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焊接变形和应力控制基本措施
江苏徐州工程机械研究院 孟庆勇、赵俊三
一、 焊接变形、应力产生的原因与危害
焊接接头包括焊缝和热影响区两部分金属。焊缝金属是由熔池中的液态金属迅速冷却、
凝固结晶而成，其中心点温度可达 2500℃以上。靠近焊缝的基本金属在电弧的高温作用下，
内部组织发生变化，这一区域称为热影响区。焊缝处的温度很高，而稍稍向外则温度迅速下降，
热影响区主要由不完全熔化区、过热区、正火区、不完全正火区、再结晶区和蓝脆区等段组成，
热影响区的宽度在 8—30 mm 范围内，其温度从低到高大约在 500 ℃--1500℃之间。
在焊接过程中，不均匀的加热，使得焊缝及其附近的温度很高，而远处大部分金属不受热，
其温度还是室内温度。这样，不受热的冷金属部分便阻碍了焊缝及近缝区金属的膨胀和收缩；
因而，冷却后，焊缝就产生了不同程度的收缩和内应力（纵向和横向），就造成了焊接结构的
各种变形。金属内部发生晶粒组织的转变所引起的体积变化也可能引起焊件的变形。这是产生
焊接应力与变形的根本原因。
残留在焊接构件中的焊接应力（又称为焊接残余应力）会降低接头区实际承受载荷的能力。
特别是当构件承受动载疲劳载荷时，有可能发生低应力破坏。对于厚壁结构的焊接接头、立体
交叉焊缝的焊接区或存在焊接缺陷的区域，由于焊接残余应力，使材料的塑性变形能力下降，
会造成构件发生脆性破裂。焊接残余应力在一定条件下会引起裂纹，有时导致产品返修或报废。
如果在工作温度下材料的塑性较差，由于焊接拉伸应力的存在，会降低结构的强度，缩短使用
寿命。
通常，焊件的焊接残余变形和残余应力是同时存在的，有时焊接残余变形的危害比残余应
力的危害还要大。焊接残余变形使焊件或部件的尺寸改变，降低装配质量，甚至使产品直接报
废。矫正变形是一件费时的事，会增加制造成本，降低焊接接头的性能。另外，由于角变形、
弯曲变形和扭曲变形使构件承受载荷时产生附加应力，因而会降低构件的实际承载能力，导致
发生断事故。
二、焊接变形类别与控制措施
1、焊接残余变形的类别
焊接过程中焊件产生的变形称为焊接变形。焊后，焊件残留的变形称为焊接残余变形。焊江苏徐州工程机械研究院
接残余变形有纵向收缩变形、横向收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形和波浪变形等共六
种，见图 1，其中焊缝的纵向收缩变形和横向收缩变形是基本的变形形式，在不同的焊件上，
由于焊缝的数量和位置分布不同，这两种变形又可表现为其它几种不同形式的变形。
1
变形形式 产生原因
由焊接后焊缝的纵向（沿焊缝长度方向）和横向（沿焊缝宽度方向）
收缩变形
收缩引起
角 变 形 由于焊缝横截面形状上下不对称，焊缝横向收缩不均引起
弯曲变形 T 形梁焊接时，焊缝布置不对称，由焊缝纵向收缩引起
工字梁焊接时，由于焊接顺序和焊接方向不合理引起结构上出现扭
扭曲变形
曲
波浪变形 薄板焊接时，焊接应力使薄板局部失稳而引起
1） 焊件的纵向收缩变形
焊件焊后沿平行于焊缝长度方向上产生的收缩变形称为纵向收缩变形。当焊缝位于焊件的
中性轴上或数条焊缝分布在相对中性轴的对称位置上，焊后焊件将产生纵向收缩变形，其焊缝
位置见表 1。 江苏徐州工程机械研究院
2
焊缝的纵向收缩变形量随焊缝的长度、焊缝熔敷金属截面积的增加而增加，随焊件截面积
的增加而减少，其近似值见表 2。
表 2 焊缝纵向收缩变形量的近似值 （mm/m）
对接焊缝 连续角焊缝 间断角焊缝