鋼結構焊接殘余應力及變形控制分析

張學英

摘要：鋼結構的發展中，焊接技術作為其中一項重要的條件，逐漸被廣泛應用，具有很多顯著的優勢，同時也存在很多不足。鋼結構的焊接殘余應力以及焊接過程中，存在很多明顯的變形問題。在進行焊接作業的過程中，當出現鋼材結構溫度不均勻的情況，將會導致鋼材結構的焊接殘余應力較多，造成一系列的焊接鋼結構變形以及開裂的問題，從而嚴重影響了鋼結構的整體施工質量。所以文章針對鋼結構焊接殘余應力及變形控制問題進行分析。

關鍵詞：鋼結構;焊接殘余應力;變形控制;焊接熱源

前言：隨著時代的發展，科學技術水平的快速提高，進一步促進了我國工業的發展。所以在焊接加工技術方面也在快速的進步，很多現代化的加工技術已經逐漸精良。在鋼結構的加工過程中可以有效地加快操作過程，更加方便快捷，節約大量的鋼材。由于鋼結構的焊接中出現參與應力，主要原因在于受熱或者冷卻的條件嚴重不均勻，所以造成鋼結構出現熱脹冷縮的情況，在鋼結構的焊接過程中，需要嚴格控制殘余力，同時制定完善的策略。

1 鋼結構焊接殘余應力和變形問題的概述

焊接鋼結構時，產生的熱應力以及相變應力等都會超出極限，進一步導致鋼結構的焊件發生冷卻，從而產生沒有及時消除應力，這就是焊接殘余應力的產生。在鋼結構進行焊接的過程中，由于受到不均勻溫度場帶來的影響，所以會帶來很多局部塑性產生變形，還有很多比容不同組織系統，所以形成了嚴重的焊接應力和各種變形問題。鋼結構焊接過程中，會給焊接材料產生一定程度的變形，在后期的焊接過程稿中，存在不同部位的開裂和腐蝕問題。進一步給鋼結構焊接件降低使用壽命，導致鋼結構的可靠性降低。在進行鋼結構的焊接應力時可以采用小孔法、盲孔法、中子衍射等各種方法，可以快速的了解焊接可連接穩定性和強度。

由于當前的工業化社會發展過程中，鋼結構焊接加工技術的在很多領域中被廣泛應用，鋼結構的焊接加工非常容易產生殘余應力，所以鋼結構焊接中產生殘余應力的根源，在于殘余應力存在受熱不均勻的問題，從而導致鋼結構的焊接存在縱向或者橫向的殘余應力。除此之外，還包括很多其它方面的問題，首先是由于鋼結構本身的材料性能不合格以及力學性能不符合標準的問題，由于鋼結構的材料接受焊接和加熱時受到的溫度不夠均勻，主要表現在一是多種金屬材料的鋼結構對各種溫度的情況表現不一，其中的比熱容就會發生較大的變化，從而引起鋼結構的焊接部位產生一定程度的變化。在鋼機構的焊接過程中，焊接位置的密度和熱膨脹系數以及導熱系數等都會對焊接工藝效果產生很大的影響，焊接的鋼結構材料也會由于受熱不均勻，所以出現大量的殘余焊接應力。

其次是由于熱源不同從而產生的焊接殘余應力，鋼結構的焊接過程中，熱源是非常關鍵的步驟，由于焊接熱源存在很大的區別，所以導致金屬在焊接過程中使用的各種熱源，包括點能、化學能、焊接熱源等都會產生電弧焊熱源的問題。當鋼結構焊接中存在多變的熱源，導致溫度場都存在很大的不同，焊接殘余應力也會產生不同，最終導致鋼結構的焊接過程出現變形。最后是焊接殘余應力的產生是其他因素帶來的，鋼結構的焊接加工殘余應力的會受到各種因素的影響，舉例來說，在焊接加工操作前鋼結構的操作兩件以及器材會受到影響，也會影響鋼結構的焊接加工過程，導致鋼結構的焊接過程出現多種類型不同的殘余應力。所以鋼結構的加工過程，還需要重點考慮更多因素的多方面影響，可以有效的避免出現較大的殘余力。

2 鋼結構的焊接殘余應力及變形控制

2.1 鋼結構的焊接殘余應力控制措施分析

對鋼結構道德焊接殘余應力進行控制時，可以采用振動時效法，振動時效法的重要優點就是對鋼結構的尺寸和形狀對整個焊接過程并不會產生較大的影響，利用振動時效法可以搞笑的實施焊接操作過程稿，同時提高施工周期，以及提高施工效率。對整個施工過程也不會產生很大的環境污染問題。所以其中的焊接人員需要根據具體的鋼結構特點進行調整，更加科學合理的選擇，給鋼結構的殘余應力進行振動，實現消除殘余應力的目的。進一步保障港機構的穩定性。這種振動時效法的應用，需要通過激振器進一步給鋼結構施加動應力，加幾個殘余應力進行累積，引起塑性變形，從而使殘余應力實現松弛直到消失，這種方法在消除殘余應力的基礎上還能增強鋼結構抵抗變形的能力。所以這種振動時效的方法，在焊接應力中扮演重要的角色。

二是采取合理的焊接的順序，在焊接鋼結構過程中，施工人員需要按照一定的順序實施焊接過程，從中間向四周進行擴展，進一步促進了焊接過程的相互之間的作用力。在這個過程中在縱向焊縫較近橫向焊縫位置進行控制，由于存在無法焊接透的問題，所以焊接縫拉伸會產生三向應力，從而引起脆性形變。所以在當鋼結構的構件表面出現交叉焊縫的情況，相關的施工技術人員需要高度重視交叉位置進行焊接操作。三是間接焊接法，這種方法是通過焊接周邊的構件，由于構件處于冷卻狀態，所以能夠減少鋼結構的受熱問題，從而降低焊接應力。相關的施工人員需要結合鋼結構本身的具體情況，進行間斷性的焊接，這種方法的應用會導致整個工期的延長，所以需要增加更多的施工時間，舉例來說，進行電弧焊接時，可以優先對較小的焊縫進行焊接處理。

四是熱處理消除法，這種方法的整個實施過程是對鋼結構整體進行持續性升溫，同時在一段升溫后，立即降溫。由于鋼結構的材料和焊接材料本身的屈服力和殘余應力之間的關系和溫度是相反的，而且殘余應力在局部變形的作用下，鋼結構的焊縫材料在溫度退下以后會導致發生蠕變，殘余應力也會逐漸被釋放。在鋼結構的焊接過程中，熱處理的應用中主要是為了實現降低焊接殘余應力的目的，在很大程度可以避免發生脆性斷裂的問題，從而在很有效的延遲裂紋保障鋼結構的形狀和尺寸在正常的狀態，增強鋼結構的抗腐蝕性的能力。其次是促進熱影響區域的改善，增強焊接材料的延展能力，也能將多種有害氣體及時排出。

2.2 鋼結構的焊接變形控制措施分析

控制變形首先就是在設計環節進行控制，相關的設計人員需要充分了解焊接變形的主要原因，以及各種焊接變形的特點，結合焊接形式和原因對焊接形式和尺寸進行科學合理的選擇。進一步有效的控制焊接變形產生的幾率;其次是合理的選擇焊接縫隙的具體位置，焊縫的位置需要和鋼結構的橫截面呈現正常的對稱狀態，幫助減少焊接縫隙面積。而且焊接人員應該注意不能選擇在高應力的區域進行焊縫的選擇，避免出現應力較大造成的焊接變形;第三是施工環節的焊接變形控制，在進行鋼結構焊接作業前需要對焊縫宗磊和節點進行分析，選擇適合的焊接方法。

結語

綜上所述，對鋼結構的殘余應力以及變形問題進行控制，一方面是可以提高整體的焊接質量，增強鋼結構的整體穩定性;另一方面就是可以十分有效的創造更大的價值。所以相關的施工人員需要充分了解在鋼結構的應力以及變形的內涵和可能出現的問題，深入挖掘產生一系列問題的原因，選擇適當的方法進行焊接變形問題的控制。

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（作者單位：安徽馬鋼鋼結構工程分公司）