钢结构焊接残余应力及焊接变形控制王茹慧

钢结构焊接残余应力及焊接变形控制王茹慧

王茹慧

中铁建电气化局集团西安电气化制品有限公司陕西省西安市710000

摘要：钢结构通常是指由钢板、钢管及热轧型钢等构件焊接而成的结构，在焊接过程中难免发生焊接变形的情况。如果不对钢结构焊接变形采取有效合理的措施进行控制，则很有可能会在钢结构焊接中产生不必要的麻烦。为了减少钢结构在施工中产生安全隐患，文章从钢结构焊接变形的类型入手，详细分析各种类型的成因，并对钢结构焊接变形的控制策略进行探讨，以期能为钢结构的焊接施工提供参考依据。

关键词：钢结构；焊接变形；焊接应力

1钢结构焊接残余应力的形成分析

1.1钢结构材料性能以及力学性能不达标

钢结构在进行焊接的过程中，其所受到的焊接加热温度分布不均匀，这就会导致钢结构在横向或纵向梯度上出现一定的残余应力。钢结构加热温度不均匀主要是由钢结构材料性能以及力学性能不达标造成的，首先，不同的金属材料在受热时的温度感应不尽相同，进而导致结构的比热容发生变化，进而导致焊接部位出现变化；其次，钢结构焊接部位的密度、导热系数以及热膨胀系数等也会对热传导造成影响，进而导致钢结构中出现残余应力。

1.2热源不同

热源对于钢结构的焊接质量也具有十分重要的影响，当采用不同的热源进行焊接操作时，就会导致钢结构在焊接过程中的受热情况不同，进而可能导致钢结构中出现残余应力。在钢结构实际的焊接过程中，当前所采用的热源一般为电能和化学能两种不同的形式，进而在焊接过程中形成电弧焊热源和电子束热源。当焊接钢结构的过程中，所采用的热源之间存在较大差异时，就会导致在钢结构中形成的温度场也具有明显的区别，进而造成焊接后的钢结构中形成残余应力以及发生不同程度的变形。

1.3其它因素

钢结构残余应力的形成除了受到以上两种因素的影响，还会受到其他因素的不利影响，这与钢结构自身的情况和焊接环境具有一定的关系。当钢结构进行焊接操作之前，对其内部的构件进行一定的轧刹处理，也会对钢结构的焊接过程造成不同程度的影响，进而导致残余应力的出现。

2焊接结构残余应力产生的影响

结合产生焊接残余应力的产生因素，对焊接残余应力进行分析。可得知在目前行业中，焊接残余应力对焊接结构性能产生的影响主要有以下几个方面：

2.1疲劳强度

疲劳强度又指焊接结构的使用寿命的长短。这是检验焊接钢结构质量的一个重要指标，是指在焊接钢结构中，其性能不发生改变的时间长短。通常，焊接残余应力的大小会对其造成直接的影响。当焊接残余应力达到一个高的数值时，并超出了焊接结构疲劳强度所产生的影响，将会导致焊接结构的报废，使其不能正常使用。

2.2稳定性

稳定性是任何一个焊接结构的基本需求，也是结构生产的保证。如果使用稳定性得不到满足的钢结构，可能会对焊接结构造成巨大的破坏。焊接残余应力的产生会对使焊接部位产生相应的变化，让焊接部位的稳定性相较于其他部分稍显薄弱，更为严重的可能导致焊接件发生裂缝、氧化、变形等，影响其稳定性。

2.3强度

虽然焊接残余应力不会对钢结构本身的强度造成影响，但在整个焊接结构的生产中，焊接部位结构的强度会受到焊接残余应力的影响，因而处于薄弱的状态。没有高强度的焊接结构会导致整个钢结构的失败。因此在这种情况下，焊接残余应力不容忽视。当焊接结构处于脆弱状态时，会造成焊接结构变形，影响整个钢结构的性能要求。

2.4刚度

焊接结构刚度是指构件遭受外力时，其外部形态发生了弯曲。从这一角度来说，焊接结构的表面上是不会受到焊接残余应力的影响。但实际上，在机械生产中，由于焊接应力的产生，焊接内部结构会处于松散的状态，使其硬度和刚度都发生相应的变化，进而对内部结构造性能发生改变，最终会对整个焊接结构造成影响。

2.5裂缝

裂缝是焊接结构中经常发生的普遍现象。相较于焊接应力其他区几种程度的影响，如刚度、强度、裂缝的影响，其破坏程度更为巨大。因为在焊接所造成的裂纹，没有处理好，会变成裂缝，如没有进行适当的处理，最后会使整个零部件开裂。

3钢结构焊接残余应力以及变形控制的方法

3.1控制钢结构焊接残余应力的方法

在钢结构焊接加工中，受到残余应力的影响，将会导致钢结构焊接的整体质量降低，为了有效控制残余应力，提高钢结构焊接加工质量。可以选择应用这样几种方法：第一，采用焊接热处理法。其主要利用退火处理技术，使焊接受热的温度不断提高，从而有效延长保温时间，避免出现冷热不均匀的问题。但是在应用这一技术时，需要把温度控制在合理的范围内，一旦焊接的温度太高，就可能会造成钢结构氧化过重的问题。第二，应用锤击消除法。在钢结构焊接中应用锤击消除法，主要在焊接加工完成之后，需要应用水锤敲击焊接的位置，这样能够使焊接的位置保持延展，从而消除热胀冷缩反应中产生的残余应力，防止钢结构材料产生变形的问题。但是在锤击焊接部位时，必须确保母材受力均匀。第三，振动消除法。随着科学技术的快速发展，在当前的钢结构焊接加工中，主要采用振动消除法，来有效消除焊接残余应力。振动消除法的处理时间非常短，能够降低加工成本，不会产生氧化过重的问题。其中使用的激振器中包含了偏心轮以及变速马达，所以能够让焊接结构中出现共振循环反应，进而导致内应力逐渐降低。

3.2控制钢结构焊接变形的方法

在钢结构焊接加工中，为了有效控制钢结构焊接变形的问题，首先需要严格控制焊接量，避免焊接残余应力出现。在钢结构材料焊接加工前必须做好充足的准备工作，深入了解和分析钢结构的基本特征，焊缝的尺寸需要进行严格管理，母材不能进行焊缝。其次，在钢结构焊接中需要合理调整焊接工艺次序，对于不必要的焊接次序需要进行优化调整，如果钢结构的收缩量比较大，那么需要提前焊接，然而继续焊接长直缝，只有遵循先大后小的原则，才能避免残余应力。最后，在先进的科学技术支撑下，可以不断改善焊接技术，加强应用全新的焊接技术，例如：二氧化碳保护焊以及氩弧焊，这些焊接工艺技术都能避免钢结构变形问题产生。

4结束语

总而言之，在科学技术快速发展的推动下，为了有效控制钢结构焊接残余应力与变形问题，需要加强应用先进的操作技术，注重保护钢结构的强度、刚度与稳定性，延长使用寿命，减少裂缝问题，才能促进钢结构焊接加工朝着精细化发展。

参考文献：

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[2]王丰景.钢结构焊接变形与焊接应力研究.工程技术研究，2017.04.72-73.

[3]季鹏，季鹤.钢结构焊接残余应力及焊接变形控制研究.世界有色金属，2017.03.191+193.