第1章 焊接變形

焊接作為工業(yè)產(chǎn)品的主要制造方法，決定著產(chǎn)品制造成本、生產(chǎn)效率及質(zhì)量水平，在航空、航天、石油、軌道車輛、汽車、核電、造船、海洋工程等重要行業(yè)工業(yè)產(chǎn)品的制造中均有廣泛的應(yīng)用。焊接行業(yè)涉及到鋼鐵冶金、集成電路、大型機床等上下游產(chǎn)業(yè)；涉及到生產(chǎn)線設(shè)計、大型工藝裝備、自動化裝備等關(guān)鍵技術(shù)。焊接技術(shù)水平體現(xiàn)了國家的裝備制造基礎(chǔ)和水平，關(guān)系到國防安全、國計民生。

焊接技術(shù)的進步伴隨并見證著我國工業(yè)建設(shè)的進步。經(jīng)過多年大量的生產(chǎn)、科研實踐，對引進技術(shù)的消化、吸收，在焊接裝備研制、焊接工藝、焊接質(zhì)量檢驗、焊接標準制定、焊接生產(chǎn)管理到重大工業(yè)產(chǎn)品焊接制造等方面都取得了重大進步，建設(shè)完成了多個標志性的國家重大工程。

近年來，雖然焊接工藝、焊接電源等出現(xiàn)了較大進步，焊縫變的更加潔凈、美觀，但仍舊存在以下現(xiàn)狀。

1）低熱輸入弧焊工藝雖然減小了薄板結(jié)構(gòu)的焊接變形，但卻在解決厚板、高膨脹率材料焊接變形方面仍表現(xiàn)的力不從心。

2）雖然電子束焊、激光焊等高密度焊接方法在特定條件下相對弧焊工藝可以減少焊接變形，但窄而深的焊縫形式使焊接變形更具復(fù)雜性，在某些條件下甚至放大焊接變形，使變形呈現(xiàn)宏觀降低、微觀加重的特點。

3）雖然一般來講攪拌摩擦焊變形較小，但薄壁結(jié)構(gòu)、中空長結(jié)構(gòu)、大厚板的攪拌摩擦焊接變形仍是難以解決的實際問題。

4）隨著重大工程的焊接材料向高強、高韌方向發(fā)展，其焊接結(jié)構(gòu)也日益復(fù)雜，服役環(huán)境也日益苛刻，對焊接服役可靠性、疲勞、抗應(yīng)力腐蝕、焊接變形等要求則更為嚴苛。

5）外在表現(xiàn)的產(chǎn)品殘留焊接變形與產(chǎn)品內(nèi)在的服役性能密切相關(guān)，在控制產(chǎn)品焊接變形中采取的火焰調(diào)修、強力組裝等工藝措施、方法，改變了材料的內(nèi)在性質(zhì)，不可避免地影響工業(yè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的長期服役品質(zhì)。

6）焊接應(yīng)力和變形是影響焊接結(jié)構(gòu)性能、安全可靠性和制造工藝性的重要因素。焊接殘余應(yīng)力和變形不僅能引起熱裂紋、冷裂紋、脆性斷裂等缺陷，而且在一定條件下還將影響結(jié)構(gòu)的承載能力，如強度、剛度和受壓穩(wěn)定性等，除此之外還將影響產(chǎn)品后續(xù)總裝、加工精度和尺寸的穩(wěn)定性，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量和使用性能。

7）由于熔化焊工藝仍舊是焊接產(chǎn)品的主要生產(chǎn)工藝，因此焊接變形仍是普遍現(xiàn)象。

綜上所述，焊接殘余應(yīng)力和變形仍舊是焊接工程的重要課題，需要加以研究和控制。對焊接應(yīng)力和變形進行深入研究和準確的預(yù)測，對實際生產(chǎn)時采取正確措施控制焊接應(yīng)力與變形有著重要的意義。

焊接應(yīng)力和變形均由焊接過程中溫度的非線性變化引起的，焊接過程中應(yīng)變的產(chǎn)生與不均勻的溫度場有關(guān)。焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的決定性因素是焊接時局部不均勻熱輸入，這種熱輸入通過材料、結(jié)構(gòu)和制造因素所構(gòu)成的內(nèi)外部拘束度影響熱源周圍的金屬運動，從而形成最終的殘余應(yīng)力和變形，典型焊接變形如圖1-1所示。