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1、钢结构剩余应力控制技术探析 钢结构剩余应力控制技术探析 摘要：在对钢结构进行焊接时，剩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，减少剩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剩余应力的措施，以供同行参考。 关键字：钢结构；剩余应力；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，那么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均，同时还受金属收缩率、钢结构的刚性等因素影响。此外，焊
2、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 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，就会产生剩余应力【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，那么焊件的剩余应力小，变形大；如果收缩不完全，那么剩余应力大，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，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
3、出现剩余应力。此外，在焊接过程中，一条焊缝无法在同一时间内完成，先完成焊接的局部在固化冷却后，会约束后面焊接局部的冷却收缩，这一过程中，也会产生剩余应力。 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；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，那么焊接应力就较小，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
4、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，也会导致剩余应力和变形现象的产生。 二、焊接剩余应力的控制措施 剩余应力控制的主要目的是：通过采取相应的控制措施，防止剩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，以提高钢结构的稳定性、平安性和承载能力。控制焊接剩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 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。 焊缝交叉的情况如果无法防止，那么在焊接时，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
5、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，防止产生焊接缺陷，保证焊缝的质量，使焊缝能够自由收缩。在进行交叉焊接时，应注意先焊短缝、后焊长缝的顺序原那么。 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，后焊角缝的原那么。 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，能够有效降低剩余应力。 3、
6、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，从焊缝大那么平安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，那么产生的剩余应力就大，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、由简至繁的原那么进行焊接。如果在全部组装结束后再进行焊接，那么焊缝的约束变会增大，从而产生较大的剩余应力。 5、采用补偿加热
7、法 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，仅是其中的一小局部，焊接以外的局部由于未经过焊接以及预加热，那么会对焊接处施加十分巨大的约束力，产生较大的剩余应力，严重的情况还会出现裂缝。对于这类问题，在焊接完成后，应在钢结构上与焊接对称的位置进行加热，加热温度设置为预热温度与焊接温度之间，比拟适中的温度，并且保持这一温度直至焊接结束。通过这一方
8、法，焊接应力可以得到有效改善。 6、如果钢结构较为大型，应对其分割成几个小局部，在每个局部制作、焊接结束后，再将各个局部组装到一起进行焊接。 三、结论 综上所述，在焊接过程中，剩余应力是影响构件稳定性和承载能力的主要因素，是使构件产生脆断现象的罪魁祸首。在实际生产作业时，对焊接剩余应力和变形的控制方法有许多，应对钢结构的材质、形状、尺寸等因素进行综合考虑，选取最为行之有效的焊接应力控制方法，以取得最优的焊接效果。 参考文献： 【1】黄向红.焊接剩余应力对结构性能的影响J.现代机械，2021，(01):111-114. 【2】杨坪，苏威.焊接工艺参数对焊接剩余应力的影响J.热加工工艺，2021，(07)：102-104. 【3】黄向红.焊接剩余应力对疲劳强度的影响及改善J.热加工工艺，2021，(15)：130-135.