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焊接手册1 焊接概述1.1 焊接的定义被焊工件的材质（同种或异种），通过加热或加压或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子（分子）间的结合而形成永久性连接的工艺 过程称为焊接（Welding）。随着现代工业生产的需要和科学技术的蓬勃发展，焊接技术进步很快，到现在焊接方法已发展到数十种之多。为了能正确选择和使用各种焊接方法，必须了解焊接的物理本质、它们的分类、基本特点和使用范围。1.2 焊接过程的物理本质焊接促使原子或分子之间产生结合和扩散的方法是加热或加压，或者两者并用。两材料原子之间不能产生结合和扩散的主要原因是材料的连接表面有氧化膜、水、和油等吸附层以及两材料原子之间尚未达到产生结合力的距离，对金属而言该距离约为 35À（1À=10-7mm）。焊接时，加压可以破坏连接表面的氧化膜，产生塑性变形以增加接触面，使原子间达到产生结合力和扩散的条件；加热的目的是使接触面的氧化膜破坏，降低塑性变形阻力，增加原子振动能，促进再结晶、扩散、化学反应等过程。一般只需要加热达塑性状态或熔化状态。对金属材料， 加热温度越高，实现焊接所需的压力越小，当达到熔化温度时，可以不需要加压。1.3 焊接方法的分类金属的焊接，按其工艺过程的特点分有熔焊、压焊和钎焊三大类，见表1 31。熔焊在连接部位需加热至熔化状态，一般不加压；压焊必须施加压力，加热是为了加速实现焊接；钎焊时母材不熔化，只熔化起连接作用的填充材料（钎料）。1.4 常用焊接方法基本特点与应用表 1-4-1 简要地介绍了本单位常用金属焊接方法的原理、特点及使用范围。1.5 焊缝符号1.5.1 基本符号焊缝的基本符号见表 1-5-1表 131 焊接方法分类焊条电弧焊埋弧焊熔化极氩弧焊（MIG)焊CO2 气体保护焊电弧焊熔焊药芯焊丝电弧焊接钨极氩弧焊(TIG)非熔化极原子氢焊等离子弧焊气焊氧-氢焊接氧-乙炔焊空气-乙炔焊电子束焊电渣焊激光焊铝热焊锻焊摩擦焊扩散焊压焊冷压焊电阻焊超声波焊高频焊爆炸焊火焰钎焊烙铁钎焊感应钎焊钎焊电阻钎焊盐浴钎焊炉中钎焊（注：常见的栓钉焊属于熔焊加压焊。）表 1-4-1 常用焊接方法基本特点与应用焊接方法原理特点焊条电弧焊利用焊条与焊件间的电弧热熔化焊条和焊件进行手工焊接熔焊电弧焊机动、灵活、适应性强,可全位置焊接,设备简单耐用,维护费低,劳动强度大, 焊接质量受工人技术水平影响,不稳定埋弧焊利用焊丝与焊件间的电弧热熔化焊丝和焊件进行机械化焊接, 电弧被焊剂覆盖而与外界隔离焊丝的送进与移动依据机械进行,生产率高,焊接质量好且稳定,不能仰焊和立焊, 劳动条件好使用范围在单件、小批生产和修理中最适用,可焊 3mm 以上的碳钢、低合金 钢、不锈钢和铜、铝等有色金属,以及铸铁的焊补适用于大批量生产中长直或环行焊缝焊接, 可焊碳钢、合金钢,某种铜合金等中厚板结 构,只能平焊、横焊和水平角焊焊接方法原理特点使用范围电熔弧焊焊热量较集中,热影响区小,变形小,成本低,生产 适用于 1.6mm 以上由率高,易于操作.飞溅较 低碳钢、低合金钢制造大,焊缝成形不够美观,余 的各种金属结构高大,设备较复杂,须避风表 1-4-1 续CO2气气体体用二氧化碳保护,用焊保保丝做电极的弧焊护护焊焊接手册等离子弧焊CO2气利用气体(多为Ar)和特殊装置压缩电弧获得高能量密度的等离子弧进行焊接,电极有钨极和熔化极两种具有Ar 弧焊的一些特点,但等离子弧温度很高, 穿透能力强,可正面一次焊透双面成形.电弧挺度好可压缩成束状焊微型件热量较集中,热影响区一次焊透厚度在0.0256.4mm,低碳钢8mm 以内,也适用于焊接微小精密构件体用二氧化碳保护,用焊保 丝做电极的弧焊气护体焊保小,变形小,成本低,生产适用于 1.6mm 以上由率高,易于操作.飞溅较低碳钢、低合金钢制造大,焊缝成形不够美观,余 的各种金属结构高大,设备较复杂,须避风等护离子弧焊电渣焊熔化栓钉焊(也加叫螺柱焊)压焊利用气体(多为Ar)和特殊装置压缩电弧获得高能量密度的等离子弧进行焊接,电极有钨极和熔化极两种利用电流通过熔渣产生的电阻热熔化金属进行焊接,可熔化的金属电极有丝状和板状两种引弧与焊条电弧焊相似,先将栓钉的尖端与钢结构接触,通过强大焊接电流,短路,瞬间达到高温,焊枪中磁力提升栓 钉、引弧、产生熔池;之后,立即释放磁力,利用弹簧使栓钉压入熔池,断电后冷却形成接头.栓钉提升高度在焊枪中提前调定具有Ar 弧焊的一些特点,但等离子弧温度很高, 穿透能力强,可正面一次焊透双面成形.电弧挺度好可压缩成束状焊微型件直缝须立焊,任何厚度不开坡口一次焊成,生产率高,但热影响区宽、晶粒粗大,易生成过热组织, 焊后须正火处理改善接头组织和性能加热过程是稳定的电弧燃烧过程,为了防止空气侵入溶池,恶化接头质量, 要采用陶瓷环保护.焊接质量可靠,效率高,无烟雾弧光,劳动条件好一次焊透厚度在0.0256.4mm,低碳钢8mm 以内,也适用于焊接微小精密构件适用于厚度 25mm 以上的重大型机件的焊接,直焊碳素钢、合金钢在钢-混凝土结构,为了提高钢构件与混凝土间的结合力,多采用此焊接方法.也可焊接固定小器具的受柄、支脚用螺柱等.可焊材料有碳钢、高碳钢、低合金高强度钢、不锈钢和铝合金表 1-5-1 焊缝的基本符号序号名称示意图符号卷边焊缝1(卷边完全熔化)焊接手册2I 形焊缝3V 形焊缝4单边 V 形焊缝5带钝边 V 形焊缝6带钝边单边 V 形焊缝7带钝边 U 形焊缝8带钝边 J 形焊缝9封底焊缝10角焊缝11塞焊缝或槽焊缝12点焊缝13缝焊缝 不完全熔化的焊缝用 I 形焊缝表示，并加注焊缝有效厚度。焊接手册1.5.2 辅助符号焊缝的辅助符号是表示焊缝表面形状特征的符号，见表 1-5-2。表 1-5-2 焊缝的辅助符号序号名称示意图符号说明焊缝表面齐平1 平面符号(一般通过加工)2 凹面符号焊缝表面凹陷3 凸面符号焊缝表面凸起不需要确切地说明焊缝的表面形状时，可以不用辅助符号。焊缝的辅助符号的应用见表 1-5-3。表 1-5-3 焊缝的辅助符号的应用名称示意图符号平面 V 形对接焊缝凸面 X 形对接焊缝凹面角焊缝平面封底 V 形焊缝焊接手册1.5.3 补充符号焊缝的补充符号是为了补充说明焊缝的某些特征而采用的符号，见表 1-5-4。1.5.4 焊缝尺寸符号基本符号必要时可附带有尺寸符号及数据，这些尺寸符号见表 1-5-5。1.5.5 指引线及说明（见表 1-5-6）1.5.6 焊缝符号标注的原则和方法（见表 1-5-7）1.5.7 常见金属焊接方法代号（见表 1-5-8）1.5.8 焊缝符号标注示例（见表 1-5-9）表 1-5-4 焊缝的补充符号序号名称示意图符号说明1带垫板符号表示焊缝底部有垫板2三面焊缝符号表示三面有焊缝3周围焊缝符号表示环绕工件周围焊缝4现场符号表示在现场或工地上进行焊接5尾部符号可以参照 GB5185 标注焊接工艺方法等内容焊接手册 ISO2553 标准中未做规定。表 1-5-5 焊缝尺寸符号符号名称示意图符号名称示意图工件厚度e焊缝间距坡口角度K焊角尺寸b根部间隙d熔核直径p钝边S焊缝有效厚度c焊缝宽度N相同焊缝数量R根部半径H坡口深度l焊缝长度h余高n焊缝段数坡口面角度 对焊缝尺寸符号，ISO2553 标准未做规定表 1-5-6 指引线及说明焊接手册有一条实线和一条虚线,均应与图样底边平行,特殊情况允许与底边垂基准线 直.虚线可画在实线上侧或下侧.如焊缝在接头的箭头侧,则将基本符号标在实线侧;反之标在虚线侧;对称、双面焊缝时可不加虚线.一般没有特殊要求;但是在标注单边V形、带钝边单边V形和带钝边J形箭头线 焊缝时,箭头线应指向带坡口一侧的工件;必要时,允许箭头线弯折一次.尾 部 一般剩去,只有对焊缝有附加要求或说明时才加上尾部部分.表 1-5-7 焊缝符号标注的原则和方法基本 焊缝在接头的箭头侧,则将基本符号标在实线侧;反之标在虚线侧;对符号 称、双面焊缝时可不加虚线.基本符号标在基准线两侧焊缝焊缝截面尺寸标在基本符号左侧;焊缝长度尺寸标在基本符号右侧;坡形状口角度,根部间隙等标在基本符号的上侧或下侧.尺寸其相同焊缝符号、焊接方法代号、检验方式符号、其他要求和说明等标他在尾部右侧表 1-5-8 常见金属焊接方法代号焊接手册111手弧焊72电渣焊114药芯焊丝电弧焊78栓钉焊（又叫螺柱焊）代号焊接方法代号焊接方法1电弧焊12埋弧焊11无气体保护电弧焊135MIG 焊（包括 CO 气体保护焊）2 摘自 GB/T5185-85 金属焊接及钎焊方法在图样上的表示代号表 1-5-9 焊缝符号标注示例标注例子含义标注例子含义两面对称的焊带钝边 V 形焊角尺寸K=5mm 的缝，先用 CO 气2角焊缝，在工地保焊打底，后上用焊条电弧用埋弧焊盖面焊施焊2 焊接设计2.1 材料选用2.1.1 母材材料选用2.1.1.1 钢结构对材料的要求钢结构所用的钢必须符合下列要求：1） 较高的抗拉强度 fu和屈服点 fy焊接手册f 是衡量结构承载能力的指标，fyy高则可减轻结构自重、节约钢材和降低造价。fu是衡量钢材经过较大变形后的抗拉能力，它直接反映钢材内部组织的优劣，同时 fu高可以增加结构的安全保障。2） 较高的塑性和韧性塑性和韧性好，结构在静载和动载作用下有足够的应变能力，既可减轻结构脆性破坏的倾向，又能通过较大的塑性变形调整局部应力，同时又具有较好的抵抗交变荷载作用的能力。3） 良好的工艺性能良好的工艺性能不但能保证通过冷加工、热加工和焊接加工成各种形式结构， 而且不致因加工而对结构的强度、塑性、韧性等造成较大的不良影响。此外，根据结构的具体工作条件，有时还要求钢材具有适应低温、高温和腐蚀性环境能力。按以上要求，钢结构设计规范具体规定：承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服点和碳、硫、磷含量的合格保证；焊接结构尚应具有冷弯试验的合格保证；对某些承受动力荷载的结构以及重要的受拉或受弯的焊接结构尚应具有常温或负温冲击韧性的合格保证。2.1.1.2 钢结构用钢的分类在钢结构中采用的钢材主要有两种：碳素结构钢（或称普通碳素钢）和低合金结构钢。1） 碳素结构钢根据国家标准碳素结构钢（GB700-88）的规定，将碳素结构钢分为 Q195、Q215、Q235、Q255 和 Q275 等五种牌号，钢的牌号有屈服强度字母（Q）、屈服强度值、质量等级符号（A、B、C 和 D）、脱氧方法符号等四部分顺序组成。常见用钢具体参数见表 2-1-1。2） 低合金钢根据低合金高强度结构钢（GB1591-94）的规定，低合金高强度结构钢分为 Q295、Q345、Q390、Q420 和 Q460 等五种，其中 Q345、Q390 为钢结构常用钢种，Q420 已在九江长江大桥中成功使用。具体参数见表 2-1-1。2.1.1.2 钢结构用钢选用原则钢材的选用在钢结构设计中是重要的一环，选择的目的是既要保证结构的安全，又要做到可靠和经济合理。选择钢材时应考虑以下几点。1） 结构的重要性对重型工业建筑钢结构、大跨度钢结构、压力容器、高层或超高层民用建筑或构筑物等重要结构，应考虑选用质量好的钢材；其他按工作性质分别选用普通质量的钢材；另外，安全等级不同，要求的钢材质量也应不同。2） 载荷情况一般承受静载荷的结构，应主要以满足强度要求来选取。直接承受交变载荷的结构，若属于低周疲劳，在保证一定强度要求下，着重考虑材料的塑性和韧性； 若属于高周疲劳，这时强度队疲劳抗力起着主导作用，应选择强度高的材料。承受冲击载荷的结构，所选材料应具有足够的延性和韧性。按刚度条件设计的结构，其工作应力一般比较小，但其壁厚较厚，此时选材不应是高强度的，而应是塑性和韧性好的一般强度的材料。在厚度方向受到拉伸载荷，应选择层状夹杂少，厚度方向塑性好的材料，以防止产生层状撕裂。3） 连接方法焊接结构对材质的要求应严格一些。例如，在化学成分方面必须严格控制碳、硫、磷的含量；非焊接结构对碳当量可放宽要求。4） 结构所处的温度和环境在低温条件下工作的结构，尤其是焊接结构，应选用具有良好抗低温脆断性能的镇静钢。露天结构易产生时效，有害介质作用的钢材易腐蚀、疲劳和断裂， 应区别地选择不同的材质，宜采用耐候钢，其质量要求应符合现行国家标准GB/T4172焊接结构有耐候钢的规定。5） 钢材厚度厚钢材辊轧次数少 ，轧制压缩比相对薄板小。所以厚度大的钢材不仅强度较小，而且塑性、冲击韧性和焊接性能也较差。因此，厚度大的焊接结构应采用材质好的钢材。推荐采用 Z 向钢，其材质应符合现行国家标准 GB/T5313厚度方向性能钢材的规定。6） 对于需要演算疲劳的焊接结构的钢材，应具用常温冲击韧性的合格保证。当结构工作温度不高于 0但高于-20时，Q235 钢和 Q345 钢应具用 0冲击韧性的合格保证；对 Q390 钢和 Q420 钢应具有-20冲击韧性的合格保证。当结构工作温度不高于-20时，Q235 钢和 Q345 钢应具用-20冲击韧性的合格保证；对 Q390 钢和 Q420 钢应具有-40冲击韧性的合格保证。吊车起重量不小于 50t 的中级工作制吊车梁，对钢材冲击韧性的要求应与需要演算疲劳的构件相同。钢材手工电弧焊焊条CO 气体保2护焊实心焊丝埋弧焊焊接材料屈服强度冲击吸收功等牌号级抗拉强度Re/Mpa型号示例型号示例16mm>50100mmT/焊剂型号-焊丝牌号A /JKVAE4303ER49-1B2027E4303、E4328、F4A0-H08AQ235375460235205C027E4315、E4316ER50-6D-2027F4A2-H08AAE4303ER49-1ER49-6F5004-H08A、F5004-H08MnAQ295390570295235B2034E4328、E4315、E4316ER50-3、ER50-6F5014-H08A、F5014-H08MnAAE5003ER49-1F5004-H08A、F5004-H08MnA F5004-H10Mn2Q345470630345275B2034E5003、E5015、E5016、E5018ER50-3F5014-H08A、F5014-H08MnA、F5014-H10Mn2、F5011-H08A、F5011-H08MnA、F5011-H10Mn2表 2-1-1 常见结构钢力学性能及匹配焊接材料C034F5024-H08A、F5024-H08MnA、F5024-H10Mn2、F5021-H08A、F5021-H08MnA、F5021-H10Mn2E5015、E5016、ER50-2 E5018D-2034F5034-H08A、F5034-H08MnA、F5034-H10Mn2、F5031-H08A、F5031-H08MnA、F5031-H10Mn2钢材手工电弧焊焊条CO 气体保2护焊实心焊丝埋弧焊焊接材料屈服强度冲击吸收功牌号等级抗拉强度Re/Mpa16mm>50 100mm型号示例型号示例T/A /JKV焊剂型号-焊丝牌号AB2034490650390330D-2034E5015、E5016、E5515-D3、E5515-G、E5516-D3、E5516-GF5011-H08MnA、F5011-H10Mn2、F5011-H08MnMoAER50-3C034Q390F5021-H08MnA、F5021-H10Mn2、F5021-H08MnMoAER50-2F5031-H08MnA、F5031-H10Mn2、F5031-H08MnMoAE-4027F5041AQ420B5206804203602034E5515-D3、E5515-G、E5516-F6011-H10Mn2、F6011-H08MnMoAER55-D2C034F6021-H10Mn2、F6021-H08MnMoA表 2-1-1 续D-2034D3、E5516-GF6031-H10Mn2、F6031-H08MnMoAE-4027F6041 表中钢材力学性能的单值均为最小值。 板厚>60100mm 时的 Re 值。 用于一般结构，其他用于重大结构。 由供需双方协议。 含 Ar-CO 混合气体保护焊。2 薄板 I 形坡口对接。 中、厚板坡口对接。7） 下列情况的承重结构和构件不应采用 Q235 沸腾钢：焊接结构。a. 直接承受动力载荷或振动载荷且需要演算疲劳的结构。b. 工作温度低于-20时的直接承受动力载荷或振动载荷但不需要演算疲劳的结构以及承受静力载荷的受弯及受拉德重要承重结构。c. 工作温度等于或低于-30的所有承重结构。 非焊接结构。工作温度等于或低于-20时的直接承受动力载荷且需 要演算疲劳的结构。8）承重结构采用的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。对焊接结构还应具有碳含量的合格证。焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。2.1.2 焊接材料匹配焊接不同类别钢材时，焊接材料的匹配应符合设计要求。常见结构钢材采用焊条电弧焊、CO 气体保护焊和埋弧焊进行焊接，焊接材料可按表 2-1-1 中的规2定。2.2 焊接方法的选用选择焊接方法时必须符合以下要求：能保证焊接产品的质量优良可靠；生产率高，生产费用低，工作条件好，能获得较好的经济效益。影响这两方面的因素很多，概括如下：产品特点 产品结构类型本单位焊接的产品按结构特点大致可分为以下三大类。1）结构类 如桥梁钢结构、起重机械等的钢结构；2） 机械零件类 如机械产品的零部件等；3） 半成品类 如工字梁、管子等。这些不同结构的产品由于焊缝的长短、形状、焊接位置等个不相同，因而适用的焊接方法也会不同。结构类产品中规则的的长焊缝和环缝宜采用埋弧焊；手弧焊用于打底焊和短焊缝焊接，机械类产品接头一般较短，根据其准确度要求，选用气体保护焊（一般厚度）、电渣焊（重型构件易于立焊的）；半成品类的产品的焊接接头往往是规则的，宜采用适于机械化的焊接方法，如埋弧焊和气体保护焊。表 2-1-2 焊接方法影响因素焊接方法接头形式焊接位置费用适用材料下焊接厚度(mm)对接T接搭接平焊立焊横焊仰焊设备费焊接费自动化程度手工电弧焊碳钢单道 26多道 6 以上AAAABBC少 少 差低合金钢单道 26多道 6 以上射流过渡:单道310;多道10 以二氧化碳气保焊上碳钢短路过渡:单道 0.56;多道 620AAAAABC中 少 好射流过渡:单道 310;多道 10 以上低合金钢短路过渡:单道 0.56;多道 620埋弧焊碳钢单道 524多道 24 以上AAAADBD中 少 好低合金钢单道 524多道 24 以上栓钉焊碳钢低合金钢少 少 好电渣焊碳钢24 以上AABCADD大 少 好低合金钢24 以上 栓钉的材料为ML15 和ML15Al。（GB/T6478-2001 冷镦和冷挤压用钢）； 栓钉的规格有：M10、M13、M16、M19、M22、M25 等（GB/T10433-2002 电弧螺柱焊用圆柱头焊钉） 工件厚度工件的厚度可在一定程度上决定所适用的焊接方法。每种焊接方法由于所用 热源不同，都有一定的适用的材料厚度范围。对于熔焊而言，是以焊透而不烧穿为前提。可焊最小的厚度是指稳定状态下单面单道焊恰好焊透而不发生烧穿的厚 度。显然，焊件越薄，越须注意烧穿问题；可焊最大厚度则决定于该焊接方法在最大热输入下单面单道焊的最大熔深。焊件越厚，越须注意焊透问题。如果该结构允许开坡口又能采用双面多层多道焊，则可焊的最大厚度在技术上不再有困难， 此时焊接方法由生产率和经济因素决定。在推荐的厚度范围内焊接时较易控制焊 接质量和保持合理的生产率。 接头形式和焊接位置焊接接头形式通常由产品结构形式、使用要求和母材的厚度等因素决定。对接、搭接、T 形接和角接是最基本的形式，这些接头形式对大部分熔焊方法均适用。 焊接位置在不能变位的情况下焊接焊件上所有的焊缝，就会因焊缝处于不同空间位置而须采用平焊、立焊、横焊、或仰焊等四种不同的位置的焊接。一种焊接方法能进行这四种位置的焊接称可全位置焊的方法。就熔焊而言，埋弧焊只适用于平焊位置，电渣焊适用于立焊。其他如焊条电弧焊、各种气体保护电弧焊均能全位置焊。各种焊接方法中以平焊最容易操作，生产率高，焊接质量容易保证，而仰焊操作最难，极易产生焊接缺陷。因此有条件的应是焊件变位，让焊缝都处于平焊位置施焊。 母材特性母材的特性考虑的包括母材的物理性能、力学性能和冶金性能。由于焊接结构中最常用是普通碳钢和低合金钢，几乎所有焊接方法都能选用，但随着含碳量或合金含量的增加，其焊接性能变差。高碳钢或碳当量高的合金结构钢宜采用冷却速度慢的焊接方法，已减少热影响区开裂倾向。选择好焊接方法的影响因素还包括技术水平、设备和焊接用消耗材料等。所有的因素须综合考虑，选择最经济最适用的方法。表 2-1-2 提供了综合各种因素而适用的焊接方法，以供参考。2.3 焊接结构设计2.3.1 焊接应力2.3.1.1 焊接应力的特点和分类 特点没有外力作用的情况下，平衡于物体内的应力称内应力。引起内应力的原因很多，由焊接引起的内应力称焊接应力。焊接应力也和其他原因引起的内应力一样，有一个基本特点， 即在整个焊件内构成一个平衡力系，其内力与内力矩的总和都为零： x dF = 0 x ydF = 0图 2-3-1 长板对接焊后横截面上的纵向应力 𝛔𝐱的分布因此，在焊件横截面上内应力的分布（图 2-3-1），总是既有拉应力，又有压应力，是双值同时出现的。而且应力分布图上拉应力的面积（图中用 表示的影线面积）等于压应力得面积（用表示的影线面积）。 分类（见表 2-3-1）表 2-3-1 焊接应力分类焊接应力分类说明按应力在焊件内的空间位置分一维空间应力二维空间应力三维空间应力热应力单向（或单轴）应力。应力沿焊件一个方向作用双向（或双轴）应力。应力在一个平面内不同方向作用三向（或三轴）应力。应力在空间所有方向作用焊接过程中焊件内部温度有差异所引起的应力，故又称温差应力，它随温差消失而消失。热应力是引起热裂纹的力学原因按应力产生的原因分相变应力焊接过程中局部金属发生相变，其比容增加或减小而引起的应力金属局部发生拉伸或压缩塑性变形后引起的内应力。焊接过程中塑变应力在近缝高温区德金属热膨和冷缩受阻时产生这种塑性变形，从而引起焊接的内应力在焊接过程中，某一瞬时的焊接应力，随时间而变化。它和焊接按应力存在的时间分焊接瞬时应力焊接残余应力热应力没有本质区别，当温度也随时间而变化时，热应力也是瞬时应力。统称暂时应力。焊完冷却后残留在焊件内的应力。图2-3-1 所示即为残余应力。它对焊接结构的强度、腐蚀和尺寸稳定性等使用性能有影响。2.3.1.2 焊接残余应力对结构的影响熔化焊必然会带来焊接残余应力，焊接残余应力在钢结构中并非都是有害的。根据钢结构在工程中的受力情况、使用的材料、不同的结构设计等，正确选择焊接工艺，将不利的因素变为有利的因素。同时要做到具体情况具体分析。1） 对静载强度的影响塑性良好的金属材料，焊接残余应力的存在并不影响焊接结构的静载强度。在塑性差的焊件上，因塑性变形困难，当残余应力峰值达到材料的抗拉强度时，局部首先发生开裂， 最后导致钢结构整体破坏。由此可知，焊接残余应力的存在将明显降低脆性材料钢结构的静载强度。2） 对构件加工尺寸精度的影响图 2-3-2 带气割边及带盖板的焊接杆件的内应力对尺寸精度要求高的焊接结构，焊后一般都采用切削加工来保证构件的技术条件和装配精度。通过切削加工把一部分材料从构件上去除，使截面积相应减小，同时也释放了部分残余应力，使构件中原有残余应力的平衡得到破坏，引起构件变形。3）对受压杆件稳定性的影响焊接后工字梁（H 形）中的残余压应力和外载引起的压应力叠加之和达到材料的屈服点时，这部分截面就丧失进一步承受外载的能力，削弱了有效截面积。这种压力的存在，会使工字梁的稳定性明显下降，使局部或整体失稳，产生变形。焊接手册焊接残余应力对杆件稳定性的影响大小，与内应力的分布有关，若能使有效截面远离压杆的中性轴，如图 2-3-2 所示的 H 形焊接杆件，可以改善其稳定性。图中 是用气割翼板外边缘，图中是翼板上加盖板在边缘进行焊接，均使边缘存在较大拉内应力。这样的结构内应力状态其失稳临界应力比一般焊接的 H 形截面高。4）对应力腐蚀裂纹的影响金属材料在某些特定介质和拉应力的共同作用下发生的延迟开裂现象，称为应力腐蚀裂纹。应力腐蚀裂纹主要是由材质、腐蚀介质和拉应力共同作用的结果。采用熔化焊焊接的构件，焊接残余应力是不可避免的。焊件在特定的腐蚀介质中，尽管拉应力不一定很高都会产生应力腐蚀开裂。其中残余拉应力大小对腐蚀速度有很大的影响，当焊接残余应力与外载荷产生的拉应力叠加后的拉应力值越高，产生应力腐蚀裂纹的倾向就高，产生应力腐蚀开裂的时间就越短。所以， 在腐蚀介质中服役的焊件，首先要选择抗介质腐蚀性能好的材料，此外对钢结构的焊缝及其周围处进行锤击，使焊缝延展开，消除焊接残余应力。对条件允许焊接加工的钢结构，在使用前进行消除应力退火等。2.3.1.3 从设计方面调节和控制焊接残余应力焊接内应力是可以通过结构设计和焊接工艺措施等进行调节与控制。工艺措施将在下一章详细介绍。1） 尽量减少结构上焊缝的数量和焊缝尺寸。多一条焊缝就多一处内应力源；焊接手册过大的焊缝尺寸，焊接时受热区加大。使引起残余应力与变形的压缩塑变区或变形量增大。2） 避免焊缝过分集中，焊缝间应保持足够的距离。焊缝过分集中不仅使应力分布更不均匀，而且可能出现双向或三向复杂的应力状态。3） 采用刚性较小的接头形式。2.3.2 焊接变形2.3.2.1 焊接变形的特点和分类 特点焊件由于焊接而产生的变形称焊接变形。焊接变形与焊件形状尺寸、材料的热物理性能及加热条件等因素有关。如果是简单的金属杆件在自由状态下均匀的加热或冷却，该杆件将按热膨冷缩的基本规律在长度上产生伸长或缩短的变形， 焊接时不均匀加热过程，热源只集中在焊接部位，且以一定速度向前移动。局部受热金属的膨胀能引起整个焊件发生平面内或平面外的各种形态的变形。变形是从焊接时便产生，并随焊接热源的移动和焊件上温度分布的变化而变化。一般情况下一条焊缝在施焊处受热发生膨胀变形，后面开始在凝固和冷却处发生收缩。膨胀和收缩在这条焊缝上不同部位分别产生，直至焊接结束并冷至室温，变形才停止。分类焊接过程中随时间而变的变形称焊接瞬时变形，它对焊接施工过程发生影响。焊完冷后，焊件上残留下来的变形称焊接残余变形，它对结构质量和使用性能发生影响。我们关心最多的是焊接残余变形，因为它直接影响结构的使用性能。所以在没有特别说明情况下，一般所说的焊接变形，多是指焊接残余变形。按变形后的形态分，焊接残余变形可归纳成表 2-3-2 所示的几种类型。它们与焊件的形态、尺寸、焊缝在焊件上的位置、焊缝坡口的几何形状等因素有关。表 2-3-2 焊接残余变形分类类型示意图说明横向垂直焊接方向的收缩板收缩平面纵向焊接方向的收缩内收缩的在开坡口焊接时，焊接过程中坡口间时而张开变回转时而闭合的变形。在热源前方完全没有拘束的形变形情况下，因连接焊接坡口间隙常常张开，焊接热输入量越大，张开量越大横向板 弯曲平在板厚方向由于焊接而使温度分布不均匀时，变形面沿板厚方向横向收缩不同，使板件在焊缝中心（角外线处发生弯曲变形。又叫角变形变的 形）变 纵向形 弯曲焊接方向偏心收缩引起的弯曲变形变形波浪在薄板焊接时，由于焊接产生的压缩残余应变形力，使板件出现因压曲形成的波浪变形扭曲细长构件，纵向焊缝的横向收缩不均匀或备料变形与组装质量不良，使构件绕自身轴线扭转2.3.2.2 焊接变形收缩余量计算1）纵向收缩从理论上精确计算变形量目前比较困难。工程上对于钢制细长焊件，如梁、柱等结构单层焊的纵向收缩量L，可利用以下经验公式估算：L=k A LA1 H式中 L单层焊纵向收缩量，mm；k 系数见表 2-3-3；1A 塑性变形区面积，mm2；HL 焊件长度，mm；A 焊缝的截面积，mm2。表 2-3-3 k1 与焊接方法的关系（材料为低碳钢）焊接方法二氧化碳焊埋弧焊焊条电弧焊系数0.0430.0710.0760.076多层焊的纵向收缩量，将上式中的塑性变形区面积 AH改为一层焊缝金属的截面积，并将所计算的结果再与系数 k2相乘。2k =1+85𝛆𝐬ns𝛆𝐬= E 式中n层数。因双面角焊缝焊接热输入量有一部分重叠，所以，估算 T 形接头纵向收缩量时可按单面焊再乘一个系数进行，即L =（1.151.40）L （式中A是指一T单H条焊缝的截面积）。2）横向收缩对接接头的横向收缩大小与焊接线能量、坡口形式、焊缝截面积以及焊接工艺有关。对接接