摘要：鋼結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代建筑中應(yīng)用的越來越多，焊接應(yīng)力對焊接產(chǎn)生的影響越來越大，通過對焊接應(yīng)力的產(chǎn)生原因進行分析，找準正確的解除方法，才能夠減少焊接應(yīng)力和變形，提高焊接質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu) 應(yīng)力 脆性斷裂 去除

1.鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

鋼結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代建筑中應(yīng)用的越來越多，焊接工作做為鋼結(jié)構(gòu)中的重要工藝它直接關(guān)系到工程質(zhì)量的好壞和結(jié)構(gòu)的安全，T形結(jié)構(gòu)焊接是H型鋼生產(chǎn)工藝的重要部分，T型結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量嚴重影響H型鋼的質(zhì)量，也在鋼結(jié)構(gòu)制造中起著非常重要的作用，廣泛的應(yīng)用于焊接結(jié)構(gòu)各領(lǐng)域（廣泛用于建筑鋼結(jié)構(gòu)梁、柱、承重支架、高速公路擋板支架等），目前影響焊接質(zhì)量的關(guān)鍵因素是焊接應(yīng)力，焊接應(yīng)力形成后導(dǎo)致的焊接變形是形成各種焊接裂紋的重要因素，又是造成熱應(yīng)變脆化的根源， 焊接應(yīng)力在一定條件下還會嚴重影響焊件的強度、剛度、受壓時的穩(wěn)定性、加工精度和尺寸穩(wěn)定性等。

2.焊接應(yīng)力分析

焊接應(yīng)力的產(chǎn)生是由于焊縫區(qū)受熱膨脹，而周圍的母材還處于冷態(tài)或加熱溫度不高，因而對焊縫區(qū)的膨脹起約束作用。焊接線能量輸入越大，試樣所得到的熱量越多，其溫度越高，隨著焊接線能量的增大，遠離焊縫的位置所得到的熱量也越多，溫度也越高，受到應(yīng)力也越大；一般情況下焊接殘余應(yīng)力是由多種因素交互作用的結(jié)果，通常焊縫附近是急速被加熱到高溫狀態(tài)，達到這一溫度的焊縫區(qū)急劇膨脹，熱膨脹受到周圍金屬的約束，將產(chǎn)生很大的壓縮；在冷卻過程中，已發(fā)生塑性變形的這部分材料又受到周圍條件的制約，而不能自由收縮，在不同程度上被拉伸形成拉應(yīng)力；與此同時，熔池凝固，形成的焊縫金屬冷卻收縮受阻時也將產(chǎn)生相應(yīng)的拉應(yīng)力，焊接應(yīng)力分以為縱向焊接應(yīng)力，橫向焊接應(yīng)力，厚度方向的焊接應(yīng)力。

2.1縱向焊接應(yīng)力

縱向焊接應(yīng)力就是平行于焊縫長度方向的應(yīng)力。在施焊時 ，鋼板中會產(chǎn)生不均勻的溫度場 ，從而產(chǎn)生不均勻的膨脹。如果鋼板的縱向纖維都能自由伸縮 ，則纖維的縱向伸長也將按溫度分布曲線的規(guī)律變化 ，由于鋼板是整體的 ，原平面截面變形后仍保持平面。故施焊時 ，整個平截面只能產(chǎn)生均勻的伸長 ，在靠近焊縫一側(cè)高溫區(qū)受到熱壓力作用 ，而在遠離焊縫一側(cè)受到熱拉應(yīng)力的作用 ，施焊完畢 ，焊件自然冷卻 ，鋼板截面開始收縮 ，在近焊縫區(qū)段產(chǎn)生拉應(yīng)力 ，在稍遠區(qū)段產(chǎn)生壓應(yīng)力。

2.2橫向焊接應(yīng)力

橫向焊接應(yīng)力的方向與焊縫長度垂直 ，產(chǎn)生橫向焊接應(yīng)力的原因可分為焊縫的縱向收縮和橫向收縮兩個方面。施焊時 ，由于焊縫的縱向收縮兩塊對焊鋼板有相向彎曲的趨勢 ，但焊縫已將其連成整體 ，這樣使得兩塊板沿焊縫長度方向中部產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力 ，兩端產(chǎn)生壓應(yīng)力。冷卻時 ，由于焊縫先后冷卻時間不同 ，先焊的先冷卻凝固 ，存在一定強度 ，阻止了后焊的焊縫在橫向的自由膨脹 ，使其產(chǎn)生橫向壓縮變形。后焊的焊縫冷卻時 ，橫向收縮受到阻止 ，而產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力 ，而先焊部分則產(chǎn)生橫向壓應(yīng)力。

3.焊接應(yīng)力的危害主要包括以下方面：

3.1 對結(jié)構(gòu)剛度的影響

當外荷載產(chǎn)生的應(yīng)力與結(jié)構(gòu)中焊接應(yīng)力疊加之和達到屈服點對這一區(qū)域的材料就會產(chǎn)生局部塑性變形，表示了進一步承受荷載的能力造成結(jié)構(gòu)的有效截面積減少，結(jié)構(gòu)的鋼度也隨之降低。

焊接結(jié)構(gòu)中焊縫及其附近區(qū)域的縱向拉伸殘余應(yīng)力一般都可達到或接近屈服極限，如果外載產(chǎn)生的拉應(yīng)力與殘余應(yīng)力相疊加超過屈服極限，則其變形就要比沒有內(nèi)應(yīng)力或者內(nèi)應(yīng)力較低時大，并會發(fā)生局部屈服；當卸載時，其回彈量少于加載時的變形量，構(gòu)件不能恢復(fù)到原始尺寸。經(jīng)過第一次加載后內(nèi)應(yīng)力會下降，隨后的加載載荷只要不超過第一次，應(yīng)力之和也就不大于s，整個加載過程只在彈性范圍內(nèi)進行，卸載后不會產(chǎn)生新的殘余變形。這種現(xiàn)象會降低構(gòu)件的剛度，例如梁形焊接構(gòu)件。

結(jié)構(gòu)受彎曲時內(nèi)應(yīng)力對剛度的影響與焊縫的位置有關(guān)，焊縫所在的部位的彎曲應(yīng)力越大，其影響就越大。

3.2對靜承載能力的影響

當靜載拉伸載荷作用于存在殘余應(yīng)力的焊件上，則在外載與內(nèi)應(yīng)力的方向一致的區(qū)域中進行應(yīng)力疊加，使應(yīng)力值不斷升高。當疊加應(yīng)力值達到屈服值時，根據(jù)材料拉伸特性曲線，其應(yīng)力出現(xiàn)平臺不再升高，但是其變形量將繼續(xù)增加，直至整個焊接界面應(yīng)力均勻化后才出現(xiàn)應(yīng)力值升高直至斷裂。因此，存在殘余應(yīng)力的焊件并不會由于外載增加而使局部區(qū)域提前斷裂。

3.3對結(jié)構(gòu)脆性斷裂的影響

在實際構(gòu)件中，若高強度鋼的韌性較低，焊接接頭處的缺陷會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的低應(yīng)力脆性斷裂，，斷裂評定必須考慮拉伸殘余應(yīng)力與工作應(yīng)力的共同作用的影響，應(yīng)引入應(yīng)力強度修正系數(shù)。若裂尖處于焊接殘余拉應(yīng)力范圍內(nèi)，則缺陷尖端的應(yīng)力強度增大，；裂紋趨于擴展，直至裂紋尖端超出殘余拉應(yīng)力范圍。隨后，裂紋有可能停止擴展或繼續(xù)擴展，這將取決于裂紋長度、應(yīng)力強度和結(jié)構(gòu)運行環(huán)境溫度。焊接應(yīng)力只分布于局部區(qū)域，對裂紋的影響也局限于這一范圍。

3.4對應(yīng)力腐蝕的影響

在應(yīng)力和腐蝕的共同作用下會形成應(yīng)力腐蝕，促使裂紋的形成、發(fā)展直至快速擴展造成斷裂。一些焊接構(gòu)件工作在有腐蝕介質(zhì)的環(huán)境中，除外載的工作應(yīng)力外，焊接殘余應(yīng)力本身也引起應(yīng)力腐蝕開裂。這是在拉應(yīng)力與化學(xué)共同作用下發(fā)生的，殘余應(yīng)力與工作應(yīng)力疊加后的拉應(yīng)力值越高，應(yīng)力腐蝕開裂所需的時間就越短。選擇對待定的環(huán)境和工作介質(zhì)有良好抗腐蝕性的材料，以及對焊接構(gòu)件進行消應(yīng)力處理，都可以提高構(gòu)件的抗應(yīng)力腐蝕能力。

3.5對構(gòu)件精度和尺寸穩(wěn)定性的影響

為保證構(gòu)件的設(shè)計技術(shù)條件和裝配精度，某些焊接構(gòu)件在焊后要進行機械加工。一部分材料從焊件上被切除時，此處的內(nèi)應(yīng)力也隨之釋放，使構(gòu)件中原有的殘余應(yīng)力場失去平衡而重新分布，引起構(gòu)件變形。這類變形往往是在機械加工后松開夾具后才充分顯示出來，影響構(gòu)件精度。

此外，焊接構(gòu)件中的殘余應(yīng)力隨時間的延長會緩慢變化而重新分布，發(fā)生應(yīng)力松弛，同時焊件尺寸也產(chǎn)生相應(yīng)的變化，影響到構(gòu)件的精度和尺寸穩(wěn)定性。不同的材料會引起不一樣的殘余應(yīng)力松弛，對結(jié)構(gòu)的精度和尺寸穩(wěn)定性影響也不一樣。

控制焊接應(yīng)力的主要措施包括加熱減應(yīng)區(qū)、預(yù)熱方法焊接、錘擊焊縫、降低焊縫的拘束度等方法。

4.焊接應(yīng)力去除方法

對于焊接應(yīng)力的測量現(xiàn)在主要包括機械釋放測量法和非破壞性測量法兩種。機械釋放測量法包括鉆孔法、切條法、逐層銑削法等，非破壞性測量方法包括、X射線衍射法、中子衍射法、磁性法：、超聲波法、電子散斑干涉法、金屬磁記憶法。除了以上測量方法外， 近年來有一批新的測試技術(shù)應(yīng)用而生， 如用屈服條件確定殘余應(yīng)力，無損電測法， 脆性涂層法， 云紋法， 反向疊加應(yīng)力法， 熱評估法， 硬度法， 數(shù)字散斑法以及壓良疊加應(yīng)力測量法等， 有時也可根據(jù)具體情況將各種測試方法綜合起來應(yīng)用。

5.結(jié)語

通過分析焊接線能量對鋼結(jié)構(gòu)的焊接應(yīng)力的影響，分析其焊接應(yīng)力的變化規(guī)律，從而找出焊接應(yīng)力與焊接變形的關(guān)系，掌握了焊接應(yīng)力與變形的規(guī)律、作用與影響，采取措施控制或消除焊接應(yīng)力與變形，對于焊接結(jié)構(gòu)的的完整性設(shè)計和制造工藝方法的選擇以及運行中的安全評定等是十分重要的。

參考文獻

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