钢结构焊接残余应力及焊接变形控制研究季 鹏，季 鹤 （广东省特种设备检测研究院，广东 佛山 528251） 摘 要：在钢结构行业中，焊接技术得到了相应的普及，使用率非常高，这种技术有着非常鲜明的优势和特点，同时，也有着一定的不足，这种不足就是焊接残余应力及焊接变形。本文分析了焊接结构残余应力产生的原因、影响，并且提出了残余应力的控制方法。 关键词：钢结构；残余应力；焊接；变形 随着科学技术的发展，焊接技术也有了长足的进步，尤其是现代焊接的技术有着非常鲜明的优势和特点，朝着精细化的方向不断快速发展，不过，发展的过程中受到了相应的制约，制约其发展的主要因素是焊接残余应力和钢结构变形控制。在钢结构的多种连接方法中，焊接占据着非常重要的位置，并且这种技术的优势得到了充分的发挥，节约钢材、操作迅速等。所以，对钢结构残余应力和焊接变形控制进行全面、深入地研究是非常必要的。 1 焊接结构残余应力产生的原因在对焊接结构残余应力进行探究的过程中需要和钢结构焊接这种技术进行充分的结合，可以从中得出，焊接结构残余应力产生的愿意主要是受热不均匀，同时，焊接残余应力可以分成两种类型，包括纵向焊接残余应力和横向焊接残余应力。导致焊接残余应力产生到原因是多方面的，主要包括三方面[1]。 第一，钢结构焊接残余应力的产生主要来自于材料性能和力学性能。在钢结构的焊接过程中，受热不均匀是残余应力产生的最主要的原因，当受热不均匀的时候，焊接之后的温度冷却呈现一定的规律，是呈梯度进行的。从物理因素的角度来对受热不均匀的现象进行相应的分析：不同类型的钢结构零部件具有不同的材料性质，当对其进行加工的时候，金属材料的不同使其对温度的感应也存在一定的差异，这就导致了比热容的变化，在此过程中，焊接部位的组织结构也会发生相应的变化。 第二，在钢结构的和焊接中，有着不同的焊接热源，它们所产生的残余应力也是不同的，对其造成的影响也存在一定的差异。在金属焊接这种形式中，主要的热源是电能、化学能等，同时，也产生了相应的焊接热源，主要包括电弧焊热源、电子束热源等。在钢结构的焊接过程中用到了不同的热源，所产生的温度场也是不同的，所以，所产生的焊接残余应力也不同，那么，对钢结构产生的变形也有着相应的影响。 第三，导致焊接残余应力产生的原因还包括其他的间接因素，比如，在对钢结构进行焊接之前，对钢结构局部零件等进行处理，时期进行过轧刹等，这也会导致焊接残余应力的产生。 2 焊接结构残余应力产生的影响焊接结构残余应力对焊接结构的使用时间的长短有着非常大的影响。在焊接结构质量的检验中占据着重要的位置，是其重要的影响因素。焊接残余应力的大小会直接对焊接结构的使用时间的长短产生影响。如果焊接残余应力的值到达了一定的范围，同时，超出了焊接结构疲劳强度所产生的影响，必定会导致焊接结构不可使用。 对于不同类型的焊接结构来说，稳定性都是至关重要的一项基本需求，同时，还可以为其结构生产提供重要的保障。当所使用的钢结构的稳定性没有符合相应的标准的时候，非常有可能对焊接结构构成严重的威胁。焊接残余应力的产生对于焊接部位的影响是非常大的，非常容易使其发生相应的变化，使得焊接部位的稳定性得不到一定的保证，还可能产生更加严重的后果，使得焊接部位大出现变形等现象。 在焊接结构的整体的生产过程中，焊接残余应力会对焊接部位结构的强度产生非常严重的影响。当钢结构没有高强度的焊接结构的时候，势必会对整个的钢结构产生影响。所以，必须要对焊接残余应力做到足够的重视。 从焊接结构的刚度来说，当构件受到了相应的外力影响的时候，它的外部形态会发生相应的弯曲。焊接残余应力对焊接结构的表面是不会产生影响的。在机械生产的过程中，会产生一定的焊接应力，焊接内部结构也处于松散的状态之下，其硬度和刚度都发生了相应的变化，使得内部构造性能也发生了变化，从而对整个的焊接结构产生影响。 在焊接结构中，裂缝问题是一个普遍存在的问题。裂缝对焊接结构产生的影响是非常大的，比刚度、强度等的危害性更大。当焊接结构中产生裂缝的时候，没有引起足够的重视，处理的不够好，就会导致裂缝的产生，如果还不进行有效的处理，必定会使得整个的零部件开裂[2]。 3 焊接残余应力的控制方法在焊接残余应力的影响之下，对于焊接结构的质量来说，刚度、强度和稳定性等都是非常重要的保障因素。要使焊接结构的质量达到一定的标准，那么，必须要保证这几种因素的指标是满足要求的。所以，必须要对焊接残余应力进行有效的控制。 在焊接残余应力的控制中，焊接热处理是一种非常利用率非常高的、有效的方法，在此过程中，所运用到的最主要的技术就是退火处理技术，通过对其的应用，增加其受热的温度，随着温度的升高，保温的时间也得以延长。不过，其中也有一些问题需要引起足够的重视。保证温度在一定的范围之内，不可过高，如果温度过高，就会导致焊接结构表面出现氧化过重的现象，使其内部结构发生相应的变化，从而破坏其使用性能。 第二种可以使用的焊接残余应力控制的方法是锤击消除法，这种方法的应用是在完成焊接结构的焊接之后，利用手锤的锤头对焊接部位进行敲击，从而达到焊接部位延展的目的，与焊接之后所产生的热胀冷缩残余应力进行相应的抵消。通过这种方法的应用，减小焊接残余应力，为焊接结构提供一定的保障，避免出现变形的问题。在锤击的过程中，需要使母材一直处在受力均匀的状态之下。 4 焊接参与变形的控制措施对焊接量进行合理的控制，这样做的目的是减少焊接残余应力的产生。那么，在焊接之前，需要对焊接结构进行全面、深入地分析和探究。需要注意，不对母材进行焊缝。 焊接工艺的程序也是非常重要的一项内容，对焊接残余应力也有着相应的影响。当下我国的焊接工艺技术还存在一定的问题，还需要进行相应的完善。通过焊接次序的合理改变可以在一定程度上减少焊接残余应力的产生。 随着科学技术的发展，焊接技术也得到了相应的完善，需要对新型的焊接技术进行充分的应用，传统的焊接技术已经不能满足焊接构建焊接的要求。可以使用的新型的焊接技术包括二氧化碳保护焊、氩弧焊等。 5 结语随着社会经济和科学技术的发展，各行各业对于焊接技术的要求有了很大的提高，需要对其性能、质量等进行相应的提高和完善。对于焊接结构来说，焊接残余应力跌消除是至关重要的，可为其提供重要的保障，在一定程度上提高其刚度、强度和稳定性等。不过，就当下的形势来说，焊接残余应力跌消除还需要一段时间，必须要对每一个环节进行充分的研究和改变，使其朝着越来越精细化的方向发展。 参考文献： [1]师志亮．液压支架长顶梁焊接变形的控制[J]．同煤科技．2010,10(3)：141-152． [2]宋佩辉,李兆辉,杨耀彩,潘黎明．大吨位叉车门架立柱的焊接应力和焊接变形的研究与应用[J]．机械工人．热加工．2005,6(11)：256-263． Study on welding residual stress and welding deformation control of steel structure JI Peng,JI He Abstract：In steel structure industry， got the corresponding welding technology popularization， utilization rate is very high， this technology has a very distinctive advantages and characteristics， at the same time， also has some deficiencies， this deficiency is the welding residual stress and welding deformation．This paper analyzes the cause of residual stress in welding structure， influence， and puts forward the control method of residual stress． Keywords：Steel structure； Residual stress； Welding； Deformation 中图分类号：TU391 文献标识码：：A 文章编号：：1002-5065（2017）03-0191-2 收稿日期：2017-01 作者简介：季鹏，生于1980年，男，江西临川人，工程师，本科，研究方向：焊接、热处理及无损检测。 |
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