焊接應(yīng)力產(chǎn)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(dǎo)致焊接應(yīng)力和變形產(chǎn)生的根本原因。圖1-3-4為低碳鋼平板對接焊時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力和變形示意圖。

　　平板焊接加熱時(shí)，焊縫區(qū)溫度最高，其余區(qū)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(xiàn)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(shí)按溫度分布的不同，焊縫各處應(yīng)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(shí)的變化如圖1-3-4（a）中虛線所示。但實(shí)際上，由于平板是一個(gè)整體，各部分的伸長必須相互協(xié)調(diào)，不可能各處都能實(shí)現(xiàn)自由伸長，最終平板整體只能協(xié)調(diào)伸長△L。

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

　　在焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中，焊接應(yīng)力和焊接變形一般是同時(shí)存在且相互制約的。當(dāng)結(jié)構(gòu)的剛度較小，焊接過程中能夠比較自由地膨脹和收縮時(shí)，則焊接應(yīng)力較小而變形較大；反之，則變形較小而焊接應(yīng)力較大。

　　減少焊接應(yīng)力的措施

　　一、預(yù)留收縮變形量

　　根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在焊件備料及加工時(shí)預(yù)先考慮收縮余量，以便焊后工件達(dá)到所要求的形狀、尺寸。

　　二、反變形法

　　根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，預(yù)先估計(jì)結(jié)構(gòu)焊接變形的方向和大小，然后在焊接裝配時(shí)給予一個(gè)方向相反。大小相等的預(yù)置變形，以抵消焊后產(chǎn)生的變形。

　　三、剛性固定法

　　焊接時(shí)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(yīng)力，只適用于塑性較好的低碳鋼結(jié)構(gòu)。

　　四、選擇合理的焊接順序

　　焊接焊縫較多的結(jié)構(gòu)件時(shí)，應(yīng)先焊錯(cuò)開的短焊縫，再焊直通長焊縫，以防在焊縫交接處產(chǎn)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(yīng)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(chǎn)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(yīng)力和變形。

　　六、加熱“減應(yīng)區(qū)”法

　　焊接前，在焊接部位附近區(qū)域（稱為減應(yīng)區(qū)）進(jìn)行加熱使之伸長，焊后冷卻時(shí)，加熱區(qū)與焊縫一起收縮，可有效減小焊接應(yīng)力和變形。

　　七、焊前預(yù)熱和焊后緩冷

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