.5焊缝磨修和返修焊要求[16]1．杆件焊接后，两端的引板或产品试板必须用气割切掉，并磨平切口，不得损伤杆件；2．垂直应力方向的对接焊缝必须除去余高，并顺应力方向磨平；3．焊脚尺寸、焊坡或余高等超出规定的上限值的焊缝及小于1mm且超差的咬边必须修磨匀顺；4．焊缝咬边超过1mm或焊脚尺寸不足时，可采用手弧焊进行返修焊；5．应采用碳弧气刨或其他机械方法清除焊接缺陷，在清除缺陷时应刨出利于返修焊的坡口，并用砂轮磨掉坡口表面的氧化皮，露出金属光泽；6．焊接裂纹的清除长度应由裂纹端各外延50mm；7．用埋弧焊返修焊缝时，必须将焊缝清除部位的两端刨成1：5的斜坡；8．翻修焊缝应按原焊缝质量要求检验；同一部位的返修焊不宜超过两次。3.1.6其它要求[16]1．焊工和无损检测人员必须通过考试并取得资格证书，且只能从事资格证书中认定范围内的工作。2．焊接工艺必须根据焊接工艺评定报告编制，施焊时应严格执行焊接工艺，焊接工艺评定应符合相关标准。3．焊接工艺宜在室内进行，环境湿度应小于80%；焊接低合金钢的环境温度不低于5℃，焊接普通碳素钢不应低于0℃；主要杆件应在组装后24h 内焊接。4．焊接前必须彻底清除等焊区域内的有害物，焊接时严禁在母材的非焊接部位引弧，焊接后应清理焊缝表面的熔渣及两侧的飞溅。5．焊接材料应通过焊接工艺评定确定；焊剂、焊条必须按产品说明书烘干使用；焊剂中的脏物，焊丝上的油锈等必须清除干净；CO2气体的纯打样焊条件应和正式焊缝的焊接相同，由于焊道短，冷却快，焊接电流应比正常焊接的电流大15％～20％。对于刚度大或有淬火倾向的焊件，应适当预热，以防止焊缝开裂；收弧时注意填满弧坑，防止该处开裂。在允许的条件下，可选用塑性和抗裂性较好而强度略低的焊条进行定位焊接。对于开裂的定位焊缝，必须先查明原因，然后再清除开裂的焊缝，在保证杆件尺寸正确的条件下补充定位焊。3.1.2埋弧焊工艺要求[12] [5] [16]（1）打底焊道熔深大师自动埋弧焊的基本特点，焊接有坡口的对接接头时，为保证能焊透但不至于烧穿，在接头根部焊接第一道焊缝，称为打底焊道。焊接方法可以是焊条电弧焊或二氧化碳气体保护焊。使用的焊条或填充焊丝必须使其焊缝金属具有相似于埋弧焊焊缝金属的化学成分和性能。打底焊道尺寸必须足够大，以承受住施工过程中所施加的任何载荷。焊完打底焊道之后，须打磨或刨削接头根部，以保证在无缺陷的清洁金属上熔敷第一道正面埋弧焊缝。如果打底焊道的质量符合要求，则可保留作为整个接头的一部分。焊接质量要求高时，可在埋弧焊缝完成之后用碳弧气刨或机械加工方法将此打底焊道除掉。然后再焊上永久性的埋弧焊缝。（2）其它要求1）采用埋弧焊焊接的焊缝，应在焊缝的端部连接引弧、熄弧板（引板）；引板的材质、厚度和坡口应与所焊件相同。引板长度不小于80mm；2）埋弧自动焊缝焊接过程中不应断弧，如有断弧则必须将停弧处刨成1：5斜坡，并搭接50mm再引弧施焊，焊后搭接处应修磨均匀。3.1.3二氧化碳气体保护焊工艺要求[12] [16]（1）CO2气体纯度应不大于99.5，气体流量：细丝（小于1.6mm）短路过渡焊接时一般5～15L/min，粗丝（大于1.6mm）焊接时在10～20L/min。如果焊接电流较大，焊接速度较快，焊丝伸出长度较长或在室外作业，气体流量应适当加大。（2）如有要求可采用药芯焊丝焊接，具体工艺见相关标准。3.1.4栓钉（螺柱）焊要求[12] [16]（1）栓钉和保护瓷环规格符合现行国家标准。（2）栓钉焊端和母材表面应具有清洁的表面，无漆层、轧鳞和油水污垢等。但允许有少量锈迹。（3）质量控制。投产前应对所选的焊接工艺进行评定，通常是与生产相同的条件下对焊成接头作破坏性试验。如弯曲等。3.1.5焊缝磨修和返修焊要求[16]1．杆件焊接后，两端的引板或产品试板必须用气割切掉，并磨平切口，不得损伤杆件；2．垂直应力方向的对接焊缝必须除去余高，并顺应力方向磨平；3．焊脚尺寸、焊坡或余高等超出规定的上限值的焊缝及小于1mm且超差的咬边必须修磨匀顺；4．焊缝咬边超过1mm或焊脚尺寸不足时，可采用手弧焊进行返修焊；5．应采用碳弧气刨或其他机械方法清除焊接缺陷，在清除缺陷时应刨出利于返修焊的坡口，并用砂轮磨掉坡口表面的氧化皮，露出金属光泽；6．焊接裂纹的清除长度应由裂纹端各外延50mm；7．用埋弧焊返修焊缝时，必须将焊缝清除部位的两端刨成1：5的斜坡；8．翻修焊缝应按原焊缝质量要求检验；同一部位的返修焊不宜超过两次，3.1.6其它要求[16]1．焊工和无损检测人员必须通过考试并取得资格证书，且只能从事资格证书中认定范围内的工作。2．焊接工艺必须根据焊接工艺评定报告编制，施焊时应严格执行焊接工艺，焊接工艺评定应符合相关标准。3．焊接工艺宜在室内进行，环境湿度应小于80%；焊接低合金钢的环境温度不低于5℃，焊接普通碳素钢不应低于0℃；主要杆件应在组装后24h 内焊接。4．焊接前必须彻底清除等焊区域内的有害物，焊接时严禁在母材的非焊接部位引弧，焊接后应清理焊缝表面的熔渣及两侧的飞溅。5．焊接材料应通过焊接工艺评定确定；焊剂、焊条必须按产品说明书烘干使用；焊剂中的脏物，焊丝上的油锈等必须清除干净；CO2气体的纯度应大于99.5%。6．焊前预热温度应通过焊接性试验和焊接工艺评定确定；预热范围一般为焊缝每侧100mm以上，距焊缝30~50mm范围内测温。7．采用埋弧焊、CO2气体(混合气体)保护焊及低氢型焊条手工焊方法焊接的接头，组装前必须彻底清除待焊区域的铁锈、氧化铁皮、油污、水分等有害物，使其表面显露出金属光泽。清除范围应符合图3-1-1的规定。图3-1-1组装前的清除范围3.2 焊接工艺评定[16] [17] [18]具体可参照GBT19866-《焊接工艺规程及评定的一般原则》、TB10212-《铁路钢桥制造规范》附录C和 DL/T868-《电力行业焊接评定规程》。3.3 焊接残余应力与变形的控制[5] [12] [13]3.3.1控制焊接残余应力的工艺措施（1）采用合理的焊接顺序和方向1）   先焊接收缩量较大的焊缝，使焊缝能较自由的收缩。2）   焊缝交叉时，先焊错开的短焊缝，后焊直通长焊缝，使焊缝有较大的横向收缩余地。3）   先焊在工作时受力较大的焊缝，使内应力合理分布。（2）降低焊缝的拘束度在焊接镶块的封闭焊缝或其它拘束度大的焊缝时，可采用反变形法降低焊件的局部刚度，从而减小焊缝的拘束度。（3）锤击焊缝可用头部带小圆弧的工具锤击焊缝，使焊缝得到延展，降低内应力，锤击应保持均匀适度，避免锤击过分，以防止产生裂缝。一般不锤击第一层和表面层。（4）局部加热造成反变形（加热减应区法）在焊接结构的适当部位加热使之伸长，加热区的伸长带动焊接部位，使它产生一个与焊缝收缩方向相反的变形。在加热区冷却收缩时，焊缝就可能比较自由地收缩，从而减少内应力。（5）采用线能量小的工艺措施和焊接方法，或强制冷却措施。（6）预拉伸补偿焊缝收缩（机械拉伸或加热拉伸）。3.3.2焊后降低或消除残余应力的方法有用机械力或冲击能的办法和热处理方法。具体工艺措施略。3.3.3控制焊接变形的工艺措施（1）反措施当构件刚度过大(如大型箱形梁等),采用上述强制反变形有困难时，可以先将梁的腹板在下料拼板时作成上挠的，然后再进行装配焊接（如桥式起重机箱形大梁）。在薄板上焊接骨架时，对薄板采用加热（SH法）、机械预拉伸（SS法）、或者两者同时使用(SSH法）使其伸长，然后再薄板上装配焊接骨架，薄板预拉伸和加热后再冷却所产生的拉应力可以有效地降低焊接应力防止失稳波浪变形。在薄板对接时也可采用在焊缝两侧一定距离处适当宽度上加热，使焊缝得到拉伸，从而减少压缩塑性变形，降低残余内应力，而消除波浪变形，此法即为低应力无变形法（LSND法）。（2）刚性固定法对防止弯曲变形的效果远不如反变形法。但对角变形和波浪变形较有效。例如法兰面的角变形。焊接薄板时为防止波浪变形，在焊缝两侧紧压固定，加压位置应尽量接近焊缝并保持压力均匀。为此，可采用带一定挠度的压块或者采用琴键式的多点压块。（3）选用合理的焊接方法和规范选用能量比较集中的焊接方法，如CO2保护焊、等离子弧焊代替气焊和手工电弧焊进行薄板焊接可减少变形量。焊缝不对称的焊件，可通过选用适当的焊接工艺参数，在没有反变形或夹具的条件下，控制弯曲变形。在焊缝两侧采用直接水冷或水冷铜块散热，可限制和缩小焊接热场，减少变形。但对有淬火倾向的钢材应慎用。（4）选择合理的装配焊接次序把结构适当地分成部件，分别装配焊接，然后再拼焊成整体。使不对称的焊缝或收缩量较大的焊缝能自由地收缩而不影响整体结构。按照这个原则生产复杂的大型焊接结构既有利于控制焊接变形，又能扩大作业面，缩短生产周期。3.3.4矫正焊接残余变形的方法147(1) 机械矫正法利用外力使构件产生与焊接变形方向相反的塑性变形，使两者互相抵消。(2) 火焰矫正法本法是利用火焰局部加热时产生压缩塑性变形，使较长的金属在冷却后收缩，来达到矫正变形的目的。(3) 强电磁脉冲矫正法（电磁锤法）其基本原理与电磁成形相同，不过反其道而行之，可以利用它来矫正变形。4焊接检验与验收4.1焊接检验方法分类[19]焊接检验可分为破坏性检验、非破坏性检验和声发射检测三种，每种中又有若干具体检验方法，见图4-1-1。图4-1-1焊接检验方法分类重要的焊接结构（件）的产品验收和在一种的产品，必须采用不破坏其原有形状、不改变或不影响其使用性能的检测方法来保证产品的安全性和可靠性，因此无损检验技术在当今获得了根大的注意和蓬勃发展。4.2 焊接检验的依据[19]焊接生产中必须按图样、技术标准和检验文件规定进行检验。1．            施工图样图样是生产中使用的最基本资料，加工制作应按图样的规定进行。图样规定了原材料、焊缝位置、坡口形状和尺寸及焊缝的检验要求。2．            技术标准包括有关的技术条件，它规定焊接产品的质量要求和质量评定方法，使从事检验工作的指导性文件。3．            检验文件包括工艺规程、检验规程和检验工艺等，它们具体规定了检验方法和检验程序，直到现场人员进行工作。此外，还包括检查工程中收集的检验单据：检验报告、不良品处理单、更改通知单，如图样更改、工艺更改、材料代用、追加或改变检验要求等所使用的书面通知。

5.焊接应力 篇五

当前，现代化焊接技术和工艺在产品和零部件的制造中已经得到了广泛的使用。但是对于工程机械装备来说，还是存在着很多大型零部件的焊接问题，因为大部分大型的部件制造都是通过几个零件焊接起来的，而焊接技术和工艺的进步能够很好的推动焊接工艺和技术，能够很好的提升零部件的物理机械性能。而模块化的组合焊接工装夹具也逐渐受到了工程装备制造企业的广泛使用，它能够很好的发挥出工程机械制造的作用。

2.2自动化焊接与切割装备的应用

根据相关调查研究得知，自动化焊接专机采用了双丝焊接技术，能够极大的提高焊接的生产效率。当前焊接专机的焊缝没有断弧，且双丝焊接的熔深较深，因此，能够很好的提升焊缝的性能，能够直接用于自动化焊接设备中。与焊接机器人相比，焊接自动化专机在焊接的直线和曲线焊缝上有着一定的优势，它不仅能够提高焊接的效率，而且还能够提高焊接的产品质量。

2.3计算机辅助技术在焊接装备的`应用

工程机械制造中的焊接组合夹具在技术设计上还存在着一定的问题，例如夹具设计加工制造工艺复杂，且零部件的装夹方法常常需要工程师有丰富的经验，所以，还有待继续深入研究。因为，企业生产工艺知识的积累和运用能够成为先进计算机辅助夹具设计的一个重要技术，能够通过工装夹具的设计来进行建模。因为精密薄壁零部件制造的工装夹具设计是一个复杂的工程，需要受到多种因素的影响，例如生产成本高，可行性低下等。所以，企业需要基于有限的技术来提升零部件工装夹具工艺的仿真技术，从而实现铝合金薄壁零部件的精密设计。另外，研究人员还需要通过模拟完整的装夹环境，对零部件的工装夹具设计方案进行全局的仿真和优化。

2.4数字化智能焊接电源的应用

工业焊接电源的性能好坏会直接影响到工业焊接的质量，因此，我国工程机械制造产业需要改变传统的模拟信号，逐渐向数字化、智能化方向发展，利用数字化技术对焊接电源的性能进行全面的控制，保证机械产品在加工过程中，能够最大程度的发挥出焊接电源的效果，提升焊接接收效率，保证焊接质量。数字化、智能化焊接电源通过远程控制的操作方式来实现控制焊接电源。这种方法在一定程度上降低了人工对焊接参数的影响，最大程度的保证了焊接的质量。

3结语

焊接工艺的进步和发展直接推动着企业零部件的生产质量，同时也为焊接工装夹具的使用创造了新的发展机遇。因此，工程机械制造领域需要关注现代化科学技术，学习新的知识，以此来推动我国工程机械制造产业的智能化发展，进而推动我国工程机械制造产业的发展。

参考文献：

[1]关松林.焊接与切割装备在工程机械制造高效焊接中的应用[J].建筑工程技术与设计，，(28).

[2]孙世超.工程机械高效焊接专题――焊接与切割装备在工程机械制造高效焊接中的应用[J].金属加工(热加工)，，(18)：7-10.

6.焊接应力 篇六

KeyWords：Body－in―white；Productionline；Flexibilityfixture；Incidentangle；

Process；Quality

3．2．2激光组焊技术……………………………………………………………………．30V

3．3

3．4

第4章

4．1

4．2

4．3

4．3

4．4

总结与

参考文

致谢一

附录AVI

图2．16机器人和焊接头连接法兰………………………………………………………．20图2．17传统车身焊接夹具………………………………………………………………………．21图2．18不利于激光焊接的车身结构………………………………………………………．．22图2．19激光焊接和电阻点焊凸缘结构……………………………………………．．23图2．20激光卷对接焊与电阻点焊车身结构………………………………………………23图2．2l定位元件…………………………………………………………………………………．．24图2．22移动定位元件……………………………………………………………………………．．24图2．23央紧元件……………………………………………………………………………………．25图2．24激光柔性焊接夹具方案一………………………………………………………．25Vll

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7.钢结构焊接残余应力分析 篇七

1 残余应力的分类

焊接冷却后焊件中仍有未消除的应力, 这些残余在焊件中的应力通常就是大家所说的焊接残余应力。残余应力的方向也是有区别的, 因此才把残余应力分为纵向、横向和沿焊缝厚度方向的残余应力三种。

1.1 纵向焊接残余应力

由于在焊接时出现不均匀受热和冷却的影响, 在进行焊接的过程中会形成温度不同的温度场。温度场不同其膨胀程度也有所不同, 焊缝及其附近的温度高膨胀的也最大, 临边温度较低膨胀小, 相对来说会塑性压缩。等到焊缝冷却后被塑性压缩的区域要比其他区域的长一些, 这就形成了焊缝区的纵向残余应力。

1.2 横向残余应力

形成横向残余应力的原因概括起来一方面是在焊接时焊缝纵向收缩, 钢板向外弯曲形成弓形。焊缝将两块钢板连成一体不分开, 所以在焊缝的中间有了横向拉应力, 在两端有了横向压应力。另一方面, 在对焊缝进行焊接时, 焊接位置不同, 冷却的时间也会有所区别。先焊到的焊缝先冷却下来, 具有一定的强度, 后面的焊缝由于尚未冷却, 冷却下来的焊缝就会组织后来焊缝的横向自由膨胀, 发生横向塑性压缩变形。焊缝的横向残余应力和横向应力、施焊方向、先后次序密切相关, 所产生的横向残余应力就是在横向拉应力和横向压应力共同作用的结果。

1.3 沿焊缝厚度方向的残余应力

如果钢结构比较厚, 要采用多层施焊的焊接方式。所以焊接时除了存在横向残余应力和纵向残余应力外, 沿焊缝厚度方向还存在着一种残余应力。这样会降低钢结构连接的塑形, 进而导致钢结构发生脆性破坏, 影响结构性能和工程质量。

除此之外, 残余应力不单单指这三种力, 如果焊件处在约束状态, 如焊件被固定或是汉奸本身刚度就比较大的情况下进行施焊, 焊边残余应力由于不能自由伸缩变形, 残余应力就会增加, 且依照约束程度的强弱残余应力也会发生相应变化。

2 产生残余应力的原因分析

2.1 直接应力

焊接时不均匀的加热和冷却作用形成了温度梯度, 是产生残余应力的最主要的因素, 因此有必要对温度梯度对残余应力的影响做进一步的分析。在进行施焊时如果各部分受热不均匀, 其热膨胀的位置也就不同, 各部位之间相互制约就会形成热应力。在冷却的过程当中各部分的冷却时间不一致, 热应力同样会发生变化。

2.2 间接应力

间接应力主要指焊前加工状态时受到的压力, 此外如果焊接受到外界条件的制约而产生的附加力也属于间接应力。加工时的应力主要是焊件在焊接前需要经过轧制或拉拔, 所以会产生间接应力。间接残余应力有时不是孤立存在的, 在某些特定场合下会叠加到焊接残余应力上形成合力, 对日后焊接变形也会产生一定的影响, 不过这种影响不是很明显。

2.3 组织应力

通常情况下组织应力因含碳量和材料其它成分不同而有所区别, 因此需要考虑发生相变的温度和平均冷却速度对组织应力的影响。

3 Dat降低残余应力的措施

我们都知道, 要想完全消除残余应力是不可能的, 但我们可以通过一些举措来降低残余应力。为了提高钢结构的整个承载力和增强钢结构的安全性能, 我们可以消除残余应力的集中和叠加问题, 把应力均匀分布开来。

3.1 振动时效法

长期的焊接实践经验表明, 振动时效法对于降低焊接残余应力的作用非常明显, 具体表现在它不受钢结构尺寸、形状、重量等因素的制约, 具有周期短、效率高和无污染的很多优势。因此可以选择有效的振型, 对钢结构关键部位施加适度应力, 振动时可以降低和均化残余应力, 能够有效保证钢结构的稳定性。而且在环状钢结构中, 振动时效法还可以稳定构件行为尺寸, 并且效果极好。

3.2 采取合理的焊接顺序

焊接顺序应遵循先焊中间后焊四周的方法进行施焊, 这样可以使焊缝从中间向四周一次进行收缩。如果平面上出现交叉焊缝, 应该重点留意交叉处的焊接质量。若是靠近纵向焊缝的横向焊缝处出现未焊透的情况, 且未焊透的位置正好在纵焊缝的拉伸应力场中, 就会形成三向应力。

3.3 间断焊接法

间断焊接法可以使焊接区附件的金属长期处于冷却状态, 减低了钢结构的热度, 减小了焊接应力。方法是根据钢结构的具体情况间歇性的进行焊接工作。比如在对铸铁进行电弧冷焊时, 每次把一段很短的焊缝焊接完毕后, 稍微停留一段时间再焊接下一段。

3.4 减小焊缝尺寸

设计要求, 在深化设计的过程当中, 应充分考虑局部加热循环二引起的焊接内应力, 消除焊缝越大越安全的错误观念。施焊过程中要控制好焊缝尺寸和余高, 优化焊缝尺寸, 控制好焊缝坡口, 并且尽量采用双面坡口。

3.5 减小焊接拘束度

焊接时构件受到的约束力越大其焊接应力就越大, 钢结构的质量会受到影响。所以在焊接时应尽量保证焊缝处受到尽量小的约束力。例如遇到长构件的焊接时, 可以拼接板条, 十七在自由状态下施焊, 千万不可等到组装时再施焊。按照施工工艺应现将其进行拼接, 再进行组装焊接。如果组装完毕后再进行施焊, 其各个部位都无法自有收缩, 约束力会大大增加, 残余应力也会相应增加。

3.6 对构件进行分解施工

常体积较大, 焊接起来相对复杂, 可以把大型钢结构分成若干部分分别进行焊接。等到焊接结束校正合格后再进行总装焊接工作。

3.7 补偿加热法

采用焊前预热的方法, 可以减少焊接热输入的流失, 避免焊缝在焊接时产生裂缝。即当板厚比较厚时, 就需要采取一定的措施来完成焊接任务。通常情况下可以对焊缝周围的一些区域进行加热, 加热的温度根据板的厚度和木材碳当量的情况来确定。某条焊缝经过预热进行施焊时, 焊缝区域的温度相对比较高, 随着焊缝焊接工作的开展, 该部分区域必然会发生热胀冷缩的自然现象, 但是该区域仅占整个工作面的一小部分, 另外, 一部分母材处于常温状态或是冷却状态, 会对焊接的那部分区域产生很大的约束力, 从而形成很大的应力, 严重时还会产生裂纹。如果这时能够在焊缝区域的对称位置进行加热, 把温度控制在略微高于预热温度的范围内, 并且在焊接的整个过程当中都持续进行加热工作, 就会大大改善应力较大的状况, 钢结构的变形问题也会大大改善, 保证了钢结构的美观外形和质量。

4 结束语

综上所述, 焊接残余应力对钢结构的使用性能和工程质量是一个很大的制约因素, 采取有效的措施把残余应力降至最小是笔者的初衷。在本文中对于钢结构焊接残余应力的分析如有不妥之处, 还望读者能够给予更好的建议。

参考文献

[1]商广泰, 蒋凤昌.钢结构焊接残余应力的ANSYS分析.广东建材, 2005 (2) :54~55.

8.焊接应力 篇八

关键词 焊接残余应力；因素；控制

中图分类号 TU 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)011-0188-01

钢结构焊接是局部被高温加热、熔化，加热区域受热膨胀，随后连续冷却收缩凝固的过程。过程中焊件存在应力场、温度场和变形场及显微组织状态场的变化，且相互影响。当产生的热应力、相变应力、超过材料屈服极限时，在焊缝及近焊缝区产生拉应力和母材的压应力在数值上达到自身平衡时的应力状态，称为焊接残余应力。焊接残余应力沿焊缝横向、纵向及板材厚度方向分布，对钢结构的刚度、稳定性、疲劳性能产生影响。

1 焊接残余应力的影响因素

1）焊接热源。焊接时对焊件进行局部加热，热源中心温度达1 600 ℃以上，焊件上每一点距焊缝的距离不同，其温度在瞬间都在变化，温度场随时改变。且热输入的不均匀性更增加了焊件的溫度梯度，影响焊接残余应力的大小。焊件冷却时一般是在自然条件下进行的，从800 ℃冷却至500 ℃所需的时间t8/5决定热影响区域的金相组织，影响焊接残余应力、应变的大小。

2）焊接材料。母材的熔化温度Tm高时引起高的焊接残余应力。线膨胀系数a、弹性模量E、屈服强度σS随温度变化，影响焊接残余应力的大小。不同的母材其变化的总体规律是：高温条件下线膨胀系数α随温度的增加而呈线性增加；屈服强度σS、弹性模量E根据母材的不同在不同的温度区间呈曲线或直线下降。

3）相变时比容变化。钢材加热及冷却发生相变引起比容及性能的变化。一般情况下钢材由奥氏体转变为铁素体、珠光体的温度在700 ℃以上，不影响残余应力。但随着冷却速度的加快或合金及碳元素的增加，在低温下发生γ-α相变，体积膨胀，产生压缩焊接残余应力。

4）焊接参数。正常焊接条件下，在保持焊接电流不变的情况下，提高焊接速度，焊接温度场变细长，温度梯度增加，焊接残余应力增大；在保持焊接速度不变的情况下，增大焊接电流，焊接温度场变长且宽，温度梯度增加，焊接残余应力增大。

2 焊接残余应力的控制

1）焊接方法。焊接热输入分为瞬时输入热量和连续输入热流量。相同的热输入，不同的焊接方法，产生的热源特征值，温度场分布、温度梯度不同。熔化极电弧焊中埋弧焊热输入最高，手工焊居中，气体保护焊热输入最小。过高的热输入产生过高的焊接残余应力，最佳焊接线能量E可通过钢材的CCT图确定t8/5max和t8/5min后，再根据钢材的不同采用不同的经验计算式估算。如：Q345（C）t8/5= KEn/B（T-T0）2[1+2л-1tg-1（h-h0）/d]（式中：K系数、B接头系数、n焊接能量系数、T冷却区间温度特征值、T0焊接初始温度、h板厚、h0板厚补偿、d板厚修正系数）。

2）焊接电流、电压、速度。线能量与三者的关系式：E（J/CM）=60I（A）U（V）/V（cm/s）。常用焊接方法减少对焊接残余应力影响的参数选择因素：手工电弧焊电流经验估算式为I（A）=（30～50）焊条直径，电流数值大则焊缝熔深大，热影响区域大，太小则不易起弧。电压与弧长匹配，弧长为焊条直径的0.5～1.0倍；埋弧焊焊接电流根据熔深要求选定，焊接电流大时熔深大，热影响区也大。直流反接时，熔深较大，直流正接，熔深浅，交流进行焊接时，熔深处于直流正接与直流反接之间。电压调整时每一焊接电流对应的焊接电压的变化范围不超过10 V。焊接速度大时熔深、熔宽减小，反之则增大；CO2气体保护焊焊接电流大时熔深增加，熔宽加宽，热影响区域加宽。焊接电流过小易产生未焊透。焊接电压增大时熔深减小，熔宽增加。电弧电压与焊接电流匹配，电流大则电压高。短路过渡时电弧电压为16 V～24 V，细颗粒过渡时电弧电压为25 V～45 V。焊接速度半自动焊时一般在15 m/h～40 m/h，自动焊时不超过90 m/h。

3）构件预制。为减小整个结构的焊接残余应力，将焊接结构的构件与组（部件）在工厂预制后，到工地现场安装，通过有效的减少每个构件与组（部件）的焊接残余应力，来减少整个结构的焊接残余应力。

4）焊缝及坡口。减少焊缝数量和避免焊缝集中。横焊缝应交错布置，交错距离至少为板厚的20倍，以避免相同方向上的焊接残余应力叠加。焊缝尺寸不得过大，角焊缝焊脚尺寸K尽可能小，过大时热影响区域增加，太小则不能保证焊缝质量。一般满足hf≥1.5（N较厚构件厚度）及hf≤1.2较薄构件厚度。焊缝厚度应同板厚，角焊缝的焊角高度he不宜超过其所需的静载尺寸，以避免热输入随焊角高度增加而增加。坡口横截面尽可能小，通过减少熔化区来减少焊接残余应力的分布区域。坡口形式按焊接技术规程选择，不同坡口形式截面积按从小到大的排列依次为：I、U、V、K、X。

5）焊接顺序及焊件拘束度。合理的焊接顺序可以减少焊接残余应力。遵循“先焊收缩量大的焊缝，后焊收缩量小的焊缝”及“横向收缩不受拘束”的原则。如：钢板对接可采用分段退焊，厚板焊缝采用分层焊，工字形截面采用跳脚焊等。焊接时使构件不受外界拘束，能够自由收缩，减少拘束应力σr对焊接残余应力的影响。焊件结构形式、自重、冷却过程中其它部位的收缩对焊接产生内拘束，应先焊拘束度大不能自由收缩的焊缝，后焊拘束度小能自由收缩的焊缝。

6）预热。焊前对构件进行预热，可降低构件冷却速度，延长t8/5时间，减少焊接残余应力的大小和范围。预热温度根据钢的碳当量（CE）的实际含量计算。碳钢和低合金高强度钢的碳当量可采用估算式：CE=C+Mn/6+Ni/15+Mo/4+Cr/4+Cu/13；预热温度（TP）可采用估算式：TP=210×（CE）-25。当焊接坡口角度及间隙增大，熔敷金属的扩散氢含量高或操作地点温度低于常温（高于0 ℃）时，预热温度提高

15 ℃～50 ℃。

参考文献

[1]卢铁鹰.钢结构.1993,8.

[2]建设部.JGJ81-2002建筑钢结构焊接技术规.中国建筑工业出版社,2003.

[3]中国钢结构协会.建筑钢结构施工手册.中国计划出版社,2002.