焊接残余应力分析与应对探讨

焊接残余应力分析与应对探讨

白雪飞

大庆油田采油一厂生产保障大队铆焊车间

【摘 要】 在进行钢建筑施工的过程中，焊接是经常用到的一种方式，用来巩固不同零件之间的牢固性，促进整体结构的稳定。在这一过程中，由于焊接工作本身的性质会产生一定的残余应力，并产生相应程度的变形，这对工程整体质量结果会造成一定的影响。文章以此为切入点，找到该问题产生的原因，并相应地提出解决策略。

【关键词】 钢结构； 焊接变形； 残余应力； 控制方法

随着当代建筑行业的不断发展，钢材料的应用范围逐渐拓宽，特别是针对某些大型建筑，钢材料应用十分广泛，同时利用材料来代替传统的焊接技术，也是当前建筑行业发展的一个重要趋势。不同材料之间直接利用螺栓连接，能够有效解决有焊接带来的变形问题，应用效果良好。

1 焊接变形和残余应力

1．1 焊接变形

在焊接工作进行的过程中，会产生较高的温度，材料在此影响下难免产生一定程度的变形，这是焊接变性产生的最主要原因。该变形倾向主要表现为两个方面，一种表现是受热后瞬间变形，而冷却后能够恢复原状，另一种则是较为长时间的变形，基本上可以等同于永久变形，使材料无法再次得到应用。

1．2 残余应力

残余应力主要出现在焊接部位以及受到焊接作用影响的部分区域，残余应力的存在会对结构的承重能力产生消极影响，有可能出现裂开等问题。一旦存在有一定量的残余应力，在结构层中的过程中就极有可能超过结构的承重限度，从而导致开裂。且部分结构的开裂有可能导致整体结构的失衡，由此产生较大的经济损失。

2 减小焊接变形和残余应力的方法

2．1 焊接变形的控制

2．1．1 合理的焊接方法

焊接方法对焊接效果有着直接的影响，从能量密度角度来说，通过提升焊接密度的方式，能够增强结构的稳定性，降低结构在后期出现开裂的可能性。若在焊接过程中降低温度，则能够在一定程度上控制结构的变形程度，但焊接效率也会有所降低，为此可以依据实际情况，适当选择跳焊等方式进行弥补。

2．1．2 刚性固定法

通过在焊接工作进行前做好准备工作的方式，也能够增强结构的稳定性。在正式开始焊接前稳固结构，对刚度进行适量调整，特别是对刚度本身较小的构件而言，增加刚度能够有效减少焊接过程中产生的变形问题，有效缓解波浪变形等现象。但需要注意的是，这样的方法增加了焊接盈应力。

2．1．3 反变形法

通过上面的论述可以得知，在焊接过程中，结构容易出现一定程度的变形，而想要减少这样的变形情况，还可以通过在进行焊接工作前将结构进行反向预变形的方式，尽量将预变形大小调整至与可能出现的变形大小相一致，从而在焊接过程中使结构基本达到原始状态。但这样的方法仅在理论层面较为简单，而实际操作中很难控制预变形的具体形态。

2．1．4 散热法

想要减少材料的变形程度，也可以通过降低温度的方式，在焊接部位放置铜版或者隔水散热，降低焊接处的温度，来减少材料可能出现的变形问题。但在使用过程中要注意淬火倾向的材料，快速散热的方式有可能导致其出现裂缝，同样不利于结构的整体稳定性。

2．2 残余应力的控制

2．2．1 热处理法

该方法是指，通过人为加热的方式使材料缓慢升温，并使该温度保持一段时间，再通过相应的手段进行降温处理。这样做的目的在于，通过温度的变化来调整钢材内部屈服应力和残余应力的大小关系，以温度升高而屈服应力降低的基本原理，通过先升温后降温的方式来减少材料中存在的残余应力。另外，在这一过程中，钢材内部的应力的变化也会导致其出现一定的蠕变，在这一过程中残余应力能够进一步减少。但需要注意的是，这样的做法并不能够100%消除钢材内部的残余应力，且升温和保温的过程中需要消耗较多的能源。

2．2．2 振动时效法

这一方法是指人为在外界施加力量，使外部振动员和结构达到同样的振动效果，以此在结构内部产生振动应力，该应力与材料内部的其他类型应力作用的过程中消耗残余应力。这样的方法消除率较低，通常情况下清除率为30%—50%，尽管效率不是很高，但该方法操作简单，在工程中也得到了较为广泛的应用。

2．2．3 豪克能法

这一方法是消除残余应力效率最高的一种方法，一般来说能够达到百分之80—100%，应用效果良好。其具体操作流程为：利用大功率豪客能工具，作用于结构表面，使表面产生较大的塑性变形，也就能够较好的消耗残余应力，且这一过程能够提高结构的抗皮劳度，有着一举两得的功效。

3 结束语

从原因出发来寻找解决策略，能够提高策略的科学性与有效性。文章分析了焊接变形和残余应力产生的原因，并以次为基础提出解决策略，对加强钢材结构的稳定性提供有益建议，减少焊接处出现裂缝的可能性，使结构整体能够在质量上实现进一步提升。

参考文献

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作者简介：白雪飞 ，男 ，1986年1月24日出生，汉族，黑龙江省大庆市，2009年毕业于大庆石油学院（成人自考） 石油工程专业，技术员，现在大庆油田采油一厂生产保障大队铆焊车间工作。