摘要：焊接作业是钢结构施工的主要内容之一，而焊接时产生的焊接残余应力与焊接变形等，对钢结构的安全使用有非常大的影响。文章论述了焊接应力以及焊接变形的基本概念，分析了钢结构焊接参与应力产生的主要原因，进而探讨了钢结构焊接残余应力及焊接变形的控制技术，以供相关人员参考。
关键词：钢结构；焊接残余应力；变形控制
引言
由于焊接过程的局部受热不均匀、加热冷却速度快特点，焊接后会在焊缝及其附近区域产生残余应力。焊接残余应力是形成各种焊接缺陷的重要因素，也是造成焊接热应变脆化的根源。众多研究表明，焊接残余应力是加速焊接结构应力腐蚀和疲劳破坏的重要原因，也是影响焊接结构蠕变性能的重要因素，并影响裂纹尖端张开位移（CTOD）设计曲线。对管道进行晶间应力腐蚀裂纹分析必须计入焊接残余应力的影响。
1、焊接应力与焊接变形概述
（1）焊接应力。焊接应力是指在进行焊接时，受焊接热源、焊接热循环的作用，焊件受热不均而出现的内应力。一般来讲基于焊接操作产生的不均匀温度场彻底消失之前，焊件中出现的内应力叫做瞬态焊接应力。基于焊接操作产生的不均匀温度场彻底消失之后，焊件中出现的内应力叫做残余焊接应力。（2）焊接变形。焊接变形是指在焊接操作产生的不均匀温度场中，被焊接工件在形状与尺寸等方面出现的变化叫做焊接变形。一般来讲基于焊接操作产生的不均匀温度场彻底消失之前，由于温度变化而出现的变形叫做焊接瞬时变形。基于焊接操作产生的不均匀温度场彻底消失之后，焊接部位冷却到最初温度后出现的变形叫做焊接残余变形。
2、生产现状分析
在机械产品制造过程中，由于产品具有较大的抗剪能力和较强的延展性，这对于机械产品制造技术与质量管理的要求非常高。传统的加工工艺是设计专用的装配模具，在整体装配完成之后再进行焊接，工件焊接工作量非常大，而且还无法有效控制焊接变形情况，导致产品后期在应用过程中出现各种问题。对于产品失效我们将其划分为三种，一种是状态失效、第二种是完全失效、最后一种是仍然可以工作或者运行，但是所产生的效益与预期的功能存在较大差异。21世纪初期，随着建筑施工工艺与施工材料的不断提高，对机械产品的需求量与日俱增，这几年，建筑施工企业得到快速发展，使得机械产品市场变得更加复杂、多变，市场竞争越来越激烈。随着技术的进步和质量管理水平的不断提高，机械产品的可靠性也得到提高，但是机械产品在应用过程中还存在诸多问题，市场竞争恶劣，安全事故频频发生，企业管理不科学、不规范，经济效益与社会效益都不理想。分布装配工艺是产品通过其基本生产过程所要求的全部活动，包括不增值活动和增值活动，确定失效的机理和模式，从而采取针对性措施或者预防措施进行技术生产与管理活动，消除生产线上存在的问题，避免发生同类事故，从而提高企业的综合实力与市场竞争力。
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3、钢结构焊接残余应力的控制措施
3.1、焊前控制
焊接的变形起到抑制作用的就是焊接前的支撑工作，在焊接的过程中避免结构件没有一定的约束导致的变形，然而在焊前支撑，因为钢结构关键阶段有很多不同的形式，一些特殊的节点在大量增加支撑的过程中，就会出现不良的现象，影响效果。针对材料的厚度，厚度大，尺寸小，然而强度很高的钢材，在进行后续热调直步骤时要采取调直的工作。板材的宽度是50mm，上下板材的厚度则是32mm，因为会受到板材整体强度和尺寸的影响，此时局部的支撑结构就起到了避免板材变形的作用，根据具体的情况进行分析，如果母材的强度很低，厚度小，尺寸小就会出现变形；如果进行焊接的过程中，针对结构的位置要加大支撑，就会导致焊接后板材将会出现波浪形，后续调整阶段也无法改变。
3.2、合理选择焊缝位置
第一，该钢结构焊接过程中，焊缝位置要与钢结构截面呈对称状态，也可使其靠近钢结构截面的中性轴，以有效降低钢结构焊接变形程度。第二，施工人员要合理选择焊缝坡口形状及其尺寸，避免不必要的焊缝，以促使焊缝面积有效减少，从最大程度地降低钢结构焊接变形程度。第三，还可采用小刚性节点形式，避免焊缝太过集中而出现双向与三向相交现象，以减小焊缝应力，防止焊缝交叉情况的出现。第四，设计人员不要将焊缝位置选择在高应力区域，以免由于应力过大而出现焊接变形。第五，施工人员应尽可能不采取仰焊操作方式，以免加大钢结构焊接难度从而确保钢结构焊接质量。
3.3、焊后调直控制措施
机械调直主要是利用机械矫正设备进行操作，在进行预制过程中运用到矫正组合梁上。一些局部机械调直是要利用液压千斤顶。进行液压千斤顶调直的过程中，不要采取在焊道外直接加压或者在机械调直过程中加热。针对板对接焊进行焊接变形要使用液压机来实际操作，如果要用液压机进行调直，不要再焊道处直接加压或者机器调直，同时不要进行加热。在进行机械矫正最大的变形坡度为2或是比例为1：24。若变形超过这个范围，就需要加热调直工艺。因为构件在焊接中会出现变形就要采取热调直。针对手工热调直，就需要在加热前，在加热的区域用笔进行标识做上记号，不要再焊道外采取加热的处理。另外，焊趾到火焰顶端的位置mm是不能进行加热。在热调直的过程中，不能进行水或者水雾采取冷却的处理。在热调直的方法上，有面加热，点加热和线加热，三种形式可以针对不同形式的变形来采取调直。热调直的温度一般比较严格，针对调质钢不允许超过600℃（1100℉），针对TMCP钢不得超过580℃（1076℉），其他种类的钢种不得超过650℃（1200℉）。钢材的温度在315℃以上，此时不能进行冷却处理。一般情况下测量的温度要保持在钢材距离火焰位置75mm。
结束语
加强对钢结构残余应力及焊接变形的控制，不仅有利于提高焊接质量还对保证钢结构的稳定性等方面，有着十分重要的现实意义。因此施工人员必须充分了解焊接应力及焊接变形的涵义，深刻认知钢结构焊接残余应力及焊接变形产生的原因，合理选择焊接方法实现掉钢结构焊接残余应力及焊接变形的全面控制。
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论文作者:郭耀令
论文发表刊物:《基层建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/9/2
标签：应力论文; 钢结构论文; 残余论文; 过程中论文; 机械论文; 产品论文; 操作论文; 《基层建设》2019年第16期论文;