摘要：在钢结构加工工艺中，焊接因其独特的优势成为最常用的连接技术。但是焊接过程中经常会出现残余应力和变形问题。本文主要对此问题进行分析，并提车有效的控制技术。
关键词：钢结构焊接；残余应力；焊接变形
引言
焊接是钢结构材料的主要连接方法，其具有操作简单、连接快速以及节约钢材等优点，被广泛地应用于钢结构的连接过程中。但是在实际的焊接过程中，钢结构的焊接质量会受到多种因素的影响，当没有将这些不利因素控制在合理范围内，就会导致钢结构的焊接质量发生不同程度的降低，甚至导致其焊接质量不合格，无法满足安全生产的要求。通过对钢结构焊接的整个过程进行系统全面的分析，明确焊接残余应力和变形的形成原因，进而采取有针对性的改善措施，从而确保钢结构的焊接质量符合要求。
1钢结构焊接残余应力的概述
在焊接钢结构焊件时，其中产生的热应力、相变应力以及加工应力完全超过屈服极限，将会导致钢结构焊件在冷却之后产生没有及时消除的应力，这也就是焊接残余应力。在钢结构进行焊接的过程，其将会受到不均匀温度场的影响，造成局部塑性变形问题以及比容不同组织，所以产生了严重的焊接应力与变形问题。在钢结构焊接加工中出现残余应力，可能会造成焊接材料产生变形翘曲的问题，甚至在后期导致焊接部位开裂与应力腐蚀等等一系列问题，从而使钢结构焊接件的使用寿命大大降低，使钢结构焊接的可靠性降低。
2影响焊接应力与焊接变形的主要因素
2.1焊缝横截面积
焊缝横截面积主要是对焊件在焊接过程中，其熔合线范围内金属面积的统称。通常情况下，焊缝面积越大其所形成的焊接残余应力也就越大，主要原因在于焊缝金属在受热后由固态变为液体，在冷却后由液态转化为固态时，体积进行收缩，加之焊缝金属与母材之间存在密切关联性，对此将导致焊缝残余应力与变形问题的产生。由于焊缝横街面积对纵向变形、横向变形、角变形存在的影响相同，因此在板厚相同时，收缩变形与板坡口尺寸存在密切关联性。
2.2焊接方法
通常情况下，所选用的焊接方法不同，在焊接过程中所需要的焊接热量也不同，对此基于不均匀温度场作用，所形成的焊接变形也不同。通常情况下，多层多道焊接产生的焊接头变形要小于单层焊接。主要原因在于：多层多到焊接的单层热输入量要小于一次单层焊接的热输入量，所需加热的范围要小，因此冷却速度相对较快，所产生的收缩变形相应要小，且上一层的焊道会对下一层带来一定的约束作用，进一步减小焊缝变形。
2.3焊缝接头形式
在焊接过程中，当焊缝截面积、热量输入情况等相一致时，不同的接头形式对焊缝变形的影响也不同。就表面堆焊而言，堆焊过程中焊缝金属的横向变形相对较小，原因在于：加热仅存在于焊缝金属表面，焊缝横向收缩过程中会受到板厚、母材等的约束，从而所产生的横向变形相对要小；就对接接头而言，在单焊过程中，由于坡口角度相对较大，在焊接过程中板厚上层收缩量与下层收缩量也存在差异性，对此其所产生的横向收缩变形要大于比堆焊所产生的横向收缩变形。
2.4热源不同
热源对于钢结构的焊接质量也具有十分重要的影响，当采用不同的热源进行焊接操作时，就会导致钢结构在焊接过程中的受热情况不同，进而可能导致钢结构中出现残余应力。在钢结构实际的焊接过程中，当前所采用的热源一般为电能和化学能两种不同的形式，进而在焊接过程中形成电弧焊热源和电子束热源。当焊接钢结构的过程中，所采用的热源之间存在较大差异时，就会导致在钢结构中形成的温度场也具有明显的区别，进而造成焊接后的钢结构中形成残余应力以及发生不同程度的变形。
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3焊接残余应力的控制方法
3.1热处理消除法
热处理是一种非常常用的残余应力控制方法，通过对钢结构的焊接处采取退火处理措施，提高焊接处的受热温度，其加热温度越高所需要的保温时间也越长。在热处理的过程中，要对其加热温度进行科学合理的有效控制，避免加热温度过高，导致钢结构焊接表面发生过度的氧化现象，进而造成钢结构的内部组织结构发生变化，导致其整体性能发生不同程度的降低。通过采取有效的退火处理措施，钢结构内部的残余应力会因为焊接残余应力松弛而释放出去，进而有效消除钢结构内的残余应力。
3.2锤击消除法
锤击消除法是指通过对钢结构的焊接部位进行锤击处理，进而在锤击的外力作用下延展钢结构的焊接部位，这就能够在一定的程度上抵消焊接后所产生的热胀冷缩残余应力，进而有效改善钢结构内部的残余应力状况，提高钢结构的整体性能。在对钢结构进行锤击时，要确保钢结构的焊接位置处受力均匀，避免对同一焊接位置处进行过度的锤击，进而影响锤击效果。此外，严禁对钢结构的焊接根部、盖面焊缝以及焊缝的坡口边缘进行锤击处理，避免造成不良后果。
4焊接变形的控制技术
4.1.合理的控制焊接量
为了避免钢结构在焊接过程中产生残余应力，要对焊接量进行科学合理的控制，在确保整体结构符合安全使用的前提下，尽量减少焊接的使用量。在进行焊接之前，要对需要进行焊接的部位进行系统全面的分析研究、科学布置，尽量减少焊接的使用量，进而对残余应力的产生进行有效控制。对于需要进行焊接的部位，在确保连接牢固的前提下，尽量减少焊缝的尺寸，进而降低焊接对钢结构所造成的影响，从而避免残余应力的形成。
4.2焊接工艺优化
在焊接过程中应适当减小焊缝焊接的拘束度，并对复杂焊接工艺进行分解施工。一般情况下，给予焊接构件的约束力越大，在焊接过程中构件所产生的焊接应力也就越大。对此，在焊接过程中，需根据钢结构实际情况，适当的降低焊缝处的约束力。例如，在对长构件进行焊接时，应避免在组装过程中进行焊缝焊接，同时进行板条拼接时需严格依据拼接工艺要求进行实践操作，并在焊缝焊接过程中，避免不能自行收缩问题的产生。在多大型构件进行焊接时，应根据实际情况对构建进行科学分解焊接，用以提升焊接简便性与准确性。
4.3采用分步装配工艺
随着科学技术与经济的不断发展与推进，机械制造行业得到快速发展，对于我国制造业来说，机械产品的可靠性与质量是长期发展的重要内容。但是由于其设计、生产制造以及使用维护等多方面因素的限制，使得我国产品存在不同程度的失效问题。由于工件焊接工作量大、技术要求高，且在热校正环节中还需要输入大量热伏，即使在工件安装合格之后也会造成工件精度不准确的现象，也就是说工件试装合格也会导致施工现场成品与安装存在一定的误差，这就需要采用一种方式，可以降低结构在整体焊接变形量的装配工艺。
结语
总而言之，焊接是钢结构施工中常用的连接方式，焊接连接具有非常优良的性能，能够适应不同工作条件的要求。但是在钢结构的焊接过程中，如果没有对整个焊接过程进行系统全面的有效控制，就可能导致残余应力的产生和焊接部位发生变形，进而影响到钢结构的焊接质量。通过对钢结构的整个焊接过程进行系统全面的分析研究，并结合焊接的实际情况，采取有针对性的残余应力的控制方法和焊接变形的控制技术，从而确保钢结构的焊接质量符合要求。
参考文献
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[3]何永.如何调控焊接残余变形和焊接残余应力[J].工程技术:引文版，2016（5）：00075.
论文作者:孙志函
论文发表刊物:《基层建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/9/16
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