探析鋼結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力

1、探析鋼結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力身份證號碼：32108619650515xxxx江蘇泰州 225300【摘 要】在鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用過程中，焊接工藝是一項非常重要的應(yīng)用工 藝技術(shù)。對于鋼結(jié)構(gòu)性能的穩(wěn)定性和質(zhì)量安全都起到非常重要的影響作用。在焊 接過程中，由于大量熱量的高度集中的存在會導(dǎo)致殘余應(yīng)力的出現(xiàn)，對于鋼結(jié)構(gòu) 的工程質(zhì)量，會造成嚴(yán)重的安全隱患。木文結(jié)合自己的工作經(jīng)驗對于在鋼結(jié)構(gòu)中 殘余應(yīng)力的產(chǎn)牛進(jìn)行了分析，并就如何消除其影響提出了具體的建議和措施。【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)；焊接工藝；殘余應(yīng)力；分析與消除在建筑行業(yè)中，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用對該行業(yè)的發(fā)展起到了極大的推動作用。 由于鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度以及抗震性與其他材料相比都更具優(yōu)

2、勢，而且自重輕，建設(shè)施 工速度快，所以現(xiàn)在己經(jīng)在建筑行業(yè)中得到了普遍的使用。不過鋼結(jié)構(gòu)也存在著 較多的缺點，比如在使用過程中，鋼結(jié)構(gòu)具有脆斷性，這是一個嚴(yán)重影響建筑質(zhì) 量安全的潛在隱患。此外，疲勞破損問題也是一個非常嚴(yán)重的隱患，這導(dǎo)致鋼結(jié) 構(gòu)的穩(wěn)定性存在缺陷。筆者結(jié)合近年來鋼結(jié)構(gòu)焊接過程中殘余應(yīng)力產(chǎn)牛的不同原 因進(jìn)行分類，并根據(jù)不同的產(chǎn)牛原因?qū)ζ溥M(jìn)行了分析，提出了具體的解決措施和 建議。1、不同殘余應(yīng)力的分類在鋼結(jié)構(gòu)的焊接過程中，由于大量熱量高度集中，在焊接結(jié)束后焊件內(nèi) 仍存在一定的應(yīng)力，這些未消除的參與在焊件中的應(yīng)力就是我們經(jīng)常提到的焊接 殘余應(yīng)力。根據(jù)這種焊接殘余應(yīng)力方向的不同，可以分為縱

3、向焊接殘余應(yīng)力、橫 向焊接殘余應(yīng)力和沿焊縫厚度方向的焊接殘余應(yīng)力三種。具體介紹如下。1.1縱向殘余應(yīng)力縱向焊接殘余應(yīng)力的形成主要是由于在焊接過程中焊接受熱不均勻便 進(jìn)行冷卻，這樣就在焊件中形成了不同溫度的溫度場。而不同的溫度場乂會導(dǎo)致 焊件發(fā)牛不同程度的膨脹，溫度場越高的地方其膨脹程度越大，所以在焊接過程 中由于焊縫附近的溫度最高，所以膨脹最大，而臨邊的溫度最低所以膨脹也最低, 這樣就會產(chǎn)生塑性壓縮，而由于焊縫附近的溫度較高，膨脹系數(shù)較大，所以被塑 性壓縮后焊縫區(qū)域與臨界區(qū)域相比要長一些，導(dǎo)致形成縱向的焊接殘余應(yīng)力。1.2橫向殘余應(yīng)力在鋼結(jié)構(gòu)的焊接過程中形成橫向殘余應(yīng)力的主要原因有兩個，一個是

4、在 焊接過程中由于焊縫縱向收縮，而鋼板向外彎曲，形成了一個弓形。而焊縫又將 兩塊鋼板連接在一起，形成了一個整體，這樣在焊縫的中間就產(chǎn)生了橫向的拉應(yīng) 力，同時在兩端也產(chǎn)生了橫向的拉應(yīng)力。第二個原因是在焊接過程中，由于焊縫 的焊接位置不相同，所以在焊接結(jié)束進(jìn)行冷卻的過程中也會出現(xiàn)差別。在焊接時 先焊接的焊縫由于焊接時間早，冷卻時間也早，所以其強(qiáng)度較強(qiáng)，而后面的焊縫 由于焊接的較晚，冷卻的也較晚，所以焊縫位置就會發(fā)生橫向的膨脹，導(dǎo)致橫向 塑性壓縮發(fā)生變形。在這兩個原因的共同作用下，焊縫的橫向拉應(yīng)力和方向都會 發(fā)生改變，最終導(dǎo)致產(chǎn)生橫向殘余應(yīng)力。1.3沿焊縫厚度方向的殘余應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)焊接過程中產(chǎn)生的沿焊

5、縫厚度方向的殘余應(yīng)力主要是由于鋼結(jié) 構(gòu)的厚度較大，在焊接吋需要采用多重焊接的方式進(jìn)行施焊。所以在焊接過程中 除了會產(chǎn)生縱向的焊接殘余應(yīng)力和橫向的焊接殘余應(yīng)力之外，還會產(chǎn)生沿焊縫厚 度方向的殘余應(yīng)力。這種殘余應(yīng)力的存在，對于鋼結(jié)構(gòu)的塑性會產(chǎn)生重要的影響, 進(jìn)而影響鋼結(jié)構(gòu)的脆弱性和結(jié)構(gòu)性，對建筑工程的質(zhì)量造成重要影響。在鋼結(jié)構(gòu)的焊接過程中，焊接殘余應(yīng)力不僅是這三種應(yīng)力，還有其他的, 比如在焊接過程中如果焊件在一種約束狀態(tài)下被施焊，那么會造成殘余應(yīng)力伸縮 變形，進(jìn)而導(dǎo)致殘余應(yīng)力的增加，不過在鋼結(jié)構(gòu)的焊接殘余應(yīng)力中，這三種殘余 應(yīng)力是主要的。2、對殘余應(yīng)力產(chǎn)生原因的分析2.1直接應(yīng)力在焊接過程中，由于

6、焊件受熱不均勻以及在冷卻吋的差別形成了不同的 溫度場，這是造成殘余應(yīng)力產(chǎn)生的最主要原因。所以對于焊接殘余應(yīng)力的分析首 先就需要對這種溫度場進(jìn)行分析。溫度場的不同導(dǎo)致在焊接過程中焊件的受熱不 均勻，這樣焊件的不同位置就會發(fā)生不同程度的膨脹，這又導(dǎo)致產(chǎn)生了不同位置 之間的熱應(yīng)力，而冷卻時由于膨脹程度不同，所以冷卻后位置也不相同。2.2間接應(yīng)力間接應(yīng)力主要是指在焊接過程進(jìn)行前，工件受到的外在的壓力，或者由 于外界環(huán)境的限制而產(chǎn)生的間接力。在這種力的作用下，焊接過程中需要首先進(jìn) 行軋制和拉撥，這樣會增加間接應(yīng)力，不過間接參與應(yīng)力的存在不是孤立的，往 往都是以合力的形式出現(xiàn)。3、降低焊接殘余應(yīng)力的方法3

7、.1振動時效法通過以往的工作經(jīng)驗表明，振動時效法在降低鋼結(jié)構(gòu)焊接過程中的焊接 殘余應(yīng)力上的應(yīng)用效果非常明顯。這種方法的一大優(yōu)勢是比較靈活，不受到鋼結(jié) 構(gòu)的尺寸、形狀以及自重等因素的影響，能夠高效的完成殘余應(yīng)力的消除工作, 而且周期短、無污染。所以在鋼結(jié)構(gòu)的焊接過程中可以通過選擇合適的振型的方 式，對于關(guān)鍵部位施加適度的應(yīng)力，從而通過振動降低或者消除鋼結(jié)構(gòu)焊接過程 中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，提高鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。3.2間接焊接法在鋼結(jié)構(gòu)的焊接過程中，也可以通過采用間接焊接法的方式消除焊接中 產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。間接焊接發(fā)的作用原理是通過將焊接區(qū)內(nèi)的附件金屬長期保持 在冷卻狀態(tài)，從而降低了焊接過程中鋼結(jié)構(gòu)的熱度

8、，進(jìn)而降低了焊接殘余應(yīng)力。 在焊接過程中，也可以根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的具體焊接情況采用間歇性的焊接方式進(jìn)行焊 接，這樣可以降低焊接吋鋼結(jié)構(gòu)的溫度，從而降低殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。比如常用的 對鑄鐵進(jìn)行的電弧冷焊方式。3.3減小焊縫尺寸法在鋼結(jié)構(gòu)的焊接過程中也可以通過減小焊縫尺寸的方法降低焊接參與 應(yīng)力的產(chǎn)生，尤其是對于沿焊縫厚度方向的焊接殘余應(yīng)力的作用非常明顯。不過 在應(yīng)用時需要充分的考慮熱循環(huán)所引起的焊件產(chǎn)生焊接內(nèi)應(yīng)力的問題，不是焊縫 消除的越大就越利于焊接內(nèi)應(yīng)力的消除。所以在焊接過程中，要根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的具 體要求控制焊縫尺寸大小，降低焊接殘余應(yīng)力。3.4分解施工法在對大型的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接工作吋，由于無法直接進(jìn)

9、行作業(yè)，可以采用 分解施工的方式對焊件進(jìn)行焊接作業(yè)。這樣既利于焊接作業(yè)，同吋通過分解也可 以降低在焊接過程中產(chǎn)生的焊接殘余應(yīng)力。結(jié)語在鋼結(jié)構(gòu)的焊接過程中，焊接殘余應(yīng)力的存在對于鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和脆 弱性都產(chǎn)生了重要的影響，也為鋼結(jié)構(gòu)的安全性留下了嚴(yán)重的質(zhì)量安全隱患。本 文對于在鋼結(jié)構(gòu)焊接過程中常見的3種主要焊接殘余應(yīng)力的產(chǎn)生原因進(jìn)行了分 析，并對于如何采取措施消除或者降低焊接殘余應(yīng)力提出了具體的措施。希望能 夠?qū)︿摻Y(jié)構(gòu)焊接過程中焊接殘余應(yīng)力問題的解決有所幫助。參考文獻(xiàn)：1黃子龍.論鋼結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力控制與消殘方法j.山西建筑,2014,07： 159-160.周張義，李芾.焊接殘余應(yīng)力對鋼結(jié)構(gòu)疲勞性能影響研究卩機(jī)車電 傳動，2015, 02： 24-29+33.3尹何遲，張光