第1章
焊接变形

焊接作为工业产品的主要制造方法，决定着产品制造成本、生产效率及质量水平，在航空、航天、石油、轨道车辆、汽车、核电、造船、海洋工程等重要行业工业产品的制造中均有广泛的应用。焊接行业涉及到钢铁冶金、集成电路、大型机床等上下游产业；涉及到生产线设计、大型工艺装备、自动化装备等关键技术。焊接技术水平体现了国家的装备制造基础和水平，关系到国防安全、国计民生。

焊接技术的进步伴随并见证着我国工业建设的进步。经过多年大量的生产、科研实践，对引进技术的消化、吸收，在焊接装备研制、焊接工艺、焊接质量检验、焊接标准制定、焊接生产管理到重大工业产品焊接制造等方面都取得了重大进步，建设完成了多个标志性的国家重大工程。

近年来，虽然焊接工艺、焊接电源等出现了较大进步，焊缝变的更加洁净、美观，但仍旧存在以下现状。

1）低热输入弧焊工艺虽然减小了薄板结构的焊接变形，但却在解决厚板、高膨胀率材料焊接变形方面仍表现的力不从心。

2）虽然电子束焊、激光焊等高密度焊接方法在特定条件下相对弧焊工艺可以减少焊接变形，但窄而深的焊缝形式使焊接变形更具复杂性，在某些条件下甚至放大焊接变形，使变形呈现宏观降低、微观加重的特点。

3）虽然一般来讲搅拌摩擦焊变形较小，但薄壁结构、中空长结构、大厚板的搅拌摩擦焊接变形仍是难以解决的实际问题。

4）随着重大工程的焊接材料向高强、高韧方向发展，其焊接结构也日益复杂，服役环境也日益苛刻，对焊接服役可靠性、疲劳、抗应力腐蚀、焊接变形等要求则更为严苛。

5）外在表现的产品残留焊接变形与产品内在的服役性能密切相关，在控制产品焊接变形中采取的火焰调修、强力组装等工艺措施、方法，改变了材料的内在性质，不可避免地影响工业结构产品的长期服役品质。

6）焊接应力和变形是影响焊接结构性能、安全可靠性和制造工艺性的重要因素。焊接残余应力和变形不仅能引起热裂纹、冷裂纹、脆性断裂等缺陷，而且在一定条件下还将影响结构的承载能力，如强度、刚度和受压稳定性等，除此之外还将影响产品后续总装、加工精度和尺寸的稳定性，从而影响产品质量和使用性能。

7）由于熔化焊工艺仍旧是焊接产品的主要生产工艺，因此焊接变形仍是普遍现象。

综上所述，焊接残余应力和变形仍旧是焊接工程的重要课题，需要加以研究和控制。对焊接应力和变形进行深入研究和准确的预测，对实际生产时采取正确措施控制焊接应力与变形有着重要的意义。

焊接应力和变形均由焊接过程中温度的非线性变化引起的，焊接过程中应变的产生与不均匀的温度场有关。焊接应力与变形产生的决定性因素是焊接时局部不均匀热输入，这种热输入通过材料、结构和制造因素所构成的内外部拘束度影响热源周围的金属运动，从而形成最终的残余应力和变形，典型焊接变形如图1-1所示。