第3章 焊接应力与变形.doc

第3章 焊接应力与变形焊接应力与变形的概念是焊接领域的一个非常重要的概念，也是本课的重点与难点，他有较强的系统性和逻辑性。我们讲课时的思路与书上的差别也比较大，因此要求大家上课注意听讲，做好课堂笔记。3-1 基本概念一、内应力及其性质1、何为内应力？ 在没有外载荷作用时，平衡于物体内部的应力叫内应力。2、内应力的性质（1）自身平衡满足静力平衡条件，即所有应力的合力等于零，F=0；对任意点的合力矩等于零，M=0。（2）不稳定性受到外界因数作用时，如外载荷、温度变化时，自身平衡被打破，当外界作用消失后，内应力数值发生变化，但仍保持自身平衡。（3）由此可以得出一个推论；内应力的波形图至少应该是三波形的，因为单波形，两波形都不能满足合力为零，合力矩为零。3、内应力的分类按内应力平衡的范围分第一类内应力：在较大的范围内平衡，其范围可与物体尺寸相比，故称之为宏观内应力。第二类内应力：它的平衡范围大小可与晶粒尺寸相比，称为微观内应力。第三类内应力：它的平衡范围更小，只能与晶格尺寸相比，也叫超微观内应力。焊接应力的平衡范围较大，属于宏观内应力，因此我们以后重点研究宏观内应力。按内应力产生的原因来分：有热应力和组织应力（1）热应力热应力也叫温度应力，是由于构件受热不均匀而引起的应力，我觉得叫温度应力是不准确的，叫温差应力比较合适，因为并不是任何物体有温度就有应力的，只有物体上的温度分布不均匀，有温度梯度时才有应力。为什么温度分布不均匀会引起应力呢？举个简单的例子来说明：有一个金属的框架结构，如果让框架的中心杆件受热，而两侧杆件的温度保持不变，则中心杆件由于温度上升而伸长，而两侧由于温度不变保持原来的长度，这样中间杆件的伸长就会受到两侧杆件的阻碍，不能自由的进行，因此中间杆件就会受到压缩，产生压应力，而两侧杆件在阻碍中心杆件膨胀伸长的同时受到中心杆件的反作用而产生拉应力，这些应力是由于中心杆件与两则杆件的温度不同即中心杆件的温度高于两则杆件造成的，换句话说，就是构件内温度分布不均匀造成的。（2）组织应力金属冷却时，在刚性恢复温度之下产生相变导致体积变化而引起的应力叫组织应力，也叫相变应力。我们知道金属加热冷却时，材料内部组织要发生相变，而相变时体积也将发生变化，冷却时的相变往往是体积增大，如果这个增大是发生在金属的刚性恢复温度之下，那么周围恢复了刚性的部分金属将阻碍这个体积增大，这就将产生新的应力：组织应力，也叫相变应力。对于低碳钢，刚性恢复温度是600度，而它的奥氏体转变温度是600700度之间，600度以下没有相变发生，所以低碳钢不存在组织应力。有不少合金元素能降低金属的相变点，所以合金钢焊接时往往产生组织应力。按内应力产生的时间来分：有瞬时应力和残余应力在焊接热循环中随着时间的变化焊接温度场也在不断的变化，由此引起焊接热应力和组织应力也在不断的变化，这种随时间不断变化的应力叫瞬时应力。当温度恢复到原始状态后，焊接应力将趋近一个稳定的值，这时的应力叫残余应力。二、自由变形、外观变形和内部变形1、自由应变（T）当某一金属物体的温度有了改变，或发生了相变，它的尺寸和形状就要发生变化，如果这种变化没有受到外界的任何阻碍而自由地进行，这种变形称之为自由变形。以长度为L0的金属杆为例，当温度由T0升至T1时，如果热膨胀量不受阻碍，则由温度变化而引起的自由变形为：LT = (T1-T0)L0自由应变（自由变形率即单位长度上的自由变形量）为：T = (T1-T0)2、外观应变e（可见应变）和内部应变（不可见应变）对于上述杆件的加温过程，如果我们增加一个拘束条件，使其一端与一个刚性壁连接，另一端与另一个刚性壁相距e ，同样使温度由T0升至T1 ，则由于刚性壁的阻碍自由应变T 就不能完全表现出来，而只能表现出e 这部分，所以我们就叫这表现出来的部分为外观应变e也叫可见应变，而未表现出来的部分就叫内部应变，也叫不可见应变。外观应变e ：受拘束条件决定的，构件能够表现出来的实际变形。也就是能够看的见，摸的着的变形。内部应变 ：受拘束条件约束，未能表现出来的变形。3、弹性内部应变（）和塑性内部应变（”）不可见应变既然没有表现出来，它就一定会以另一种形式顽强的表现自己，这种形式就是应力，它以应力的形式存在于物体内部，应力的大小服从虎克定律，即=E,应力的大小与内部应变量成正比。当内部应变量不太大的话，它产生的应力小于屈服极限S ,这时的内部应变是弹性的,叫弹性内部应变，以表示，弹性内部应变是可以恢复的，也就是说，当温度由T1恢复到T0时，随着温度的下降，和将逐步减小并消失。当温度由T0上升时，和都同时增大，当增加到屈服点时，弹性内部应变量达到最大值，我们以S表示，也就是说小于S 的内部应变都是弹性内部应变。如果温度继续增加超过S ，杆件内部的应力达到S ，应力就不再继续增加了，这是材料已处于塑性状态，所以超过S 部分的内部应变叫塑性内部应变，我们以”表示，大家知道塑性变形是不可恢复的，所以在温度恢复到T0 之后，塑性内部应变将保留下来，这样原杆件将缩短”。这里杆件的缩短可能不好理解，大家也可以这样看，先认为对应于T2的自由变形完全表现出来，然后用一个刚性壁来进行压缩，压缩一点就产生一点内部变形，杆件内部就产生一点压应力，当压缩所产生的内部变形量等于S时，压应力达到S，整个杆件达到塑性状态，这时再继续压缩杆件就会产生塑性变形，出现塑性缩短了，当温度恢复以后这个塑性缩短”将保留下来。S ：与S相对应的内部变形，小于S的都是弹性的，是可以恢复的。 ：弹性内部变形，小于S 。p ：塑性内部变形，超过S 以上部分的内部变形，是塑性的，不可恢复的。 三、研究焊接应力与变形的基本假设焊接应力与变形的形成过程是一个非常复杂的过程，如果想把各种因素都考虑进去精确的分析计算是非常困难的，所以必须抓住主要矛盾忽视一些次要因素，找到一个满足工程需要的近似的分析计算方法，这就需要进行一些合理的假设，使问题简化，又不影响问题的研究精度。1、热物理性能的简化设材料的热物理参数不随温度变化。金属的线膨胀系数（1/）、比热C（J / g ）、密度（g/ cm3）、容积比热C(J/cm3)等等热物理参数实际上是随温度变化而变化的，并不是常量，那么我们为什么能假设他们为常量呢？这是因为随着温度的上升，线膨胀系数增大、容积比热C也增大，但是实验表明在很大的一个温度范围内，他们的比值/C变化不大，基本上是恒定的，而我们在计算中要用到的正是这个比值，所以这个假设是合理的，不会给分析计算带来大的误差。T、C/C不变T、EE不变2、屈服极限与温度的假定关系金属材料的屈服极限s在不同的温度下有不同的值,一般来讲随着温度的上升屈服极限s下降，当温度升到某一限度时，材料将丧失弹性，即：s。对于低碳钢来说，它的屈服极限s与温度的关系通过实验得出，如下图所示：这个不规则的曲线给我们的分析计算代来很大的麻烦，所以有必要进行简化，简化为：在度以下认为屈服极限s为常量，之间，线性下降到大于度认为材料丧失弹性3、平截面假设该假设就是认为构件的某截面如果在加热前是个平面的话，那么在加热变形后仍然保持平面四、三等分板条的力学模型研究对象：3S 宽的矩型板，温度为T0 。（做图1）首先假设板条的3等份之间是绝热的，此时给中间部分均匀加热，温度由T0。T1，两边仍保持原来的温度T0，并假想三等份之间没有联系，则中间部分就要产生与温度相对应的热膨胀，即自由变形，其值为（T1- T0）。（做图2）实际上该板条是个整体，两边的部分对中间是有拘束作用的，不会让他自由的膨胀伸长，也就是说两边的部份会阻碍中间的伸长，给他一个压力，而中间部分也会反作用于两边，给两边一个拉力，使其产生伸长作用，这样，最终整个板的端面将会平衡于某个位置，也就是整个板都伸长了e。（做图3）大家看，中间的部分应当膨胀出（T1- T0），而实际上只膨胀出了e，应当膨胀出来的（T1- T0）是自由变形，实际膨胀出来的e是可见变形，受两边的阻碍而没有表现出来的就是不可见变形，不可见变形将转化为应力此处为压应力，两边为拉应力。此时如果中间部分的温度上升比较少的话，出现的不可见变形处于弹性范围内，这时如果温度恢复到原始状态，则刚才出现的应力和变形都会消失,不会有残余应力和变形出现.如果中间部分的温度上升比较多的话，使得中间板条出现了塑性内部变形的话,如图所示,由于塑性变形是不可恢复的变形,中间板由于出现了压缩塑性变形就相当于它的长度缩短了，所以此时如果温度再恢复的原始温度时,如果我们假设俩侧的板对中间板的收缩没有阻碍的话，中间板就会收缩的比原始长度要短,形成一个凹陷的空间,实际上该板条是个整体，两边的部分对中间是有拘束作用的，不会让他自由的缩短，也就是说两边的部份会阻碍中间的缩短，给他一个拉应力，将其拉长,而中间部分也会反作用于两边，给两边一个压力，使其产生缩短作用，这样，最终整个板的端面将会平衡于某个位置，也就是整个板都缩短了e。（做图5）此时中间部分由于受到俩边的拉伸,是拉应力,俩侧部分由于受到中间部分的压力,是压应力.3-2 焊接残余变形焊接残余变形的分类焊接残余变形是指焊后残存于结构中的变形。焊接残余变形主要有以下几种表现形式：1、纵向收缩变形：焊后构件在焊缝长度方向上发生收缩，使长度缩短。2、横向收缩变形：焊后构件在垂直焊缝长度方向上发生收缩，3、绕曲变形：构件焊后发生绕曲，可由纵向收缩引起，也可由横向收缩引起。4、角变形：焊后构件的平面围绕焊缝产生角位移。5、波浪变形：构件的平面焊后呈现出高低不平的波浪形式。6、错边变形：焊接所导致的构件在长度方向或厚度方向上出现错位。7、螺旋变形：又叫扭曲变形，表现为构件在焊后出现扭曲。一、纵向收缩变形以及他所引起的绕曲变形1、型式:焊缝的纵向收缩和横向收缩是以焊缝为参照系的,而与焊件的纵横无关.纵向收缩: 平行与焊缝方向的收缩横向收缩: 垂直与焊缝方向的收缩同样我们后面要介绍的纵向应力和横向应力也是以焊缝为参照系的,即:应力方向平行与焊缝方向的叫: 纵向应力应力方向垂直与焊缝方向的叫: 横向应力 、产生机理不均匀加热压缩塑性变形相当于力缩短力偏离构件中心弯曲焊接的不均匀加热使焊缝及近缝区产生压缩塑性变形,这个塑性变形的存在使结构相当于受到一个外加压力的作用而缩短,当该假想力的作用线与构件中心线不重合时则产生弯曲变形.3、影响纵向变形的因素 (1)线能量 线能量是指单位长度上的焊缝所得到的实际能量,计算公式为:线能量qn变形。这是因为线能量下降表示焊件的热输入下降,产生的压缩塑性变形就少,所以纵向收缩变形就小。（2）焊缝层数多层焊的焊接纵向变形比单层焊小,这是因为多层焊所用的焊接线能量小,塑性变形区的面积小，且各层的塑性变形区的面积是相互重合的，所以它造成的焊接纵向收缩变形就小。多层焊各层线能量不相同时取最大的一个，相同时只取一层的计算变形.（3）预热预热温度上升,纵向收缩变形上升.提高预热温度相当与加大线能量,使塑性变形区的面积扩大,变形也增大但是当预热温度过高时,可能出现相反的结果,因为随着预热温度的增加，塑性变形区虽然扩大，但与此同时，由于较高的预热温度减小了焊接上的温度不均匀程度,温度趋于均匀化,使得压缩塑性反而下降,从而使纵向收缩变形减小.（4）间断焊的纵向收缩变形比连续焊小, 原因是它的当量线能量小.（5）热膨胀系数大的变形也大,如奥氏体钢的变形大于低炭钢（6）构件中心与焊缝中心距离大的，弯曲变形也大，这是因为距离大，促使焊件变形的力的力矩也越大.二、横向收缩变形以及他所引起的绕曲变形横向收缩变形的产生过程比较复杂，现分堆焊和对接接头2种情况进行分析：1、堆焊（1）原因：加热不同时 前后各点温度不同 膨胀受阻 压缩塑变 横向收缩在实际焊接过程中，在焊缝长度上的加热并不是同时进行的，因此焊缝长度方向上各点的温度不一致，在热源附近的金属膨胀变形，不但受到板厚深处，而且受到前后温度较低处的金属的限制和拘束，使之承受压力而在宽度方向上产生压缩塑性变形由此产生横向收缩变形。为了进一步说明这个问题，我们看这样一个例子：（2）影响因素：线能量qn：qnB 板厚： B 这是因为板厚增加，使得板的刚度增加抵抗变形的能力增加。横向变形沿焊缝长度上的分布也是不均匀的，他是沿着焊接方向从小到大逐渐增长，到一定长度后趋于稳定。这是因为先焊的焊缝的横向收缩对后焊的焊缝产生一个挤压作用，使后者产生一个更大的横向压缩变形。2、对接接头（1）原因有两个原因：一方面：焊接时随热源的移动，焊件被加热膨胀，使焊接间隙减小,单位厚度焊接线能量越大,热膨胀越大,间隙变化也越大。冷却过程中焊缝金属由于很快凝固，随后又恢复弹性，因此阻碍试件的焊接边收缩到原来的位置，这样冷却后就产生了横向收缩变形。热膨胀 间隙 横向收缩当没有坡口间隙时，板材受热后的膨胀将造成对接边的压缩，并由横向挤压使厚度增厚，并向外侧膨胀，冷却后向外侧膨胀的部分可以恢复，而厚度方向的变形不可恢复，最终仍将产生横向变形，但变形量比有间隙的要小。无间隙时 ： 热膨胀 挤压使厚度 横向收缩另一方面：焊缝的纵向变形亦能影响横向变形。纵向变形 间隙 横向收缩对接接头的两块板可以看着是在两板相对的一侧进行堆焊，则两板都将产生绕曲变形，使间隙上升，横向收缩将下降。所用的焊机功率越大、焊接速度越快，沿焊缝长度方向的塑性温度区间就越长，板的转动就越大，间隙的扩张也就越大，横向收缩将减小。由此看：功率、焊速 横向收缩以上两个因素是相互矛盾的，最终的变形是两个因素的综合结果。（2）影响因素：坡口形式：坡口角度、间隙 横向收缩 焊缝金属量 横向收缩一般地说：线能量 横向收缩三、角变形1、型式2、原因： 横向收缩变形在厚度方向上的不均匀分布。焊缝正面的横向收缩大，背面的横向收缩小，这样就造成了构件平面的偏转变形。3、影响因素：基本原因虽然相同，但是不同的接头形式具有不同的特点，我们分开谈：（1）堆焊： 角变形的大小取决于两个因素：a）塑性变形区的大小及其沿厚度方向上的分布，b）板的刚度（厚度）高温区越宽，变形量越大；塑性变形在厚度上的分布越不均匀角变形越大。那么塑性变形区的这些变化和哪些因素有关呢？具体的来讲是和线能量qn和板厚有关；线能量：qn 正反面塑性变形量的差值角变形qn 正反面塑性变形量的差值角变形当采用较小的线能量qn焊接时，焊件背面温度不高，塑性变形区的深度只占板厚的一部分，并达不到整个厚度,这时塑性变形在板厚上的分布是不均匀的；对于同一种板厚,随着线能量qn的增加，正反面塑性变形量的差值将增加，不均匀程度将加重，角变形增加；当线能量qn进一步增加时，板材背面的温度亦随之提高，正反面塑性变形量的差值将下降，因而角变形反而减少。由此可见，角变形随线能量qn变化的关系是随线能量qn的上升，角变形由小到大，达到峰值后又下降。板厚： 正反面塑性变形量的差值角变形刚度角变形角变形随板厚的变化同样是随板厚的上升角变形由小到大，达到峰值后又下降。这是因为板厚很小时，试件正反两面的温度差较小，塑性变形在板厚上的分布比较均匀，所以角变形较小；当板厚增大时，试件正反两面的温度差将增大，塑性变形在板厚上的分布的不均匀性增加，角变形增大；当板厚进一步增大时，试件的刚度的增加上升为主要矛盾，这时虽然不均匀程度也在增加，但是厚板较大的刚度将使他变形困难。所以角变形反而下降。角变形在焊缝长度上的分布也是开始比较小，以后逐渐增加。（2）对接接头对接接头影响角变形的主要因素是坡口角度、焊接层数以及焊缝截面形状。坡口角度上下收缩差角变形坡口角度越大，接头上部及下部横向收缩量的差别就越大，角变形就越大；自动焊的熔深比手工焊大的多，所需要的坡口角度比手工焊小，激光焊、电子束焊和电渣焊不需要开坡口，所以角变形小。对于同样的坡口形式多层焊比单层焊角变形大，焊接层数越多，角变形越大。用对称坡口如：X型坡口、双U型坡口取代型坡口有利于减少角变形。最好是在垂直位置两面同时施焊。（第十三节课结束）四、波浪变形波浪变形是一种超出板面的失稳变形。对于船体等由骨架和薄板组成的板架结构施焊后在骨架之间的薄板上产生焊接压应力，其内部的焊接残余应力分布是这样的，如下图：我们知道薄板在承受压应力时，如果其中压应力达到某个临界值时，薄板将会出现失稳的波浪变形，所以板架结构焊后是否失稳的判据为：（焊接残余压应力） wcr （薄板的抗失稳临界压应力）由上式可以看出，若想提高板架结构的抗失稳能力就必须降低焊接残余压应力w，增大薄板的抗失稳临界压应力cr 降低焊接残余压应力w的方法：1. 采用小的焊接线能量：2. 采用间断焊3. 采用能量密度高的焊接方法，二氧化碳气体保护焊的能量密度要比手工焊高,变形也比手工焊小,气焊的能量密度最低,所以变形大.增大薄板的抗失稳临界压应力cr的方法：1. 增加板厚：浪费材料，经济性差。2. 增加骨架，减小骨架间距：浪费材料，增加焊缝使得焊接残余应力增加。所以对薄板框架结构很难做到焊后不失稳，应当寻找一种新型来取代薄板框架结构，这就是新型的压筋结构，例如：五、焊接错边1、型式厚度上的错边（简图a）纵向错边（简图b）2、原因：装配不善对接边的热不平衡，刚度不等。受热大的一边变形大，受热小的一边变形小，所以产生错边。产生热不平衡主要有这么几种情况：（1）工件和夹具间的导热两边不等；一边接触紧，一边接触不良。（2）热源偏离焊缝中心；一边热输入量大，一边热输入量小。（3）工件两边的热容量不同。焊接错边在长焊缝上有逐步积累作用，所以一般不宜用直通焊焊长焊缝，可采用跳焊、分段退焊；对于环形焊缝应当对称施焊，跳焊,而不是顺着一个方向焊,以防错边积累。六、螺旋形变形（扭曲变形）原因：角变形沿焊缝长度方向分布不均匀以及工件的纵向错边。措施：改变焊接顺序和方向。将俩条相邻的焊缝同时同方向焊接。七、预防焊接变形的措施对于实际焊接结构，人们总是希望得到最小的变形，而要得到最小变形的途径不外乎：（1）采取某些措施使结构施焊完毕之后变形自然很小；（2）虽然在施焊过程中结构产生了较大的变形，但随后能用某种方法来矫正他，使变形降到最小。前者叫焊接变形的预防，后者叫焊接变形的矫正。对于焊接工程技术人员来说，重点在预防，预防搞好了，可以节省很多人力、物力。而矫正只能是迫不得已而采取的措施。在焊接变形的预防上可以分为设计和工艺两个方面，其中设计又显得更为重要，如果设计上考虑不周将给生产带来很多麻烦，变形控制的效果还不好。例如：（简图）1、设计措施（1）合理地选择焊缝尺寸和形式焊缝尺寸越大，需要的焊接线能量也越大，焊接变形也越大。因此在保证结构的承载能力的条件下，设计时应尽量采用小的焊缝尺寸。对于角焊缝这个问题显得尤为突出。注意：由于材料和工艺因素的限制焊缝不可能焊的太小,这里有一个各种板厚的最小焊角高度,设计焊角要大于最小焊角高度。表2-6 各种板厚的最小焊角高度板厚（mm）67181930315051100K （mm）345810（2）尽可能减少不必要的焊缝焊缝的数量减少，各焊缝产生的变形的总和自然减少。（3）合理地安排焊缝的位置焊缝应尽可能安排在接近结构中和轴的地方，并尽可能对称于截面中和轴。因为每条焊缝的收缩都相当于一个假想的压力，所以焊缝接近中和轴该假想力对结构的弯矩就越小，焊缝对称布置，该假想力对结构的弯矩就会相互抵消，所以弯曲变形就小。两条对称焊缝的焊管焊后有可能是直的，但一条缝的焊管一定是弯的，螺旋管有可能焊后是直的。举例锅炉管。2、工艺措施（1）严格对加工装配工序的要求（2）预留收缩余量（3）反变形法事先估计好结构变形的大小和方向然后在装配时给于一个相反方向的变形与焊接变形相抵消。如图：对焊接T型梁等焊缝不对称的结构可以在焊前用专门的机械给他压出一个反变形来，然后进行焊接；还可以把两个T型梁背靠背地点焊在一起进行焊接。当构件的刚度很大、反变形困难时，可以在下料时就做成带绕度的。（4）刚性固定法该方法是在没有反变形的情况下将构件加以固定来限制焊接变形，用这种方法来预防绕曲变形只能在一定程度上减少这种变形，效果远不及反变形但是利用这种方法来防止角变形和波浪变形效果还是比较好的，如：上海交大焊气压水瓶壳，壁厚只有0.2毫米，用氩弧焊配压紧磁铁，压住两边，效果就很好。这个压紧力必须均匀大小随板厚的增加而增加。（5）合理地选择焊接方法和规范选用能量密度高的焊接方法可以有效的防止焊接变形，CO2焊就比手弧焊变形小，气焊变形最大，真空电子束焊和激光焊能量密度最大焊缝很窄变形极小，可以用来焊接精度要求高的机械加工件。在焊接规范的选择上我们知道线能量大的变形大，线能量小的变形小，离中和轴远的焊缝对弯曲变形的影响大，近的影响小，所以在焊一些非对称结构时可以利用这个特点。如图：对于这样一个不对称的工字型结构,如果用相同的焊接规范进行焊接，则焊缝1、2造成的弯曲将大于3、4，如果我们把1、2焊缝适当分层焊接，每层用小线能量,则有可能使上下绕曲变形相互抵消.还可以用直接水冷来限制和缩小焊接温度场的分布，减小变形。（6）合理地选择装配焊接顺序这个问题通过一个例题来给大家说明：由两根槽钢 (A) 、盖板(C)和若干隔板(B) 组成的结构分别用角焊缝1、2、3焊成，生产该结构时可有三种不同的装配焊接顺序，他产生的绕度也各不相同：方案一、a）先组合槽钢 (A) 和若干隔板(B)，即先焊3缝，出现上绕f3； b）再组合（A+B）和C，先焊1缝，出现上绕f1； 再焊2缝，出现上绕f2； 总变形 ：f1+ f2+ f3方案二、a）先组合A、C，即先焊1缝，出现上绕f1，不变； b）再组合（A+C）和B，先焊2缝，出现上绕f2，不变； 再焊3缝，出现下绕f3；由于此时的中和轴与A、B组合时相比下移了，所以3缝的中心可能变到中和轴的上方，f3将成为下绕度。 总变形 ：f1+ f2f3方案三、a）先组合B、C，即先焊2缝，绕度f2 = 0 ；此时焊缝中心和B、C的中性轴几乎重合，所以产生的绕度很小，几乎为0。 b）再组合（B+C）和A，先焊1缝，出现上绕f1； 再焊3缝，出现下绕f3； 总变形 ：f1 f3 最小 八、矫正焊接变形的方法1、机械矫正法机械矫正法是利用外力使构件产生与焊接变形相反的变形，使两者抵消。焊接变形是由于塑性区缩短而造成的，而机械矫正法就是通过外力使那些缩短的部分拉长，以此来矫正焊接变形，外力通常是采用压力机。短长此外还可以用锤击法来延展焊缝及附近区域的金属，以减小变形。还可用碾压法，碾压焊缝及两侧使之伸长。运用此法，对冷作硬化大的材料要引起注意，高强钢要注意冷脆。2、火焰矫正法该法是利用火焰局部加热时产生的压缩塑性变形使较长部位的金属缩短来达到矫正变形的目的。所以说本法的基本原理与前者正好相反，前者是使短的部分拉长而后者是使长的部位缩短。 长短具体做法是用气焊焊炬在工件较长的部位加热，如：为了提高矫形效率，可以在加热的同时在加热点周围喷水冷却来限制火焰加热的范围，提高对加热点的挤压作用。（简图）1-3 焊接残余应力一、焊接残余应力的分布在厚度不大的常规焊接结构中残余应力基本上是双向的，为纵向应力x和横向应力y，而厚度方向的应力很小，所以我们重点研究纵向应力和横向应力。1、纵向应力x他是平行于焊缝方向的应力。对于矩形板对接焊时的纵向应力x如图所示：在试件中部稳定区域内，焊缝附近焊接残余应力是拉应力，而且拉应力的值往往达到屈服极限。在焊缝塑性区以外，焊接残余应力是压应力，其值与拉应力相平衡。在板的两端由于拘束条件的改变，纵向应力不同于中部稳定区，而是比中部低，越接近端面越低，到端面处等于零，板条较短时就不存在中部稳定区，焊缝上的x可能小于s。在拉应力向压应力过渡的区域，应力梯度极大，所以工程上常用简化的图形来代替真实的残余应力图。2、横向应力y横向应力y是垂直于焊缝方向的焊接应力，他的分布情况比较复杂，他可分为两个组成部分：一是由于焊缝及其附近的塑性变形区的纵向收缩引起的，用y表示。另一个是由焊缝及其附近的塑性变形区横向收缩的不同时性引起的，用y表示。我们用一个矩形板的对接焊来对y进行分析：如果我们将该对接板沿焊缝中心将其一分为二，则两块板条都相当于一侧有一条焊缝，他们将分别向焊缝侧弯曲，如图： 如果想它恢复到原来的位置，必须在两端加上压力，中部加上拉力，由此推断，焊缝上必然存在着两端部分为压应力，中间部分为拉应力的横向内应力，这就是纵向收缩引起的一部分横向应力y。压应力的最大值比拉应力大的多，对长焊缝来说，中心部分的拉应力将有所降低，随着焊缝的增长逐渐趋于零。现在来分析横向应力的另一个组成部分y：由于焊缝不是同时完成的，有先焊后焊之分，先焊的部分先冷却，后焊的部分后冷却，先冷却的部分恢复了刚性又将限制后冷却部分的横向收缩，使得后冷却的部分（后焊的部分）受到拉应力，后焊的部分的收缩又将对先焊的部分产生压应力，为了内应力的平衡，则最先施焊的一段必然会转变为拉应力。这就是直通焊情况下的y。由于y与施焊的先后次序、方向、分段方法有关，所以对焊道施焊的方法不同，y的分布也不同，如：直通焊、由中间向两端焊、分段退焊等。虽然焊接的方向不同，y的分布不同，但只要掌握一点，就是焊接收尾的地方y一定是拉应力。横向应力的两个组成部分y和y是同时存在的，最终的横向应力是它们两者的合成，即：y=y+y二、焊接残余应力对结构使用性能的影响1、对机械加工精度的影响经过焊接工艺制造的零部件如果要进行机械加工的话，那么焊接过程产生的残余应力对机械加工精度会产生很大的影响，这是因为机械切削加工把一部分材料从工件上切去的同时，把原先在那里的焊接残余应力也一起去掉了，从而破坏了工件中原来的内应力的平衡，在这个不平衡的内应力的破坏下，工件将出现变形，在变形的同时，使内应力达到新的平衡。如图： 继续进行切削加工，又将破坏这个平衡，再次产生变形。要想减小这个变形，提高加工精度，可以减小每次的加工量，分几次加工，每加工一次适当放松夹具，使工件的变形充分表现出来，垫好夹紧后再进行加工，每次加工量递减，这样可以提高加工精度，但不能彻底消除焊接应力对加工精度的影响。要想彻底消除焊接应力对加工精度的影响，只能先消除焊接残余应力然后再进行机械加工。2、对受压杆件稳定性的影响焊接残余应力降低受压杆件的稳定性。由材料力学基本理论可知，两端铰支的受压杆件失稳的临界应力为：cr 2E /2 式中：为长细比（= l/ r ） r 为截面惯性半径 （ ）可见压杆失稳的临界应力cr与长细比成反比。那么焊接残余应力是怎样降低受压杆件的稳定性的呢？ 对于受压的焊接杆件来说，残余应力中的压应力区受压载荷后，很快屈服，这就减少了承受压力的有效截面，增大了长细比，从而使得抗失稳的临界应力cr下降，这就降低了杆件的抗失稳能力，可见影响压杆稳定的主要是残余应力中的压应力区。例如：焊接的工字型杆措施：翼缘用气割加工，使边缘产生拉应力区，使有效截面分布到远离中和轴处。改变梁结构，用箱型梁取代工字梁。只有当30150时内应力才对稳定性有影响，这是因为当150时，cr本来就很低，不等到外载荷压应力和焊接压应力叠加达到s时就失稳了，此时构件截面尚未削弱，所以此时的失稳并不是由焊接残余压应力造成的，而是设计中的稳定性不足，所以，这种情况下焊接残余应力对失稳没有影响。3、对静载强度及尺寸稳定性的影响一般人可能认为构件内预先有了一个焊接残余应力肯定对静载强度有影响，而对尺寸稳定性似乎想不到有什么不利因素，那么事实到底怎么样呢？恰恰相反，焊接残余应力对塑性材料的静载强度没有影响，而对尺寸稳定性却有很大影响。对脆性材料，焊接残余应力降低其静载强度。为什么呢？下面我们就来做一些具体分析。取一个材料为低碳钢的对接接头，我们来看看它的纵向焊接残余应力与外应力叠加后对静载强度和尺寸稳定性产生什么影响。我们的分析思路是这样的：第一步：分析焊后焊接残余应力的分布和数值：第二步：给他加上一个载荷，看这个载荷在构件内各处增加的应力，以及他和残余应力叠加以后的应力，以此来分析该构件的最大承载能力及变形；第三步：卸去这个载荷，再看构件内的应力和变形，以此来分析构件的尺寸稳定性。（1）焊后焊接残余应力的的分布如图：拉应力区的应力大小为：压应力区的应力大小为：现在我们来看看经过一个加卸载循环后，应力应变值会有什么变化，（2）加载P加一个外载荷P，则P在构件内产生的应力似乎是：然而实际上是不是这个值呢？不是的，这是因为屈服区内的残余应力已经达到了屈服极限，这部分金属已经不能承担拉伸载荷了，外载荷P就只能由（B-b）区域的金属来承担了，这样P在（B-b）区产生的实际应力为：与此对应我们把前者叫名义应力，为了以后比较方便，我们把它折算成屈服极限的倍数，用外载荷水平系数表示：（01）现在我们来看看残余应力与P产生的应力叠加以后构件各区域的实际应力又是怎样的呢？拉应力区：压应力区：加载P所产生的拉应变： （3）卸载P把卸载过程看着施加一个负的P载荷，由于卸载过程中构件的整个截面都参加工作，所以P在构件内产生的名义应力和实际应力是一致的，都是ss与构件内各区的原有应力叠加，结果是：拉应力区：压应力区：卸载所产生的应变：上面我们对构件的加载、卸载过程中应力和应变的数值进行了详细的讨论，得出什么结论呢：首先我们看，要想使构件在加载时全面屈服，就必须使压应力区的应力达到屈服极限，要做到这一点，就要使外载荷水平系数=1，这就意味着所加载荷P能够使截面为B的没有任何残余应力的板材达到屈服，可见要使构件全面屈服,不管有无残余应力需要的外载荷都是一样的，由此我们可以得出第一条结论:结论一、焊接残余应力对塑性材料的静载强度没有影响.其次在让我们看看卸载后的应力值,他分别是( 1)s和( 1)20 ,拿它和加载前的应力值比，发现都减小了( 1)倍,由次可得结论二:结论二: 焊接结构焊后经过一个加卸载循环,结构内的焊接残余应力将减小到原来的( 1)倍 ,如果在该循环中，= 1的话，则可完全消除残余应力.所以焊接结构的预加载试验也是消除残余应力的措施之一。最后我们还发现，加载时的应变与卸载时的应变是不相等的，它们的差值为 ,也就是说卸载后构件的尺寸没有恢复到加载前，而是产生了新的变形,我们把这个变形叫二次变形,并由此得出第三条结论:结论三:焊接结构焊后经过一个加卸载循环,结构的尺寸将发生变化，出现了二次变形.为了使大家对二次变形的概念更易理解，给大家画一个框图:三、调节内应力的措施1、采取合理的焊接顺序和方向（1）尽量使焊缝能自由收缩，先焊收缩量大的焊缝。（2）先焊工作时受力大的焊缝。如：工字梁的对接：应先留下一段翼缘焊缝不焊，使面板、腹板的对接缝能自由收缩，又因为1、2两缝对结构来说是横向焊缝，它的横向收缩要比3缝的纵向收缩大，所以应先焊收缩量大的1、2 缝。1、2两缝又应当先焊谁呢？这时考虑到面板上的1缝工作时受力较大，根据原则（2）应先焊1缝，这样在焊后面的2、3缝时它们的收缩能使1缝预先承受压应力，提高了结构的承载能力。（3）拼板时应先焊错开的短焊缝，再焊直通的长焊缝。2、反变形反变形降低了构件的局部刚度，增加了变形的自由度，使变形能充分表现出来，从而使应力降低。3、锤击或碾压焊道由于应力是由压缩塑性变形产生的，而捶击、碾压则使焊缝延展，产生拉伸塑性变形抵消了一部分压缩塑性变形，所以降低了应力。4、加热减应法在结构的某些部位加热，使它产生的热膨胀带动焊接部位，产生一个与焊缝收缩方向相反的变形，在冷却时加热区的收缩和焊缝的收缩方向相同，使焊缝能自由的收缩，从而降低内应力。