鋼結構焊接殘余應力及變形控制分析

文/李本強 中國建筑第八工程局有限公司東北分公司 遼寧大連 116000

1、鋼結構焊接殘余應力的概述

1.1 焊接殘余應力的介紹

在焊接鋼結構焊件時，其中產生的熱應力、相變應力以及加工應力完全超過屈服極限，將會導致鋼結構焊件在冷卻之后產生沒有及時消除的應力，這也就是焊接殘余應力。在鋼結構進行焊接的過程，其將會受到不均勻溫度場的影響，造成局部塑性變形問題以及比容不同組織，所以產生了嚴重的焊接應力與變形問題。在鋼結構焊接加工中出現殘余應力，可能會造成焊接材料產生變形翹曲的問題，甚至在后期導致焊接部位開裂與應力腐蝕等等一系列問題，從而使鋼結構焊接件的使用壽命大大降低，使鋼結構焊接的可靠性降低。在測量鋼結構焊接應力時，可以采用中子衍射、X射線衍射、小孔法、輪廓法、盲孔法等多種方法，進而了解鋼結構焊接連接的穩定性和強度。

1.2 鋼結構焊接中殘余應力產生的原因

目前，在工業化社會發展進程中，鋼結構焊接加工技術在各行各業中得到廣泛應用，在鋼結構焊接加工中容易產生各種殘余應力，這些殘余應力出現的主要原因在于受熱不均勻，所以會導致鋼結構焊接中出現縱向或者橫向殘余應力。

2、鋼結構焊接殘余應力以及變形控制的方法

2.1 控制鋼結構焊接殘余應力的方法

在鋼結構焊接加工中，受到殘余應力的影響，將會導致鋼結構焊接的整體質量降低，為了有效控制殘余應力，提高鋼結構焊接加工質量。可以選擇應用這樣幾種方法：第一，采用焊接熱處理法。其主要利用退火處理技術，使焊接受熱的溫度不斷提高，從而有效延長保溫時間，避免出現冷熱不均勻的問題。但是在應用這一技術時，需要把溫度控制在合理的范圍內，一旦焊接的溫度太高，就可能會造成鋼結構氧化過重的問題。第二，應用錘擊消除法。在鋼結構焊接中應用錘擊消除法，主要在焊接加工完成之后，需要應用水錘敲擊焊接的位置，這樣能夠使焊接的位置保持延展，從而消除熱脹冷縮反應中產生的殘余應力，防止鋼結構材料產生變形的問題。但是在錘擊焊接部位時，必須確保母材受力均勻。第三，振動消除法。隨著科學技術的快速發展，在當前的鋼結構焊接加工中，主要采用振動消除法，來有效消除焊接殘余應力。振動消除法的處理時間非常短，能夠降低加工成本，不會產生氧化過重的問題。其中使用的激振器中包含了偏心輪以及變速馬達，所以能夠讓焊接結構中出現共振循環反應，進而導致內應力逐漸降低。

2.2 控制鋼結構焊接變形的方法

在鋼結構焊接加工中，為了有效控制鋼結構焊接變形的問題，首先需要嚴格控制焊接量，避免焊接殘余應力出現。在鋼結構材料焊接加工前必須做好充足的準備工作，深入了解和分析鋼結構的基本特征，焊縫的尺寸需要進行嚴格管理，母材不能進行焊縫。其次，在鋼結構焊接中需要合理調整焊接工藝次序，對于不必要的焊接次序需要進行優化調整，如果鋼結構的收縮量比較大，那么需要提前焊接，然而繼續焊接長直縫，只有遵循先大后小的原則，才能避免殘余應力。最后，在先進的科學技術支撐下，可以不斷改善焊接技術，加強應用全新的焊接技術，例如：二氧化碳保護焊以及氬弧焊，這些焊接工藝技術都能避免鋼結構變形問題產生。

3、鋼結構焊接殘余應力對鋼結構材料造成的影響

通過對鋼結構焊接加工產生殘余應力的原因進行深入分析，在鋼結構焊接加工中出現殘余應力，將會對鋼接材料的性能產生這樣幾點影響：

3.1 穩定性

在鋼結構焊接加工中，保證鋼結構的穩定性至關重要，這也是為了提高鋼結構焊接加工質量。如果鋼結構的穩定性沒有滿足相關質量標準，那么將會導致鋼結構構成的質量較低，無法滿足應用要求。在鋼結構焊接加工中出現殘余應力，將會導致焊接部位出現變形問題，無法保證鋼結構的穩定性，而且會在應用中出現嚴重的問題。

3.2 疲勞強度

在鋼結構焊接加工中，疲勞強度主要指的是使用壽命，通過檢測疲勞強度，能夠了解鋼結構的整體質量。鋼結構疲勞強度主要為性能不出現變化的時間長短，當剛接焊接殘余應力擴大之后，將會影響鋼結構的疲勞強度，甚至降低鋼結構材料的使用壽命，使鋼結構材料出現報廢狀態，無法正常應用。

3.3 強度和剛度問題

從一定意義上來看，在鋼結構進行焊接加工時，焊接部位的強度必然會受到影響，在焊接殘余應力的影響作用下，將會導致焊接部位呈現薄弱的狀態，進而降低焊接部位的強度。如果無法確保焊接結構的整體強度提高，將會對整個鋼結構的整體質量造成影響，使鋼結構變得非常脆弱，影響整體性能。與此同時，在鋼結構材料進行焊接時，焊接部位受到外力的影響，將會導致焊接部位出現彎曲問題，在鋼結構進行機械生產時，其中的殘余應力將會導致焊接結構出現比較松散的狀態，影響了鋼結構的整體剛度。

結語：

總而言之，在科學技術快速發展的推動下，為了有效控制鋼結構焊接殘余應力與變形問題，需要加強應用先進的操作技術，注重保護鋼結構的強度、剛度與穩定性，延長使用壽命，減少裂縫問題，才能促進鋼結構焊接加工朝著精細化發展。