摘要：在焊接过程中焊件将发生变形，随着变形的产生，焊件内的应力状态也发生变化，而焊完并冷却后所留下的变形不是暂时的而是残余的。通常焊接的残余变形和应力是同时存在的，但在一般焊接结构中残余变形的危害性比残余应力大得多，它使焊件或部件尺寸改变而无法组装，使整个构件丧失稳定而不能承受荷载，使产品质量大大降低，而矫正却要浪费大量的人力和物力，有时还导致产品的报废。同时焊接裂纹的产生往往和焊接残余应力和焊接变形有着密切的关系。
关键词：钢结构；残余应力；焊接；变形
前言
在施工过程中一定要了解焊接工艺，采用合理的焊接方法和控制措施，以便减少和消除焊接后残余应力、残余变形。在实践中不断总结、积累焊接经验，综合分析考虑各种因素，以保证工程中的焊接质量。
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原因主要是受热不均匀，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的原因是多方面的，主要包括三方面。
1.1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在钢结构的焊接过程中，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。
1.3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等，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，使得焊接部位出现较大变形等现象。
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，裂纹问题是一个普遍存在的问题。裂纹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纹倾向的时候，没有引起足够的重视，处理的不够好，就会导致裂纹的产生，如果还不进行有效的处理，必定会使得整个的零部件开裂。
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3焊接应力的消除方法
尽管采取以上措施来控制焊接应力,但因工程构件的特殊性,焊接完工后依然存在相当大的应力,为此有必要从以下几个方面来采取措施,进一步消除构件残余应力。
3.1利用对零件校平消除应力
钢板在切割过程中由于切割边所受热量大、冷却速度快,因此切割边缘存在较大的收缩应力。中、薄板切割后产生扭曲变形,便是这些应力释放的后果。对于厚板由于其抗弯截面大,不足以产生弯曲,但收缩应力存在是客观的。因此在校平过程中加大对零件切割边缘的反复碾压,这对产生的收缩应力的消除极为有利。
3.2进行局部烘烤释放应力
构件完工后在其焊缝背部或焊缝两侧进行烘烤。此法过去常用于对“T”形构件焊接角变形的矫正中,不需施加任何外力,构件角变形即可得以矫正。由此可见只要控制加热温度与范围,此法对消余应力是极为有效的。
3.3采用超声波震动消除应力
超声冲击(UIT)的基本原理就是利用大功率超声波推动工具以每秒二万次以上的频率冲击金属物体表面,由于超声波的高频、高效和聚焦下的大能量,使金属表面产生较大的压塑变形,同时超声冲击波改变了原有的应力场,产生一定数值的压应力,并使被冲击部位得以强化。此种方法对消除应力极为有效,经测试,焊接残余应力的消除率达75%以上。
3.4采用振动时效法消除应力
振动时效的原理就是给被时效处理的工件施加一个与其固有谐振频率相一致的周期激振力,使其产生共振,从而使工件获得一定的振动能量,使工件内部产生微观的塑性变形,从而使造成残余应力的歪曲晶格被渐渐地恢复平衡状态,晶粒内部的错位逐渐滑移并重新缠绕钉扎,使得残余应力得以被消除和均化。
3.5利用冲砂除锈的工序进行消除应力
因为冲砂除锈时,喷出的铁砂束高达2500MP/cm2,用铁砂束对构件焊缝及其热影响区反复、均匀的冲击,除了达到除锈效果外,对构件的应力消除亦将会起到良好的效果。
3.6合理安排计划,增加时效期
在生产上合理安排,“重要”“关键”节点提前开工,增加构件冲砂前的搁放周期,延长时效周期。
3.7构件消除残余应力后的测量
按上述措施对构件消除焊接残余应力后,为测得实际的消除效果,采用盲孔法进行残余应力的测量,测量点选择埋弧焊焊缝。
4焊接残余变形的控制措施
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。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。
总结
在施工过程中一定要了解焊接工艺，采用合理的焊接方法和控制措施，以便减少和消除焊接后残余应力、残余变形。在实践中不断总结、积累焊接经验，综合分析考虑各种因素，以保证工程中的焊接质量。
参考文献
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[4]黄向红.焊接残余应力对结构性能的影响[J].现代机械.2011(01):12-12.
论文作者:郝福军
论文发表刊物:《基层建设》2017年第30期
论文发表时间:2018/1/16
标签：应力论文; 残余论文; 结构论文; 钢结构论文; 构件论文; 过程中论文; 热源论文; 《基层建设》2017年第30期论文;