大型(节点复杂)钢构件焊接应力控制和消除

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1、焊接应力对杆件影响的控制和消除工程建设项目中钢结构的结构杆件大都山焊接件组成，焊接工作是工程建设的重要工艺,直接关系到工程质量和设备的安全运行，而焊接应力则是影响焊接质量的重耍因素。一、焊接应力的形成悍接件的局部加热，会在悍件上产生不均匀的温度场，使材料产生不均匀的膨胀。处于高温区域的材料受到周围温度较低、膨胀最较小的材料的限制而不能白由地进行膨胀，于是焊件内出现内应力，使高温区的材料受到挤压，产牛局部压缩塑性应变；在冷却过程中，经受压缩塑性应变的材料，由于不能口由收缩而受到拉伸，于是焊件中又出现了一个与焊件加热方向人致相反的内M力场。另

2、外由于构件受到焊接热循环的作用，使焊缝金属的内部组织发生不同的变化，引起了因金属组织转变而造成体积上的变化，产生相变应力。除上述两种原因Z外，如果焊件被刚性固定或焊件Z间相互牵制住，也会在焊接件中产生焊接应力。在焊接过程中，随时间而变化的内应力为焊接瞬时应力。焊后当焊件温度冷至常温时，残存于焊件屮的内应力则为焊接残余应力。在实际牛产中，焊后焊件屮总是存在着一定的残余应力和变形，而应力在一定条件下还彩响焊接结构的性能，如强度、刚度、受压时的稳定性,尺寸的准确性及加工精度等。二、残余应力的影响1.对结构刚度的影响当外载产生的应力与结构中某区域

3、的焊接内应力叠加Z和达到一定的屈服点时，这一区域的材料就会产生局部翔性变形，丧失了进一步承受外载的能力，造成结构的有效截而积减少,结构的刚度也随之降低。2.对受压杆件的影响当外载引起的压应力与内应力中压应力叠加Z和达到6S,这部分截面积就丧失了进一步承受外载能力。这样就削弱了构件的有效截面积，改变了有效截面积的分布，并使稳定性有所改变。内应力对受压杆件稳定性的影响人小与内应力的分布有关，特别与远离中性轴那部分截面中的内应力符号和大小冇关。3.对静载强度的影响焊接拉伸内应力对静载材料处于脆性(如低温)状态下危害性很大。当拉伸内应力和外载所引

4、起的叠加应力超过断裂极限就会导致结构早期破坏。三、减少焊接应力的有效措施悍接结构在焊后存在过大的应力是不允许的。因此，从焊接结构的设计开始到悍接施工都要设法防止和降低它，焊后还要考虑是否有必要消除应力和校正变形。1.合理选择焊接顺序焊接时，应选择尽量使多条焊缝都有口由收缩可能的焊接顺序，具体办法有：(1)对人型结构，应从屮间向四周进行施焊，使焊缝可以由屮间向外依次进行收缩。(2)对于平面上的交义焊缝，应特别注意交叉处焊接质量。如果接近纵向焊缝的横向焊缝处有缺陷(未焊透)，贝U这些缺陷止好位于纵焊缝的拉伸应力场中，会造成三向应力状态。所以要

5、采収保证交叉点部位不易产牛•缺陷而乂能自山收缩的顺序，先焊错开的短焊缝，后焊直通的长焊缝。(3)应先焊收缩量最人的焊缝，这是因为结构的刚性在焊接过程屮是逐渐增人的，所以先焊的悍缝在收缩时所受到的阻力会小些，焊后的应力也就小些。如果在结构上既冇对接焊缝又有角焊缝，就应先焊对接缝，后焊角焊缝。(4)应先炸在工作时受力较大的焊缝，使内应力合理分布。在接头两端留出一段翼缘角不焊，先焊受力最大的翼缘对接焊缝1，然后再焊腹板对接缝2,最后焊翼缘预留角焊缝3。这样焊后可使翼缘的对接焊缝承受压应力，而腹板对接缝受拉，和焊缝留在最后焊可以保证腹板对接缝有一

6、定的收缩余地，同时也有利于在焊接対接缝时采取反变形措施以防止产生角变形。基木建设焊接构件一般都较人，因此I-分讲究焊接顺序和施工程序。如我公司钢结构施匸编制的大型屋架操作工法中规定：屋架要分部拼装。即钢屋架按上弦、下弦和各部连杆分别组对焊，然后再整体组装。分部件焊接，焊接热量不集中，内应力变化不大，热变形小。此工法还规定：不管部件焊接，还是层架整体焊接，都应严格按以下焊接顺序：背焊角钢，先焊腹翼，后焊肋翼，在较长的部件上焊接，应从中间向两端退位焊接，使部件在热影响下能有自由伸长与缩短的活动余量。整体屋架焊接时，先焊撑杆件，示焊拉杆件。对钢

7、屋架整体焊接还规定要间断轮流焊接，开始施焊第一道焊缝时，应先焊点焊的背而，当第一遍焊缝焊好后，再焊点焊缝一面，轮流焊直到设计高度。点焊高度不得超过焊高的2/3。1.选择合理的焊接规范为尽量减少焊件受热范围，根据构件的实际情况，必要时可采川较小直径焊条和较小的焊接电流进行焊接，以达到减少焊后残余应力的目的。3•预热法焊前将焊件整体或一部分加热，使其能缓慢、均匀地冷却，这是在中、高碳钢、合金钢铸铁等焊接时经常采用的有效措施。钢的预热温度一般为150-350°Co通常，预热温度越高减少焊接应力的效果也越好。另外通过预热，降低了焊缝金属和母材热影

8、响区的冷却速度，同吋也降低了收缩应力。1.加热“减应区”这是近年来推行的减少应力的方法。焊前对焊件适当部分进行局部加热，使焊区的金属在焊后可以自山收缩。这样可使整个焊件尽可能地均匀冷却和收缩，