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一、焊接應力與焊接變形
物體在受到外力作用發生變形的同時，其內部會出現一種抵抗變形的力，這種力叫做內力。單位截面積上所受的內力叫做應力。
應力并不都是由外力引起的，如物體在加熱膨脹或冷卻收縮過程中受到阻礙，就會在其內部出現應力，這種情況在不均勻加熱或不均勻冷卻過程中就會出現。當沒有外力存在時，物體內部存在的應力叫做內應力。焊接構件由焊接而產生的內應力叫焊接應力，焊后殘留在焊件內的焊接應力叫焊接殘余應力。
物體在受到外力的作用時，會出現形狀、尺寸的變化，稱為物體的變形。若在外力去除后，物體能恢復到原來的形狀和尺寸，這種變形稱為彈性變形，反之稱為塑性變形。焊件由焊接產生的變形叫焊接變形，焊后焊件殘留的變形叫焊接殘余變形。
二、焊接應力與變形產生的原因
為了便于了解焊接應力與變形產生的原因，先對均勻加熱時產生的應力與變形進行分析：
1.均勻加熱引起應力與變形的原因
假設有一根鋼桿，擱在兩邊無約束的支點上，如圖6-1a實線所示。當對鋼桿均勻加熱后，由于熱膨脹使鋼桿變粗和伸長，如圖6-1a虛線所示。然后，當鋼桿均勻冷卻后，因冷卻收縮，鋼桿又會自由恢復到原來的形狀和尺寸。由于它熱脹和冷縮時均沒受到阻礙，所以鋼桿不會產生應力和變形。
如果將鋼桿嵌在兩剛性墻之間，如圖6-1b所示，然后對它均勻加熱，同樣由于熱膨脹鋼桿要伸長，但由于受到墻的阻擋不能伸長，鋼桿在長度上沒有變化（假定不產生彎曲）,這樣在鋼桿內就出現了壓應力。這相當于鋼桿受到熱膨脹而伸長了的部分被加在兩邊墻的“壓力”下“壓”短了。如果這根鋼桿在受熱膨脹時被“壓縮”了的伸長部分尚在彈性變形范圍之內，壓應力小于屈服點，則鋼桿冷卻后仍能恢復原狀。如果鋼桿受膨脹時被“壓縮”了的伸長部分已超過彈性變形范圍，發生了塑形變形，即壓應力達到了屈服點，則冷卻后鋼桿將比原來縮短，由于能自由收縮，鋼桿內不存在內應力，如圖6-1c所示。根據測量和計算，處于絕對剛性條件下的低碳鋼，當加熱溫度高于100℃時，鋼桿內部的壓應力就會超過屈服點，鋼桿就會產生壓縮塑性變形。
如果將鋼桿的兩端固定好，這樣不僅受熱膨脹受阻，而且冷卻收縮也受阻。由于鋼桿在加熱溫度高于100℃時，就會產生壓縮塑性變形，冷卻后鋼桿長度應縮短，但由于鋼桿兩端固定不能自由收縮。因此，冷卻后在鋼桿內部就會出現拉應力。當這個拉應力大于鋼桿所固有的強度極限值時，鋼桿就會斷裂。這就是金屬材料在經過加熱冷卻和由于特定的外界條件而出現內應力的實質。
2.焊接過程引起應力與變形的原因
下面根據圖6-2來分析平板對接焊接時的應力與變形產生的情況。在焊接過程中，由于焊件經受了不均勻加熱，其加熱溫度為中間高兩邊低。為了簡化分析，將焊件分為高溫區和低溫區兩部分：焊縫及其附近為高溫區，焊縫兩側焊件邊緣部分為低溫區，并假設高溫區內、低溫區內的溫度均勻一致，如圖6-2a所示。
焊接加熱時，若焊件高溫區與低溫區是可分離的，能自由伸縮的兩部分，高溫區由于溫度高將自由伸長，如圖6-2b所示。但實際上，焊件是一個整體，高溫區不可能自由伸長，其伸長受到低溫區的牽制，使其受到壓縮產生壓應力，當壓應力達到屈服點就會產生壓縮塑性變形。同時低溫區也受到高溫區的拉伸作用而伸長產生拉應力，結果焊件將整體伸長△L。
焊接冷卻時，由于高溫區在加熱時產生壓縮塑性變形的緣故，若高溫區與低溫區是可分離的，能自由收縮的，高溫區冷卻后將自由縮短，如圖6-2c所示。同樣，由于焊件是一個整體，兩邊的低溫區將阻礙高溫區的收縮，使高溫區產生拉應力，同時高溫區收縮又對低溫區有壓縮作用，使低溫區產生壓應力。最后焊件將整體縮短△L’，這就是焊件產生焊接應力與變形的實際情況。
由此可見，焊接時局部的不均勻加熱和冷卻是產生焊接應力和變形的根本原因。
