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[摘 要]为了能够有效的减小结构因焊件的不均匀膨胀和收缩造成的焊接变形，根据焊接变形和焊接应力的各种影响因素进行分析，提出了对应的防控措施。
[关键词]焊接应力；变形；工艺；措施
中图分类号：TG441 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）20-0080-01
正文：
一、 焊接工艺
在如今快速发展的钢结构，形式多种多样的焊接机械、设备，焊接方法也更新替代的快，这样焊接技术就成了关键。但在工程施工的过程中，由于焊接时产生的焊接残余应力和残余变形，严重的影响这质量、进度及使用寿命，因此，就要采用合理的措施去减少或控制。焊接实际就是在局部加热后又冷却凝固的过程，由于不均匀的温度变化，导致不均匀的膨胀和收缩，致使工件的内部产生应力导致变形。最常见的焊接应力包括：横向应力、纵向应力、工件厚度方向的应力。变形则包括：横向收缩变形、纵向收缩变形、扭曲变形、弯曲变形、波浪变形、角变形等。根据不同的应力及变形，具体分析研究减少及控制措施。
二、 减少焊接变形的措施
1、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，使接头的塑形变形区增大。
2、焊缝截面积的影响
截面积是指熔合线范围内的金属面积，面积越大，冷却时引起的变形量越大，焊缝的面积对横向、纵向及角变形的影响是一样的，是主要因素，因此在板厚相同时，坡口尺寸越大，收缩量就越大。
3、焊接方法的影响
各种焊接方法的热输入是不一样的，除电渣焊以外，埋弧焊的热输入最大，在焊缝的断面积相同的情况下，收缩量最大，手工电弧焊居中，CO2焊最小。
4、接头形式的影响
在各种因素相同的条件下，不同的接头形式对变形量也有不同的影响，常用的焊缝表面形式有堆焊、角焊、对接焊。
（1）堆焊时，焊缝金属的横向变形不但受到纵横向母材的约束，而且加热只限于表面一定的深度而使焊缝收缩的同时受到板厚、深度、母材方面的影响，变形相对较小。
（2）T型接头角接接头和搭接接头时，与堆焊相似，横向收缩值与角焊缝面积成正比，与板厚成反比。
（3）对接街头在单道焊的情况下，其焊缝的横向收缩比堆焊和角焊大，在单面焊时坡口角度大，板厚上、下收缩差别大，因此角变形大。
5、焊接層数的影响
（1）横向收缩 在对接街头多层焊时，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，之后相当于无间隙对接焊，，接近于盖面焊时与堆焊的条件和变形相近，因此收缩量较小。
（2）纵向收缩 多层焊接时，每一层的焊缝热输入都比一次完成的单道焊小得多，加热的范围窄，冷却快，产生的变形小得多。并且每前一道焊完的焊缝都对下一层焊缝有约束作用，因此多层焊的纵向收缩变形比单道焊小得多，层数越多，纵向变形越小。
通过在现场的焊接实践中总结，由于各种条件因素的影响，焊接残余变形的规律比较复杂，通过综合分析了解了焊接变形产生的原因和影响因素，则可以采取以下的措施减少和控制变形。
1、对于屈服强度345MPa以下，淬硬性不强的钢材采用较小的热输入，尽可能不预热或者适当的降低预热层间温度。优先采用热输入较小的焊接方法，如CO2气体保护焊。
2、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，对口间隙。
3、厚板焊接尽可能采用多层焊代替单道焊。
4、在满足设计要求的情况下，纵向加强肋和横向加强肋的焊接可采用间断焊接法。
5、双面均可焊接时，要采用双面对称焊口，并在多层焊时采用与构件中和轴对称的焊接顺序。
6、T型接头板厚较大时，采用开破口角对接焊缝。
7、采用焊前做反变形方法来减少和控制焊后的角变形。
8、采用刚性固定夹具来减少焊后变形。
9、采用工件预留长度来补偿焊缝纵向收缩变形，对于长构件的扭曲，可采用提高板材的平整度和组装时的精准度，使坡口角度和间隙精准，电弧的中心要对准，使焊缝的角变形和纵向变形值和构件的长度方向一致。
10、在焊缝较多的构件上组合焊时或者在结构安装时，一定要采取合理的焊接顺序。
11、在设计上要尽量的减少焊缝的数量和尺寸，合理的选择布置焊缝的位置，除了要避免焊缝密集集中以外，还应该使焊缝的位置尽可能的靠近构件的中心，并使焊缝的布置与构件的中心轴相对称。
二、 减少焊接应力的措施
焊接时产生的瞬时内应力，焊接后会产生残余应力，同时还会产生残余变形，这是不可避免的，焊接变形的矫正费时费力，构建制造和安装首先考虑的是减少和控制变形，往往对控制和减少残余应力较为忽略，常用一些工装夹具、支撑以增加刚性固定来减少变形，但这样同时又实际上加大了焊后的残余应力。对于本身就刚性大的设备，如板厚较大，截面本身的惯性矩较大时，虽然变形会较小，但同时产生较大的内应力，甚至产生裂纹。
因此，对于对于截面厚大，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一定要注意焊接应力的减少及控制。减少及控制应力的目标是降低其峰值使其均匀分布，减少及控制的措施有以下几种。
1、 减少焊缝尺寸
焊接内应力有局部加热循环而引起的，为此，在满足设计要求的条件下，不应该加大焊缝焊缝尺寸和层高。
2、 减少焊接拘束度
拘束度越大，焊接应力越大，首先应尽量使焊缝在较小拘束度下焊接，尽可能不用刚性固定的方法来减少及控制变形，以免增大焊接拘束度。
3、 采用合理的焊接顺序
在焊接较多的组装条件下，应根据构件的形状和焊缝的布置，采取先焊收缩量大的焊缝，后焊收缩量小的焊缝；先焊拘束度较大且不能自由收缩的焊缝，后焊拘束度小而能自由收缩的焊缝的原则。
4、 降低工件刚度，创造能够自由收缩的条件。
5、 锤击法减小焊接残余应力
在每一层焊道焊完后立即用圆头锤或者相近的工具敲击焊缝金属，使其产生塑形延伸变形，并且抵消焊缝冷却后承受的局部拉应力，但根部焊道、坡口及盖面层与母材坡口面相邻的两侧焊道不宜敲击，以免出现熔合线和近缝区的硬化或者裂纹。
结束语：
在施工或者焊接过程中，首先一定要先了解焊接工艺，采用合理的焊接方法和防控措施，以减少和消除焊后残余应力和残余变形。通过在实践中的不断总结，积累更多的焊接经验，考虑各种相关的因素，以保证在施工中的焊接质量。
[关键词]焊接应力；变形；工艺；措施
中图分类号：TG441 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）20-0080-01
正文：
一、 焊接工艺
在如今快速发展的钢结构，形式多种多样的焊接机械、设备，焊接方法也更新替代的快，这样焊接技术就成了关键。但在工程施工的过程中，由于焊接时产生的焊接残余应力和残余变形，严重的影响这质量、进度及使用寿命，因此，就要采用合理的措施去减少或控制。焊接实际就是在局部加热后又冷却凝固的过程，由于不均匀的温度变化，导致不均匀的膨胀和收缩，致使工件的内部产生应力导致变形。最常见的焊接应力包括：横向应力、纵向应力、工件厚度方向的应力。变形则包括：横向收缩变形、纵向收缩变形、扭曲变形、弯曲变形、波浪变形、角变形等。根据不同的应力及变形，具体分析研究减少及控制措施。
二、 减少焊接变形的措施
1、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，使接头的塑形变形区增大。
2、焊缝截面积的影响
截面积是指熔合线范围内的金属面积，面积越大，冷却时引起的变形量越大，焊缝的面积对横向、纵向及角变形的影响是一样的，是主要因素，因此在板厚相同时，坡口尺寸越大，收缩量就越大。
3、焊接方法的影响
各种焊接方法的热输入是不一样的，除电渣焊以外，埋弧焊的热输入最大，在焊缝的断面积相同的情况下，收缩量最大，手工电弧焊居中，CO2焊最小。
4、接头形式的影响
在各种因素相同的条件下，不同的接头形式对变形量也有不同的影响，常用的焊缝表面形式有堆焊、角焊、对接焊。
（1）堆焊时，焊缝金属的横向变形不但受到纵横向母材的约束，而且加热只限于表面一定的深度而使焊缝收缩的同时受到板厚、深度、母材方面的影响，变形相对较小。
（2）T型接头角接接头和搭接接头时，与堆焊相似，横向收缩值与角焊缝面积成正比，与板厚成反比。
（3）对接街头在单道焊的情况下，其焊缝的横向收缩比堆焊和角焊大，在单面焊时坡口角度大，板厚上、下收缩差别大，因此角变形大。
5、焊接層数的影响
（1）横向收缩 在对接街头多层焊时，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，之后相当于无间隙对接焊，，接近于盖面焊时与堆焊的条件和变形相近，因此收缩量较小。
（2）纵向收缩 多层焊接时，每一层的焊缝热输入都比一次完成的单道焊小得多，加热的范围窄，冷却快，产生的变形小得多。并且每前一道焊完的焊缝都对下一层焊缝有约束作用，因此多层焊的纵向收缩变形比单道焊小得多，层数越多，纵向变形越小。
通过在现场的焊接实践中总结，由于各种条件因素的影响，焊接残余变形的规律比较复杂，通过综合分析了解了焊接变形产生的原因和影响因素，则可以采取以下的措施减少和控制变形。
1、对于屈服强度345MPa以下，淬硬性不强的钢材采用较小的热输入，尽可能不预热或者适当的降低预热层间温度。优先采用热输入较小的焊接方法，如CO2气体保护焊。
2、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，对口间隙。
3、厚板焊接尽可能采用多层焊代替单道焊。
4、在满足设计要求的情况下，纵向加强肋和横向加强肋的焊接可采用间断焊接法。
5、双面均可焊接时，要采用双面对称焊口，并在多层焊时采用与构件中和轴对称的焊接顺序。
6、T型接头板厚较大时，采用开破口角对接焊缝。
7、采用焊前做反变形方法来减少和控制焊后的角变形。
8、采用刚性固定夹具来减少焊后变形。
9、采用工件预留长度来补偿焊缝纵向收缩变形，对于长构件的扭曲，可采用提高板材的平整度和组装时的精准度，使坡口角度和间隙精准，电弧的中心要对准，使焊缝的角变形和纵向变形值和构件的长度方向一致。
10、在焊缝较多的构件上组合焊时或者在结构安装时，一定要采取合理的焊接顺序。
11、在设计上要尽量的减少焊缝的数量和尺寸，合理的选择布置焊缝的位置，除了要避免焊缝密集集中以外，还应该使焊缝的位置尽可能的靠近构件的中心，并使焊缝的布置与构件的中心轴相对称。
二、 减少焊接应力的措施
焊接时产生的瞬时内应力，焊接后会产生残余应力，同时还会产生残余变形，这是不可避免的，焊接变形的矫正费时费力，构建制造和安装首先考虑的是减少和控制变形，往往对控制和减少残余应力较为忽略，常用一些工装夹具、支撑以增加刚性固定来减少变形，但这样同时又实际上加大了焊后的残余应力。对于本身就刚性大的设备，如板厚较大，截面本身的惯性矩较大时，虽然变形会较小，但同时产生较大的内应力，甚至产生裂纹。
因此，对于对于截面厚大，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一定要注意焊接应力的减少及控制。减少及控制应力的目标是降低其峰值使其均匀分布，减少及控制的措施有以下几种。
1、 减少焊缝尺寸
焊接内应力有局部加热循环而引起的，为此，在满足设计要求的条件下，不应该加大焊缝焊缝尺寸和层高。
2、 减少焊接拘束度
拘束度越大，焊接应力越大，首先应尽量使焊缝在较小拘束度下焊接，尽可能不用刚性固定的方法来减少及控制变形，以免增大焊接拘束度。
3、 采用合理的焊接顺序
在焊接较多的组装条件下，应根据构件的形状和焊缝的布置，采取先焊收缩量大的焊缝，后焊收缩量小的焊缝；先焊拘束度较大且不能自由收缩的焊缝，后焊拘束度小而能自由收缩的焊缝的原则。
4、 降低工件刚度，创造能够自由收缩的条件。
5、 锤击法减小焊接残余应力
在每一层焊道焊完后立即用圆头锤或者相近的工具敲击焊缝金属，使其产生塑形延伸变形，并且抵消焊缝冷却后承受的局部拉应力，但根部焊道、坡口及盖面层与母材坡口面相邻的两侧焊道不宜敲击，以免出现熔合线和近缝区的硬化或者裂纹。
结束语：
在施工或者焊接过程中，首先一定要先了解焊接工艺，采用合理的焊接方法和防控措施，以减少和消除焊后残余应力和残余变形。通过在实践中的不断总结，积累更多的焊接经验，考虑各种相关的因素，以保证在施工中的焊接质量。