焊接应力变形的控制.docx

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焊接应力变形的控制

1焊接应力与变形控制

1.1特点

由于焊件在焊接和冷却过程中受热和冷却都不均匀，和焊缝在结构上的位置和焊缝截面的不对称，以及施焊顺序和施焊方向不合适，在焊缝区域会产生不同的焊接应力和变形。

存在于焊接结构中的应力，按其产生的原因和性质大致可分为热应力、拘束应力、相变应力、氢致应力、焊接残余应力。

焊件产生的焊接残余变形主要包括尺寸收缩，如纵向收缩和横向收缩，以及形状变形如弯曲变形、角变形、扭曲变形和波浪变形等共六种。

其中焊缝的纵向收缩变形和横向收缩变形是基本的变形形式，在不同的焊件上，由于焊缝的数量和位置分布不同，这两种变形又可表现为其它几种不同形式的变形。

内应力太大会导致焊接裂纹或层间撕裂等。

焊接变形超过允许偏差值，会影响结构的尺寸精度和外观，并导致构件的初弯曲、初扭曲、初偏心等，使受力时产生附加的弯矩、扭矩和变形，以及内应力的存在，会降低其强度和稳定的承载力，将影响结构的正常安全使用。

钢结构构件截面复杂巨大、焊接工程量大、焊接变形不易控制。

有些钢构件截面为非对称组合截面，截面形式复杂巨大，板厚能达到80mm以上，其焊接变形控制没有现成的经验可以借鉴，因此焊接变形与应力控制是大型非线性弯曲箱型钢结构肋架构件制作中的重点难点。

鉴于钢结构由于具有强度高、结构自重轻、构件截面小、抗震性好、平面布置灵活、有效节约空间、质量可靠，施工速度快、现场用工省，建设周期短等一些列优点，其在建筑行业得到广泛的应用。

但由于在焊接过程中易产生焊接应力和焊接变形，然而由于焊接应力和焊接变形的存在存苜先在加工过程中大量增加了加工制造物力和人力，同时使整个构件丧失稳定性。

使框架系统承载能力下降，从而使建筑安全使用性大为降低。

故在钢结构施工过程中应制定合理有效控制焊接应力和焊接变形措施，把焊接应力和焊接变形程度降到最低．同时针对仍有超标部分的变形应根据具体结构和变形量采用有效矫正方法进行矫正，以此保证整个工程使用安全性。

引起焊接应力与变形的主要因素及其内在联系

焊接箱形杆件的内应力分布

不同焊接方向对横向应力分布的影响

厚板V形坡口多层焊时沿厚度上的应力分布

a）σz在厚度上的分布b）σx在厚度上的分布c）σy在厚度上的分布

25mm厚低碳钢板多层对接焊的残余应力沿板厚方向的分布实测结果

焊接残余变形的分类；

（1）纵向收缩变形；2）横向收缩变形；3）挠曲变形。

4）角变形；5）波浪变形；6）错边变形。

7）螺旋形变形。

2变形种类

焊接变形的种类很多，与构件形状和尺寸，焊接方法和顺序，约束情况等很多因素有关。

常见焊接变形主要分为以下几大类：

①横向收缩变形：

构件焊后在垂直于焊缝方向产生收缩。

②纵向收缩变形：

构件焊后在焊缝方向产生收缩。

③角变形：

由于焊缝的横向收缩使得焊件平面绕焊缝轴产生角变化。

④弯曲变形：

由于焊缝的纵向和横向收缩相对于构件的中和轴不对称引起构件整体弯曲。

⑤扭曲变形：

焊后构件的角变形沿构件纵轴方向数值不同及构件翼缘与腹板的纵向收缩不一致，综合而形成的变形形态。

⑥波浪变形：

薄板焊接后，母材受压应力由于失稳而使板面产生翘曲

3.3.1焊接残余应力的分布

一般焊接结构制造所用材料的厚度相对于长和宽都很小，在板厚小于20mm的薄板和中厚板制造的焊接结构中，厚度方向上的焊接应力很小，残余应力基本上是双轴的，即为平面应力状态。

只有在大型结构厚截面焊缝中，在厚度方向上才有较大的残余应力。

通常，将沿焊缝方向上的残余应力称为纵向应力，以σx表示；将垂直于焊缝方向上的残余应力称为横向应力，以σy表示；对厚度方向上的残余应力以σz表示。

1.纵向残余应力的分布

平板对接焊件中的焊缝及近缝区等经历过高温的区域中存在纵向残余应力，其纵向残余应力沿焊缝长度方向的分布如下图所示。

当焊缝比较长时，在焊缝中段会出现一个稳定区，对于低碳钢材料来说，稳定区中的纵向残余应力σx将达到材料的屈服强度σs，在焊缝的端部存在应力过渡区，纵向应力逐渐减小，在板边处σx=0。

一般来说，当内应力的方向垂直于材料边界时，则在该边界处的与边界垂直的应力值必然等于零。

如果应力的方向与边界不垂直，则在边界上就会存在一个切应力分量，因而不等于零。

当焊缝长度比较短时，应力稳定区将消失，仅存在过渡区，并且焊缝越短纵向应力的数值就越小，其随焊缝长度变化情况如下图。

纵向应力沿板材横截面上的分布表现为中心区域是拉应力，两边为压应力，拉应力和压应力在截面内平衡。

低碳钢焊缝纵向应力沿板材横向上的分布如下图。

2.横向残余应力的分布

横向残余应力产生的直接原因是来自焊缝冷却时的横向收缩，间接原因是来自焊缝的纵向收缩。

另外，表面和内部不同的冷却过程以及可能叠加的相变过程也会影响横向应力的分布。

（1）纵向收缩的影响

考虑到边缘无拘束（横向可以自由收缩）时平板对接焊的情况。

如果将焊件自焊缝中心线一分为二，就相当于两块板同时受到板边加热的情形。

由前述分析可知，两块板将产生相对的弯曲。

由于两块板实际上已经连接在一起，因而必将在焊缝的两端部分产生压应力而中心部分产生拉应力，这样才能保证板不弯曲。

所以焊缝上的横向应力应表现为两端受压、中间受拉的形式，压应力的值要比拉应力大得多，如下图所示。

当焊缝较长时，中心部分的拉应力值将有所下降，并逐渐趋近于零。

不同长度焊缝上的横向应力分布如下图。

（2）横向收缩的影响

对于边缘受拘束的板，焊缝及其周围区域受拘束的横向收缩对横向应力起主要作用。

由于一条焊缝的各个部分不是同时完成的，先焊接的部分先冷却并恢复弹性，会对后冷却的部分的横向收缩产生阻碍作用，因而产生横向应力。

基于这一分析可以发现，焊接的方向和顺序对横向应力必然产生影响。

例如：

平板对接时如果从中间向两边施焊，中间部分先于再过冷却，后冷却的两边在冷却收缩过程中会对中间先冷却的部分产生产生横向挤压作用，使中间部分受到压应力；而中间部分会对两端的收缩产生阻碍，使两端承受拉应力。

所以在这种情况下，分布表现为中间部分承受压应力，两端部分承受拉应力，如下图所示。

如果将焊接方向改为从两端向中心施焊，造成两端先冷却并阻碍中心部分冷却时的横向收缩，就会对中间部分施加拉应力并同时承受中间部分收缩所带来的压应力。

因此，在这种情况下分布表现为中间部分承受拉应力，两端部分承受压应力，如下图所示，与前一种情况正好相反。

对于直通焊缝来说，焊缝尾部最后冷却，因而其横向收缩受到已经冷却的先焊部分的阻碍，故表现为拉应力，焊缝中段则为压应力。

而焊缝初始段由于要保持截面内应力的平衡，也表现为拉应力，其横向应力的分布规律如下图。

采用分段退焊和分段跳焊，分布将出现多次交替的拉应力和压应力区。

焊缝纵向收缩和横向收缩是同时存在的，因此横向应力的两个组成部分也是同时存在的。

横向应力应是上述两部分应力综合作用的结果。

横向应力在与焊缝平行的各截面上的分布与在焊缝中心线上的分布相似，但随着离开焊缝中心线距离的增加，应力值降低，在板的边缘处为零。

由此可以看出，横向应力沿板材横截面的分布表现为：

焊缝中心应力值大，两侧应力幅值小，边缘处应力值为零。

1.2焊接应力与变形的危害

1．4焊件残余应力与变形危害

在焊接过程中焊件将发生变形，随着变形的产生，焊件内的应力状态也发生变形，而焊完并冷却后所钢下的变形不是暂时的而是残余的。

通常焊接的残余变形和应力是同时存在的，但在一般焊接结构中残余变形的危孝陛比残余应力大得多，它使焊件或部件尺寸改变而无法组装，使整个构件丧失稳定而不能承受载荷，使产品质量大大下降，而矫正却要浪费大量的人力和物力，有时还导致产品的报废。

同时焊接裂纹的产生往往和焊接残余应力和焊接变形有着密切的关系。

有的金属由于焊后产生了残余应力而使其使用性能大为下降，从而对这类金属的焊件生产工艺上的就存在大量困难。

因此，在制造焊接结构时必须充分了解焊接时应力发生的机理和焊后决定工件变形的基本规律，以控制和减小它的危害。

焊接应力是产生热裂纹、冷裂纹及层间撕裂的主要原因，它与焊接变形往往综合、叠加出现，影响构件的制作和使用。

在焊接过程中，温度、组织及结构刚性拘束度的相互作用，焊接应力达到一定值时，就会产生焊接裂纹等，导致返修，甚至焊件报废。

纵向、横向和厚度方向残余应力会使构件形成双轴或三轴复杂应力状态，与焊缝和热影响区共同作用下，会降低结构静力强度、刚度、稳定性、疲劳强度，对结构运行安全不利。

它的存在对结构的安全使用，造成潜在的威胁。

1）降低结构的承载能力

（1）焊件残余应力与工作应力叠加，增加了构件承受的应力水平，实际上降低了结构的承载能力或降低了结构的强度安全裕量。

（2）当应力水平超过材料的屈服极限时，将造成接头区的拉伸塑性变形，消耗材料的一部分塑性。

（3）在厚壁结构的焊接区，立体交叉焊缝或焊缝中存在的缺陷，都有可能造成三向拉伸应力，降低材料塑性变形的能力，可能成为低应力脆断的起源点。

（4）在低周疲劳载荷下，较高的拉伸残余应力会使长期使用的结构产生一定程度的变形。

（5）在焊接过程中产生变形，降低装配质量（如错边），在外载作用下将会产生应力集中和附加应力。

2）造成应力腐蚀

拉伸残余应力的存在，使工作在腐蚀介质中的结构产生应力腐蚀开裂，引起应力腐蚀和低应力脆断。

3）影响结构尺寸的稳定性

特别是在焊后要加工的结构，加工后会破坏内应力的平衡，引起结构变形或加工尺寸不稳定。

4）使得构件报废

在焊接及结构使用过程中，因焊接应力产生的焊接裂纹、层间撕裂有时无法返修，产生的焊接变形无法矫正，使得构件甚至结构报废。

对于一些本身刚性较大的构件，如板厚较大。

截面本身的惯性矩较大时，虽然变形会较小，但却同时产生较大的内应力，甚至使裂纹产生。

在未产生裂纹的情况下，残余应力在结构受载时内力均匀化的过程中往往导致塑性变形区扩大，局部材料塑性下降，从而对构件承受动载条件、三向应力状态、低温环境下使用有不利影响。

因此对于一些构件截面厚大，焊接节点复杂、拘束度大，钢材强度级别高，使用条件恶劣的重要结构特别要注意焊接应力的控制。

1.3焊接应力与变形产生原因

1产生原因分析

1．j焊接应力

焊缝冷却至原始温度后，在整个接头区内焊缝及近缝的拉应力与母材的压应力区数值达到平衡，这时应力状态称为焊接残余应力，简称焊接应力。

1．2焊接变形

在焊接应力作用下，如果焊件的约束较小，则焊件会产生相应的尺寸变化或弯曲或翘曲变形，称为焊接变形。

1．3焊接应力与焊接变形产生原因

在焊接过程中，在不均匀加热使得焊缝及其附近的温度很高，而远处大部分金属不受热，其温度接近室内温度。

这样，不受热的金属部分便阻碍了焊缝及近缝金属的膨胀和收缩因而，冷却后，焊缝就产生了不同程度的收缩和内应力（纵向和横向），就造成了焊接结构的各种变形。

金属内部晶粒组织的转变所引起的体积变化也可能引起焊件的变形，这也是产生焊接应力与变形的根本原因。

焊接应力与变形往往综合、叠加出现，它们的大小和分布与结构设计、焊接材料、钢材的特性（如强度和膨胀系数）、焊接工艺方法、热输入、工艺参数、焊接装配顺序及操作方法有关，结构本身或外加拘束度、焊接环境条件等也对其有影响。

焊接应力与变形的产生原因主要有：

（1）焊缝布置不均

构件焊缝布置不均，导致收缩不均匀，焊缝多的部位收缩大、变形也大。

（2）接头形式的影响

常用的焊缝形式有堆焊、角焊、对接焊。

其中角焊又有搭接接头、T形角焊接头、T形角焊和坡口对接焊的组合接头三种形式。

在焊接热输入、焊缝截面积、焊接方法等因素条件相同时，不同的接头形式对纵向、横向、角变形量有不同的影响。

a.表面堆焊时，焊缝金属的横向变形不但受到纵、横向母材的约束，而且加热只限于工件表面一定深度而使焊缝的收缩同时受到板厚深度方向母材的约束，因此变形相对较小。

b.角接接头和搭接接头，其焊缝横向收缩情况与堆焊相似，其横向收缩值与角焊缝面积成正比，与板厚成反比。

T形接头由于焊缝横向收缩方向与接头的翼板面成45°角，因此角变形比较大，而且数值为翼板和腹板角变形之和。

c.对接接头在单道（层）焊的情况下，其焊缝横向收缩比截焊和角焊大。

在单面焊且坡口角度大时，板厚上、下收缩量差别大，因而角度变形也较大。

双面焊时情况下有所不同，随着坡口角度和间隙的减小，横向收缩减小。

同时角变形也减小。

d.T形接头角对接时，工件的翼板相当于截焊，其横向收缩相当于堆焊情况。

腹板则相当于对接，其横向收缩相当于对接焊情况。

如采用两面坡口角对接，则其角变形很小。

整个接头的角变形当然会比T形接头角焊时小得多。

（3）焊接放置不平

焊接放置不平，加工件的刚性小或不均匀，焊后收缩应力集中释放不一致，引起变形

（4）焊接顺序方向不合理

焊接顺序方向不合理，未对称分层、分段、间断施焊，焊接电流、速度、方向不一致，造成加工件变形的不一致。

（5）焊缝尺寸的影响

焊缝面积越大，冷却时收缩引起的塑性变形量越大。

焊缝面积对纵向、横向及角变形的影响趋势是一致的，而且是起主要的作用。

因此在板厚相同时，坡口尺寸越大（包括间隙和角度），收缩变形越大。

焊接时咬肉过大，引起焊接应力集中和过量变形。

（6）焊接热输入的影响

一般情况下，热输入大时，加热在高温区范围大，冷却速度慢，使接头塑性变形区增大。

不论对纵向、横向或角变形都有变形增大的影响。

唯有在表面堆焊时，由于加热作用集中于表面，随着热输入增大，塑变区向板厚方向扩大，引起角变形增大，但热输入增大到一定程度时，由于整个板厚温度趋近，因而即使热输入继续增大，角变形不再增大，反而有所下降。

（7）工件的预热、层间温度影响

预热温度和层间温度越高，相当于热输入增大，使冷却速度减慢，收缩变形增大。

同理如焊后立即实施消氢热处理，也会有同样的影响。

（8）焊接方法的影响

各种焊接方法的热输入差别较大，在其他条件相同情况下，收缩变形值不同。

在建筑结构焊接常用的几种焊接方法中，除电渣焊以外，埋弧焊热输入最大，在其他条件如焊缝断面积等相同情况下，收缩变形最大。

焊条电弧焊热输入居中，收缩变形比埋弧焊小。

熔化极气体保护焊热输入最小，收缩变形相应也最小。

（9）焊接层数（道数）的影响

a.横向收缩：

在对接接头多层焊时，第一道焊缝的横向收缩符合对接焊的一般条件和变形规律，第一层以后相当于无间隙对接焊，接近于盖面焊道时已与堆焊的条件和变形规律相似，因此收缩变形相对较小。

b.纵向收缩：

多层焊时，每层焊缝的热输入比一次完成的单层焊时小得多，加热范围窄，冷却快，产生的收缩变形小得多。

另一方面多层焊时各层焊缝所产生的塑性变形区有相当大的部分是相互重叠的，其总塑变面积并未加大很多。

而且前层焊缝焊成后都对后层焊缝形成约束，因此多层焊时的纵向收缩变形比单层焊时小得多，而且焊的层数越多，纵向变形越小。

影响焊接变形量的因素较多，它们并不是孤立存在的，有时同一因素对纵向变形、横向变形及角变形会有相反的影响。

全面分析各因素对各种变形的影响，掌握其影响规律是采取合理措施控制变形的基础，否则难以达到预期效果。

在工程焊接中，由于各种条件、因素综合作用，焊接残余变形的规律比较复杂，应对工程具体情况作具体的综合分析。

1.4焊接应力与变形的控制原理

由于焊接热过程的影响，焊接变形的发生是不可避免的，但在焊接施工中可以根据各种因素对变形的影响，采取适当的措施将焊接变形减少到允许变形的极限以内。

根据焊接应用技术理论，在具体工作中正确掌握焊接残余应力、焊接残余应变的控制方法，希望得到的结果是焊接残余应力在允许范围内，又没有影响观感质量的焊接残余变形，也就是说：

既安全又美观。

一般情况下，如焊接时较严格地限制和约束焊件的变形，则残余变形较小而残余应力增大；反之如允许焊件自由变形，则残余应力较小而残余变形增大。

残余应力和残余变形在焊接结构中是互相关连的。

若为了减小残余变形，在施焊时对焊件加强约束，则残余应力将随之增大。

焊接变形的矫正很费时费工，构件制造中首先考虑的是控制变形，往往对控制残余应力较为忽视，也常用一些卡具、支撑以增加刚性的措施来控制变形，与此同时增大了瞬时应力和焊后残余应力。

钢结构工程焊缝主要分为两大类型：

角焊缝及对接焊缝。

一般来说角焊缝的焊接变形不会太大，其残余能量主要以焊接残余应力的形式存在于钢结构的焊缝和HAZ之中；角焊缝不是主要受力焊缝，控制焊接残余应力大小的关键是控制焊缝的最小焊脚尺寸。

厚板对接焊缝的残余能量以焊缝的收缩变形和焊接残余应力的形式存在于焊缝和HAZ之中。

实践证明：

焊接应力及残余应力同时存在于同一焊件之中，既相辅相成又可以相互转换，该结论的理论依据是能量守恒，见式

（1），

（2）。

设焊缝焊接的总能量E总=1:

E总=W有+W无+ε+σ=1

（1）

当焊接结束后：

ε+σ=E总-W有-W无=C＜1

ε+σ=C＜1

（2）

式中：

W有为参加冶金反应的有用能量；W无为所有无用能量的总和，包括：

传导；辐射；对流所损失的能量；ε为焊接变形所需的能量；σ为焊接残余应力所需的能量；C为焊接变形及残余应力所需的能量，是小于1的常数。

根据式

（2），焊接变形和焊接残余应力不仅存在于同一焊缝和HAZ，而且可以互相转化，在无外加能量的前提下，减少一方必须增大另一方。

焊接变形以尺寸的误差明显表示在钢结构的实体上，焊接残余应力毫无外观表示存在于构件内部之中。

当焊接残余应力σ残≥σs（母材屈服强度）时，钢结构就会出现失稳状态，严重时，会带来灾难性的后果。

在钢结构工程中，希望结构变形不要太大而影响安装精度和美观，又不希望有较大的焊接应力而影响结构的安全，因此控制焊接变形及焊接残余应力必须综合治理。

在对接焊缝中：

焊接变形为收缩变形，其收缩量的定量计算可按（3）式进行。

Fε=0.2Fn/δ（3）

式中：

Fε—焊接变形的收缩量；Fn—焊缝的横截面积；δ—母材的板厚；

该式的具体意义是，当焊接变形（收缩量）完全实现时，焊接残余应力是一个非常小的安全值；当焊接变形因约束不能实现时，对接焊缝的两端会产生极大的拉应力场；拉应力场的大小完全取决于焊缝横截面积的大小。

因此：

根据式（3）可以作出对接焊缝控制焊接变形和焊接残余应力相互转化的工艺方法。

根据式

（2）、（3），对接焊缝的焊接变形及应力控制主要有以下两种方法：

A.用自由端自由收缩的方法来减少焊接残余应力。

在对接钢构件时（多数为水平对接），在焊缝的另一端不加任何约束；以焊接变形（收缩变形）为代价减少焊接残余应力，见下图。

图10-1自由端自由收缩示意图

该方法适合任何对接构件，采用该法前都应用（3）式进行计算，确定焊接变形的数值，必须在制作结构中预留（如变形小可不考虑预留）。

B.在固定焊缝的焊接时，用减少焊缝截面积的方法来实现减少焊接残余应力的目的。

在固定焊缝的焊接中，用焊接变形（自由收缩）的焊接方法来减少焊接残余应力已不可能实现，因为构件两端的刚性很大，产生变形必然形成两端焊缝的强拉应力场，对焊缝的安全不利，唯一的方法减少固定焊缝截面积和采用能量密度较高的焊接方法（如熔化极气体保护焊和药芯焊丝自保护焊等），并采用较小的小线能量，这样便可以达到控制焊接残余应力的目的，见下图。

图10-2固定焊缝的焊接示意图

一般解决变形问题有三个途径：

1）研究减少变形的焊接方法和制造工艺；

2）合理制定允许变形极限的标准；

3）研究变形产生后消除变形的相应技术。

在控制焊接变形中，最有效的方法是把这三种途径正确地结合起来。

降低焊接残余应力可从下述方面着手：

1）降低残余应力水平，减低其峰值并使其均匀分布，特别是降低最大残余拉应力水平；

2）缩小高残余应力的存在区间和范围；

3）减少残余拉应力的维数；

4）减少焊接变形则指减少最明显的永久性变形。

1.5应力的控制措施

构件制作和安装企业往往优先考虑的是控制焊接变形，对焊接应力的控制较为忽视。

但由于残余应力对构件承受动力载荷、三向应力状态和低温下使用有非常不利的影响，因此对焊接残余应力的控制也需要特别注意。

控制焊接应力的目的是减低其峰值并使其均匀分布，控制措施可以从以下几方面予以加强：

①尽量减小焊缝尺寸

②减小焊接约束度

③采取合理焊接顺序

④降低焊件刚度，创造自由收缩条件

⑤锤击法减小焊接残余应力

1.6变形的控制措施

焊接变形直接影响构件、结构的安装及使用，并引起附加内力或次应力降低结构承载力，故控制焊接变形很重要。

控制焊接变形主要有以下措施：

①尽量减小焊缝截面积。

在实际施焊中能达到无超标缺陷焊缝的前提下选择工艺参数，尽可能采用较小的坡口尺寸。

②对于屈服强度小于345MPA的钢材采用较小的热输入，尽可能不预热或适当降低预热和层间温度t优先采用热输入较小的焊接方法。

@对于对接接头、T形接头和十字接头坡口焊接，在工件放最条件允许或易于翻身的情况下，宜采用双面坡口对称焊接；对于有对称截面的构件，宜采用对称于中和轴的顺序焊接。

④对于双面非对称坡口焊接，宜采用先焊接深坡口侧部分焊缝，后焊浅坡口侧焊缝，最后焊完深坡口侧焊缝的顺序。

⑤在节点形式、焊缝布置、焊接顺序确定情况下，宜优先采用熔化极气体保护电弧焊或药芯焊丝自动保护电弧焊等能量密度相对较高的焊接方法，并采用较小的热输入。

⑥设计上要尽量减小焊缝的数量和尺寸t合理布置焊缝，除了要避免焊缝的密集以外，还应使焊缝位置尽可能靠近构件中和轴，并使焊缝的布置与构件中和轴相对称。

⑦对于某些焊缝布置不对称结构，应优先焊接焊缝少的一侧；厚板焊接尽可能采用多层焊代替单层焊接。

④宜采用反变形法控制角变形。

⑦对于一般构件可用定位焊固定同时限制变形对于大型、厚度构件宜用刚性固定法增加结构焊接时刚性；对于大型结构件宜采用分部分组装焊接，分别矫正后再进行总装或连续施工方法。

1用合理的焊接顺序也是防止焊接变形的有效措施。

1.7焊接应力与变形控制措施

以JGJ81-2002《建筑钢结构焊接技术规程》为指导思想，以焊接应力变形控制的理论为基础，编制科学合理的焊接程序，有效控制钢结构整体的应力及变形，使焊接残余应力和变形相对合理地存在于结构之中，希望焊接应力不至于过大而影响结构安全（应尽可能小），又不希望有过大变形而影响美观。

在焊接过程中很多因素都会造成大型复杂结构的变形，这些因素包括：

焊接顺序、约束度、焊接条件、接头特征、预热温度和层间温度等，针对这些因素，可单独或综合采用相应降低焊接残余应力或减少焊接变形的措施。

降低焊接残余应力或减少焊接变形的措施可分为设计措施、选材措施和制造工艺措施，又可分为焊前、焊时和焊后措施。

焊前措施指焊件结构设计及材料选择等方面所采取的措施，也包括采用预先成形、选择焊件支撑或固定方式以及确定焊接顺序和焊接规范等；焊时措施包括预热或冷却；焊后措施则指焊后热处理或矫正处理。

图10-3控制焊接应力和变形的措施示意图

下述方法都是钢结构焊接施工中对焊接变形矫正的一些常用方法，但何时应用何种方法并无明确规定，通常要根据结构形式和施工方案，并结合丰富的施工经验才能取到事半功倍的效果。

随着建筑市场的发展，新设备的大量使用，各种施工工艺都有新发展，对于预防和处理焊接变形会有更好处理方法。

1.7.1焊前措施

1.7.1.1设计措施

用以控制焊接应力与变形的主要设计原则有：

1）使焊缝数量尽可能少，长度尽可能最短；

2）使板厚尽可能最小；

3）使焊缝尺寸尽可能最小；

4）断续焊缝与连续焊缝相比，优先选用断续焊缝；

5）角焊缝与对接焊缝相比，优先选用角焊缝；

6）采用对接焊缝连接的构件应（在垂直于焊缝方向上）具有较大的可变形长度；

根据设计原则，具体的设计措施如下：

1）合理设计焊接接头、焊缝、坡口形式和尺寸

在满足强度要求的前提下，尽量减少焊缝的数量，采用较小的坡口尺寸（角度和间隙），能有效减小焊接热输入量及熔敷金属量，在提高焊接效率的同时对焊接变形的控制也能起到有效