焊接结构生产教学课件03焊接变形

4焊接残余变形4.1焊接残余变形的分类纵向收缩横向收缩挠曲变形角变形波浪变形扭曲变形错边变形2026/1/16（1）

收缩变形2026/1/16（2）挠曲变形（纵向收缩引起）2026/1/16挠曲变形（横向收缩引起）2026/1/16（3）角变形2026/1/16（4）波浪变形2026/1/16（5）扭曲变形2026/1/16（6）错边变形2026/1/164.1.1焊接变形带来的危害

*降低尺寸精度，影响美观*降低承载力*增加劳动2026/1/162026/1/16光学三维动态变形测量2026/1/162026/1/164.1.2纵向收缩变形以及它引起的挠曲变形2026/1/162026/1/16

1.纵向收缩

式中F—构件的截面积；

E—构件材料的弹性模量；

L—构件的长度（焊缝贯穿全长）。2026/1/162.梁、柱等结构单层焊的纵向收缩量

2026/1/16

3.影响纵向收缩变形的因素（1）线能量E

L。（2）T始L、T始L；（3）

间断焊L＜连续焊L；（4）多层焊

L＜单层焊L；（5）装配间隙、坡口形式等。2026/1/162026/1/164.1.3纵向收缩引起挠曲变形2026/1/16T型结构挠度2026/1/164.1.5工字梁装焊顺序2026/1/16纵向收缩引起挠曲变形焊缝在结构中的位置不对称时：

式中：L—构件长度；

I—构件截面惯性矩；

e—焊缝到断面中性轴距离。2026/1/16挠曲比较丁字形构件焊后挠曲度：工字形构件焊后挠度：

2026/1/164.2横向收缩变形及其产生的挠曲变形2026/1/164.2.1影响横向收缩因素

B影响因素：（1）Q=q/v

B；（2）

B；（3）装配间隙越大，横向收缩越大；（4）横向收缩沿焊缝长度方向分布不均，先焊

B<后焊

B；（5）对接接头的横向变形大小与焊接线能量、焊接坡口形式、焊缝截面积以及焊接工艺有关。

2026/1/161.线能量的影响2026/1/162.焊接层数与横向收缩随着层数的增加，刚度也增加，每层焊道所引起的横向收缩增加缓慢。2026/1/163.角变形沿焊缝长度方向变化2026/1/164.

T字接头横向收缩2026/1/165.其它因素金属Q↑→△B↑；α↑→△B↑2026/1/166.丁字接头及搭接接头横向收缩2026/1/162026/1/162026/1/162026/1/162026/1/164.2.2横向收缩引起挠曲变形2026/1/16弯曲角度计算

S2—为翼缘对水平中性轴的静矩；△B2—横向收缩；

I—构件截面惯性矩。2026/1/16结论1.焊接变形产生的原因：由于不均匀加热，导致焊缝高温时产生压缩塑性变形，引起焊接残余应力，当应力超过材料屈服强度后，形成残余变形。2.影响残余变形因素：焊接线能量Q（I、U、v）；焊接件几何尺寸；焊接热参数（预热、后热）；装配间隙、焊接拘束条件等。2026/1/164.3角变形

原因：横向收缩变形在厚度方向上的不均匀分布。1.堆焊2026/1/162.角变形影响因素2026/1/163.对接接头

若一致，坡口形式；*多层焊>单层焊；*焊接层数；*多道焊。

2026/1/164.焊接层数对角变形影响2026/1/162026/1/165.角变形沿焊缝长度分布2026/1/166.角焊缝所产生的角变形

T字接头角变形2026/1/16角变形2026/1/167.角变形的防止2026/1/162026/1/16防止角变形措施4.4波浪变形失稳：当压应力达到某一临界数值时，薄板将因出现波浪变形而丧失承载能力。

式中：－板厚；

B－板宽；

K－与板的支承情况有关的系数。

2026/1/16波浪变形举例2026/1/162026/1/164.5焊接错边因素：装配引起；焊接热不平衡。2026/1/162026/1/162026/1/164.6扭曲变形原因：与焊缝角变形沿长度上的分布不均匀性和工件的纵向错边有关。2026/1/16船体结构特大尺寸变形模拟2026/1/164.7预防焊接变形的措施

4.7.1设计措施1.合理选择构件截面提高构件的抗变形能力；2.合理选择焊缝的截面和坡口形式；3.尽量减少不必要的焊缝

；2026/1/16（1）合理选择焊缝的截面和坡口形式2026/1/16（2）尽量减少焊缝（两种阁舱壁的形式）2026/1/16（3）尽量断续焊减少焊缝长度2026/1/16（4）采用锻压件减少焊缝（轴承的加固形式）2026/1/164.7.2工艺措施1.选择合理的焊接线能量一般来讲，线能量越大，对焊件输入的热量越多，焊件的变形也大。采用加热面积小、能量集中的焊接方法，用多层焊代替单层单道焊，用断续焊、退焊、跳焊等代替连续焊，在保证焊缝质量的前提下焊接线能量尽量选的小一些（尤其是薄板和易淬火钢）等措施，可减少对焊件的热量输入，将变形控制在最小范围。2026/1/162.合理的焊接顺序2026/1/16合理的焊接顺序（大直径1000mm管子对接）2026/1/16换热器生产划分2026/1/163.合理装配顺序2026/1/164.通过调整线能量减少变形2026/1/165.刚性固定（1）

2026/1/16（2）刚性固定法2026/1/16（3）刚性固定法2026/1/162026/1/16（4）临时支撑刚性固定2026/1/16（5）压板刚性固定6.反变形法（1）2026/1/162026/1/16反变形法（2）2026/1/167.合理的装配-焊接顺序2026/1/162026/1/16梁作业现场2026/1/162026/1/168.焊接方向与次序2026/1/16焊接方向与次序9.散热法

(减少线能量)2026/1/16

4.8矫正焊接变形的方法分类：机械矫正法；火焰加热矫正法。4.8.1机械矫正法原理

在机械力作用下使部分金属得到延伸，产生拉伸塑性变形，使变形的构件恢复到所要求的形状。2026/1/16锤击法矫正波浪变形2026/1/16压力机矫正2026/1/162026/1/162026/1/16辗压矫正4.8.2火焰加热矫正法原理利用火焰加热时产生的局部压缩塑性变形使较长的部分在冷却后缩短来消除变形。常用的结构钢的加热温度一般控制在600～800℃之间。现场测温一般是用眼睛观察加热部位的颜色，大致判断加热部位的温度。测温笔、激光感应测温仪。2026/1/161.点状加热

d=15mma=50-100mm2026/1/16薄板波浪变形火焰矫正

2026/1/16薄板波浪变形火焰矫正2026/1/162026/1/162026/1/16火焰矫正变形与线能量关系2026/1/162.线状加热

2026/1/16线状加热又可分为直通加热、环形加热和带状加热.线状加热的特点是横向收缩量一般大于纵向收缩量，横向收缩使构件产生角变形。线状加热可用于角变形、弯曲变形、扭曲变形等的矫正。3.三角形加热

加热时面积上大下小，所产生的收缩量是上边大，下边逐渐过渡到零。所以三角形加热主要用于构件刚性较大、变形量大的弯曲变形.2026/1/16火焰矫正2026/1/16火焰矫正时的加热温度（材质低碳钢）

低温矫正：500度～600度冷却方式：水中温矫正：600度～700度冷却方式：空气和水高温矫正：700度～800度冷却方式：空冷空气注意事项：火焰矫正时加热温度不宜过高，过高会引起金属变脆、影响冲击韧性。16Mn在高温矫正时不可用水冷却，包括厚度或淬硬倾向较大的钢材。主梁装配焊接后出现宽度和悬臂翘度值不足，影响了正常使用。2026/1/16火焰矫正对钢结构承载能力的影响

火焰矫正引起的残余应力数值差异较大，采用同样的加热过程，不同截面和构造的钢构件，其残余应力数值相差数倍。火焰矫正残余应力数值一般能达到100MPa左右，有时更高。火焰矫正所产生的残余拉应力如果和外来载荷所产生拉应力叠加，其相加后可能会达到钢材的屈服强度，导致钢结构发生塑性变形或失稳，甚至断裂。2026/1/164.9课堂讨论1．用锤击法锤击焊缝时，应在热态下而不能在————温度下锤击焊缝。2．锤击焊缝时，禁止在————层和————焊层上锤击。3．低碳钢或低合金钢用火焰矫正焊接变形时，其加热温度为————℃。4．火焰矫正时加热用的火焰，通常采用————焰，如果要求加热深度小，也可以采用————焰。5．火焰成形基本上采用线状加热，按照工艺方法可分为：不用————一的火焰加热法、采用正面跟踪————的火焰加热法和采用背面跟踪————的火焰加热法等三种。6．按照焊接应力在焊接结构中的方向，可分为三类：————应力、————应力和————应力等。7．消除焊后残余应力的方法主要有：整体————、局部————、机械————法和————拉伸法等四种。2026/1/168.下图为低碳钢对接平板及其纵向残余应力分布图，设其板厚为δ，弹性模量为E，屈服强度为σS、塑性区宽为BP回答下列问题：

（1）如将平板沿BG切开，那么ABGH部分将发生什么变形？写出变形量的表达式。

（2）如将平板沿BG线切开，那么，BCDEFG部分将发生什么变形？

2026/1/16（3）如将平板同时沿BG、CF切开，那么，中间部分BCFG将发生什么变形？变形量是多少？（4）如对平板施加一平行于焊缝方向的纵向载荷F，在加载过程的某一时刻，平板纵向应力分布如图2所示。该时刻F等于多少？2026/1/16（5）如图2所示，该时刻平板纵向应力是工作应力的一部分还是残余应力的一部分？或是工作应力与残余应力之和。2026/1/162026/1/164.9.1

焊接应力与变形综合讨论

2026/1/162026/1/16T形梁结构（1）T-A型试件编号焊条型号焊条直径（mm）焊接电流（A）电弧电压（V）焊接速度（cm·s-1）功率因数焊接线能量（J·cm-1）T-A-1E43032.580～9020～230.560.72000～2600T-A-2E43033.2110～12525～290.470.74100～5200T-A-3E43034.0160～18027～310.520.75800～7500采用焊接顺序2026/1/16

T-A形结构焊接工艺参数与焊接顺序弯曲变形测试平台2026/1/162026/1/16试件编号T-A形结构焊接顺序与焊接工艺参数T-A-4T-A-5T-A-6T-A-7焊接工艺参数焊条型号焊条直径（mm）焊接电流（A）电弧电压（V）焊接速度（cm·s-1）功率因数焊接线能量（J·cm-1）E43033.2110～12525～290.470.74100～54002026/1/162026/1/16（2）T-B型2026/1/16试件编号焊条型号焊条直径（mm）焊接电流（A）电弧电压（V）焊接速度

（cm·s-1）功率因数焊接线能量（J·cm-1）T-B-1E43033.2110～12523～280.450.74000～5500T-B-2E43034.0160～18025～290.450.76200～8000T-B-3E43034.0180～20027～300.450.77500～8500焊接顺序2026/1/16T-B形结构焊接工艺参数及焊接顺序2026/1/16试件编号焊接顺序T-B-4T-B-5T-B-6焊接工艺参数焊条型号焊条直径（mm）焊接电流（A）电弧电压（V）焊接速度（cm·s-1）功率因数焊接线能量（J·cm-1）E43033.2110～12525～290.470.74100～54002026/1/162026/1/162026/1/16

焊接应力与变形讨论课24.9.2平板堆焊焊接应力讨论1.应力测试方法选择200×200×8

mm规格的Q235板材，利用CO2气体保护焊在试板块中心堆焊，然后用三维应力分布磁测仪，在不同线能量下，测量板材不同位置的焊接残余应力。2026/1/16应力测试位置2026/1/162026/1/161.焊前为什么存在应力？2.焊后1小时应力与焊后24小时应力有何变化？如何变化为什么？2026/1/162.试板焊接线能量：KJ/mm

12389779418

102822026/1/16122026/1/161.焊接线能量对X方向焊接应力的影响？2.为什么焊接线能量会改变应力分布？3.从应力图变化趋势比较，得出什么结论？32026/1/164.9.3火焰矫正讨论1.T型梁横向收缩弯曲变形火焰矫正颜色温度颜色温度深褐红色550～樱红色770～褐红色580～淡樱红色800～暗樱红色650～亮樱红色830～深樱红色730～橙黄色900～2026/1/16

板材加热颜色及其相应温度2026/1/16火焰矫正位置与矫正量关系/mm试板测试点12345671矫正前1069111080矫正后10357650矫正量Δ0344430试板测试点12345672矫正前205710860矫正后20478760矫正量Δ01021002026/1/16结论:

1号板的矫正