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第五章焊接应力及变形

第一节焊接应力和变形的一般概念

1.1金属的变形

任何物体在外力的作用下都会产生形状或尺寸的改变，这种现象叫变形。

金属材料在外力的作用下会发生两种性质不同的变形，当外力去除后能恢复原来形

状和尺寸的变形叫做弹性变形；当外力去除后，变形仍然存在，这种永久性变形叫做塑

性变形。

金属受到外力的作用后首先发生的是弹性变形，当外力增加到一定程度，金属发生

屈服，开始产生塑性变形。所以只有当作用在金属上的外力达到其屈服极限时，金属才

会发生塑性变形。

每一种金属都有与之对应的屈服极限，同一种金属的屈服极限与其所处的温度有关，

例如，碳钢被加热到600-700℃时，其屈服强度接近零，这时金属受到外力的作用时，

所发生的变形均为塑性变形。

1.2应力

金属在外力的作用下发生变形的同时，金属的内部也同时产生一种与外力抗衡的内

力。物体单位面积上的内力叫应力。受拉时引起的是拉应力，受压时引起的是压应力。

金属的强度是以它发生破坏的最大应力（强度极限）来衡量。只要金属内部的应力没有

超过它的强度极限，金属就不会断裂。

1.3焊接应力及焊接变形

由焊接过程多种因素交互作用而形成的构件中的应力和构件的变形称为焊接应力和

焊接变形。

焊接应力从焊接一开始就出现，随着焊接的进行，在构件中不断改变它的分布。焊

接应力分为瞬态应力和残余应力，焊接过程中不断变化的应力叫瞬态应力；焊接残余应

力是构件焊后冷却到室温，残留在构件中的应力。

焊接变形也从焊接一开始就出现，并一直持续到构件冷却至原始温度时才结束。随

焊接过程而变化的变形叫焊接瞬态变形；最后形成的变形叫焊接残余变形，焊接残余变

形经常简称为焊接变形。

焊接应力和焊接变形都是焊接过程中必然出现而无法避免的。当焊接变形达到一定

程度，将影响构件的制造过程和最终使用；焊接应力是导致焊接裂纹的重要因素。因此

应掌握焊接应力和焊接变形的产生及变化规律，了解与其有关的各种因素，在焊接过程

中应采取适当措施，减小焊接应力和焊接变形。

第二节焊接应力和变形的产生原因

2.1焊接应力和变形的产生原因

焊接过程是对金属进行局部加热和冷却的过程，由于焊接热源的局部作用，焊件上

产生了不均匀的温度，温度的分布根据焊接方法的不同、焊接参数的变化、被焊接的材

料的不同而不同。由此形成不同的温度分布即不同的温度场。图5-1是薄板焊接过程中

焊缝区及其附近区域温度分布示意图即温度场示意图。

图中a)、b)分别为薄板沿纵向截面及横向截面的温度分布曲线。图c)为薄板平面上

焊接温度场的等温曲线。一般来说，低碳钢在600℃时材料处于塑性状态，因此，600℃

等温线区域内就是低碳钢材料受热产生塑性变形的范围。这个区域的大小将影响焊件冷

却后的焊接残余应力及残余变形的大小。

x=0.6cm

1600x=0cm

1400x=-6cm

y=0cm1200

1000x=-3.6cm

℃

800/

tx=-12cm

600

x=1.2cm