鋼結構殘余應力控制技術探析

1、鋼結構剩余應力控制技術探析 鋼結構剩余應力控制技術探析 摘要：在對鋼結構進行焊接時，剩余應力是影響鋼結構穩(wěn)定性與承載能力的主要因素，也提高了焊接操作的難度。根據鋼結構的結構特點，合理的制定焊接工藝，減少剩余應力產生的可能性，具有十分重要的現(xiàn)實意義。本文對焊接應力產生的原因進行了分析，然后針對性的提出了控制鋼結構剩余應力的措施，以供同行參考。 關鍵字：鋼結構；剩余應力；工藝措施 中圖分類號：TU391 文獻標識碼：A 文章編號： 一、焊接應力產生的原因 如果在焊接過程中操作不當，那么極易產生焊接應力的現(xiàn)象。焊接應力產生最本質的原因就是受熱不均，同時還受金屬收縮率、鋼結構的剛性等因素影響。此外，焊

2、縫在構件中所處的位置、焊接工序的順序、焊接電流等因素，如果選取不合理，也會產生焊接應力。 1、焊件的不均勻受熱 在焊接時，如果構件受熱不均勻，當過熱位置的溫度使鋼材發(fā)生屈服現(xiàn)象時，構件就會產生一定量的形變，在焊接結束后，就會產生剩余應力【1】。在焊接過程中，鋼材受熱會出現(xiàn)拉長變形，在冷卻后，會進行收縮，如果收縮的徹底，那么焊件的剩余應力小，變形大；如果收縮不完全，那么剩余應力大，變形小。 2、焊縫金屬的收縮 在焊縫內熔融的焊絲固化冷卻后，會產生一定的收縮，但由于熔融的焊絲與構件在加熱的狀態(tài)下，已融為一體，因此，熔融的焊絲在收縮時會受到構件的約束和影響。這樣，在收縮的過程中就會產生變形，同時也會

3、出現(xiàn)剩余應力。此外，在焊接過程中，一條焊縫無法在同一時間內完成，先完成焊接的局部在固化冷卻后，會約束后面焊接局部的冷卻收縮，這一過程中，也會產生剩余應力。 3、焊件的剛性與拘束 焊接應力受焊件剛性與拘束的影響也很大。焊件的剛性是指焊件堅硬不易變形的程度；焊件的拘束是指周邊的構件對焊件變形的限制和影響。剛性是鋼材自身的特性，與構件的材質、尺寸和橫截面有關，屬于內因；拘束是外界對構件的作用，屬于外因【2】。構件的剛性愈強、周邊的拘束愈大，焊接應力就愈大，焊接產生的變形就愈不明顯；相反，如果構件的剛性較弱、周邊的拘束也較小，那么焊接應力就較小，焊接產生的變形就愈嚴重。 除了上述原因外，焊接過程中的高

4、溫也會使鋼材的內部組織結構發(fā)生變化，這種金相結構的變化，會使焊接部位的體積產生變化，也會導致剩余應力和變形現(xiàn)象的產生。 二、焊接剩余應力的控制措施 剩余應力控制的主要目的是：通過采取相應的控制措施，防止剩余應力集中和疊加的現(xiàn)象產生，使應力在構件中平均公布，并減小其峰值，以提高鋼結構的穩(wěn)定性、平安性和承載能力?？刂坪附邮Ｓ鄳唧w可以從以下幾方面著手： 1、采取合理的焊接順序 當鋼結構尺寸較大時，焊接的起始位置應設在中間，從中間向四周延伸進行焊接，使收縮按焊接的順序由內向外進行。 焊縫交叉的情況如果無法防止，那么在焊接時，應對焊接交叉處的質量進行嚴格控制。如果在交叉位置附近縱向焊縫出現(xiàn)未焊透等缺

5、陷，那么這些缺陷會與橫向焊縫的應力相互作用，形成三向應力的情況【3】。因此，交叉位置處的焊縫應小心焊接，防止產生焊接缺陷，保證焊縫的質量，使焊縫能夠自由收縮。在進行交叉焊接時，應注意先焊短縫、后焊長縫的順序原那么。 焊接時收縮量較大的焊縫應優(yōu)先焊接。在對鋼結構進行焊接時，應遵循先焊對接縫，后焊角縫的原那么。 2、間斷焊接法 由于受熱是變形和應力產生的主要原因，在實際焊接時，可根據結構的實際情況，采用隔一段焊一段的間斷焊接法。如在對鑄鐵鋼材進行電弧焊時，可焊接較短的一段，待焊縫冷卻后，再間隔一大段進行焊接，讓焊點在焊縫上均勻分布。這樣可以使焊接溫度一直處于較低的水平，能夠有效降低剩余應力。 3、

6、減小焊縫尺寸 焊接應力產生的主要原因為受熱不均而導致的局部過熱循環(huán)，因此，在對設計要求沒有影響的情況下，應對焊縫的設計進行適當優(yōu)化，盡量減小焊縫的長度，以及焊接的高度，焊接破口應盡量設置為雙面坡口焊，從焊縫大那么平安的觀念誤區(qū)中走出來。 4、減小焊接拘束度。 在焊接冷卻之后，如果周邊構件對焊縫的約束越大，那么產生的剩余應力就大，因此，應盡可能減小焊縫的拘束度。如果構件的結構尺寸較長需要焊接時，應在構件為零配件狀態(tài)時進行焊接，不要在焊接組裝完成之后再進行焊接，按照由小至大、由簡至繁的原那么進行焊接。如果在全部組裝結束后再進行焊接，那么焊縫的約束變會增大，從而產生較大的剩余應力。 5、采用補償加熱

7、法 在焊接時，如果焊接的熱量迅速褪去，在冷卻收縮的過程中，焊縫會產生裂縫的現(xiàn)象。故在對厚板進行焊接時，在焊接之前應對焊縫周邊的構件進行預熱，預熱溫度應考慮鋼材的含碳量來最終確定。在對構件實施焊接操作時，焊接位置的溫度大于200，在焊接完成后，焊接的區(qū)域會進行一定量的收縮，但這一區(qū)域從整個鋼結構來說，僅是其中的一小局部，焊接以外的局部由于未經過焊接以及預加熱，那么會對焊接處施加十分巨大的約束力，產生較大的剩余應力，嚴重的情況還會出現(xiàn)裂縫。對于這類問題，在焊接完成后，應在鋼結構上與焊接對稱的位置進行加熱，加熱溫度設置為預熱溫度與焊接溫度之間，比擬適中的溫度，并且保持這一溫度直至焊接結束。通過這一方法，焊接應力可以得到有效改善。 6、如果鋼結構較為大型，應對其分割成幾個小局部，在每個局部制作、焊接結束后，再將各個局部組裝到一起進行焊接。 三、結論 綜上所述，在焊接過程中，剩余應力是影響構件穩(wěn)定性和承載能力的主要因素，是使構件產生脆斷現(xiàn)象的罪魁禍首。在實際生產作業(yè)時，對焊接剩余應力和變形的控制方法有許多，應對鋼結構的材質、形狀、尺寸等因素進行綜合考慮，選取最為行之有效的焊接應力控制方法，以取得最優(yōu)的焊接效果。 參考文獻： 【1】黃向紅.焊接剩余應力對結構性能的影響J.現(xiàn)代機