钢结构残余应力控制技术探究

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1、钢结构残余应力控制技术探究　　摘要：在对钢结构进行焊接时，残余应力是影响钢结构稳定性与承载能力的主要因素，也提高了焊接操作的难度。根据钢结构的结构特点，合理的制定焊接工艺，减少残余应力产生的可能性，具有十分重要的现实意义。本文对焊接应力产生的原因进行了分析，然后针对性的提出了控制钢结构残余应力的措施，以供同行参考。关键字：钢结构；残余应力；工艺措施中图分类号：TU391文献标识码：A文章编号：一、焊接应力产生的原因如果在焊接过程中操作不当，则极易产生焊接应力的现象。焊接应力产生最本质的原因就是受热不

2、均，同时还受金属收缩率、钢结构的刚性等因素影响。此外，焊缝在构件中所处的位置、焊接工序的顺序、焊接电流等因素，如果选取不合理，也会产生焊接应力。1、焊件的不均匀受热6在焊接时，如果构件受热不均匀，当过热位置的温度使钢材发生屈服现象时，构件就会产生一定量的形变，在焊接结束后，就会产生残余应力[1]。在焊接过程中，钢材受热会出现拉长变形，在冷却后，会进行收缩，如果收缩的彻底，则焊件的残余应力小，变形大；如果收缩不完全，则残余应力大，变形小。2、焊缝金属的收缩在焊缝内熔融的焊丝固化冷却后，会产生一定的收缩

3、，但由于熔融的焊丝与构件在加热的状态下，已融为一体，因此，熔融的焊丝在收缩时会受到构件的约束和影响。这样，在收缩的过程中就会产生变形，同时也会出现残余应力。此外，在焊接过程中，一条焊缝无法在同一时间内完成，先完成焊接的部分在固化冷却后，会约束后面焊接部分的冷却收缩，这一过程中，也会产生残余应力。3、焊件的刚性与拘束焊接应力受焊件刚性与拘束的影响也很大。焊件的刚性是指焊件坚硬不易变形的程度；焊件的拘束是指周边的构件对焊件变形的限制和影响。刚性是钢材自身的特性，与构件的材质、尺寸和横截面有关，属于内因；

4、拘束是外界对构件的作用，属于外因[2]。构件的刚性愈强、周边的拘束愈大，焊接应力就愈大，焊接产生的变形就愈不明显；相反，如果构件的刚性较弱、周边的拘束也较小，则焊接应力就较小，焊接产生的变形就愈严重。除了上述原因外，焊接过程中的高温也会使钢材的内部组织结构发生变化，这种金相结构的变化，会使焊接部位的体积产生变化，也会导致残余应力和变形现象的产生。二、焊接残余应力的控制措施6残余应力控制的主要目的是：通过采取相应的控制措施，避免残余应力集中和叠加的现象产生，使应力在构件中平均公布，并减小其峰值，以提高

5、钢结构的稳定性、安全性和承载能力。控制焊接残余应力具体可以从以下几方面着手：1、采取合理的焊接顺序（1）当钢结构尺寸较大时，焊接的起始位置应设在中间，从中间向四周延伸进行焊接，使收缩按焊接的顺序由内向外进行。（2）焊缝交叉的情况如果无法避免，则在焊接时，应对焊接交叉处的质量进行严格控制。如果在交叉位置附近纵向焊缝出现未焊透等缺陷，那么这些缺陷会与横向焊缝的应力相互作用，形成三向应力的情况[3]。因此，交叉位置处的焊缝应小心焊接，避免产生焊接缺陷，保证焊缝的质量，使焊缝能够自由收缩。在进行交叉焊接时，

6、应注意先焊短缝、后焊长缝的顺序原则。（3）焊接时收缩量较大的焊缝应优先焊接。在对钢结构进行焊接时，应遵循先焊对接缝，后焊角缝的原则。2、间断焊接法由于受热是变形和应力产生的主要原因，在实际焊接时，可根据结构的实际情况，采用隔一段焊一段的间断焊接法。如在对铸铁钢材进行电弧焊时，可焊接较短的一段，待焊缝冷6却后，再间隔一大段进行焊接，让焊点在焊缝上均匀分布。这样可以使焊接温度一直处于较低的水平，能够有效降低残余应力。3、减小焊缝尺寸焊接应力产生的主要原因为受热不均而导致的局部过热循环，因此，在对设计要求

7、没有影响的情况下，应对焊缝的设计进行适当优化，尽量减小焊缝的长度，以及焊接的高度，焊接破口应尽量设置为双面坡口焊，从焊缝大则安全的观念误区中走出来。4、减小焊接拘束度。在焊接冷却之后，如果周边构件对焊缝的约束越大，则产生的残余应力就大，因此，应尽可能减小焊缝的拘束度。如果构件的结构尺寸较长需要焊接时，应在构件为零配件状态时进行焊接，不要在焊接组装完成之后再进行焊接，按照由小至大、由简至繁的原则进行焊接。如果在全部组装结束后再进行焊接，则焊缝的约束变会增大，从而产生较大的残余应力。5、采用补偿加热法6

8、在焊接时，如果焊接的热量迅速褪去，在冷却收缩的过程中，焊缝会产生裂缝的现象。故在对厚板进行焊接时，在焊接之前应对焊缝周边的构件进行预热，预热温度应考虑钢材的含碳量来最终确定。在对构件实施焊接操作时，焊接位置的温度大于200℃，在焊接完成后，焊接的区域会进行一定量的收缩，但这一区域从整个钢结构来说，仅是其中的一小部分，焊接以外的部分由于未经过焊接以及预加热，则会对焊接处施加十分巨大的约束力，产生较大的残余应力，严重的情况还会出现裂缝。对于这类问题，在焊接完成后，应在钢结