焊接残余应力的产生原因及控制方法的总结

第一篇：焊接残余应力的产生原因及控制方法的总结

焊接残余应力的产生原因及控制方法的总结

摘要：焊接应力是焊接构件产生裂纹和变形的主要因素，对焊接质量影响较大。因此，理解和掌握焊接残余应力的产生原因及控制方法，就显的非常重要。本文对焊接残余应力的产生对结构的影响、焊接残余应力的预防及焊接残余应力的消除方法，进行了全面的归纳和总结，为学生能更好地理解和掌握焊接残余应力的相关知识，起到了一定的帮助作用

关键词：焊接应力产生原因控制方法 焊件在焊接过程中，由于受到了不均匀的局部加热和冷却，使焊件产生了不均匀的体积膨胀和收缩，导致焊件内部产生了焊接残余应力，而焊接残余应力又是产生裂纹和变形的主要因素。因此，为让学生能够真正理解和掌握焊接残余应力产生的原因、焊接残余应力对焊件产生的影响及如何减少和消除焊接残余应力等内容，帮助学生为今后从事焊接工作打下良好的理论基础。下面就焊接残余应力的相关知识，进行归纳和总结。

一、焊接残余应力的产生

1、焊件在焊接过程中，其焊缝高温区的膨胀受到了周边低温区的限制与挤压，使高温区域产生局部压缩塑性变形，当焊件在冷却过程中，受到局部压缩产生塑性变形的金属由于不能自由收缩，而受到低温区的拉伸，这时，焊件中就产生了一个与焊件加热时产生的应力方向相反的应力，即焊接残余应力，又称温度应力。

2、焊缝在高温向低温的冷却过程中，焊缝金属会发生二次相变，这种二次相变，会引起金属材料组织的变化，从而产生体积的变化，在焊接接头区域产生了应力，又称相变应力。

3、在焊接过程中，如对焊件采用刚性固定，那么，焊接后焊件变形减少，但应力却增加。反之，要使焊件残余应力减少，其变形量就要有一定的增加。但焊接应力与变形在一定条件下，都将影响到焊件的质量。所以，应力和变形要合理控制好。

4、焊接材料的屈服强度、导热系数、线膨胀系数、密度、比热容、焊件的形状与尺寸、焊接方法和焊接工艺等因素，对焊接残余应力的分布和大小都将产生较大的影响。

二、焊接残余应力对焊件结构产生的影响

1、对焊件结构刚度产生的影响当焊件某个区域所受的应力达到屈服点时，这一区域部分的金属材料就会产生局部塑性变形，无法再承受外载荷，从而导致焊接结构的有效截面减少，使焊接结构的刚度降低。

1）焊件中的拉伸应力区域越大，对焊接结构刚度的影响也越大。当卸载后，焊件残余变形也就越大。

2）焊件的结构受到弯曲时，如果焊缝所在区域的弯曲应力越大，则对焊件的刚度影响也越大。

3）当焊件的结构上，同时存在纵向焊缝和横向焊缝，或对焊件进行火焰校正时，都有可能在相当大的截面上产生拉伸应力，会对焊件的尺寸精度和焊件的稳定性产生较大的影响。

2、对焊件静载强度产生的影响对焊件静载强度的影响，主要取决于焊件材料。如焊接材料具有一定的塑性变形能力，则焊接残余应力并不会影响焊接结构的静载强度。当焊接材料处于脆性状态时，则有可能会使焊件局部区域在应力作用下，产生断裂现象，导致焊件结构的破坏。

3、对疲劳强度产生的影响。焊接构件的疲劳强度在焊件的应力集中处受到拉伸应力时会降低，因此，我们要从焊件的设计和工艺两方面来考虑降低应力集中系数，从而降低焊接残余应力对疲劳强度的影响程度。

4、对焊件加工精度和尺寸稳定性的影响。随着机械加工中残余应力的平衡状态被破坏，将会使焊件产生新的变形，最终导致加工精度下降。另外，焊后组织的不稳定及稳定组织在温度升高时，都会使焊接残余应力产生较大的变化，导致焊件尺寸稳定性的下降。

5、对应力腐蚀开裂产生的影响。焊接残余应力的大小，直接影响应力腐蚀开裂的时间，焊接残余应力越大，焊件发生应力腐蚀的时间就越短。

三、焊接残余应力的减小和消除

1、焊接残余应力的减小措施。减少焊接残余应力和改善残余应力分布可以从设计和工艺两个方面来考虑解决。并且，要采取设计优先的原则，使减小焊接应力的措施，达到事半功倍的作用。

1）设计措施。（1）在保证焊件结构强度的前提下，可适量采用冲压结构，以减少焊接结构。尽量减少焊件焊缝的数量和截面尺寸。同时，焊缝不要过于集中，以防局部区域的热输入过大，尽量减少焊接残余应力的产生。（2）焊缝要尽量布置在最大工作应力区以外，防止焊接残余应力与外部载荷产生的应力叠加，影响结构的承载能力。并尽量防止焊缝过于集中、交叉，保持较好的焊接操作性。（3）采用降低局部刚度的方法和合理的接头形式，使焊缝能较自由的收缩，减少焊接接头产生应力集中现象。（4）采取热输入较小和能量密度集中的焊接方法来减小焊接残余应力。如氩弧焊与离子弧焊等。

2）工艺措施（1）在焊接过程中，要先焊错开的短焊缝、收缩量较大的焊缝和受力较大的焊缝。同时，根据不同的焊件结构采取相应的焊接顺序，这样才能使焊缝有较大的收缩自由，保证焊缝中的残余应力尽可能减少，并要保证焊件的焊接残余应力的分布要合理。（2）在焊接拘束度较大的焊缝时，要注意降低焊缝的拘束度。例如，可采用反变形法来降低焊件的局部刚度，减少了焊缝拘束应力。（3）采用合理的焊接工艺参数及合适的加工方法。如选用小直径焊丝、采用较小的焊接电流及提高焊接速度等方法来控制焊接热输入，也可采用预热、加热减应区及捶击等方法，来减少焊缝的焊接残余应力。

2、焊接残余应力的消除措施对易发生脆性断裂危险的截面、重要的压力容器和要保证尺寸精度、加工精度及刚度的结构，一定要进行消除应力处理。具体方法如下：

1）焊件热处理热处理包括焊件整体高温回火和焊件局部高温回火。它是把焊件整体或局部加热至600~650℃，保温后缓慢冷却，因加热温度在相变点以下，金属组织末发生变化，只是其屈服点降低了，使内部在残余应力作用下产生一定的塑性变形，使应力得以消除。值的注意的是，整体加热要注意保温时间，局部加热要保证有足够的加热宽度。

2）机械拉伸法对焊件施加载荷，使焊件压缩变形区域被拉伸，这样，可减少由焊接引起的局部压缩塑性变形的量，使焊接残余应力降低。值的注意的是对焊件施加载荷的方向要确定。

3）温差拉伸法对较规则焊缝和厚度不大的板壳结构，可采用温差拉伸法。目的是对有压应力的焊缝进行拉伸，从而消除或降低焊接残余应力。

4）振动法对一些重要的结构简单的焊件，可对其在固有频率下进行振动处理，以消除焊件内的残余应力。此种方法应用较广。

四、结束语：焊接残余应力在焊接过程中极易产生，它对焊件的质量危害较大，造成焊件疲劳强度降低，加工精度和稳定性降低，减少了焊件的使用寿命。所以，预防和控制焊接残余应力非常重要，相信通过对焊接残余应力的产生原因、控制方法和消除方法进行分析和总结，一定会对学生理解和掌握本章内容，起到了积极的帮助作用，为学生今后从事焊接工作打下良好的理论基础。参考文献

[1]吴金杰焊接工程师专业技能入门与精通[M]北京：机械工业出版社 2009.6

第二篇：薄板焊接变形产生的原因及控制

薄板焊接变形产生的原因及控制

[摘要]焊接变形产生的根本原因就是焊件在焊接过程中经受了不均匀的加热及冷却，但由于不均匀的温度场，导致焊件不均匀的膨胀和收缩，从而使焊件内部产生焊接应力而引起焊接变形。由于焊接热源对焊件的作用，在焊接结构中产生的尺寸及形状的变化，从而严重的影响了焊接质量。对薄板焊接变形产生的原因进行了论述，同时介绍了控制变形的工艺措施。

[关键词]薄板焊接 焊接 应力与变形 焊接变形控制措施

一、薄板焊接变形产生的原因及影响因素

薄板产生焊接变形的原因有很多，主要是由于自身的拘束能力不足，刚性小，抵抗弯曲变形的性能降低。薄板焊接变形具有复杂性、多元性，要成功实现薄板焊接变形的控制，必须了解薄板焊接变形质量影响因素。因此，为控制变形应采取附加措施，如点固焊、焊后处理等，另外在焊接过程中对焊接热输入的控制以及所采取的焊接方法都将对薄板变形产生影响，要成功实现薄板焊接变形的控制，首先要了解薄板的焊接变形产生的原因，才能有效的控制焊接变形。

（一）焊接方法对焊接变形的影响

选择焊接方法需要考虑的是生产效率和焊接质量，而焊接方法、焊接工艺和焊接程序显著影响了焊接变形，因此所采用的焊接方法必须具有高的熔敷效率和尽量少的焊道，还必须具有小的热输入。通常用于船体焊接的方法有单面埋弧焊、双面埋弧焊、药芯焊丝电弧焊、惰性气体保护焊、活性气体保护焊等。目前薄板的激光焊拼焊在汽车工业中得到大量应用，用于舰船的激光焊已经开始在国外的某些大型船厂进行试验研究，估计不久的将来会得到实际应用。

（二）点固焊工艺对焊接变形的影响

电弧点焊不仅能保证焊接间隙而且具有一定的抗变形能力，但是要考虑点固焊焊点的数量、尺寸以及焊点间距。对于薄板变形来说，不适当的点固焊工艺有可能在焊接之前就产生相当大的焊接残余应力，对随后的焊接残余应力积累带来影响。点焊尺寸过小，可能导致焊接过程中产生接头开裂使焊接间隙得不到保证，如果过大，可能导致焊道背面未熔透而影响接头的完整性。点固焊的顺序、焊点间距的合理选择也相当重要，其影响结果在许多文献中都有描述。

（三）装配应力及焊接程序的影响

应尽量减少焊接装配过程中引起的应力，如果该应力超过临界变形应力就可能产生变形。

（四）焊接尺寸对焊接残余应力的影响

焊接过程中的局部高温加热和快速冷却在焊缝及近缝区的母材内产生热应变和压缩塑形应变，进而引起内应力，最终导致构件的纵向挠曲变形和角变形等。当接头形式和焊板尺寸、材料一定时，纵向挠曲变形和挠度与总的纵向收缩应力相关，与焊缝金属断面面积成正比。

（五）焊接热输入对薄板焊接变形的影响

焊接热输入对焊接残余应力和变形有很大的影响，所以在保证焊缝成形良好的情况下，尽可能采用小的焊接热输入。从而保证焊接应力和较小的焊接变形。

（六）板厚对焊接变形的影响

随着板厚的减小，抵抗弯曲变形的性能降低，这也是薄板焊接变形控制困难的主要原因。

二、控制变形的工艺措施

（一）焊前控制措施

（1）刚性固定法。采用设计合理的组对焊胎夹具，将焊件固定起来进行焊接，增加其刚性，达到减小焊接变形的目的，保证装配的几何尺寸。当薄板面积较大，焊缝教长时，可采用压铁法，分别放在焊缝两侧来减小焊接变形。

（2）焊接间隙，焊件间隙不能过大，越小越好，最多不超过0.5mm，切割熔渣与剪切毛刺应清理干净，以减少焊接变形。

（3）焊接之前应采用较小直径的焊条（如E4303、直径2.5mm）进行点焊（定位焊），可增加焊件刚性，对减少焊件变形有利。

（二）焊接过程中的控制措施

焊接过程中可以从以下两个方面调整薄板结构的焊接变形。一是减少加热阶段产生的纵向塑性压应变。二是增大冷却阶段的纵向塑性拉应变，在焊接过程中使用相应夹具、强迫冷却焊接区、减少焊接热输入或采用温差拉伸等方法可以减小变形，在一定程度可降低残余应力，但很难做到消除变形或定量控制残余应力水平，因为这些方法未能从根本上解决薄板构建焊接变形的特殊问题――主要是焊接过程中产生失稳变形。

（三）焊后控制措施

采用多点加热的方法矫正薄板焊后的凹凸变形，加热点直径一般不小于15mm。加热时，点与点的距离应随变形量的大小而定，一般在50―100mm之间。根据焊后热处理消除残余应力机制，通过对缝隙试样、板条及板块试样强制变形焊接后再进行热处理，可防止薄板焊接构件的焊后回弹变形，稳定构件尺寸。

三、结论

综上所述，薄板焊接变形与控制具有以下特点：

1.薄板焊接变形具有复杂性、多元性，从而严重影响了焊接质量，是国内外薄板焊接的一个技术难题。

2.要成功实现薄板焊接变形的控制，必须进行薄板焊接变形影响因素的研究及控制焊接变形措施的研究。

3.虽然国内外对薄板焊接变形的预测与控制进行了大量研究，但是由于焊接变形控制的难度比较大，所以许多基础理论及解决办法还未搞清楚，所以有必要继续对这一焊接难题进行研究，为缩短与国外技术的差距奠定基础。

（作者单位：中原油田采油一厂 河南省濮阳市）

第三篇：先进制造航空部件残余应力处理方法

航空部件中铝合金残余应力去除方法

1.应用背景

飞机机体材料使用情况

先进大飞机所用的结构材料的质量比重

现代飞机使用的主要材料有铝合金、钛合金、合金钢以及复合材料（碳纤维增强塑料、金属纤维板材等）。尽管钛合金和复合材料的使用比例逐年攀升，但铝合金自身的材料性能特点以及成熟的金属材料的机加工、塑性成形等技术优势，其在航空航天工业中仍将广泛应用，并且不可或缺。一：残余应力的检测方法： 1.X 射线衍射法

检测原理：当对构成工件材料的各晶粒施加弹性应力时，晶粒内特定晶面之间的间距就会发生变化，对其进行测量。选用一定波长的 X 射线，使其入射工件，当 X 射线入射到原子上时，即发生各向散射，而如果原子是三维规则排列，则在特定条件下，散射的 X 射线发生相互叠加增强的衍射现象，该现象被成为布拉格定律（Braggs law），是由英国物理学家布拉格父子于 1912 年首先推导出来的。

晶面上的 X 射线衍射

2.中子衍射法

中子衍射法同样属于无损检测。其原理大致如下：利用中子衍射仪测量晶胞中的晶格之间的距离，从晶格之间距离的改变，求出弹性应变，再根据应变求应力。通过平移工件的方式，使其穿过中子束，由此测得不同位置的应变，不同位置的应力即可求出。

布拉格散射示意图

二．残余应力的消除工艺与方法

若采用上述抑制与减少铝合金件残余应力产生的措施后仍然无法满足有关设计要求 ,必须安排专门的消除残余应力工艺。下面分析各种消除铝合金中残余应力的工艺方法特点、效果及适用场合。2.1 时效处理法

时效处理法是降低淬火残余应力的传统方法。由于铝合金材料对温度非常敏感 ,时效温度的提高 ,必然明显降低强度指标 ,使 Mg Zn2 等强化相析出过多 ,产生过时效现象 ,因此 ,淬火后时效处理通常在较低温度(小于 200～ 250℃)下进行 , 从而使得消除去应力的效果仅为 10% ～ 35% ,非常有限。国际上有关学者正致力于研究逆向时效法与二次时效法等先进工艺来改进其应力消除效 2.2 机械拉伸法

械拉伸法消除应力的原理是将淬火后的铝合金板材 ,沿轧制方向施加一定量的永久拉伸塑性变形 ,使拉伸应力与原来的淬火残余应力叠加后发生塑性变形 ,使残余应力得以缓和与释放。有关研究结果表明 ,机械拉伸法最高可消除 90% 以上的残余应力。图 1为拉伸变形量与残余应力消除效果的对应关系 ,拉伸(压缩)塑性变形量一般控制在 1.5% ～ 3.0% 为宜[ 1]。但该种方法仅适合于形状简单的零件 ,且对拉伸前铝合金板材的组织均匀性要求较高 ,多用于原材料生产厂家。

图1 拉伸变形量对 2014-T 6与 7075-T6

残余应力消除效果的影响(44.5mm)

2.3 深冷处理法

Quench)与冷热循环法(Cy clic Treatm ent)两种。

其中深冷急热法是将含有残余应力的零件浸入-196℃的液氮中深冷 ,待内外温度均匀后又迅速地用热蒸汽喷射 ,通过急热与急冷产生方向相反的热应力 ,借此抵消原来的残余应力场。有关研究表明 ,在选择合适的工艺参数条件下 ,深冷急热法可降低高达 84% 的残余应力。图 2表示不同深冷处理工艺对应的 2014-T 6铝合金淬火残余应力消除效果[6 ]。有关研究进一步证实 ,深冷处理时冷热温差愈大 ,加热速率愈快 ,应力消除效果愈好。相对而言 ,冷热循环法是指在慢速交换条件下在低温液氮与高温液体之间进行冷热交换 ,适合于内含线膨胀系数差别很大金相组织的铝合金。

深冷处理的最大优点是在有效消除残余应力的同时 ,可改善材料的强度、硬度、耐磨性与组织稳定性。由于深冷处理对零件的尺寸与形状没有限制 ,因此适合于形状复杂的模锻件与铸件。在切削加工前进行深冷处理还可明显改善铝合金加工时易产生的严重加工变形倾向 ,提高材料的组织稳定性。然而 ,深冷处理的局限性也显而易见 ,它只能消除热处理温度梯度产生的残余应力 ,而不能有效消除机械加工、冷成形等不均匀塑性变形产生的残余应力 ,对焊接残余应力的消除效果也不佳。

图 2 不同深冷处理工艺消除残余应力的效果

2.4 振动消除法

振动消除残余应力法的工作原理是用便携式强力激振器 ,使金属结构产生一个或多个振动状态 ,从而产生如同机械加载时的弹性变形 ,使零件内某些部位的残余应力与振动载荷叠加后 ,超过材料的屈服应力引起塑性应变 ,从而引起内应力的降低和重新分布。现有的相关研究指出 ,当铝合金在刚刚进行了淬火后的不稳定状态(0～ 2小时内)进行振动消除 ,效果最佳 ,残余应力最大可降低 50% ～ 70%;若在淬火后放置 360小时进行振动时效后测试 , 残余应力只能消除 10% ～ 20% [8 ]。

振动消除应力(V SR)技术具有高效节能 ,工艺简单方便 ,适用性强等特点 ,对零件没有形状与尺寸限制 ,尤其适合于大型复杂结构件 ,是一种很有发展前途的工艺方法。另外 ,经过振动时效后的铝合金构件具有良好的尺寸稳定性 ,在后续的机械加工中不易产生加工变形。但目前对振动时效工艺的机理还不充分 ,国内外对它应用于航空铝合金结构件中的适宜性也存在争议。2.5 模冷压法

模冷压法是在一个特制的精整模具中 ,通过严格控制的限量冷整形来消除复杂形状铝合金模锻件中的残余应力 [5 ]。事实上“模压”这种叫法不够确切 ,因为其主要作用机理是使铝合金模锻件的局部材料受“拉伸”或者“压缩”作用。当精整模具压下时 ,精整凸模嵌入到铝合金模锻件端面、缘(筋)条的拔模斜度上(如图 3),实际上使模锻件的腹板部分产生“拉伸”作用。因此 ,该种方法是调整而不是消除零件的整体应力水平,它使铝合金模锻件上某些部位的残余应力得到释放的同时 , 有可能使其他部位的残余应力增大。另外 ,鉴于铝合金模锻件本来就已存在很大的残余应力 ,模压变形量过大将可能引起冷作硬化、裂纹和断裂;而变形过小则使应力消除效果不佳 ,因此需要精确控制。

图 3 受模具冷压作用的模锻件剖面 结论

本文中从抑制残余应力的产生和释放两个方面 ,讨论了消除铝合金构件残余应力的若干技术方法的特点、效果与适用场合。

铝合金淬火速度愈快 ,固溶强化效果愈好 ,产生的残余应力也愈大;采用热水淬火或喷雾淬火 , 虽可有效减少铝合金的残余应力 ,但同时也使其机械性能有所下降。而采用 U CON-A, AQ251等

有机介质淬火 ,同时兼顾了获得较佳机械性能与减少残余应力的目的。另外减小淬火前零件厚度也是抑制残余应力的有效手段。

在现有残余应力消除工艺与方法中 ,无论哪一种工艺方法均不能完全消除残余应力 ,因此抑制淬火残余应力的产生是解决问题的上策。其中拉伸法、深冷法和振动法效果较理想 ,低温退火法与模冷压法效果相对较差。但拉伸法仅适合于形状简单的航空结构件 ,而深冷法和振动法可适合于形状复杂的零件。上述各种应力消除工艺在固溶处理后的不稳定状态进行处理效果最好。

第四篇：焊接质量控制方法

白车身焊接质量控制方法

在汽车生产的四大工艺冲压、焊接、涂装和总装中，焊接工艺起着承上启下的作用，焊接质量的好坏，不但对车身的安全性有密切的关系，同时对车身内外饰件的装配和车身外观质量等方面都起着至关重要的作用。据统计，一辆白车身焊点数量将达到5300～5600个，因此做好电阻点焊焊接强度的控制，对保证焊接质量起着非常重要的作用。

为保证白车身的焊接质量，必须要建立起相应的质量保证体系。如前期焊接质量策划、焊接过程监控和焊后检验等手段。前期焊接质量策划主要包括焊接设备的选型、焊接工艺方法的评定和检验项目的确定。焊接过程监控则主要是利用计算技术对电阻点焊过程的焊接参数进行实时监控。监控信息必须与焊接质量有密切的关系，呈一定的函数关系并有期望的准确度；信噪比要足够高，信号再现性好，检测手段易实现等特点[1]。

目前常用的监控方式有：①温度监控；②超声波信号监控；③声发射监控；④点阻焊接参数监控；⑤焊点热膨胀监控[2]。其中对电阻点焊焊接参数监控方式有恒流控制法、恒压控制法和恒功率控制法等。但由于过程监控需要使用大量在线计算，除对计算机硬件要求较高外，日常维护花费也较大。

目前，生产中应用普遍还是对焊接工艺装备的日常工艺参数监控的方法。焊后检验主要包括无损检测、破坏性检测和非破坏性检测等。下面简单说一下日常焊接工艺参数监控方法和焊后检验。

焊接工艺参数的日常监控

在前期焊接质量策划中，控制计划规定对产品性能和产品质量有影响的各项焊接工艺参数有：焊接电流、焊接时间和电极压力等。

首先由焊接车间每月末编制下个月的测量计划，编制完成后交工艺部和品质部进行审核，审核无异议后，由品质部安排人员实施检测计划，在检测过程中若发现异常状况，焊接车间应进行产品追溯排查，同时通知工艺人员进行参数确认工作，调整输入参数后，再进行产品试焊，确认调试后焊接质量，直到符合标准要求为止，并将修改后焊接参数进行保存。其中对关键工位的检测频次做到1次/周，普通焊接工位为1次/2周。焊后检验

焊接后检验主要包括焊点强度质量检验和焊点外观质量保证。

3.1 焊点强度质量检测。焊后检验分为破坏性检验和非破坏性检验。破坏性检验是对需要检测的焊点进行破坏检测的方式。非破坏性检测主要是由生产线各工位对可錾焊点进行质量检验的方法。通常非破坏性检测可以发现简单的焊接缺陷，如虚焊、弱焊等。非破坏性检测一般安排5次/班，首次规定在开班正式生产前进行，并将检测的试片保存。在生产过程中每间隔一定时间，再安排余下的检测试验。如果发现焊接质量不合格的焊点应立即采取措施进行控制，并对前序的产品进行追溯。

破坏性检测是对整个车身焊点进行逐一检查，比较全面，可以发现所有不合格的焊点。但是，经破坏性检测后的车身只能做报废处理，且抽样频率较低，不利于问题的及时发现和处理。

目前对焊点强度的检测正向无损检测方式发展，无损检测就是在不损害或不影响被检测对象使用性能的前提下，通过射线、超声波、红外线和电磁等物理方法对焊接质量进行检测的方法。其原理主要是通过利用物质的声、光、电和磁场效应，对被检测对象中是否存在缺陷进行判断，同时还能对缺陷的大小、位置等信息进行采集。由于无损检测具有非破坏性，操作方便、快捷等优点，已被广泛应用到生产实际中。

3.2 焊点外观质量保证。对焊点进行的外观检查。焊点外观缺陷主要有：焊点扭曲、焊点压痕过深、烧穿、未焊透和毛刺飞溅等。根据焊点在车身所处的区域确定焊点外观质量等级。整车焊点外观等级分为3级，每级允许存在的焊点外观缺陷的数量和严重程度有所差别。

根据对焊点强度检测和外观质量的检查，可以计算出被检车身焊点的质量水平值（NQST）。以此可以衡量和控制车身焊点强度质量。NQST（焊点质量水平）值=缺陷焊点数/总焊点数x100%[3]。NQST完成后，应及时组织相关部门召开NQST分析会，将焊点的缺陷问题进行分类并划分责任部门，各责任部门按照PDCA（plan计划，do执行，check检查，action行动，又叫质量环）模式对问题进行整改，并进行验证。通过对产品质量的改进和整改措施的执行，会不断降低NQST的值，提升车身焊点综合质量。结束语

通过建立和实施焊接质量保证体系，做好对焊接前质量策划、焊接过程中焊接参数的监控和焊后质量的检验工作，能有效的保证白车身焊接质量，提升产品竞争水平。

第五篇：焊接残余变形预防和控制(周尚谕)[小编推荐]

焊接残余变形的预防和控制

周尚谕

（华东交通大学

材料加工工程，江西 南昌 330013）

摘要：焊接残余变形可以从设计和工艺两个方面来解决。而设计上如果考虑的比较周到，注意减少焊接变形，往往比单独从工艺上来解决问题要方便的多。相反，如果设计考虑不周，则往往会给生产带来许多额外的工序，大大延长生产周期，提高产品的成本。因此，我们应该充分了解内应力产生的原因和形成变形的基本规律，以控制或减小焊接应力和变形的危害。

关键词：焊接；残余变形；焊接结构；预防；控制

The prevention and the control welds the

remaining distortion

ZHOU Shang-yu(East China jiaotong university，jiangxi nanchang 330013）

Abstract：Welds the remaining distortion to be possible solves from the design and the craft two aspects.But designs, if considers to be quite thorough, the attention reduction welding deformation, often compared to alone solves many which from the craft the question must facilitate.On the contrary, if design consideration not week, will then often bring many extra working procedures to the production, will lengthen the production cycle greatly, will enhance the product the cost.Therefore, we should understand fully the internal stress produces the reason and forms the distortion the basic rule, controls or reduces the welding stress and the distortion harm.Key word：Welding;Remaining distortion;Welding structure;Prevention;Control 1 引言

焊接技术在工业中的应用的历史并不长，但它的发展却是非常迅速的。短短的几十年中，焊接已在许多工业部门的金属结构中，如建筑钢结构，船体，铁道车辆，压力容器中几乎全部取代了铆接。不仅如此，在机械制造领域，过去的整铸整缎方法生产的大型毛坯改成了焊接结构，大大简化了生产工艺，降低了成本[1]。然而，焊接结构不可避免的会产生很多的缺陷，其中，焊接残余变形是焊接结构不可避免的缺点之一，它的存在造成了焊接结构形状变异、尺寸精度下降和承载能力降低，并在工作载荷作用下引起附加弯矩应力和应力集中，是造成焊接结构早期失效的主要原因，也是造成焊接接头疲劳强度下降的原因之一。人们采取了许多工艺方法来预防和控制焊接残余变形[2-4]，如，反变形方法、刚性固定法、合理选择焊接顺序、限制焊接线能量等，也经常采用理论计算来评估焊接变形叫，这为改善焊接结构的质量提供了保障。2 预防焊接结构变形的措施

2.1设计措施

预防焊接变形的措施：结构设计(1)合理的选择缝尺寸和形式

a)对于板厚的对接接头：多采用X型焊缝；厚度更大的采用U型、双U型、窄间隙深坡口焊缝。

b)保证承载能力的情况下，尽可能减少焊缝，但也不要太小，太小的焊缝，冷却速度过大，容易产生一系列焊接缺陷。

c)对于受力较大的T/十字型接头，在保证相同强度条件下，采用开坡口的焊缝可以比一般焊缝减少焊缝金属。

d)当计算确定T型接头焊缝时，采用双面角焊缝代替单面角焊缝。e)设计的结构尽可能使R多数焊缝可以自动焊，薄板焊用CO2气体保护焊代替手工焊或气焊，用接触点焊代替熔化焊。

(2)尽量减少不必要的焊缝。

(3)合理的安排焊缝的位置，安排焊缝尽可能对称于截面中性轴。a)焊缝接近断面中性轴，可以减小焊缝所引起的挠曲。b)由于横向收缩量通常要比纵向收缩量明显，应取焊缝布置于平行于最小变形方向。

c)夹具尽可能不影响薄板因焊缝而失稳。d)夹具不影响焊后结构尺寸。2.2工艺措施(1)反变形法

这是生产中最常用的方法。为了抵消焊接残余变形，焊前预先使焊件向焊接变形相反的方向变形。V形坡口对接焊中，均采用了反变形法来控制焊后的残余角变形，例如工字梁焊后产生的角变形，可在焊前预先将翼板制成反变形，然后焊接以抵消焊后变形。

(2)刚性固定法

这种情况是在没有反变形的情况下，焊前对焊件采取外加刚性约束，使焊件在焊接时不能自由变形。例如把薄板焊件固定在平台上，然后再焊接就能很好的控制焊接变形。

(3)选择合理的装配焊接顺序

采用不同的装配和焊接顺序，会产生不同的变形效果。如工字梁的焊接，采用两种不同的装焊顺序，产生的变形效果不同。如果先焊接成丁字形，然后再装配另一块翼板。在焊接丁字形结构时，由于焊缝分布在中性轴的下方，焊后将产生较大的上拱弯曲变形，即使另一块翼板焊后会产生的反向弯曲变形，也难以抵消原来产生的变形，最后工字梁将形成上拱弯曲变形。第二种先整体装配成工字梁，然后再进行焊接，此时梁的刚性增加，再采用对称、分段的焊接顺序，焊后上拱弯曲变形就小得多。这是先总装后焊接的控制结构焊后变形的工艺措施[5]。

对于不能一次总装成型的焊接结构，采用分步总装，逐步克服[6]。同样能起到适当控制结构的残余变形。如制作一个中间带有若干个隔板的箱形封闭式梁，在总装工艺中不能一次成型，只有分两步走：先制成一个“”形梁, 然后再在上方盖上盖板, 即形成一个“口”形的箱梁。在第一步总装过程中, 采取合理的焊接方向和焊接顺序等方法, 以求最大限度地减少结构的弯曲变形。这样, 到工艺结束, 工件的残余变形仍然很小, 一般不需再处理就能达到结构要求。

(4)合理选择焊接方法和规范

1)对称焊接。如果焊接结构的焊缝是对称布置的，应该采用对称焊接。这时应注意焊接顺序，采用分段、跳焊的对称焊接，通过先后焊缝的熔敷量来控制变形量，效果很好。

2)不对称焊缝。如果焊接结构的焊缝是不对称布置的，采用先焊焊缝少的一侧，使后焊的焊缝产生的变形足以抵消先前的变形，以使总的变形减小。

3)采用不同的焊接顺序。结构中若是长焊缝，采用连续的直通焊，将会造成较大的变形，在实践中常采用分段退焊法、分中段退焊法、跳焊法和交替焊法不同的焊接顺序来控制变形[5]。

同时保证选用线能量低的焊接方法。(5)散热法

用强迫冷却的方法将焊接区的热量带走，使受热面积大为减少，从而达到减小变形的目的。应该注意，散热法不适应谇硬倾向大材料。3 矫正焊接变形的方法

(1)机械矫正法

利用外力使构件产生与焊接变向相反的塑性变形，使两者相互抵消。例如用加压机构来矫正工字型梁的焊接变形。

(2)利用机械拉伸法来消除焊接残余应力

产生焊接残余应力的根本原因是焊件焊后产生了压缩残余塑性变形。因此，焊后对焊件进行加载拉伸，产生拉伸塑性变形，它的方向和压缩残余变形相反，结果使压缩残余变形小，因而焊件中的焊接残余应力亦随之同步减小。

机械拉伸消除应力法对于一些焊后需要进行液压试验的焊接容器特别有意义，因为液压试验时容器所承受的试验压力均大于容器的工作压力，例如钢制压力容器其试验压力为容器工作压力的1.25 倍，所以容器在进行液压试验的同时，对容器材料进行了一次相当于机械拉伸的膨胀，从而通过液压试验，消除了部分焊接残余应力。

(3)利用锤击焊缝区来控制焊接残余变形

焊接残余应力产生的根本原因是由于焊缝在冷却过程中的纵向收缩和横向收缩，因此焊后利用小锤轻敲焊缝及其邻近区域，使金属展开，能有效减少焊接残余应力，利用锤击法可使应力减少1/2～1/4。进行锤击焊缝时，焊件温度应当维持在100 ℃～150 ℃之间或在400 ℃以上，避免在200 ℃～350 ℃之间进行，因为此时金属正处于蓝脆性阶段，若锤击焊缝容易造成断裂[7]。

多层焊时，除第一层和最后一层焊缝外，每层都要锤击。第一层不锤击是为了避免产生根部裂纹，最后一层焊缝通常焊得很薄，主要是为了消除由于锤击而引起的冷作硬化。

(4)利用火焰法控制焊接残余变形

利用火焰对焊件进行局部加热时产生的塑性变形, 使较长的金属在冷却后收缩, 以达到矫正变形的目的称为火焰加热矫正法。火焰加热矫正法矫正焊件残余变形时要注意以下事项[7]：

①加热用火焰通常采用氧乙炔焰，火焰性质为中性焰，如果要求加热深度小时，可采用氧化焰。

②对于低碳钢和低合金结构钢，加热温度为600 ℃～800 ℃，此时焊件呈樱红色。

③火焰加热的方式有点状、线状和三角形三种，其中三角形加热适用于厚度大、刚性强的焊件。

④加热部分应该是焊件变形的突出处，不能是凹处，否则变形将越矫越严重。⑤矫正薄板结构的变形时，为了提高矫正效果，可以在火焰加热的同时用水急冷，这种方法称为水火矫正法。对于厚度较大而又比较重要的构件或者淬硬倾向较大的钢材，不可采用水火矫正法。

⑥夏天室外矫正，应考虑到日照的影响。因为中午清晨的加热效果往往不样。⑦薄板变形的矫正过程中，可同时使用木锤进行锤击，以加速矫正效果。火焰成形基本上采用线状加热，按照按照工艺方法的不同可分为三种：(1)不用水冷的火焰加热，简称空冷。(2)采用正面跟踪水冷的火焰加热法，简称正冷。(3)采用背面跟踪水冷的火焰加热法，简称背冷。

三种线状加热方法具有不同的特点：(1)角变形效果以背冷最大，空冷次之，正冷最小。(2)横向收缩效果一背冷最大，正冷次之，空冷最小。4发展趋势

随着技术和工艺的进一步发展，现在我们又提出了许多更进一步的能够减少和改善残余变形的工艺方法。这些工艺以及一些还未提出的工艺的宗旨都是为了尽量降低焊接残余变形以及对不引起残余变形的追求。以尽可能简明的设计，尽可能少的工艺，尽可能短的焊接焊缝，更加自动化、智能化的操作，减少焊接对于工件变形的影响。

下面介绍几种新的调整和控制焊接残余变形的方法。

预拉伸法[8]：这种方法是机械拉伸法的扩展。在平板对接焊之前，在焊缝两侧对平板施加一个与焊接方向平行的拉伸载荷，使平板在受载的情况下进行焊接。这种方法由于预先施加拉伸载荷，在焊接热输入的作用下，焊缝附近的材料较早处于屈服状态，使平板焊缝在塑形状态下被拉伸延展，因此可以抑制平板的纵向收缩变形。并且焊后去除拉伸载荷，平板内的纵向残余应力可以降低，其降低幅度与与拉伸载荷相当。

焊时温差拉伸：这种方法是焊后温差拉伸法的扩展。平板对接焊时，采用专门的工装夹具，在焊缝下方放置一个空腔内通以冷却水的铜垫板，在焊缝两侧用电加热带加热，这样就会在焊缝附近造成一个马鞍形的温度场。在这种条件下进行焊接，马鞍形温度场的高温区(焊缝两侧)膨胀，会对温度相对较低的焊缝区施加拉伸作用，使焊缝的纵向收缩得到抑制，因此可以降低残余应力和减小变形。

随焊激冷法：又称为逆焊接加热法，是利用与焊接加热过程相反的方法，采用冷却介质使焊接区获得比相邻区域(母材)更低的负温度，在冷却过程中，焊接区由于受到周围金属的拉伸而产生伸张塑性变形，从而抵消焊接过程中形成的压缩塑性变相，达到消除残余应力的目的。5结语

焊接技术的发展随着技术的革新，会越来越先进，国外的同行在机械制造业确实要相对国内发展的更加精细，我们要学会“拿来主义”，同国外同行多交流，尽量减少自己走弯路的可能，同时要在借鉴的基础之上，发展和创新。相信中国的焊接技术会逐步的走向世界先进行列乃至领先世界同行业。参考文献

[1]田锡唐.焊接结构[M].北京:机械工业出版社,1982.1-2.[2]奥凯尔勃洛姆.焊接应力与变形[M].雷原译.北京:中国工业出版社, 1958.30-78.[3]田锡唐.焊接结构[M].北京:机械工业出版社,1982.5-18.[4]霍立兴.焊接结构工程强度[M].北京:机械工业出版社,1995.26-36.[5]沙慧丽.防止和减少焊接残余变形与应力的措施[J].职业.山东济宁技术学院,2009,(5).[6]吴居登,施建章.从装焊顺序入手来控制焊接残余变形的方法和应用[J].中国修船,2001,(6).[7]使用火焰法、机械拉伸法、锤击焊缝区来控制焊接残余变形[J].电焊机, 2008,(02)

[8]方洪渊.焊接结构学[M].北京:机械工业出版社,2008.121-122.