钢结构焊接残余应力及变形控制分析

张学英

摘要：钢结构的发展中，焊接技术作为其中一项重要的条件，逐渐被广泛应用，具有很多显著的优势，同时也存在很多不足。钢结构的焊接残余应力以及焊接过程中，存在很多明显的变形问题。在进行焊接作业的过程中，当出现钢材结构温度不均匀的情况，将会导致钢材结构的焊接残余应力较多，造成一系列的焊接钢结构变形以及开裂的问题，从而严重影响了钢结构的整体施工质量。所以文章针对钢结构焊接残余应力及变形控制问题进行分析。

关键词：钢结构;焊接残余应力;变形控制;焊接热源

前言：随着时代的发展，科学技术水平的快速提高，进一步促进了我国工业的发展。所以在焊接加工技术方面也在快速的进步，很多现代化的加工技术已经逐渐精良。在钢结构的加工过程中可以有效地加快操作过程，更加方便快捷，节约大量的钢材。由于钢结构的焊接中出现参与应力，主要原因在于受热或者冷却的条件严重不均匀，所以造成钢结构出现热胀冷缩的情况，在钢结构的焊接过程中，需要严格控制残余力，同时制定完善的策略。

1 钢结构焊接残余应力和变形问题的概述

焊接钢结构时，产生的热应力以及相变应力等都会超出极限，进一步导致钢结构的焊件发生冷却，从而产生没有及时消除应力，这就是焊接残余应力的产生。在钢结构进行焊接的过程中，由于受到不均匀温度场带来的影响，所以会带来很多局部塑性产生变形，还有很多比容不同组织系统，所以形成了严重的焊接应力和各种变形问题。钢结构焊接过程中，会给焊接材料产生一定程度的变形，在后期的焊接过程稿中，存在不同部位的开裂和腐蚀问题。进一步给钢结构焊接件降低使用寿命，导致钢结构的可靠性降低。在进行钢结构的焊接应力时可以采用小孔法、盲孔法、中子衍射等各种方法，可以快速的了解焊接可连接稳定性和强度。

由于当前的工业化社会发展过程中，钢结构焊接加工技术的在很多领域中被广泛应用，钢结构的焊接加工非常容易产生残余应力，所以钢结构焊接中产生残余应力的根源，在于残余应力存在受热不均匀的问题，从而导致钢结构的焊接存在纵向或者横向的残余应力。除此之外，还包括很多其它方面的问题，首先是由于钢结构本身的材料性能不合格以及力学性能不符合标准的问题，由于钢结构的材料接受焊接和加热时受到的温度不够均匀，主要表现在一是多种金属材料的钢结构对各种温度的情况表现不一，其中的比热容就会发生较大的变化，从而引起钢结构的焊接部位产生一定程度的变化。在钢机构的焊接过程中，焊接位置的密度和热膨胀系数以及导热系数等都会对焊接工艺效果产生很大的影响，焊接的钢结构材料也会由于受热不均匀，所以出现大量的残余焊接应力。

其次是由于热源不同从而产生的焊接残余应力，钢结构的焊接过程中，热源是非常关键的步骤，由于焊接热源存在很大的区别，所以导致金属在焊接过程中使用的各种热源，包括点能、化学能、焊接热源等都会产生电弧焊热源的问题。当钢结构焊接中存在多变的热源，导致温度场都存在很大的不同，焊接残余应力也会产生不同，最终导致钢结构的焊接过程出现变形。最后是焊接残余应力的产生是其他因素带来的，钢结构的焊接加工残余应力的会受到各种因素的影响，举例来说，在焊接加工操作前钢结构的操作两件以及器材会受到影响，也会影响钢结构的焊接加工过程，导致钢结构的焊接过程出现多种类型不同的残余应力。所以钢结构的加工过程，还需要重点考虑更多因素的多方面影响，可以有效的避免出现较大的残余力。

2 钢结构的焊接残余应力及变形控制

2.1 钢结构的焊接残余应力控制措施分析

对钢结构道德焊接残余应力进行控制时，可以采用振动时效法，振动时效法的重要优点就是对钢结构的尺寸和形状对整个焊接过程并不会产生較大的影响，利用振动时效法可以搞笑的实施焊接操作过程稿，同时提高施工周期，以及提高施工效率。对整个施工过程也不会产生很大的环境污染问题。所以其中的焊接人员需要根据具体的钢结构特点进行调整，更加科学合理的选择，给钢结构的残余应力进行振动，实现消除残余应力的目的。进一步保障港机构的稳定性。这种振动时效法的应用，需要通过激振器进一步给钢结构施加动应力，加几个残余应力进行累积，引起塑性变形，从而使残余应力实现松弛直到消失，这种方法在消除残余应力的基础上还能增强钢结构抵抗变形的能力。所以这种振动时效的方法，在焊接应力中扮演重要的角色。

二是采取合理的焊接的顺序，在焊接钢结构过程中，施工人员需要按照一定的顺序实施焊接过程，从中间向四周进行扩展，进一步促进了焊接过程的相互之间的作用力。在这个过程中在纵向焊缝较近横向焊缝位置进行控制，由于存在无法焊接透的问题，所以焊接缝拉伸会产生三向应力，从而引起脆性形变。所以在当钢结构的构件表面出现交叉焊缝的情况，相关的施工技术人员需要高度重视交叉位置进行焊接操作。三是间接焊接法，这种方法是通过焊接周边的构件，由于构件处于冷却状态，所以能够减少钢结构的受热问题，从而降低焊接应力。相关的施工人员需要结合钢结构本身的具体情况，进行间断性的焊接，这种方法的应用会导致整个工期的延长，所以需要增加更多的施工时间，举例来说，进行电弧焊接时，可以优先对较小的焊缝进行焊接处理。

四是热处理消除法，这种方法的整个实施过程是对钢结构整体进行持续性升温，同时在一段升温后，立即降温。由于钢结构的材料和焊接材料本身的屈服力和残余应力之间的关系和温度是相反的，而且残余应力在局部变形的作用下，钢结构的焊缝材料在温度退下以后会导致发生蠕变，残余应力也会逐渐被释放。在钢结构的焊接过程中，热处理的应用中主要是为了实现降低焊接残余应力的目的，在很大程度可以避免发生脆性断裂的问题，从而在很有效的延迟裂纹保障钢结构的形状和尺寸在正常的状态，增强钢结构的抗腐蚀性的能力。其次是促进热影响区域的改善，增强焊接材料的延展能力，也能将多种有害气体及时排出。

2.2 钢结构的焊接变形控制措施分析

控制变形首先就是在设计环节进行控制，相关的设计人员需要充分了解焊接变形的主要原因，以及各种焊接变形的特点，结合焊接形式和原因对焊接形式和尺寸进行科学合理的选择。进一步有效的控制焊接变形产生的几率;其次是合理的选择焊接缝隙的具体位置，焊缝的位置需要和钢结构的横截面呈现正常的对称状态，帮助减少焊接缝隙面积。而且焊接人员应该注意不能选择在高应力的区域进行焊缝的选择，避免出现应力较大造成的焊接变形;第三是施工环节的焊接变形控制，在进行钢结构焊接作业前需要对焊缝宗磊和节点进行分析，选择适合的焊接方法。

结语

综上所述，对钢结构的残余应力以及变形问题进行控制，一方面是可以提高整体的焊接质量，增强钢结构的整体稳定性;另一方面就是可以十分有效的创造更大的价值。所以相关的施工人员需要充分了解在钢结构的应力以及变形的内涵和可能出现的问题，深入挖掘产生一系列问题的原因，选择适当的方法进行焊接变形问题的控制。

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（作者单位：安徽马钢钢结构工程分公司）