第一篇：焊接殘余應力的產生原因及控制方法的總結

焊接殘余應力的產生原因及控制方法的總結

摘要：焊接應力是焊接構件產生裂紋和變形的主要因素，對焊接質量影響較大。因此，理解和掌握焊接殘余應力的產生原因及控制方法，就顯的非常重要。本文對焊接殘余應力的產生對結構的影響、焊接殘余應力的預防及焊接殘余應力的消除方法，進行了全面的歸納和總結，為學生能更好地理解和掌握焊接殘余應力的相關知識，起到了一定的幫助作用

關鍵詞：焊接應力產生原因控制方法 焊件在焊接過程中，由于受到了不均勻的局部加熱和冷卻，使焊件產生了不均勻的體積膨脹和收縮，導致焊件內部產生了焊接殘余應力，而焊接殘余應力又是產生裂紋和變形的主要因素。因此，為讓學生能夠真正理解和掌握焊接殘余應力產生的原因、焊接殘余應力對焊件產生的影響及如何減少和消除焊接殘余應力等內容，幫助學生為今后從事焊接工作打下良好的理論基礎。下面就焊接殘余應力的相關知識，進行歸納和總結。

一、焊接殘余應力的產生

1、焊件在焊接過程中，其焊縫高溫區的膨脹受到了周邊低溫區的限制與擠壓，使高溫區域產生局部壓縮塑性變形，當焊件在冷卻過程中，受到局部壓縮產生塑性變形的金屬由于不能自由收縮，而受到低溫區的拉伸，這時，焊件中就產生了一個與焊件加熱時產生的應力方向相反的應力，即焊接殘余應力，又稱溫度應力。

2、焊縫在高溫向低溫的冷卻過程中，焊縫金屬會發生二次相變，這種二次相變，會引起金屬材料組織的變化，從而產生體積的變化，在焊接接頭區域產生了應力，又稱相變應力。

3、在焊接過程中，如對焊件采用剛性固定，那么，焊接后焊件變形減少，但應力卻增加。反之，要使焊件殘余應力減少，其變形量就要有一定的增加。但焊接應力與變形在一定條件下，都將影響到焊件的質量。所以，應力和變形要合理控制好。

4、焊接材料的屈服強度、導熱系數、線膨脹系數、密度、比熱容、焊件的形狀與尺寸、焊接方法和焊接工藝等因素，對焊接殘余應力的分布和大小都將產生較大的影響。

二、焊接殘余應力對焊件結構產生的影響

1、對焊件結構剛度產生的影響當焊件某個區域所受的應力達到屈服點時，這一區域部分的金屬材料就會產生局部塑性變形，無法再承受外載荷，從而導致焊接結構的有效截面減少，使焊接結構的剛度降低。

1）焊件中的拉伸應力區域越大，對焊接結構剛度的影響也越大。當卸載后，焊件殘余變形也就越大。

2）焊件的結構受到彎曲時，如果焊縫所在區域的彎曲應力越大，則對焊件的剛度影響也越大。

3）當焊件的結構上，同時存在縱向焊縫和橫向焊縫，或對焊件進行火焰校正時，都有可能在相當大的截面上產生拉伸應力，會對焊件的尺寸精度和焊件的穩定性產生較大的影響。

2、對焊件靜載強度產生的影響對焊件靜載強度的影響，主要取決于焊件材料。如焊接材料具有一定的塑性變形能力，則焊接殘余應力并不會影響焊接結構的靜載強度。當焊接材料處于脆性狀態時，則有可能會使焊件局部區域在應力作用下，產生斷裂現象，導致焊件結構的破壞。

3、對疲勞強度產生的影響。焊接構件的疲勞強度在焊件的應力集中處受到拉伸應力時會降低，因此，我們要從焊件的設計和工藝兩方面來考慮降低應力集中系數，從而降低焊接殘余應力對疲勞強度的影響程度。

4、對焊件加工精度和尺寸穩定性的影響。隨著機械加工中殘余應力的平衡狀態被破壞，將會使焊件產生新的變形，最終導致加工精度下降。另外，焊后組織的不穩定及穩定組織在溫度升高時，都會使焊接殘余應力產生較大的變化，導致焊件尺寸穩定性的下降。

5、對應力腐蝕開裂產生的影響。焊接殘余應力的大小，直接影響應力腐蝕開裂的時間，焊接殘余應力越大，焊件發生應力腐蝕的時間就越短。

三、焊接殘余應力的減小和消除

1、焊接殘余應力的減小措施。減少焊接殘余應力和改善殘余應力分布可以從設計和工藝兩個方面來考慮解決。并且，要采取設計優先的原則，使減小焊接應力的措施，達到事半功倍的作用。

1）設計措施。（1）在保證焊件結構強度的前提下，可適量采用沖壓結構，以減少焊接結構。盡量減少焊件焊縫的數量和截面尺寸。同時，焊縫不要過于集中，以防局部區域的熱輸入過大，盡量減少焊接殘余應力的產生。（2）焊縫要盡量布置在最大工作應力區以外，防止焊接殘余應力與外部載荷產生的應力疊加，影響結構的承載能力。并盡量防止焊縫過于集中、交叉，保持較好的焊接操作性。（3）采用降低局部剛度的方法和合理的接頭形式，使焊縫能較自由的收縮，減少焊接接頭產生應力集中現象。（4）采取熱輸入較小和能量密度集中的焊接方法來減小焊接殘余應力。如氬弧焊與離子弧焊等。

2）工藝措施（1）在焊接過程中，要先焊錯開的短焊縫、收縮量較大的焊縫和受力較大的焊縫。同時，根據不同的焊件結構采取相應的焊接順序，這樣才能使焊縫有較大的收縮自由，保證焊縫中的殘余應力盡可能減少，并要保證焊件的焊接殘余應力的分布要合理。（2）在焊接拘束度較大的焊縫時，要注意降低焊縫的拘束度。例如，可采用反變形法來降低焊件的局部剛度，減少了焊縫拘束應力。（3）采用合理的焊接工藝參數及合適的加工方法。如選用小直徑焊絲、采用較小的焊接電流及提高焊接速度等方法來控制焊接熱輸入，也可采用預熱、加熱減應區及捶擊等方法，來減少焊縫的焊接殘余應力。

2、焊接殘余應力的消除措施對易發生脆性斷裂危險的截面、重要的壓力容器和要保證尺寸精度、加工精度及剛度的結構，一定要進行消除應力處理。具體方法如下：

1）焊件熱處理熱處理包括焊件整體高溫回火和焊件局部高溫回火。它是把焊件整體或局部加熱至600~650℃，保溫后緩慢冷卻，因加熱溫度在相變點以下，金屬組織末發生變化，只是其屈服點降低了，使內部在殘余應力作用下產生一定的塑性變形，使應力得以消除。值的注意的是，整體加熱要注意保溫時間，局部加熱要保證有足夠的加熱寬度。

2）機械拉伸法對焊件施加載荷，使焊件壓縮變形區域被拉伸，這樣，可減少由焊接引起的局部壓縮塑性變形的量，使焊接殘余應力降低。值的注意的是對焊件施加載荷的方向要確定。

3）溫差拉伸法對較規則焊縫和厚度不大的板殼結構，可采用溫差拉伸法。目的是對有壓應力的焊縫進行拉伸，從而消除或降低焊接殘余應力。

4）振動法對一些重要的結構簡單的焊件，可對其在固有頻率下進行振動處理，以消除焊件內的殘余應力。此種方法應用較廣。

四、結束語：焊接殘余應力在焊接過程中極易產生，它對焊件的質量危害較大，造成焊件疲勞強度降低，加工精度和穩定性降低，減少了焊件的使用壽命。所以，預防和控制焊接殘余應力非常重要，相信通過對焊接殘余應力的產生原因、控制方法和消除方法進行分析和總結，一定會對學生理解和掌握本章內容，起到了積極的幫助作用，為學生今后從事焊接工作打下良好的理論基礎。參考文獻

[1]吳金杰焊接工程師專業技能入門與精通[M]北京：機械工業出版社 2009.6

第二篇：薄板焊接變形產生的原因及控制

薄板焊接變形產生的原因及控制

[摘要]焊接變形產生的根本原因就是焊件在焊接過程中經受了不均勻的加熱及冷卻，但由于不均勻的溫度場，導致焊件不均勻的膨脹和收縮，從而使焊件內部產生焊接應力而引起焊接變形。由于焊接熱源對焊件的作用，在焊接結構中產生的尺寸及形狀的變化，從而嚴重的影響了焊接質量。對薄板焊接變形產生的原因進行了論述，同時介紹了控制變形的工藝措施。

[關鍵詞]薄板焊接 焊接 應力與變形 焊接變形控制措施

一、薄板焊接變形產生的原因及影響因素

薄板產生焊接變形的原因有很多，主要是由于自身的拘束能力不足，剛性小，抵抗彎曲變形的性能降低。薄板焊接變形具有復雜性、多元性，要成功實現薄板焊接變形的控制，必須了解薄板焊接變形質量影響因素。因此，為控制變形應采取附加措施，如點固焊、焊后處理等，另外在焊接過程中對焊接熱輸入的控制以及所采取的焊接方法都將對薄板變形產生影響，要成功實現薄板焊接變形的控制，首先要了解薄板的焊接變形產生的原因，才能有效的控制焊接變形。

（一）焊接方法對焊接變形的影響

選擇焊接方法需要考慮的是生產效率和焊接質量，而焊接方法、焊接工藝和焊接程序顯著影響了焊接變形，因此所采用的焊接方法必須具有高的熔敷效率和盡量少的焊道，還必須具有小的熱輸入。通常用于船體焊接的方法有單面埋弧焊、雙面埋弧焊、藥芯焊絲電弧焊、惰性氣體保護焊、活性氣體保護焊等。目前薄板的激光焊拼焊在汽車工業中得到大量應用，用于艦船的激光焊已經開始在國外的某些大型船廠進行試驗研究，估計不久的將來會得到實際應用。

（二）點固焊工藝對焊接變形的影響

電弧點焊不僅能保證焊接間隙而且具有一定的抗變形能力，但是要考慮點固焊焊點的數量、尺寸以及焊點間距。對于薄板變形來說，不適當的點固焊工藝有可能在焊接之前就產生相當大的焊接殘余應力，對隨后的焊接殘余應力積累帶來影響。點焊尺寸過小，可能導致焊接過程中產生接頭開裂使焊接間隙得不到保證，如果過大，可能導致焊道背面未熔透而影響接頭的完整性。點固焊的順序、焊點間距的合理選擇也相當重要，其影響結果在許多文獻中都有描述。

（三）裝配應力及焊接程序的影響

應盡量減少焊接裝配過程中引起的應力，如果該應力超過臨界變形應力就可能產生變形。

（四）焊接尺寸對焊接殘余應力的影響

焊接過程中的局部高溫加熱和快速冷卻在焊縫及近縫區的母材內產生熱應變和壓縮塑形應變，進而引起內應力，最終導致構件的縱向撓曲變形和角變形等。當接頭形式和焊板尺寸、材料一定時，縱向撓曲變形和撓度與總的縱向收縮應力相關，與焊縫金屬斷面面積成正比。

（五）焊接熱輸入對薄板焊接變形的影響

焊接熱輸入對焊接殘余應力和變形有很大的影響，所以在保證焊縫成形良好的情況下，盡可能采用小的焊接熱輸入。從而保證焊接應力和較小的焊接變形。

（六）板厚對焊接變形的影響

隨著板厚的減小，抵抗彎曲變形的性能降低，這也是薄板焊接變形控制困難的主要原因。

二、控制變形的工藝措施

（一）焊前控制措施

（1）剛性固定法。采用設計合理的組對焊胎夾具，將焊件固定起來進行焊接，增加其剛性，達到減小焊接變形的目的，保證裝配的幾何尺寸。當薄板面積較大，焊縫教長時，可采用壓鐵法，分別放在焊縫兩側來減小焊接變形。

（2）焊接間隙，焊件間隙不能過大，越小越好，最多不超過0.5mm，切割熔渣與剪切毛刺應清理干凈，以減少焊接變形。

（3）焊接之前應采用較小直徑的焊條（如E4303、直徑2.5mm）進行點焊（定位焊），可增加焊件剛性，對減少焊件變形有利。

（二）焊接過程中的控制措施

焊接過程中可以從以下兩個方面調整薄板結構的焊接變形。一是減少加熱階段產生的縱向塑性壓應變。二是增大冷卻階段的縱向塑性拉應變，在焊接過程中使用相應夾具、強迫冷卻焊接區、減少焊接熱輸入或采用溫差拉伸等方法可以減小變形，在一定程度可降低殘余應力，但很難做到消除變形或定量控制殘余應力水平，因為這些方法未能從根本上解決薄板構建焊接變形的特殊問題――主要是焊接過程中產生失穩變形。

（三）焊后控制措施

采用多點加熱的方法矯正薄板焊后的凹凸變形，加熱點直徑一般不小于15mm。加熱時，點與點的距離應隨變形量的大小而定，一般在50―100mm之間。根據焊后熱處理消除殘余應力機制，通過對縫隙試樣、板條及板塊試樣強制變形焊接后再進行熱處理，可防止薄板焊接構件的焊后回彈變形，穩定構件尺寸。

三、結論

綜上所述，薄板焊接變形與控制具有以下特點：

1.薄板焊接變形具有復雜性、多元性，從而嚴重影響了焊接質量，是國內外薄板焊接的一個技術難題。

2.要成功實現薄板焊接變形的控制，必須進行薄板焊接變形影響因素的研究及控制焊接變形措施的研究。

3.雖然國內外對薄板焊接變形的預測與控制進行了大量研究，但是由于焊接變形控制的難度比較大，所以許多基礎理論及解決辦法還未搞清楚，所以有必要繼續對這一焊接難題進行研究，為縮短與國外技術的差距奠定基礎。

（作者單位：中原油田采油一廠 河南省濮陽市）

第三篇：先進制造航空部件殘余應力處理方法

航空部件中鋁合金殘余應力去除方法

1.應用背景

飛機機體材料使用情況

先進大飛機所用的結構材料的質量比重

現代飛機使用的主要材料有鋁合金、鈦合金、合金鋼以及復合材料（碳纖維增強塑料、金屬纖維板材等）。盡管鈦合金和復合材料的使用比例逐年攀升，但鋁合金自身的材料性能特點以及成熟的金屬材料的機加工、塑性成形等技術優勢，其在航空航天工業中仍將廣泛應用，并且不可或缺。一：殘余應力的檢測方法： 1.X 射線衍射法

檢測原理：當對構成工件材料的各晶粒施加彈性應力時，晶粒內特定晶面之間的間距就會發生變化，對其進行測量。選用一定波長的 X 射線，使其入射工件，當 X 射線入射到原子上時，即發生各向散射，而如果原子是三維規則排列，則在特定條件下，散射的 X 射線發生相互疊加增強的衍射現象，該現象被成為布拉格定律（Braggs law），是由英國物理學家布拉格父子于 1912 年首先推導出來的。

晶面上的 X 射線衍射

2.中子衍射法

中子衍射法同樣屬于無損檢測。其原理大致如下：利用中子衍射儀測量晶胞中的晶格之間的距離，從晶格之間距離的改變，求出彈性應變，再根據應變求應力。通過平移工件的方式，使其穿過中子束，由此測得不同位置的應變，不同位置的應力即可求出。

布拉格散射示意圖

二．殘余應力的消除工藝與方法

若采用上述抑制與減少鋁合金件殘余應力產生的措施后仍然無法滿足有關設計要求 ,必須安排專門的消除殘余應力工藝。下面分析各種消除鋁合金中殘余應力的工藝方法特點、效果及適用場合。2.1 時效處理法

時效處理法是降低淬火殘余應力的傳統方法。由于鋁合金材料對溫度非常敏感 ,時效溫度的提高 ,必然明顯降低強度指標 ,使 Mg Zn2 等強化相析出過多 ,產生過時效現象 ,因此 ,淬火后時效處理通常在較低溫度(小于 200～ 250℃)下進行 , 從而使得消除去應力的效果僅為 10% ～ 35% ,非常有限。國際上有關學者正致力于研究逆向時效法與二次時效法等先進工藝來改進其應力消除效 2.2 機械拉伸法

械拉伸法消除應力的原理是將淬火后的鋁合金板材 ,沿軋制方向施加一定量的永久拉伸塑性變形 ,使拉伸應力與原來的淬火殘余應力疊加后發生塑性變形 ,使殘余應力得以緩和與釋放。有關研究結果表明 ,機械拉伸法最高可消除 90% 以上的殘余應力。圖 1為拉伸變形量與殘余應力消除效果的對應關系 ,拉伸(壓縮)塑性變形量一般控制在 1.5% ～ 3.0% 為宜[ 1]。但該種方法僅適合于形狀簡單的零件 ,且對拉伸前鋁合金板材的組織均勻性要求較高 ,多用于原材料生產廠家。

圖1 拉伸變形量對 2014-T 6與 7075-T6

殘余應力消除效果的影響(44.5mm)

2.3 深冷處理法

Quench)與冷熱循環法(Cy clic Treatm ent)兩種。

其中深冷急熱法是將含有殘余應力的零件浸入-196℃的液氮中深冷 ,待內外溫度均勻后又迅速地用熱蒸汽噴射 ,通過急熱與急冷產生方向相反的熱應力 ,借此抵消原來的殘余應力場。有關研究表明 ,在選擇合適的工藝參數條件下 ,深冷急熱法可降低高達 84% 的殘余應力。圖 2表示不同深冷處理工藝對應的 2014-T 6鋁合金淬火殘余應力消除效果[6 ]。有關研究進一步證實 ,深冷處理時冷熱溫差愈大 ,加熱速率愈快 ,應力消除效果愈好。相對而言 ,冷熱循環法是指在慢速交換條件下在低溫液氮與高溫液體之間進行冷熱交換 ,適合于內含線膨脹系數差別很大金相組織的鋁合金。

深冷處理的最大優點是在有效消除殘余應力的同時 ,可改善材料的強度、硬度、耐磨性與組織穩定性。由于深冷處理對零件的尺寸與形狀沒有限制 ,因此適合于形狀復雜的模鍛件與鑄件。在切削加工前進行深冷處理還可明顯改善鋁合金加工時易產生的嚴重加工變形傾向 ,提高材料的組織穩定性。然而 ,深冷處理的局限性也顯而易見 ,它只能消除熱處理溫度梯度產生的殘余應力 ,而不能有效消除機械加工、冷成形等不均勻塑性變形產生的殘余應力 ,對焊接殘余應力的消除效果也不佳。

圖 2 不同深冷處理工藝消除殘余應力的效果

2.4 振動消除法

振動消除殘余應力法的工作原理是用便攜式強力激振器 ,使金屬結構產生一個或多個振動狀態 ,從而產生如同機械加載時的彈性變形 ,使零件內某些部位的殘余應力與振動載荷疊加后 ,超過材料的屈服應力引起塑性應變 ,從而引起內應力的降低和重新分布。現有的相關研究指出 ,當鋁合金在剛剛進行了淬火后的不穩定狀態(0～ 2小時內)進行振動消除 ,效果最佳 ,殘余應力最大可降低 50% ～ 70%;若在淬火后放置 360小時進行振動時效后測試 , 殘余應力只能消除 10% ～ 20% [8 ]。

振動消除應力(V SR)技術具有高效節能 ,工藝簡單方便 ,適用性強等特點 ,對零件沒有形狀與尺寸限制 ,尤其適合于大型復雜結構件 ,是一種很有發展前途的工藝方法。另外 ,經過振動時效后的鋁合金構件具有良好的尺寸穩定性 ,在后續的機械加工中不易產生加工變形。但目前對振動時效工藝的機理還不充分 ,國內外對它應用于航空鋁合金結構件中的適宜性也存在爭議。2.5 模冷壓法

模冷壓法是在一個特制的精整模具中 ,通過嚴格控制的限量冷整形來消除復雜形狀鋁合金模鍛件中的殘余應力 [5 ]。事實上“模壓”這種叫法不夠確切 ,因為其主要作用機理是使鋁合金模鍛件的局部材料受“拉伸”或者“壓縮”作用。當精整模具壓下時 ,精整凸模嵌入到鋁合金模鍛件端面、緣(筋)條的拔模斜度上(如圖 3),實際上使模鍛件的腹板部分產生“拉伸”作用。因此 ,該種方法是調整而不是消除零件的整體應力水平,它使鋁合金模鍛件上某些部位的殘余應力得到釋放的同時 , 有可能使其他部位的殘余應力增大。另外 ,鑒于鋁合金模鍛件本來就已存在很大的殘余應力 ,模壓變形量過大將可能引起冷作硬化、裂紋和斷裂;而變形過小則使應力消除效果不佳 ,因此需要精確控制。

圖 3 受模具冷壓作用的模鍛件剖面 結論

本文中從抑制殘余應力的產生和釋放兩個方面 ,討論了消除鋁合金構件殘余應力的若干技術方法的特點、效果與適用場合。

鋁合金淬火速度愈快 ,固溶強化效果愈好 ,產生的殘余應力也愈大;采用熱水淬火或噴霧淬火 , 雖可有效減少鋁合金的殘余應力 ,但同時也使其機械性能有所下降。而采用 U CON-A, AQ251等

有機介質淬火 ,同時兼顧了獲得較佳機械性能與減少殘余應力的目的。另外減小淬火前零件厚度也是抑制殘余應力的有效手段。

在現有殘余應力消除工藝與方法中 ,無論哪一種工藝方法均不能完全消除殘余應力 ,因此抑制淬火殘余應力的產生是解決問題的上策。其中拉伸法、深冷法和振動法效果較理想 ,低溫退火法與模冷壓法效果相對較差。但拉伸法僅適合于形狀簡單的航空結構件 ,而深冷法和振動法可適合于形狀復雜的零件。上述各種應力消除工藝在固溶處理后的不穩定狀態進行處理效果最好。

第四篇：焊接質量控制方法

白車身焊接質量控制方法

在汽車生產的四大工藝沖壓、焊接、涂裝和總裝中，焊接工藝起著承上啟下的作用，焊接質量的好壞，不但對車身的安全性有密切的關系，同時對車身內外飾件的裝配和車身外觀質量等方面都起著至關重要的作用。據統計，一輛白車身焊點數量將達到5300～5600個，因此做好電阻點焊焊接強度的控制，對保證焊接質量起著非常重要的作用。

為保證白車身的焊接質量，必須要建立起相應的質量保證體系。如前期焊接質量策劃、焊接過程監控和焊后檢驗等手段。前期焊接質量策劃主要包括焊接設備的選型、焊接工藝方法的評定和檢驗項目的確定。焊接過程監控則主要是利用計算技術對電阻點焊過程的焊接參數進行實時監控。監控信息必須與焊接質量有密切的關系，呈一定的函數關系并有期望的準確度；信噪比要足夠高，信號再現性好，檢測手段易實現等特點[1]。

目前常用的監控方式有：①溫度監控；②超聲波信號監控；③聲發射監控；④點阻焊接參數監控；⑤焊點熱膨脹監控[2]。其中對電阻點焊焊接參數監控方式有恒流控制法、恒壓控制法和恒功率控制法等。但由于過程監控需要使用大量在線計算，除對計算機硬件要求較高外，日常維護花費也較大。

目前，生產中應用普遍還是對焊接工藝裝備的日常工藝參數監控的方法。焊后檢驗主要包括無損檢測、破壞性檢測和非破壞性檢測等。下面簡單說一下日常焊接工藝參數監控方法和焊后檢驗。

焊接工藝參數的日常監控

在前期焊接質量策劃中，控制計劃規定對產品性能和產品質量有影響的各項焊接工藝參數有：焊接電流、焊接時間和電極壓力等。

首先由焊接車間每月末編制下個月的測量計劃，編制完成后交工藝部和品質部進行審核，審核無異議后，由品質部安排人員實施檢測計劃，在檢測過程中若發現異常狀況，焊接車間應進行產品追溯排查，同時通知工藝人員進行參數確認工作，調整輸入參數后，再進行產品試焊，確認調試后焊接質量，直到符合標準要求為止，并將修改后焊接參數進行保存。其中對關鍵工位的檢測頻次做到1次/周，普通焊接工位為1次/2周。焊后檢驗

焊接后檢驗主要包括焊點強度質量檢驗和焊點外觀質量保證。

3.1 焊點強度質量檢測。焊后檢驗分為破壞性檢驗和非破壞性檢驗。破壞性檢驗是對需要檢測的焊點進行破壞檢測的方式。非破壞性檢測主要是由生產線各工位對可鏨焊點進行質量檢驗的方法。通常非破壞性檢測可以發現簡單的焊接缺陷，如虛焊、弱焊等。非破壞性檢測一般安排5次/班，首次規定在開班正式生產前進行，并將檢測的試片保存。在生產過程中每間隔一定時間，再安排余下的檢測試驗。如果發現焊接質量不合格的焊點應立即采取措施進行控制，并對前序的產品進行追溯。

破壞性檢測是對整個車身焊點進行逐一檢查，比較全面，可以發現所有不合格的焊點。但是，經破壞性檢測后的車身只能做報廢處理，且抽樣頻率較低，不利于問題的及時發現和處理。

目前對焊點強度的檢測正向無損檢測方式發展，無損檢測就是在不損害或不影響被檢測對象使用性能的前提下，通過射線、超聲波、紅外線和電磁等物理方法對焊接質量進行檢測的方法。其原理主要是通過利用物質的聲、光、電和磁場效應，對被檢測對象中是否存在缺陷進行判斷，同時還能對缺陷的大小、位置等信息進行采集。由于無損檢測具有非破壞性，操作方便、快捷等優點，已被廣泛應用到生產實際中。

3.2 焊點外觀質量保證。對焊點進行的外觀檢查。焊點外觀缺陷主要有：焊點扭曲、焊點壓痕過深、燒穿、未焊透和毛刺飛濺等。根據焊點在車身所處的區域確定焊點外觀質量等級。整車焊點外觀等級分為3級，每級允許存在的焊點外觀缺陷的數量和嚴重程度有所差別。

根據對焊點強度檢測和外觀質量的檢查，可以計算出被檢車身焊點的質量水平值（NQST）。以此可以衡量和控制車身焊點強度質量。NQST（焊點質量水平）值=缺陷焊點數/總焊點數x100%[3]。NQST完成后，應及時組織相關部門召開NQST分析會，將焊點的缺陷問題進行分類并劃分責任部門，各責任部門按照PDCA（plan計劃，do執行，check檢查，action行動，又叫質量環）模式對問題進行整改，并進行驗證。通過對產品質量的改進和整改措施的執行，會不斷降低NQST的值，提升車身焊點綜合質量。結束語

通過建立和實施焊接質量保證體系，做好對焊接前質量策劃、焊接過程中焊接參數的監控和焊后質量的檢驗工作，能有效的保證白車身焊接質量，提升產品競爭水平。

第五篇：焊接殘余變形預防和控制(周尚諭)[小編推薦]

焊接殘余變形的預防和控制

周尚諭

（華東交通大學

材料加工工程，江西 南昌 330013）

摘要：焊接殘余變形可以從設計和工藝兩個方面來解決。而設計上如果考慮的比較周到，注意減少焊接變形，往往比單獨從工藝上來解決問題要方便的多。相反，如果設計考慮不周，則往往會給生產帶來許多額外的工序，大大延長生產周期，提高產品的成本。因此，我們應該充分了解內應力產生的原因和形成變形的基本規律，以控制或減小焊接應力和變形的危害。

關鍵詞：焊接；殘余變形；焊接結構；預防；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

焊接技術在工業中的應用的歷史并不長，但它的發展卻是非常迅速的。短短的幾十年中，焊接已在許多工業部門的金屬結構中，如建筑鋼結構，船體，鐵道車輛，壓力容器中幾乎全部取代了鉚接。不僅如此，在機械制造領域，過去的整鑄整緞方法生產的大型毛坯改成了焊接結構，大大簡化了生產工藝，降低了成本[1]。然而，焊接結構不可避免的會產生很多的缺陷，其中，焊接殘余變形是焊接結構不可避免的缺點之一，它的存在造成了焊接結構形狀變異、尺寸精度下降和承載能力降低，并在工作載荷作用下引起附加彎矩應力和應力集中，是造成焊接結構早期失效的主要原因，也是造成焊接接頭疲勞強度下降的原因之一。人們采取了許多工藝方法來預防和控制焊接殘余變形[2-4]，如，反變形方法、剛性固定法、合理選擇焊接順序、限制焊接線能量等，也經常采用理論計算來評估焊接變形叫，這為改善焊接結構的質量提供了保障。2 預防焊接結構變形的措施

2.1設計措施

預防焊接變形的措施：結構設計(1)合理的選擇縫尺寸和形式

a)對于板厚的對接接頭：多采用X型焊縫；厚度更大的采用U型、雙U型、窄間隙深坡口焊縫。

b)保證承載能力的情況下，盡可能減少焊縫，但也不要太小，太小的焊縫，冷卻速度過大，容易產生一系列焊接缺陷。

c)對于受力較大的T/十字型接頭，在保證相同強度條件下，采用開坡口的焊縫可以比一般焊縫減少焊縫金屬。

d)當計算確定T型接頭焊縫時，采用雙面角焊縫代替單面角焊縫。e)設計的結構盡可能使R多數焊縫可以自動焊，薄板焊用CO2氣體保護焊代替手工焊或氣焊，用接觸點焊代替熔化焊。

(2)盡量減少不必要的焊縫。

(3)合理的安排焊縫的位置，安排焊縫盡可能對稱于截面中性軸。a)焊縫接近斷面中性軸，可以減小焊縫所引起的撓曲。b)由于橫向收縮量通常要比縱向收縮量明顯，應取焊縫布置于平行于最小變形方向。

c)夾具盡可能不影響薄板因焊縫而失穩。d)夾具不影響焊后結構尺寸。2.2工藝措施(1)反變形法

這是生產中最常用的方法。為了抵消焊接殘余變形，焊前預先使焊件向焊接變形相反的方向變形。V形坡口對接焊中，均采用了反變形法來控制焊后的殘余角變形，例如工字梁焊后產生的角變形，可在焊前預先將翼板制成反變形，然后焊接以抵消焊后變形。

(2)剛性固定法

這種情況是在沒有反變形的情況下，焊前對焊件采取外加剛性約束，使焊件在焊接時不能自由變形。例如把薄板焊件固定在平臺上，然后再焊接就能很好的控制焊接變形。

(3)選擇合理的裝配焊接順序

采用不同的裝配和焊接順序，會產生不同的變形效果。如工字梁的焊接，采用兩種不同的裝焊順序，產生的變形效果不同。如果先焊接成丁字形，然后再裝配另一塊翼板。在焊接丁字形結構時，由于焊縫分布在中性軸的下方，焊后將產生較大的上拱彎曲變形，即使另一塊翼板焊后會產生的反向彎曲變形，也難以抵消原來產生的變形，最后工字梁將形成上拱彎曲變形。第二種先整體裝配成工字梁，然后再進行焊接，此時梁的剛性增加，再采用對稱、分段的焊接順序，焊后上拱彎曲變形就小得多。這是先總裝后焊接的控制結構焊后變形的工藝措施[5]。

對于不能一次總裝成型的焊接結構，采用分步總裝，逐步克服[6]。同樣能起到適當控制結構的殘余變形。如制作一個中間帶有若干個隔板的箱形封閉式梁，在總裝工藝中不能一次成型，只有分兩步走：先制成一個“?”形梁, 然后再在上方蓋上蓋板, 即形成一個“口”形的箱梁。在第一步總裝過程中, 采取合理的焊接方向和焊接順序等方法, 以求最大限度地減少結構的彎曲變形。這樣, 到工藝結束, 工件的殘余變形仍然很小, 一般不需再處理就能達到結構要求。

(4)合理選擇焊接方法和規范

1)對稱焊接。如果焊接結構的焊縫是對稱布置的，應該采用對稱焊接。這時應注意焊接順序，采用分段、跳焊的對稱焊接，通過先后焊縫的熔敷量來控制變形量，效果很好。

2)不對稱焊縫。如果焊接結構的焊縫是不對稱布置的，采用先焊焊縫少的一側，使后焊的焊縫產生的變形足以抵消先前的變形，以使總的變形減小。

3)采用不同的焊接順序。結構中若是長焊縫，采用連續的直通焊，將會造成較大的變形，在實踐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順序來控制變形[5]。

同時保證選用線能量低的焊接方法。(5)散熱法

用強迫冷卻的方法將焊接區的熱量帶走，使受熱面積大為減少，從而達到減小變形的目的。應該注意，散熱法不適應誶硬傾向大材料。3 矯正焊接變形的方法

(1)機械矯正法

利用外力使構件產生與焊接變向相反的塑性變形，使兩者相互抵消。例如用加壓機構來矯正工字型梁的焊接變形。

(2)利用機械拉伸法來消除焊接殘余應力

產生焊接殘余應力的根本原因是焊件焊后產生了壓縮殘余塑性變形。因此，焊后對焊件進行加載拉伸，產生拉伸塑性變形，它的方向和壓縮殘余變形相反，結果使壓縮殘余變形小，因而焊件中的焊接殘余應力亦隨之同步減小。

機械拉伸消除應力法對于一些焊后需要進行液壓試驗的焊接容器特別有意義，因為液壓試驗時容器所承受的試驗壓力均大于容器的工作壓力，例如鋼制壓力容器其試驗壓力為容器工作壓力的1.25 倍，所以容器在進行液壓試驗的同時，對容器材料進行了一次相當于機械拉伸的膨脹，從而通過液壓試驗，消除了部分焊接殘余應力。

(3)利用錘擊焊縫區來控制焊接殘余變形

焊接殘余應力產生的根本原因是由于焊縫在冷卻過程中的縱向收縮和橫向收縮，因此焊后利用小錘輕敲焊縫及其鄰近區域，使金屬展開，能有效減少焊接殘余應力，利用錘擊法可使應力減少1/2～1/4。進行錘擊焊縫時，焊件溫度應當維持在100 ℃～150 ℃之間或在400 ℃以上，避免在200 ℃～350 ℃之間進行，因為此時金屬正處于藍脆性階段，若錘擊焊縫容易造成斷裂[7]。

多層焊時，除第一層和最后一層焊縫外，每層都要錘擊。第一層不錘擊是為了避免產生根部裂紋，最后一層焊縫通常焊得很薄，主要是為了消除由于錘擊而引起的冷作硬化。

(4)利用火焰法控制焊接殘余變形

利用火焰對焊件進行局部加熱時產生的塑性變形, 使較長的金屬在冷卻后收縮, 以達到矯正變形的目的稱為火焰加熱矯正法。火焰加熱矯正法矯正焊件殘余變形時要注意以下事項[7]：

①加熱用火焰通常采用氧乙炔焰，火焰性質為中性焰，如果要求加熱深度小時，可采用氧化焰。

②對于低碳鋼和低合金結構鋼，加熱溫度為600 ℃～800 ℃，此時焊件呈櫻紅色。

③火焰加熱的方式有點狀、線狀和三角形三種，其中三角形加熱適用于厚度大、剛性強的焊件。

④加熱部分應該是焊件變形的突出處，不能是凹處，否則變形將越矯越嚴重。⑤矯正薄板結構的變形時，為了提高矯正效果，可以在火焰加熱的同時用水急冷，這種方法稱為水火矯正法。對于厚度較大而又比較重要的構件或者淬硬傾向較大的鋼材，不可采用水火矯正法。

⑥夏天室外矯正，應考慮到日照的影響。因為中午清晨的加熱效果往往不樣。⑦薄板變形的矯正過程中，可同時使用木錘進行錘擊，以加速矯正效果。火焰成形基本上采用線狀加熱，按照按照工藝方法的不同可分為三種：(1)不用水冷的火焰加熱，簡稱空冷。(2)采用正面跟蹤水冷的火焰加熱法，簡稱正冷。(3)采用背面跟蹤水冷的火焰加熱法，簡稱背冷。

三種線狀加熱方法具有不同的特點：(1)角變形效果以背冷最大，空冷次之，正冷最小。(2)橫向收縮效果一背冷最大，正冷次之，空冷最小。4發展趨勢

隨著技術和工藝的進一步發展，現在我們又提出了許多更進一步的能夠減少和改善殘余變形的工藝方法。這些工藝以及一些還未提出的工藝的宗旨都是為了盡量降低焊接殘余變形以及對不引起殘余變形的追求。以盡可能簡明的設計，盡可能少的工藝，盡可能短的焊接焊縫，更加自動化、智能化的操作，減少焊接對于工件變形的影響。

下面介紹幾種新的調整和控制焊接殘余變形的方法。

預拉伸法[8]：這種方法是機械拉伸法的擴展。在平板對接焊之前，在焊縫兩側對平板施加一個與焊接方向平行的拉伸載荷，使平板在受載的情況下進行焊接。這種方法由于預先施加拉伸載荷，在焊接熱輸入的作用下，焊縫附近的材料較早處于屈服狀態，使平板焊縫在塑形狀態下被拉伸延展，因此可以抑制平板的縱向收縮變形。并且焊后去除拉伸載荷，平板內的縱向殘余應力可以降低，其降低幅度與與拉伸載荷相當。

焊時溫差拉伸：這種方法是焊后溫差拉伸法的擴展。平板對接焊時，采用專門的工裝夾具，在焊縫下方放置一個空腔內通以冷卻水的銅墊板，在焊縫兩側用電加熱帶加熱，這樣就會在焊縫附近造成一個馬鞍形的溫度場。在這種條件下進行焊接，馬鞍形溫度場的高溫區(焊縫兩側)膨脹，會對溫度相對較低的焊縫區施加拉伸作用，使焊縫的縱向收縮得到抑制，因此可以降低殘余應力和減小變形。

隨焊激冷法：又稱為逆焊接加熱法，是利用與焊接加熱過程相反的方法，采用冷卻介質使焊接區獲得比相鄰區域(母材)更低的負溫度，在冷卻過程中，焊接區由于受到周圍金屬的拉伸而產生伸張塑性變形，從而抵消焊接過程中形成的壓縮塑性變相，達到消除殘余應力的目的。5結語

焊接技術的發展隨著技術的革新，會越來越先進，國外的同行在機械制造業確實要相對國內發展的更加精細，我們要學會“拿來主義”，同國外同行多交流，盡量減少自己走彎路的可能，同時要在借鑒的基礎之上，發展和創新。相信中國的焊接技術會逐步的走向世界先進行列乃至領先世界同行業。參考文獻

[1]田錫唐.焊接結構[M].北京:機械工業出版社,1982.1-2.[2]奧凱爾勃洛姆.焊接應力與變形[M].雷原譯.北京:中國工業出版社, 1958.30-78.[3]田錫唐.焊接結構[M].北京:機械工業出版社,1982.5-18.[4]霍立興.焊接結構工程強度[M].北京:機械工業出版社,1995.26-36.[5]沙慧麗.防止和減少焊接殘余變形與應力的措施[J].職業.山東濟寧技術學院,2009,(5).[6]吳居登,施建章.從裝焊順序入手來控制焊接殘余變形的方法和應用[J].中國修船,2001,(6).[7]使用火焰法、機械拉伸法、錘擊焊縫區來控制焊接殘余變形[J].電焊機, 2008,(02)

[8]方洪淵.焊接結構學[M].北京:機械工業出版社,2008.121-122.