焊接工艺与变形：影响因素、危害及管控方向

焊接过程是一个不均匀的加热与冷却过程。在此过程中，焊件上形成的焊接残余应力和变形大小，主要取决于焊接热过程以及受拘束的条件。

在焊接加热（高温）阶段，焊缝因受热而膨胀，但焊缝两侧的母材金属会阻碍其膨胀，这就使得焊缝承受压应力，而焊缝两侧的母材金属则受到拉应力。当进入焊接冷却阶段时，焊缝会收缩，此时两侧的母材金属又会阻碍其收缩，致使焊缝受到拉应力，两侧母材金属则受到压应力。若焊接接头中局部区域的应力超过了母材的屈服强度，便会产生永久的变形以及焊接残余应力。

根据变形的表现形式，焊接变形主要可分为局部变形与整体变形，以及纵向变形、横向变形、角变形和波浪变形等。

焊接变形的影响因素较为繁杂，主要包含以下几个方面：

材料特性：材料自身的热物理性能以及金属微观组织特征，会对焊接变形产生影响。不同的材料在热传递、膨胀收缩等方面存在差异，微观组织特征也会影响其力学性能，进而影响变形情况。

热输入因素：焊接热输入的大小起着关键作用。一般而言，热输入越大，冷却时材料的收缩量就越大，从而导致更明显的变形。

焊缝对称性：焊缝所处位置的对称性至关重要。若焊缝位置对称，能有效降低弯曲、扭曲以及角变形出现的概率，对控制变形有积极作用。

结构与焊接次序：结构条件以及焊缝的焊接次序不容忽视。结构刚性越小，其抵抗变形的能力就越弱；焊接次序越不对称，变形就越容易发生。而且在相同条件下，先焊的焊缝相较于后焊的焊缝，会产生更大的残余变形。

焊接夹紧状态：焊接时工件的夹紧状态也会对变形产生影响。合适的夹紧方式和力度，能够在一定程度上约束变形的产生。

焊接接头中残余应力与变形的存在，会对焊接结构的质量和可靠性造成不良影响，具体表现如下：

静载破坏风险：焊接应力会随着载荷的增加，加大工件损坏的可能性，降低结构的承载能力。

动载疲劳加速：在动载荷环境下，残余拉应力会加速疲劳裂纹的萌生与扩展，缩短结构的疲劳寿命。

腐蚀加速效应：对于在腐蚀介质中工作的结构，残余拉应力会加快应力腐蚀裂纹的扩展速度，严重影响结构的耐久性。

薄板失稳问题：针对薄板受压件，残余压应力与工作应力叠加，可能导致薄板发生失稳失效，影响结构的稳定性。

加工尺寸偏差：工件焊后进行加工时，焊接应力在加工过程中的重新平衡，可能会使工件的尺寸发生变化，从而产生加工误差，影响产品的精度。

综上，焊接过程中形成的残余应力和变形，受到多种因素的综合影响，并且对焊接结构的安全服役性能有着重大影响。在面对现场焊接问题时，通常需要通过调整焊接工艺来解决。