试论钢结构焊接残余应力与变形控制

试论钢结构焊接残余应力与变形控制
摘要：随着科学技术的不断发展，焊接技术也朝着精细化的方向不断快速发展。

其在发展的过程中受到了相应的制约，制约因素是焊接残余应力和钢结构变形控制。

在钢结构焊接加工中出现残余应力，可能会造成焊接材料产生变形翘曲的问题，甚至在后期导致焊接部位开裂与应力腐蚀等等一系列问题，从而使钢结构焊
接件的使用寿命大大降低，使钢结构焊接的可靠性降低。

因此，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。

关键词：钢结构；焊接残余应力；变形控制
1钢结构焊接中残余应力产生的原因
1.1钢结构材料性能以及力学性能不达标
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。

1.2热源不同导致焊接残余应力产生
在焊接的过程中，不同焊接热源的接入也会对焊接残余应力造成不同的影响。

目前，实现金属焊接所需的能量热源包括由电能、机械能、光辐射能及化学能。

其对应产生的焊接热源就是电弧焊热源、气体火焰焊接热源、电阻焊热源及电子
束热源等。

焊接的过程中采用不同的焊接热源，产生的温度场不同，因此产生的
焊接残余应力也不同，进而对钢结构产生的变形影响不同。

1.3其它因素导致焊接残余应力产生
在钢结构焊接加工中，不仅受到热源和材料、力学性能因素的影响，而且受
到其它因素的影响，也会出现不同的残余应力。

例如：如果在焊接加工操作之前，使钢结构局部零件以及器材进行轧刹，也会影响钢结构焊接加工过程，使钢结构
焊接加工中出现不同的残余应力。

此外，在钢结构焊接加工中，还要重点考虑其
它多方面因素的影响，才能避免出现较大的残余应力。

2钢结构焊接残余应力对钢结构材料造成的影响
2.1稳定性
稳定性对于焊接结构来说至关重要。

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。

2.2疲劳强度
疲劳强度又指焊接结构的使用寿命的长短。

这是检验焊接钢结构质量的一个
重要指标，是指在焊接钢结构中，其性能不发生改变的时间长短。

通常，焊接残
余应力的大小会对其造成直接的影响。

当焊接残余应力达到一个高的数值时，并
超出了焊接结构疲劳强度所产生的影响，将会导致焊接结构的报废，使其不能正
常使用。

2.3裂缝
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。

2.4强度和刚度
在钢结构进行焊接加工时，焊接部位的强度必然会受到影响，在焊接残余应
力的影响作用下，将会导致焊接部位呈现薄弱的状态，进而降低焊接部位的强度。

与此同时，在钢结构材料进行焊接时，焊接部位受到外力的影响，将会导致焊接
部位出现弯曲问题，在钢结构进行机械生产时，其中的残余应力将会导致焊接结
构出现比较松散的状态，影响了钢结构的整体刚度。

3钢结构焊接残余应力与变形控制的方法
3.1控制钢结构焊接残余应力的方法
（1）采用焊接热处理法。

在焊接残余应力的控制中，焊接热处理是一种利用率较高的方法，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。

（2）采用锤击消除法。

在钢结构焊
接中应用锤击消除法，主要在焊接加工完成之后，需要应用水锤敲击焊接的位置，这样能够使焊接的位置保持延展，从而消除热胀冷缩反应中产生的残余应力，防
止钢结构材料产生变形的问题。

但是在锤击焊接部位时，必须确保母材受力均匀。

（3）振动消除法振动消除法是目前焊接结构中采用非常多的焊接手法。

相较于
其他几种方法来说，其具备是处理时间短、成本低的优势，更不会对金属表面造
成氧化的问题。

主要是利用由偏心轮和变速马达组成的激振器，使焊接结构发生
共振所产生的循环应力来降低内应力的。

3.2控制钢结构焊接变形的方法
（1）严格控制焊接量。

在钢结构焊接加工中，为了有效控制钢结构焊接变形的问题，需要严格控制焊接量，避免焊接残余应力出现。

在钢结构材料焊接加工
前必须做好充足的准备工作，深入了解和分析钢结构的基本特征，焊缝的尺寸需
要进行严格管理。

（2）调整焊接工艺次序。

目前，我国焊接工艺技术并不完善。

在焊接过程中，其工艺还有待改善。

对焊接次序进行适应的改变也可减少焊接残
余应力的产生。

如将焊接结构中具备较大收缩量的焊接先进行焊接，在进行其他
影响稍小的长直缝焊接，按先大后小的原则也可减少焊接残余应力的产生，最后，对整个焊接结构进行加热，缩小母材其他非焊接部位和焊接部位的温差，达到降
低残余应力产生的目的。

（3）在先进的科学技术支撑下，可以不断改善焊接技术，加强应用全新的焊接技术，例如：二氧化碳保护焊以及氩弧焊，这些焊接工
艺技术都能避免钢结构变形问题产生。

4结束语
综上所述，在当前科学技术快速发展的背景下，为了有效控制钢结构焊接残
余应力与变形问题，需要加强应用先进的操作技术，注重保护钢结构的强度、刚
度与稳定性，延长使用寿命，减少裂缝问题，才能促进钢结构焊接加工朝着精细
化更好的发展。

参考文献：
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刊）.2018（03）
[2]焊接变形的控制及预防措施探究[J].张恩宇.现代盐化工.2018（02）
[3]试析焊接残余应力对钢结构疲劳性能的影响[J].李彬.科技风.2017（24）。