焊接过程中，对焊件进行不均匀加热和冷却，是产生焊接应力和变形的根本原因。众所周知，焊接冶金过程是利用电弧热、物理热、化学热等热能将母材金属及焊材熔化形成焊接熔池，熔池凝固从液相转变成固相的结晶过程。
焊接冶金过程和铸造冶金过程二者有很大区别，虽然都经历结晶成核、长大的过程，但是焊接冶金过程是非平衡凝固，铸造冶金过程是平衡凝固，焊接的局部受热过程，形成了焊接独有的特点：
1、焊接熔池体积小，冷却速度快。其平均冷却速度高达100℃/S，约为铸造的104倍。焊缝金属中易形成气孔、裂纹、夹杂、偏析等缺陷。
2、熔池中的液态金属处于过热状态，熔池中心与边缘的液态金属温度梯度比铸造高100倍左右。
3、熔池在运动状态下结晶，结晶前沿随热源同步移动，结晶主轴逆散热方向并向热源中心生长，到焊缝中心区停止生长。
4、母材熔合线上存在大量现成表面，在半熔化晶粒上形核后外生长成联生结晶，表现出焊接熔池非均质形核的特点。
焊接过程的独特特点，使得焊接结束后，焊件内部存在着压应力和拉应力，弹性变形和塑性变形，焊缝内部因焊缝收缩产生压应力，焊缝周边的母材金属因受拉而产生拉应力。这些应力和应变的产生是不可避免的，导致焊接过程中必然产生焊接变形。焊接变形影响工件尺寸和外观质量，必须加以控制。
实际工作中如何控制焊接变形呢？我们知道大型结构件基本都是由结构钢焊接而成，在焊接结构中具备代表性和普遍性，随着智能制造和智能装备的发展，大型结构件的尺寸精度和形位公差均提出了更高要求。
下面以常用的大型结构件焊接制造为例，来说明作为焊接工艺人员，在实际生产中采取哪些措施减少和控制焊接变形，主要从结构设计和工艺角度两个方面来分析。
第一、结构设计方面。我们都知道结构设计是决定结构特定和焊接变形特性的基本因素，结构的确定使其焊接变形特点基本确定，所以作为焊接工艺技术人员，一定要在图纸评审工艺审核时，加强对图纸的审核要求，从专业角度坚持原则，对于结构设计要求如下：
1、结构允许的前提下尽量减少焊缝数量
焊缝数量少，需要输入的焊接热能就小，焊接变形就会减小。比如箱体结构焊接，本来是需要6件零件在棱边处焊接而成，如果采用钢板折弯成形两端封板，则可以减少为4件零件，然后再进行焊接，不但可以减少2道焊缝，使焊缝对称和外形美观，而且可以提高构件刚度，减少构件变形。
2、设计合理焊缝形式及尺寸
众所周知，焊缝尺寸越大，填充的焊接材料就越多，焊接时输入焊件中的热量就越大，焊缝收缩时产生的内应力就越大，焊件的焊接变形就越大。因此，在满足强度要求的前提下应尽量减小焊缝尺寸。比如对接焊缝的受力状况好于角焊缝，因此，在可能的情况下优先采用对接焊缝来减少焊缝的大小。
3、合理布置焊缝位置（对称布置或者布置在刚度较大的地方）
在焊接过程中，焊件因局部受热和快速冷却内部产生压应力和拉应力而产生应变。当焊缝位置对称布局时，冷却时产生的应力和应变就可以相互抵消一部分，整体上就可以得到较小的变形。同时焊缝位置应尽量布置在构件刚度较大的地方, 其它条件相同的情况下，焊缝所处位置刚度越大，其焊接变形相对要小，对控制焊件的整体变形有利。
4、避免焊缝位置集中和重叠
当焊缝相对集中和重叠时，热影响区相互影响，不仅使热影响区的母材金属因反复加热而变得晶粒粗大，机械性能下降，而且使得变形加大，影响焊件尺寸精度。因此，应将焊缝尽量错开，各条焊缝之间的距离应保持在100 mm以上。
第二、焊接工艺设计方面。结构确定之后，焊接变形基本上只能靠焊接工艺手段进行控制，这是焊接人员基本的技能要求，焊接工艺方面主要注意以下问题：
1、控制下料尺寸准确合理
下料尺寸准确与否直接关系到构件的尺寸精度和拼装间隙，进而直接影响构件的组焊精度。下料尺寸偏短，则焊缝组焊间隙就偏大，所需填充的焊接材料就越多，焊件所受的热量就越多，焊件的焊接变形就相对要大，通常的大型结构件的组对间隙要小于3 mm，特殊情况下要控制在1 mm之内。对于一些长宽比较大的细长工件或者重要零件，必要时需要采用机加工方式进行端面刀检，以保证工件的精度；对型材，若为热切割方式下料，则要求留少许余量，切割后打磨掉余量。
2、控制组合胎具尺寸精度及刚性
组合胎具的精度是保证焊接件组焊尺寸准确与否的关键，若组焊胎具偏差过大，结构件的组焊尺寸精度的保证就无从谈起。大型结构件不但要控制其纵横轴向的尺寸偏差，而且要控制关键截面的对角线偏差。大型组焊件组焊胎具的线性尺寸偏差一般在千分之二以内。组合平台的平面度控制在3 mm范围之内，平台平面度过大，工件压紧后会产生变形，造成工件组焊后的平面度偏差过大。
3、选择合适的焊接方法
CO2气体保护焊相对于焊条电弧焊来说，因其电流密度大、焊丝熔率高、热影响区小、焊接变形小、厚板薄板均能焊接、焊接成本低、生产效率高等诸多优点而越来越多地在焊接领域中得到推广应用，对于大型结构件，优选CO2气体保护焊。
4、选择合理的焊接参数和顺序
大型结构件一般情况下先要进行组对定位焊，定位焊要选在刚性大焊接变形小的位置，以便定位焊能定位准确。
同时大型结构件焊缝尺寸都较大，需填充的焊接材料多，输入焊接热能大，焊件的变形相对要大，实际应用时，对于焊缝尺寸较大的焊接结构件（焊缝焊高尺寸6 mm）可采用多层多道焊、小直径焊丝（条）、小电流、大线速度等焊接工艺来控制焊接变形。
在确定焊接顺序时，对称结构要采取两边同参数同时施焊,以使焊接热变形相互抵消一部分，达到减少焊接变形的目的。实际应用时经常采用两人在两侧从中间用相同的工艺参数同时跳焊。
5、焊接过程中配合使用反变形及刚性固定法
大型焊接结构件由于工件尺寸较大，整体的焊接变形积累值就越大，因此大型焊接件关键位置通常都采用刚性固定法，在工件定位后工装压紧或者焊接工艺撑，避免了在自由状态下组焊，工件在工装内始终处于最佳的焊接位置，可以得到较小的焊接变形。在一些确定收缩的位置，根据规律，提前预留2-3 mm余量进行反变形操作，也非常普遍。
当然，对于大型结构件来说，即便前面从设计结构和工艺控制方面采取了一定措施，实际焊接完成后，仍然存在一定的焊接变形和残余应力，所以在工件焊接完成以后，通常仍要进行消除应力处理和变形矫正，最终使其能够满足图纸要求和使用要求。
