第五節(jié)-焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

PAGEPAGE2第五節(jié)焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形在焊接生產(chǎn)中，焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生是不可避免的。焊接過(guò)程結(jié)束，焊件冷卻后殘余在焊件的內(nèi)應(yīng)力即焊接殘余應(yīng)力往往是造成裂紋的直接原因，同時(shí)也降低了結(jié)構(gòu)的承載能力和使用壽命。焊接后產(chǎn)生的變形即焊接殘余變形造成了焊件尺寸、形狀的變化，這給正常的焊接生產(chǎn)帶來(lái)一定困難。因此，在焊接生產(chǎn)中的一項(xiàng)重要任務(wù)就是控制焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形。一、焊接殘余應(yīng)力1．焊接殘余應(yīng)力的產(chǎn)生及其對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的影響焊接時(shí)，不均勻地加熱與冷卻是產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力的主要原因。以低碳鋼（20鋼）為例，在加熱時(shí)，隨著溫度的升高，特別是在300℃以上的溫度時(shí)其強(qiáng)度迅速降低。當(dāng)溫度達(dá)到600℃左右時(shí)，屈服便接近于零（圖6-5)。焊接過(guò)程中由于加熱的不均勻，在高溫時(shí)，金屬的屈服為零的情況下，處于自由變形狀態(tài)。當(dāng)焊接熱源移開(kāi)后，金屬恢復(fù)強(qiáng)度時(shí)其收縮變形受到周圍金屬的限制，同時(shí)組織轉(zhuǎn)變過(guò)程中又發(fā)生體積的變化，從而產(chǎn)生了焊接殘余應(yīng)力。一般來(lái)說(shuō)，在焊接條件下主要存在下面幾種應(yīng)力。圖6-5低碳鋼屈服與溫度的關(guān)系實(shí)測(cè)曲線一簡(jiǎn)化曲線(1)溫度應(yīng)力溫度應(yīng)力又稱熱應(yīng)力，它是由于金屬受熱不均勻，各處變形不一致且互相約束而產(chǎn)生的應(yīng)力。焊接過(guò)程中溫度應(yīng)力是不斷變化的，且峰值一般都達(dá)到屈服點(diǎn)，因此必然發(fā)生塑性變形。焊接結(jié)束冷卻后，也必然有殘余應(yīng)力保留下來(lái)。(2)組織應(yīng)力焊接過(guò)程中，金屬組織進(jìn)行相變時(shí)將產(chǎn)生體積變化，主要是由于各種組織具有不同的熱物理性能（表6-5）。當(dāng)焊縫金屬?gòu)母邷乩鋮s，奧氏體分解時(shí)產(chǎn)生的鐵素體、珠光體、馬氏體等都會(huì)產(chǎn)生體積膨脹，轉(zhuǎn)變后的這些組織都具有較小的膨脹系數(shù)。奧氏體分解產(chǎn)生的體積膨脹并不是在自由狀態(tài)下進(jìn)行的，而是受到周圍金屬的約束。同時(shí)，由于焊接的不均勻加熱與冷卻，因此組織的轉(zhuǎn)變也是不均勻的，結(jié)果產(chǎn)生了應(yīng)力。表6-5鋼中組織的熱物理性能組織熱物理性能組織類型奧氏體鐵索體珠光體馬氏體滲碳體比熱容/(cm3/g)線膨脹系數(shù)/(×10-6)體積膨脹系數(shù)/(×lO-6)0.123～0.12523.070.00.12714.543.50.12860.123～0.12511.535.00.13012.537.5對(duì)于低碳鋼和一些低合金高強(qiáng)鋼焊后冷卻時(shí)，奧氏體分解為珠光體和貝氏體的溫度較高的低碳鋼的相變點(diǎn)為723℃），此時(shí)金屬呈好的塑性，奧氏體轉(zhuǎn)變時(shí)發(fā)生的體積變化阻力很小，因此不會(huì)造成很大的應(yīng)力。而對(duì)于中碳鋼和淬硬傾向較大的合金鋼，情況就不同了。這些鋼焊后冷至200～300℃時(shí)，奧氏體才轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。這時(shí)鋼的屈服點(diǎn)很高，馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)體積膨脹受到周圍金屬的阻礙，便產(chǎn)生了很大的應(yīng)力即所謂的組織應(yīng)力，這也是焊接殘余應(yīng)力的一種形式。低溫馬氏體轉(zhuǎn)變有時(shí)會(huì)延續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，使應(yīng)力分布不斷變化甚至應(yīng)力不斷增加，由此可能引發(fā)裂紋的產(chǎn)生。(3)拘束應(yīng)力焊接結(jié)構(gòu)往往是在拘束條件下焊接的。造成拘束狀態(tài)的因素有結(jié)構(gòu)的剛度、自重、焊縫的位置以及夾持卡具的松緊程度等。這種在拘束條件下焊接，由于受到外界或自身剛性的限制而產(chǎn)生了拘束應(yīng)力。(4)氫致應(yīng)力焊接過(guò)程中，擴(kuò)散氫聚集在顯微缺陷處而引起的應(yīng)力稱為氫致應(yīng)力，氫致應(yīng)力是導(dǎo)致冷裂紋的重要因素之一。上述幾種焊接殘余應(yīng)力形式，它們對(duì)結(jié)構(gòu)的承載能力以及加工尺寸的精度不可避免地產(chǎn)生影響。對(duì)于用塑性較好的鋼材制造的焊接結(jié)構(gòu)，由于材料本身能產(chǎn)生足夠的變形來(lái)消除殘余應(yīng)力的影響，因此對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的承載能力沒(méi)有太大影響。但是當(dāng)材料的塑性較差或處于脆性狀態(tài)時(shí)如處于三向拉伸應(yīng)力狀態(tài)，則可能發(fā)生局部開(kāi)裂導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞。高溫狀態(tài)下工作的焊接結(jié)構(gòu)如容器、管道等，殘余應(yīng)力還會(huì)加速蠕變過(guò)程。用焊接結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，由于切削的部分破壞了原來(lái)構(gòu)件中的應(yīng)力平衡，應(yīng)力重新分布會(huì)產(chǎn)生一定的變形，這樣會(huì)影響加工精度。2．控制焊接殘余應(yīng)力的措施焊接殘余應(yīng)力的控制可以從設(shè)計(jì)和工藝這兩個(gè)方面來(lái)考慮。設(shè)計(jì)方面，在保證結(jié)構(gòu)有足夠強(qiáng)度的前提下，應(yīng)盡量減少焊縫的數(shù)量和尺寸，合理地選擇焊接接頭形式，將焊縫布置在最大工作應(yīng)力區(qū)域外等。下面從工藝方面介紹控制焊接殘余應(yīng)力的方法。(1)選擇合理的裝配焊接順序施焊時(shí)，要考慮到焊縫盡可能地收縮，以減少結(jié)構(gòu)的拘束度，從而降低焊接殘余應(yīng)力。例如，大型貯罐容器的罐底是由若干塊板拼接而成。焊接時(shí)焊縫從中間向四周進(jìn)行，并先焊板與板之間短拼縫，再焊直通長(zhǎng)焊縫。這樣能最大限度地讓焊縫收縮，減少焊接殘余應(yīng)力，如圖6-6所示。(2)選擇合理的焊接參數(shù)對(duì)于需要嚴(yán)格控制焊接殘應(yīng)力的結(jié)構(gòu)，焊接時(shí)盡可能地采用較小的焊接電流和較快的焊接速度，以減少焊件的受熱范圍，從而可以減少焊接殘余應(yīng)力。(3)采用冷焊工藝方法冷焊就是焊接過(guò)程中使整個(gè)結(jié)構(gòu)上的溫度盡可能均勻，即要求焊接部位的溫度控制低些，同時(shí)在整個(gè)結(jié)構(gòu)中所占．的范圍應(yīng)盡量小。此外，結(jié)構(gòu)的整體溫度應(yīng)高些，圖6-6貯罐底板的焊接這樣使得控制焊接區(qū)的溫度較容易些。采用這種方法，比較能有效地控制由應(yīng)力所引起的焊接裂紋。冷焊操作的工藝要點(diǎn)主要有：1)采用較小的焊接電流，焊條電弧焊時(shí)還應(yīng)采用較小的焊條直徑。2)采用多層多道焊，且每次所焊的焊縫長(zhǎng)度要短。每道焊縫焊完后，溫度降到不燙手時(shí)再焊下一道。3)在每道焊縫冷卻過(guò)程中，采用錘擊焊縫方法。這樣通過(guò)使焊縫產(chǎn)生部分塑性變形來(lái)抵消焊縫的部分收縮變形，從而能降低焊縫的殘余應(yīng)力。冷焊法常應(yīng)用于缸體等鑄鐵件的補(bǔ)焊，取得較為理想的效果。4)采用加熱“減應(yīng)區(qū)”法。加熱“減應(yīng)區(qū)”法就是在焊接或焊補(bǔ)剛度較大的結(jié)構(gòu)時(shí)，通過(guò)加熱影響焊接區(qū)自由伸縮的部位即所謂的“減應(yīng)區(qū)”，使之與焊接區(qū)的膨脹和收縮協(xié)調(diào)進(jìn)行，從而起到減少焊接殘余應(yīng)力的作用。圖6-7為采用“減應(yīng)區(qū)”法來(lái)控制焊接殘余應(yīng)力示例。圖6-7aH形框架中部進(jìn)行補(bǔ)焊修復(fù)時(shí)，常因焊縫的橫向收縮產(chǎn)生較大的焊接殘應(yīng)力而導(dǎo)致裂紋。為減少焊接殘余應(yīng)力，選擇焊縫兩側(cè)的平行邊框作為“減應(yīng)區(qū)”進(jìn)行加熱，同時(shí)開(kāi)始補(bǔ)焊，并使“減應(yīng)區(qū)”溫度處于較高的狀態(tài)。補(bǔ)焊結(jié)束后，使“減應(yīng)區(qū)”和焊縫同時(shí)冷卻，這樣焊縫的收縮變形與“減應(yīng)區(qū)”同時(shí)進(jìn)行，從而降低了焊接處的焊接殘余應(yīng)力。采用“減應(yīng)區(qū)”法控制焊接殘余應(yīng)力的關(guān)鍵在于加熱部位的選擇和加熱溫度的控制。選擇的加熱部位即“減應(yīng)區(qū)”應(yīng)是阻礙焊接區(qū)膨脹和收縮的部位。焊接時(shí)冷卻時(shí)a)b圖6-7加熱“減應(yīng)區(qū)”法示例a)焊前“減應(yīng)區(qū)”加熱，坡口增大b)焊后焊接區(qū)與“減應(yīng)區(qū)”同時(shí)收縮5)采用反變形法。反變形法實(shí)際上就是通過(guò)預(yù)先留出焊縫能夠自由收縮的余量，從而來(lái)降低焊接殘余應(yīng)力。例如，將容器或其他殼體上原有的孔、洞封閉焊接起來(lái)，由于周圍板的拘束度較大，在拘束應(yīng)力與焊接殘余應(yīng)力的共同作用下很可能導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。這時(shí)可采取圖6-8所示的反變形措施，可以有效地控制焊接殘余應(yīng)力。6)錘擊法。當(dāng)焊縫金屬冷卻時(shí)，通過(guò)錘擊焊縫使焊縫金屬產(chǎn)生塑性變形，這樣使殘余應(yīng)力釋放出來(lái)。錘擊用的手錘重量一般為0.5kg左右，錘的尖端帶有R5mm左右的圓角。錘擊時(shí)焊縫的溫度應(yīng)在300℃以上或100～150℃左右的范圍內(nèi)，避開(kāi)200～300℃控制焊接殘余應(yīng)力還有其他的一些方法，如整體預(yù)熱法、開(kāi)緩和槽法等。在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)具體的生產(chǎn)條件因地制宜地選擇合適的方法來(lái)控制焊接殘余應(yīng)力。3．消除焊接殘余應(yīng)力的方法焊接殘余應(yīng)力的有害影響只是在一定的條件下才表現(xiàn)出來(lái)。因此，是否需要消除焊接殘余應(yīng)力應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求并依據(jù)鋼材的種類、性能、厚度、結(jié)構(gòu)的制造及使用條件等諸多因素綜合考慮后作出決定。圖6-8采用反變形減少焊接殘余應(yīng)力常用的消除焊接殘余應(yīng)力的方法是采用焊后熱處理即消除應(yīng)力熱處理，將焊件的整體或局部加熱到高溫回火溫度，保溫一段時(shí)間后再冷卻。這樣通過(guò)加熱使金屬材料的屈服點(diǎn)降低，較為容易地產(chǎn)生一定的塑性變形，結(jié)果焊接殘余應(yīng)力得到釋放出來(lái)。消除應(yīng)力熱處理可分為整體消除應(yīng)力熱處理和局部消除應(yīng)力熱處理。整體消除應(yīng)力熱處理又稱整體高溫回火熱處理，是將焊件整體放入加熱爐中，并緩慢加熱至一定溫度，保溫一段時(shí)間后再冷卻。如20g鋼加熱到600～650℃溫度范圍內(nèi)，保溫一段時(shí)間(一般按每毫米保溫4～5min，但不小于lh)，然后隨爐緩冷。整體高溫回火消除殘余應(yīng)力的效果最好，可消除80%—90%的殘余應(yīng)力，在生產(chǎn)中得到局部消除應(yīng)力熱處理又稱局部高溫回火熱處理，是用于大型焊接結(jié)構(gòu)如容器、管道等采用局部熱處理的一種方法。局部熱處理的有關(guān)技術(shù)條件目前基本上都有相應(yīng)的規(guī)程、規(guī)范作出了明確的規(guī)定。如我國(guó)的JB/T4709—1992中規(guī)定熱處理的加熱寬度為從焊縫中心算起每側(cè)不得小于容器壁厚的2倍，升溫速度為加熱至400℃后不得超過(guò)℃／h（δ為壁厚，mm）且不得超過(guò)200℃／h，最小可為50℃／h。降溫時(shí)在400℃以上，降溫速度不超過(guò)℃／h，且不得超過(guò)260℃／h，最小可為50℃/h。在DL/T5007—1992中對(duì)管道熱處理的規(guī)定為加熱的寬度從焊縫中心起每側(cè)不小于焊縫寬度的3倍，且不小于30mm。升、降溫的速度為℃／h（δ為壁厚，mm）且不大于300℃／h，降溫至300℃以下可不控制。局部消除應(yīng)力熱處理的加熱方式有感應(yīng)加熱和遠(yuǎn)紅外加熱等方法。感應(yīng)加熱就是采用工頻或中頻感應(yīng)加熱。由于加熱效率低，較難控溫等缺點(diǎn)，目前已較少應(yīng)用。中頻感應(yīng)加熱時(shí)的電流集膚效應(yīng)強(qiáng)，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)外壁溫差加大，因此在用于厚壁管道熱處理時(shí)尤應(yīng)注意。目前，熱處理中最常用的遠(yuǎn)紅外加熱方式，可采用計(jì)算機(jī)控制，控溫效果好，加熱器可做成履帶式、繩狀等形狀和尺寸多種形式，是一種理想的加熱方式。焊后消除應(yīng)力熱處理中，應(yīng)注意下面幾個(gè)問(wèn)題：1)熱處理制定的工藝參數(shù)應(yīng)合理，測(cè)溫必須準(zhǔn)確可靠。若工藝參數(shù)制定的不合理或水測(cè)溫不準(zhǔn)，造成溫差大，則會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力。如果降溫過(guò)快，又會(huì)產(chǎn)生新的殘余應(yīng)力。恒溫溫度的確定是保證最大可能地松弛殘余應(yīng)力而又不會(huì)造成對(duì)接頭性能的影響，溫度過(guò)高會(huì)造成對(duì)接頭性能的不良影響。恒溫時(shí)間的確定要保證殘余應(yīng)力有足夠的時(shí)間釋放，但不宜過(guò)長(zhǎng)，否則會(huì)對(duì)材料的性能尤其是韌性產(chǎn)生不利的影響。2)對(duì)于有再熱裂紋傾向的鋼種，如Cr-Mo-V、Cr-Mo-V-B等鋼種在消除應(yīng)力熱處理時(shí)，加熱過(guò)程中要盡快通過(guò)450～650℃再熱裂紋敏感溫度區(qū)間，以防止再熱裂紋的產(chǎn)生。3)一般來(lái)講，鋼材經(jīng)過(guò)多次加熱或加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，如工序間熱處理和消除應(yīng)力熱處理，或返修后需重新熱處理等原因造成多次加熱，都會(huì)使材料的性能變差。如2Cr-Mo鋼熱處理時(shí)如果加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，焊縫金屬會(huì)出現(xiàn)較大的鐵素體組織，其強(qiáng)度會(huì)明顯降低。低溫用鎳鋼經(jīng)消除應(yīng)力熱處理后，其斷裂韌度將會(huì)下降。焊接殘余應(yīng)力的消除方法還有整體結(jié)構(gòu)加載法、拉伸法、振動(dòng)法等方法。在生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及要求進(jìn)行選擇，以獲得最好的效果及效益。二、焊接變形焊接過(guò)程是一個(gè)不均勻加熱與冷卻的過(guò)程，這樣便導(dǎo)致了焊接應(yīng)力和變形的出現(xiàn)。焊件的變形從焊接開(kāi)始時(shí)發(fā)生并持續(xù)到焊接過(guò)程結(jié)束，直至冷卻，最后形成的變形稱為焊接殘余變形，簡(jiǎn)稱為焊接變形。1．焊接變形對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的影響其影響主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：1)影響結(jié)構(gòu)尺寸的準(zhǔn)確和裝配質(zhì)量。焊接變形必定會(huì)引起結(jié)構(gòu)尺寸的變化，因而影響了結(jié)構(gòu)尺寸的精確，降低了裝配質(zhì)量。2)增加了制造成本，降低了接頭的力學(xué)性能。當(dāng)焊件產(chǎn)生的焊接變形超過(guò)正常值范圍需要矯形處理，因而降低了生產(chǎn)效率，增加了生產(chǎn)成本。冷矯形因產(chǎn)生局部塑性變形而使材料產(chǎn)生冷作硬化，降低了接頭的塑性。此外，因焊接變形而產(chǎn)生的附加應(yīng)力還會(huì)使結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載能力下降。2．影響焊接變形的因素(1)焊縫的位置焊縫在結(jié)構(gòu)中的位置對(duì)焊接變形的影響是很大的。從表6-6可以看出，焊縫在結(jié)構(gòu)中的位置不同，焊后所產(chǎn)生的變形也不相同。表6-6焊縫位置對(duì)焊接變形的影響焊縫對(duì)稱布置焊縫不對(duì)稱布置注：表中關(guān)于對(duì)稱焊縫布置的說(shuō)明，未考慮焊接順序的影響。(2)焊接結(jié)構(gòu)的剛性剛性是指結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力。剛性大，抵抗變形的能力大，結(jié)構(gòu)的變形就小。反之亦然。結(jié)構(gòu)的剛性主要取決于結(jié)構(gòu)的截面形狀及其尺寸大小。一般來(lái)說(shuō)，短而粗的焊接結(jié)構(gòu)，剛性較大，焊后產(chǎn)生的變形小。細(xì)而長(zhǎng)的構(gòu)件，抗彎曲剛性小，若焊縫不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的中心則會(huì)產(chǎn)生彎曲變形。結(jié)構(gòu)抵抗扭曲變形的剛性除取決于結(jié)構(gòu)尺寸大小外，更主要的是結(jié)構(gòu)截面形狀。例如截面是封閉式的結(jié)構(gòu)，它的抗扭能力就比非封閉式的結(jié)構(gòu)抗扭能力強(qiáng)。(3)焊接結(jié)構(gòu)的裝配及焊接順序由于結(jié)構(gòu)的整體剛性總是比它本身的零部件的剛性大，因此整體裝配好后再焊接，一般來(lái)說(shuō)比邊裝配、邊焊接的變形要小。有了合理的裝配方法，若沒(méi)有合理的焊接順序配合，結(jié)構(gòu)還是達(dá)不到變形的最小程度。即使是焊縫布置對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，如果焊接順序不合理，仍有可能產(chǎn)生較大的焊接變形。圖6-9所示為對(duì)稱的X形對(duì)接接頭兩種不同焊接順序產(chǎn)生變形的比較。在實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)這種情況采用雙人對(duì)稱焊，可以較好地控制焊接變形。(4)其他影響變形的因素除了上述幾種顯著影響焊接變形的因素外，材料的線膨脹系數(shù)、焊接方法、焊接參數(shù)、焊接方向等對(duì)結(jié)構(gòu)的變形都有一定的影響。1)材料的線膨脹系數(shù)：線膨脹系數(shù)大的金屬其焊后變形也大，如碳素鋼，碳錳鋼，不銹鋼的線膨脹系數(shù)依次增大，其焊后變形也依次增大。圖6-9x形坡口的焊接順序?qū)附幼冃蔚挠绊慳）合理的焊接順序b）不合理的焊接順序2)焊接方法：一般氣焊的焊后變形比焊條電弧焊的變形大，這是因?yàn)闅夂笗r(shí)，焊件受熱范圍大，導(dǎo)致焊后變形大。同樣，埋弧焊的焊后變形要比焊條電弧焊大，而手工鎢極氬焊的焊后變形相對(duì)比焊條電弧焊的焊后變形要小。3)焊接參數(shù)：主要指焊接電流和焊接速度，兩者直接影響到焊接熱輸入。一般來(lái)說(shuō)焊接熱輸入越大，則焊后的變形就越大。反之亦然。4)焊接方向：對(duì)一條直縫來(lái)說(shuō)，采用按同一方向從頭至尾的焊接方法（直通焊）與分段跳焊方法相比，其焊縫越長(zhǎng)，則所產(chǎn)生的焊接變形就越大。主要原因是由于采用直通焊焊縫冷卻收縮時(shí)，受到的約束最小，其累積的變形最大。5)在焊縫截面尺寸相同的情況下，多層焊比單層焊的變形要小。多層焊時(shí)，第一層所產(chǎn)生的收縮變形量最大，第二層的收縮量大約是第一層的20%．第三層大約是第一層的5%～10%，往后就更小。6)在夾具固定條件下焊縫的變形量，比沒(méi)有夾具固定時(shí)變形量要小，但焊件內(nèi)部將引起較大的焊接殘余應(yīng)力。7)對(duì)接接頭的角變形與坡口形式和焊縫截面形狀有關(guān)。坡口角度越大，角變形就越大。其中以單面V形坡口的角變形最大。同樣的板厚和坡口，多層焊比單層焊角變形大，層數(shù)越多角變形越大。對(duì)稱形形狀的坡口，如x形坡口，若焊接順序不合理，也會(huì)產(chǎn)生角變形。用相同的參數(shù)焊接對(duì)稱坡口的兩面，往往是先焊面的角變形大于后焊面的角變形。3．控制焊接變形的措施焊接變形的控制可從焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)考慮；如選擇合理的焊縫尺寸和形狀，盡可能地減小焊縫數(shù)量，合理地安排焊縫位置等。也可以從工藝方面進(jìn)行控制。這里主要從工藝方面介紹焊接生產(chǎn)時(shí)，控制焊接變形的一些方法。(1)選擇合理的焊接裝配順序前面已述，裝配焊接順序直接影響到焊后的變形。因此，從裝配焊接順序來(lái)控制焊接變形具有重要意義。從結(jié)構(gòu)的剛性來(lái)考慮，采用先裝成整體，然后再焊接，這樣可以減小焊接變形。但是并非所有的結(jié)構(gòu)都可以采用總組裝后再焊接這樣的順序，特別是對(duì)于較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。對(duì)于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，一般則是把結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)胤殖刹考?，分別裝配焊接，然后再拼焊成整體。在這個(gè)過(guò)程中，使不對(duì)稱的焊縫或收縮量較大的焊縫能比較自由地收縮而不影響整體結(jié)構(gòu)。這樣做既有利于控制焊接變形，又能擴(kuò)大作業(yè)面，提高生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)周期。焊接順序（包括焊接方向）對(duì)焊接變形的影響也很大。如有許多結(jié)構(gòu)截面對(duì)稱，焊縫布置也對(duì)稱，焊后卻發(fā)生了變形，如果裝配工藝是合理的，則可以認(rèn)為這種變形就是由于焊接順序不當(dāng)所引起的。在考慮焊接順序?qū)附幼冃慰刂频囊蛩貢r(shí)，應(yīng)注意下面幾個(gè)方面。1)采用對(duì)稱焊接。由于焊接過(guò)程總有先后，而且隨著焊接過(guò)程的進(jìn)行，結(jié)構(gòu)的剛性也在不斷增大，因此一般先焊的焊縫容易使結(jié)構(gòu)的變形大。對(duì)稱焊就是當(dāng)結(jié)構(gòu)上具有對(duì)稱布置的焊縫時(shí)，通過(guò)對(duì)稱布置焊接順序，來(lái)相互抵消每條焊縫所引起的焊接變形。如口徑較大的管道焊接，通過(guò)二人同時(shí)進(jìn)行對(duì)稱焊就可以較好地控制焊接變形。2)結(jié)構(gòu)焊縫不對(duì)稱時(shí)，應(yīng)先焊焊縫分布少的一側(cè)，后焊焊縫多的一側(cè)。目的是使后焊焊縫產(chǎn)生的變形足以抵消前一側(cè)的變形，這樣可減少整個(gè)結(jié)構(gòu)的焊接變形。圖6-10a為壓力機(jī)壓型上模的結(jié)構(gòu)，由于其焊縫布置不對(duì)稱，如果不考慮焊接順序，焊后將出現(xiàn)總體撓曲變形（向焊縫多的一側(cè)彎曲）。為了防止撓曲變形的產(chǎn)生，采用6-10b所示的焊接順序，即先焊焊縫少的一側(cè)，焊后會(huì)出現(xiàn)圖6-10c所示的上撓變形。然后再焊焊縫多的一側(cè)2、2′及3、3′焊縫。這樣，焊后所產(chǎn)生的收縮變形將足以抵消焊接1、1′焊縫時(shí)所產(chǎn)生的上撓變形。a）上撓變形c)圖6-10壓力機(jī)壓型上模及其焊接順序3)采用不同的焊接順序。對(duì)于結(jié)構(gòu)中的長(zhǎng)焊縫，如果采用連續(xù)的同一方向焊接即直通焊，將會(huì)造成較大的變形。如果在可能的情況下，將連續(xù)焊改成分段焊，并適當(dāng)?shù)馗淖兒附臃较?，這樣可以使局部焊縫所產(chǎn)生的變形適當(dāng)減小，并相互抵消，以達(dá)到減少總體變形的目的（圖6-11）。圖6-11中的分段退焊法、分中分段退焊法、跳焊法和交替焊法常用于長(zhǎng)度為lm以上的焊縫。長(zhǎng)度為0.5～lm的焊縫可用分中對(duì)稱焊法。交替焊法實(shí)踐上使用較少。退焊法和跳焊法的每段焊縫長(zhǎng)度一般為100～350mm較為適宜。b)c)d)e)圖6-11對(duì)接焊縫采用不同焊接順序的方法a)分段退焊法b）分中分段退焊法c）跳焊法d）分中對(duì)稱焊法e）交替焊法(2)反變形法與控制焊接殘余應(yīng)力的反變形法相似。為了抵消（補(bǔ)償）焊接變形，在焊前裝配時(shí)，預(yù)先制成與焊接變形方向相反且數(shù)值盡量相等的變形，以達(dá)到防止產(chǎn)生殘余變形的目的，這種方法在實(shí)際生產(chǎn)中較為廣泛的使用。圖6-12所示為幾種反變形的方法。在船體建造過(guò)程中，避免和減少船體的總變形是一個(gè)重要的問(wèn)題，而反變形法是控制船體變形的一個(gè)重要手段。例如，船體應(yīng)用正造法中合龍時(shí)就采用了反變形措施來(lái)控制焊接變形（圖6-13）。(3)剛性固定法在焊接前，通過(guò)對(duì)焊件外加剛性拘束，使其在焊接時(shí)不能自由變形，這種控制焊接變形的方法稱為剛性固定法，如圖6-14所示。當(dāng)焊后外加拘束去掉后，焊件仍會(huì)殘余一些變形，不過(guò)這時(shí)的變形要比沒(méi)有加拘束時(shí)的變形要小。剛性固定法將會(huì)使焊接接頭中產(chǎn)生較大的焊接殘余應(yīng)力，對(duì)一些脆性較大的材料應(yīng)慎用。在實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)于大批量生產(chǎn)并具有固定形狀的焊接結(jié)構(gòu)，一般采用專用裝焊夾具，如圖6-15所示為汽車橫梁及焊接用胎具示意圖。采用專用裝焊夾具不僅能在焊接時(shí)產(chǎn)生剛性固定作用，同時(shí)能符合快速裝卸要求，適應(yīng)批量生產(chǎn)，b)圖6-12幾種反變形的方法a)平板對(duì)接b）工形梁焊接c）薄殼結(jié)構(gòu)支承座焊接圖6-13船體分段正造法反變形示意圖1—未作反變形的焊后變形形狀2—按圖樣設(shè)計(jì)要求的形狀3—胎架上作出的反變形形狀根據(jù)焊接變形產(chǎn)生的原因，還可以采用散熱法來(lái)控制焊接變形。散熱法就是采用強(qiáng)迫冷卻方法將焊接區(qū)的熱量散走，使焊接受熱面積大為減少，從而達(dá)到減少變形的目的。散熱法不適用于有淬火傾向的鋼種。此外，還可以采用錘擊焊縫及其周圍區(qū)域的方法，即錘擊法來(lái)控制焊接變形，這種方法是通過(guò)對(duì)焊縫金屬的適當(dāng)鍛延來(lái)補(bǔ)償焊縫金屬冷卻收縮所產(chǎn)生的變形。采用錘擊法來(lái)控制焊接變形其錘擊的要求與控制殘余應(yīng)力的方法基本相同。圖6-14鋼板和管道對(duì)接焊時(shí)的剛性固定槽形鐵b)圖6-15汽車橫梁及焊接專用胎具示意圖在實(shí)際生產(chǎn)中防止和控制焊接變形的方法較多，在選擇時(shí)要考慮焊件的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸等諸多因素以及所采用的控制變形方法的效果等進(jìn)行綜合分析后再作出決定。4．焊接變形的矯正在焊接生產(chǎn)中，盡管采取種種方法來(lái)防止變形的產(chǎn)生，但是總避免不了焊接變形的