焊接應力產生的原因

　　焊接過程中焊件受到的不均勻局部加熱和冷卻是導致焊接應力和變形產生的根本原因。圖1-3-4為低碳鋼平板對接焊時產生的應力和變形示意圖。

　　平板焊接加熱時，焊縫區溫度最高，其余區域的溫度隨距焊縫長度的增加而降低。熱脹冷縮是普遍的物理現象，金屬由于各部分加熱溫度不同，所以單位長度的脹縮量。ξ=α△T也不相同。即受熱時按溫度分布的不同，焊縫各處應有不同的伸長量。假如這種自由伸長不受任何阻礙，則鋼板焊接時的變化如圖1-3-4（a）中虛線所示。但實際上，由于平板是一個整體，各部分的伸長必須相互協調，不可能各處都能實現自由伸長，最終平板整體只能協調伸長△L。

　　因此，被加熱到高溫的焊縫區金屬因其自由伸長量受到兩側低溫金屬自由伸長量的限制而承受壓應力（一），當壓應力超過屈服點時產生壓縮塑性變形，使平板整體達到平衡。同時，焊縫區以外的金屬則需承受拉應力（+），所以整個平板存在著相互平衡的壓應力和拉應力。這種室溫下保留下來的焊接應力和變形，稱為焊接殘余應力和變形。

　　在焊接結構生產中，焊接應力和焊接變形一般是同時存在且相互制約的。當結構的剛度較小，焊接過程中能夠比較自由地膨脹和收縮時，則焊接應力較小而變形較大；反之，則變形較小而焊接應力較大。

　　減少焊接應力的措施

　　一、預留收縮變形量

　　根據理論計算和實踐經驗，在焊件備料及加工時預先考慮收縮余量，以便焊后工件達到所要求的形狀、尺寸。

　　二、反變形法

　　根據理論計算和實踐經驗，預先估計結構焊接變形的方向和大小，然后在焊接裝配時給予一個方向相反。大小相等的預置變形，以抵消焊后產生的變形。

　　三、剛性固定法

　　焊接時將焊件加以剛性固定，焊后待焊件冷卻到室溫后再去掉剛性固定，可有效地防止角變形和波浪變形。此方法會增大焊接應力，只適用于塑性較好的低碳鋼結構。

　　四、選擇合理的焊接順序

　　焊接焊縫較多的結構件時，應先焊錯開的短焊縫，再焊直通長焊縫，以防在焊縫交接處產生裂紋。如果焊縫較長，可采用逐步退焊法和跳焊法，使溫度分布較均勻，從而減少了焊接應力和變形。

　　五、錘擊焊縫法

　　在焊縫的冷卻過程中，用圓頭小錘均勻迅速地錘擊焊縫，使金屬產生塑性延伸變形，抵消一部分焊接收縮變形，從而減小焊接應力和變形。

　　六、加熱“減應區”法

　　焊接前，在焊接部位附近區域（稱為減應區）進行加熱使之伸長，焊后冷卻時，加熱區與焊縫一起收縮，可有效減小焊接應力和變形。

　　七、焊前預熱和焊后緩冷

　　預熱的目的是減少焊縫區與焊件其他部分的溫差，降低焊縫區的冷卻速度，使焊件能較均勻地冷卻下來，從而減少焊接應力與變形。