摘要：焊接殘余應(yīng)力和焊接變形是鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形和開裂的主要原因。本文以焊接殘余應(yīng)力和焊接變形為對象，分別討論了殘余應(yīng)力對鋼結(jié)構(gòu)剛度、靜力強度、疲勞強度、應(yīng)力腐蝕等的影響，促使結(jié)構(gòu)發(fā)生脆性斷裂、疲勞斷裂、應(yīng)力腐蝕開裂、低溫變脆等以及造成的焊接變形的種類。應(yīng)采取措施對焊接殘余應(yīng)力和焊接變形加以消除和調(diào)整。
　　關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力焊接變形
　　
　　鋼結(jié)構(gòu)是鋼材通過一定的設(shè)計方法做成構(gòu)件，構(gòu)件再通過一定的連接方式連接成的整體結(jié)構(gòu)承力體系或傳力體系。連接方式及其質(zhì)量優(yōu)劣直接影響鋼結(jié)構(gòu)的工作性能。
　　焊接連接是目前鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方式。但在焊接過程中，在焊縫附近的熱影響區(qū)內(nèi)，鋼材的金相組織發(fā)生改變，導(dǎo)致局部材質(zhì)變脆；焊接殘余應(yīng)力和殘余變形使受壓構(gòu)件承載力降低；焊接結(jié)構(gòu)對裂紋很敏感，局部的裂縫一旦發(fā)生，就容易擴展到整體。
　　一、焊接殘余應(yīng)力
　　鋼材的焊接是一個不均勻的加熱和冷卻的過程。在施焊時，焊縫及其附近區(qū)域的溫度很高，而臨近區(qū)域溫度則急劇的下降，導(dǎo)致不均勻的溫度場。不均勻的溫度場產(chǎn)生不均勻的膨脹，溫度低的區(qū)域膨脹量小限制了高溫度區(qū)域鋼材的膨脹。當(dāng)焊接溫度場消失后，構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，這種應(yīng)力稱為焊接殘余應(yīng)力。
　�。ㄒ唬┖附託堄鄳�(yīng)力對鋼結(jié)構(gòu)的影響
　　1.對鋼結(jié)構(gòu)剛度的影響
　　焊接殘余應(yīng)力使構(gòu)件的有效截面減小，喪失進一步承受外載的能力。焊接殘余應(yīng)力的存在還會增大結(jié)構(gòu)的變形，降低結(jié)構(gòu)的剛度。
　　2.對靜力強度的影響
　　由于焊接應(yīng)力的自相平衡，使受壓區(qū)和受拉區(qū)的面積相等。構(gòu)件全截面達(dá)到屈服強度所承受的外力與無焊接應(yīng)力的軸心受拉構(gòu)件全截面達(dá)到屈服強度時的應(yīng)力相等，因此不影響靜力強度。
　　3.對疲勞強度的影響
　　殘余應(yīng)力的存在使應(yīng)力循環(huán)發(fā)生偏移。這種偏移，只改變其平均值，不改變其幅值。當(dāng)應(yīng)力循環(huán)的平均值增加時，其極限幅值就降低，反之則提高。
　　4.對應(yīng)力腐蝕開裂的影響
　　應(yīng)力腐蝕開裂是拉伸殘余應(yīng)力和化學(xué)腐蝕作用下產(chǎn)生裂紋的現(xiàn)象，在一定材料和介質(zhì)的組合下發(fā)生。應(yīng)力腐蝕開裂所需的時間與殘余應(yīng)力大小有關(guān)，拉伸殘余應(yīng)力越大，應(yīng)力腐蝕開裂的時間越短。
　　5.對低溫工作性能的影響
　　在厚板焊接處或具有交叉焊縫的部位，將產(chǎn)生三向焊接拉應(yīng)力，阻礙該區(qū)域鋼材塑性變形的發(fā)展。當(dāng)鋼材在低溫環(huán)境下工作時，有時殘余應(yīng)力與荷載引起的應(yīng)力疊加，使三向拉應(yīng)力的數(shù)值更加接近，從而增加鋼材在低溫下的脆性傾向，即鋼材會變脆。通常稱為“低溫冷脆現(xiàn)象”。
　　（二）焊接殘余應(yīng)力的消除和調(diào)整
　　1.焊縫尺寸要適當(dāng)。焊縫尺寸過大，施焊時產(chǎn)生的不均勻溫度場溫差增大，容易引起過大的焊接殘余應(yīng)力，且在施焊時易有焊穿過熱等缺陷。
　　2.采取合理的施焊順序。例如分段退焊、沿厚度分層焊、對角跳焊、鋼板分塊拼接。
　　3.焊接時適當(dāng)降低焊件的剛度，并在焊件的適當(dāng)部位局部加熱，減小溫度場的溫差，使焊縫能比較自由地收縮，以減小殘余應(yīng)力。
　　4.機械拉伸法。焊后對構(gòu)件進行加載拉伸，使變形方向與壓縮殘余變形相反，焊接殘余應(yīng)力就隨之同步減小。
　　5.利用焊接順序和方向控制焊接殘余應(yīng)力。先變形收縮大的焊縫，后變形收縮小的焊縫；先錯開的短焊縫，后直通長焊縫；先在工作時受力較大焊縫，后工作時受力較小的焊縫；對稱施焊。
　　6.利用錘擊焊縫區(qū)控制焊接殘余應(yīng)力。焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的根本原因是由于焊縫在冷卻過程中的收縮，焊后用小錘輕敲焊縫及其鄰近區(qū)域，使金屬展開，能有效的減少焊接殘余應(yīng)力。
　　二、焊接變形
　　在焊接過程中，由于不均勻的加熱，在焊接區(qū)局部產(chǎn)生熱塑性壓縮變形，當(dāng)冷卻時焊接區(qū)要在縱向和橫向收縮，導(dǎo)致鋼構(gòu)件產(chǎn)生焊接殘余變形，且通常組合變形。直接影響焊件的性能和使用，因此需要采用不同的焊接工藝來控制和預(yù)防焊件的變形，并對之矯正。
　　（一）焊接變形的種類
　　1.縱向收縮變形：沿長度方向的收縮。
　　2.橫向收縮變形：垂直焊縫方向的收縮。
　　3.角變形：繞焊縫軸線的角位移。
　　4.撓曲變形：構(gòu)件中性軸上下不對稱的收縮引起的彎曲變形。
　　5.失穩(wěn)變形：薄壁結(jié)構(gòu)在焊接殘余壓應(yīng)力的作用下，局部失穩(wěn)而產(chǎn)生波浪形。
　　6.錯邊變形：焊接邊緣因膨脹不一致而產(chǎn)生的厚度方向的錯邊。
　　7.扭曲變形：由裝配不良、施焊程序不合理而使焊縫的縱向、橫向收縮沒有規(guī)律所引起的變形。
　�。ǘ�）焊接變形的預(yù)防和控制
　　從設(shè)計上合理地確定焊縫的數(shù)量、坡口的形狀和尺寸，并恰當(dāng)?shù)匕才藕缚p的位置。在工藝上采用高能量密度的焊接方法和小線能量的工藝參量。
　　（三）焊接變形的矯正
　　1．機械矯正法
　　采用壓力機、矯正機或手工捶擊等機械方法產(chǎn)生新的塑性變形,使原來縮短的部分得以延伸,達(dá)到矯正目的。其中多輥平板機適用于薄板拼焊件的矯正。利用窄輪碾壓焊縫及其兩側(cè)使之延伸來消除變形,用于焊縫比較規(guī)范的薄殼結(jié)構(gòu)。對于由長而規(guī)則的對接焊縫引起的薄板殼結(jié)構(gòu)的變形，用鋼輪輾壓焊縫及其兩側(cè)，可獲得良好的矯正效果。機械矯正法對塑性差的高強鋼應(yīng)慎用。
　　2．火焰矯正法
　　利用加熱時產(chǎn)生的局部壓縮塑性變形,使較長的金屬在冷卻后縮短來消除變形。簡單靈活,適用面廣。在使用時應(yīng)控制溫度和加熱位置。對合金鋼等慎用。
　　
　　
　　隨著鋼結(jié)構(gòu)在大型工業(yè)廠房中作為梁柱的使用，對鋼結(jié)構(gòu)的要求也越來越高。如鋼結(jié)構(gòu)需滿足跨度大、穩(wěn)定性好、剛度大、抗彎性能好等要求。焊接作為鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方式，對焊接工藝和焊接質(zhì)量的要求也在不斷地提高。研究焊接殘余應(yīng)力和焊接變形對鋼構(gòu)件的影響，通過合理的設(shè)計和制造以及相應(yīng)的措施減小焊接殘余應(yīng)力和焊接變形對構(gòu)件的影響，將有效的提高鋼結(jié)構(gòu)的性能，滿足建設(shè)的需求。
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