1、对接接头纵向收缩变形产生的原理

在对接接头施焊时，焊缝及其附近的金属由于在高温下的自由变形受到阻碍，产生了压缩塑性变形，这个区域称之为压缩塑性变形区。该区域内的塑性变形分布如图1所示（方鸿渊主编“焊接结构学”教材P82，图3-56），它的存在使构件相当于受到一个外加压力Ff的作用而缩短和（或）弯曲。假想压力Ff的数值可由式1表示：

（1）

式中，ε_p为缩短变形量，A_p为变形区的面积。

构件在假想外加压力Ff的作用下产生纵向收缩ΔL，其数值可以用式2表示：

（2）

ΔL取决于构件的长度L₀、截面积A和压缩塑性变形。后者与焊接参数、焊接方法、焊接顺序以及材料的热物理参量有关。在诸工艺因素中焊接线能量是主要的。在一般情况下，它与焊接线能量成正比。

对于单层焊来说，纵向收缩量可以用式3表示：

（3）

式中，A_H为焊缝截面积，mm²；k₁为系数，与焊接方法和材料有关，可以从表1中查得。

表1不同材料经不同方法焊接时的k₁系数

2、对接接头横向收缩变形产生的原理

横向收缩变形是指垂直于焊缝方向的变形，其与纵向收缩同时发生。二者产生的原理也类似。在热源附近的金属受热膨胀，但受到周围温度较低的金属的约束而承受压应力，这样就会在板宽方向上产生压缩塑性变形，并使其厚度增加，最终结果表现为横向收缩。

对于板宽为B、厚度为δ的板条，焊后在无拘束状态下冷却收缩时，单位长度焊缝热输入q_w所引起的平均温度升高可表示为：

（4）

式中，c为受焊金属的比热容（J /g·K），ρ为密度（g/mm³）。由于

，则

（5）

式中，α为受焊金属的热膨胀系数。

由式（5）可以看出，横向收缩量ΔB与热输入q_w成正比，与板厚成反比。

对于单层焊来说，横向收缩量ΔB可以采用式6加以估算。

（6）

式中，F_H为焊缝截面积（mm²），δ为板厚（mm）

影响ΔB的因素较多，因而也存在多个ΔB的公式，最好采用实验的方法加以测定。

3、对接接头角变形产生的原理

在堆焊、对接、搭接和丁字接头的焊接时，往往会产生角变形。在对接接头施焊时，焊缝及其附近的金属由于在高温下的自由变形受到阻碍，会产生压缩塑性变形区。对接接头不开坡口时，上部产生的塑性变形一般都比下部大，冷却后使构件产生角变形。角变形的大小取决于压缩塑性变形区的大小和分布情况，同时也取决于板的刚度。对于同一种厚度的试板，随着线能量的增加，上下部塑性变形量的差值将增加。但是，当线能量达到某一值时，角变形不再增加，如果进一步提高线能量，反而出现角变形减小的现象。这是因为线能量的进一步提高，虽然能够提高塑形变形量，但接头下部的温度亦随之提高，上下部塑性变形量的差值进却可能降低，因而角变形反而减少。