摘要：焊接殘余應力和焊接變形是鋼結構產生變形和開裂的主要原因。本文以焊接殘余應力和焊接變形為對象，分別討論了殘余應力對鋼結構剛度、靜力強度、疲勞強度、應力腐蝕等的影響，促使結構發生脆性斷裂、疲勞斷裂、應力腐蝕開裂、低溫變脆等以及造成的焊接變形的種類。應采取措施對焊接殘余應力和焊接變形加以消除和調整。
　　關鍵詞：鋼結構焊接殘余應力焊接變形
　　
　　鋼結構是鋼材通過一定的設計方法做成構件，構件再通過一定的連接方式連接成的整體結構承力體系或傳力體系。連接方式及其質量優劣直接影響鋼結構的工作性能。
　　焊接連接是目前鋼結構最主要的連接方式。但在焊接過程中，在焊縫附近的熱影響區內，鋼材的金相組織發生改變，導致局部材質變脆；焊接殘余應力和殘余變形使受壓構件承載力降低；焊接結構對裂紋很敏感，局部的裂縫一旦發生，就容易擴展到整體。
　　一、焊接殘余應力
　　鋼材的焊接是一個不均勻的加熱和冷卻的過程。在施焊時，焊縫及其附近區域的溫度很高，而臨近區域溫度則急劇的下降，導致不均勻的溫度場。不均勻的溫度場產生不均勻的膨脹，溫度低的區域膨脹量小限制了高溫度區域鋼材的膨脹。當焊接溫度場消失后，構件內部產生應力，這種應力稱為焊接殘余應力。
　　（一）焊接殘余應力對鋼結構的影響
　　1.對鋼結構剛度的影響
　　焊接殘余應力使構件的有效截面減小，喪失進一步承受外載的能力。焊接殘余應力的存在還會增大結構的變形，降低結構的剛度。
　　2.對靜力強度的影響
　　由于焊接應力的自相平衡，使受壓區和受拉區的面積相等。構件全截面達到屈服強度所承受的外力與無焊接應力的軸心受拉構件全截面達到屈服強度時的應力相等，因此不影響靜力強度。
　　3.對疲勞強度的影響
　　殘余應力的存在使應力循環發生偏移。這種偏移，只改變其平均值，不改變其幅值。當應力循環的平均值增加時，其極限幅值就降低，反之則提高。
　　4.對應力腐蝕開裂的影響
　　應力腐蝕開裂是拉伸殘余應力和化學腐蝕作用下產生裂紋的現象，在一定材料和介質的組合下發生。應力腐蝕開裂所需的時間與殘余應力大小有關，拉伸殘余應力越大，應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，將產生三向焊接拉應力，阻礙該區域鋼材塑性變形的發展。當鋼材在低溫環境下工作時，有時殘余應力與荷載引起的應力疊加，使三向拉應力的數值更加接近，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“低溫冷脆現象”。
　　（二）焊接殘余應力的消除和調整
　　1.焊縫尺寸要適當。焊縫尺寸過大，施焊時產生的不均勻溫度場溫差增大，容易引起過大的焊接殘余應力，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.焊接時適當降低焊件的剛度，并在焊件的適當部位局部加熱，減小溫度場的溫差，使焊縫能比較自由地收縮，以減小殘余應力。
　　4.機械拉伸法。焊后對構件進行加載拉伸，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.利用錘擊焊縫區控制焊接殘余應力。焊接殘余應力產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域，使金屬展開，能有效的減少焊接殘余應力。
　　二、焊接變形
　　在焊接過程中，由于不均勻的加熱，在焊接區局部產生熱塑性壓縮變形，當冷卻時焊接區要在縱向和橫向收縮，導致鋼構件產生焊接殘余變形，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：構件中性軸上下不對稱的收縮引起的彎曲變形。
　　5.失穩變形：薄壁結構在焊接殘余壓應力的作用下，局部失穩而產生波浪形。
　　6.錯邊變形：焊接邊緣因膨脹不一致而產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、橫向收縮沒有規律所引起的變形。
　　（二）焊接變形的預防和控制
　　從設計上合理地確定焊縫的數量、坡口的形狀和尺寸，并恰當地安排焊縫的位置。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生新的塑性變形,使原來縮短的部分得以延伸,達到矯正目的。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使之延伸來消除變形,用于焊縫比較規范的薄殼結構。對于由長而規則的對接焊縫引起的薄板殼結構的變形，用鋼輪輾壓焊縫及其兩側，可獲得良好的矯正效果。機械矯正法對塑性差的高強鋼應慎用。
　　2．火焰矯正法
　　利用加熱時產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。在使用時應控制溫度和加熱位置。對合金鋼等慎用。
　　
　　
　　隨著鋼結構在大型工業廠房中作為梁柱的使用，對鋼結構的要求也越來越高。如鋼結構需滿足跨度大、穩定性好、剛度大、抗彎性能好等要求。焊接作為鋼結構最主要的連接方式，對焊接工藝和焊接質量的要求也在不斷地提高。研究焊接殘余應力和焊接變形對鋼構件的影響，通過合理的設計和制造以及相應的措施減小焊接殘余應力和焊接變形對構件的影響，將有效的提高鋼結構的性能，滿足建設的需求。
　　參考文獻：
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