在钢结构发展如火如荼的今天，各种形式的焊接机械、焊接方法更是日新月异，焊接技术无疑成为一个关键课题。但是在施工过程中，由于焊接过程中产生的焊接残余应力和应变，严重影响着工程的质量及使用，因而，如何采用合理的方法将焊接应力和变形控制到最小极其重要。
焊接应力与变形
产生的主要因素及内在联系
焊接时局部不均匀的热输入是产生焊接应力与变形的决定性因素。而热输入是通过材料因素、制造因素和结构因素所构成的内拘束度和外拘束度而影响热源周围的金属运动，最终形成焊接应力的变形。在焊接温度场中，热膨胀系数、弹性模量等材料特性呈现出决定热源周围金属运动的内拘束度。制造因素(工艺措施、夹持状态)和结构因素(构件形状、厚度及刚性等)则更多地影响着热源金属的外拘束度。随焊接热过程而变化的内应力场和构件变形，称为焊接瞬态应力与应变。而焊后，在室温条件下残留于构件中的内应力场和宏观变化，称为焊接残余应力与焊接残余变形。
焊后残余应力及变形的分类
实践经验告诉我们，焊接工程中的焊接变形和焊后残余应力并不是两种孤立的现象。两者之间的联系是有机的，它们同时存在于同一焊件，相辅相成而又相互制约。焊接过程其实就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，导致焊件不均匀地膨胀和收缩，从而使焊件内部产生焊接应力而引起焊接变形。常见的焊接应力有：1)纵向应力；2)横向应力；3)厚度方向应力。常见的焊接变形有：1)纵向收缩变形；2)横向收缩变形；3)角变形；4)弯曲变形；5)扭曲变形；6)波浪变形。部分变形如图2。
焊后残余应力及
焊接变形对焊件的影响
焊后残余应力及焊接变形对焊件有不同程度的影响。
其中，焊后残余应力对焊件有叶方面的影响：1)对强度的影响：如果在高残余拉应力区中存在严重的缺陷，而焊接又在低于脆性转变温度下工作，则焊接残余应力将使静载强度降低。在循环应力作用下，如果在应力集中处存在残余拉应力，则焊接残余拉应力将使焊件的疲劳强度降低。2)对刚度的影响：焊接残余应力与外载引起的应力相叠加，可能使焊件局部提前屈服产生塑性变形。焊件的刚度会因此而降低。
3)对受压焊件稳定性的影响：焊接杆件受压时，焊接残余应力与外载所引起的应力相叠加，可能使焊件局部屈服或使杆件局部失稳，杆件的整体稳定性将因此而降低。4)对加工精度的影响：焊件的加工精度越小，加工量越大，对精度的影响也越大。5)对尺寸稳定性的影响：焊接残余应力随时间发生一定的变化，焊件的尺寸也随之变化，焊件的尺寸稳定又受到残余应力稳定性的影响。6)对耐腐蚀性的影响：焊接残余应力和载荷应力一样也能导致应力腐蚀开裂。
焊接变形对结构安装精度有很大影响，过大的变形将显著降低钢结构的承载能力。
对焊接应力和变形的
主要控制措施
在工程焊接中，由于各种条件因素的综合作用，焊接残余应力及变形的规律比较复杂，了解各因素单独作用的影响有助于对工程情况做具体的综合分析。所以，了解焊接应力与变形产生的原因和影响因素，则可采取以下几种控制措施：
预留收缩变形量。根据理论计算和实践经验，在焊件备料及加工时预先考虑收缩余量，以便焊后工件达到所要求的形状、尺寸。
反变形法。根据理论计算和实践经验，预先估计结构焊接变形的方向和大小，然后在焊接装配时给予一个方向相反、大小相等的预置变形，以抵消焊后产生的变形。
刚性固定法。焊接时将焊件加以刚性固定，焊后待焊件冷却到室温后再去掉刚性固定，可有效防止角变形和波浪变形。此方法会增大焊接应力，只适用于塑性较好的低碳钢结构。
选择合理的焊接顺序。尽量使焊缝自由收缩。焊接焊缝较多的构件时，应先焊错开的短焊缝，再焊直通长焊缝，以防在焊缝交接处产生裂纹。如果焊缝较长，可采用逐步退焊法和跳焊法，使温度分布较均匀，从而减少焊接应力和变形。
锤击焊缝法。在焊缝的冷却过程中，用圆头小锤均匀迅速地锤击焊缝，使金属产生塑性延伸变形，抵消一部分焊接收缩变形，从而减少焊接应力和变形。
加热“减应区”法。焊接前，在焊接部位附近区域进行加热使之伸长，焊后冷却时，加热区与焊缝一起收缩，可有效减小焊接应力和变形。
焊前预热和焊后缓冷。预热的目的是减少焊缝区与焊件其它部分的温差，降低焊缝区的冷却速度，使焊件能较均匀地冷却下来，从而减少焊接应力和变形。
综上所述，在焊接施工过程中，一定要了解焊接工艺，并采用合理的焊接方法和控制措施，以便减少和消除焊后残余应力和残余变形。在实践过程中要不断的总结、积累焊接经验，综合分析考虑各种因素，才可以保证施工过程中的焊接质量。 |
