建筑钢结构焊接变形控制分析马夫成

建筑钢结构焊接变形控制分析马夫成

马夫成

山东天元安装工程有限公司山东临沂276000

摘要：在建筑钢结构行业中，焊接作为至关重要的应用技术，其应用的范围非常广泛，具有许多显著的优势，但是也具有一定的缺陷，建筑钢结构焊接的残余应力和焊接中出现的变形问题。在建筑钢结构焊接作业中，如果出现钢材结构的温度不均匀，就会导致钢材结构出现许多焊接残余应力，从而造成焊接的建筑钢结构产生变形以及开裂问题，影响了建筑钢结构焊接施工质量。本文主要针对建筑钢结构焊接作业中残余应力产生的原因进行了深入分析，并对残余应力的影响展开了探讨，并提出了控制建筑钢结构残余应力和变形的方法。

关键词：建筑钢结构；焊接；残余应力；变形

一、建筑钢结构焊接残余应力的概述

1.1焊接残余应力的介绍

在焊接建筑钢结构焊件时，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，将会导致建筑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。在建筑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。在建筑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，从而使建筑钢结构焊接件的使用寿命大大降低，使建筑钢结构焊接的可靠性降低。在测量建筑钢结构焊接应力时，可以采用中子衍射、X射线衍射、小孔法、轮廓法、盲孔法等多种方法，进而了解建筑钢结构焊接连接的稳定性和强度。

1.2建筑钢结构焊接中残余应力产生的原因

目前，在工业化社会发展进程中，建筑钢结构焊接加工技术在各行各业中得到广泛应用，在建筑钢结构焊接加工中容易产生各种残余应力，这些残余应力出现的主要原因在于受热不均匀，所以会导致建筑钢结构焊接中出现纵向或者横向残余应力。同时，在建筑钢结构焊接加工中出现残余应力，也受到其它多方面因素的影响，主要表现为以下几个方面：

（1）建筑钢结构材料性能以及力学性能不达标

在建筑钢结构焊接加工中，由于建筑钢结构材料接受的焊接加热温度不均匀，所以出现了横向或纵向梯度的残余应力，而出现焊接加热温度不均匀的现象主要受到这样几方面因素的影响，首先，不同的金属材料建筑钢结构对于温度感应具有各种不一样的反应，所以会导致比热容出现变化，引发建筑钢结构焊接部位结构产生变化。同时，在建筑钢结构焊接加工中，焊接位置的密度、导热系数、热膨胀系数以及密度等等因素也会产生较大的影响，从而使建筑钢结构材料焊接受热不均匀，从而出现大量的残余焊接应力。

（2）热源不同也会导致焊接残余应力产生

对于建筑钢结构焊接加工而言，热源起到重要的作用，但是焊接热源不一样，也会出现不一样的焊接残余应力。一般在金属焊接过程中，使用电能、化学能作为焊接热源，从而产生电弧焊热源以及电子束热源。当建筑钢结构焊接中应用的热源存在较大的差异，就会导致温度场表现出差异，最终出现不同的焊接残余应力，使建筑钢结构焊接出现各种不同的变形情况。

二、建筑钢结构焊接残余应力对建筑钢结构材料造成的影响

通过对建筑钢结构焊接加工产生残余应力的原因进行深入分析，在建筑钢结构焊接加工中出现残余应力，将会对钢接材料的性能产生这样几点影响：

（一）稳定性

在建筑钢结构焊接加工中，保证建筑钢结构的稳定性至关重要，这也是为了提高建筑钢结构焊接加工质量。如果建筑钢结构的稳定性没有满足相关质量标准，那么将会导致建筑钢结构构成的质量较低，无法满足应用要求。在建筑钢结构焊接加工中出现残余应力，将会导致焊接部位出现变形问题，无法保证建筑钢结构的稳定性，而且会在应用中出现严重的问题。

（二）疲劳强度

在建筑钢结构焊接加工中，疲劳强度主要指的是使用寿命，通过检测疲劳强度，能够了解建筑钢结构的整体质量。钢结构疲劳强度主要为性能不出现变化的时间长短，当刚接焊接残余应力扩大之后，将会影响建筑钢结构的疲劳强度，甚至降低建筑钢结构材料的使用寿命，使建筑钢结构材料出现报废状态，无法正常应用。

（三）强度和刚度问题

从一定意义上来看，在建筑钢结构进行焊接加工时，焊接部位的强度必然会受到影响，在焊接残余应力的影响作用下，将会导致焊接部位呈现薄弱的状态，进而降低焊接部位的强度。如果无法确保焊接结构的整体强度提高，将会对整个建筑钢结构的整体质量造成影响，使建筑钢结构变得非常脆弱，影响整体性能。与此同时，在建筑钢结构材料进行焊接时，焊接部位受到外力的影响，将会导致焊接部位出现弯曲问题，在建筑钢结构进行机械生产时，其中的残余应力将会导致焊接结构出现比较松散的状态，影响了建筑钢结构的整体刚度。

（四）裂缝问题

在建筑钢结构焊接加工中，如果产生较大的残余应力，将会导致焊接结构中出现裂缝问题，裂缝没有及时进行处理，破坏程度也将逐渐扩大，最终使整个建筑钢结构零部件出现开裂问题。

三、建筑钢结构焊接残余应力以及变形控制的方法

3.1控制建筑钢结构焊接残余应力的方法

在建筑钢结构焊接加工中，受到残余应力的影响，将会导致建筑钢结构焊接的整体质量降低，为了有效控制残余应力，提高建筑钢结构焊接加工质量。可以选择应用这样几种方法：

（1）采用焊接热处理法

其主要利用退火处理技术，使焊接受热的温度不断提高，从而有效延长保温时间，避免出现冷热不均匀的问题。但是在应用这一技术时，需要把温度控制在合理的范围内，一旦焊接的温度太高，就可能会造成建筑钢结构氧化过重的问题。

（2）应用锤击消除法

在建筑钢结构焊接中应用锤击消除法，主要在焊接加工完成之后，需要应用水锤敲击焊接的位置，这样能够使焊接的位置保持延展，从而消除热胀冷缩反应中产生的残余应力，防止建筑钢结构材料产生变形的问题。但是在锤击焊接部位时，必须确保母材受力均匀。

（3）振动消除法。

随着科学技术的快速发展，在当前的建筑钢结构焊接加工中，主要采用振动消除法，来有效消除焊接残余应力。振动消除法的处理时间非常短，能够降低加工成本，不会产生氧化过重的问题。其中使用的激振器中包含了偏心轮以及变速马达，所以能够让焊接结构中出现共振循环反应，进而导致内应力逐渐降低。

3.2控制建筑钢结构焊接变形的方法

在建筑钢结构焊接加工中，为了有效控制建筑钢结构焊接变形的问题，首先需要严格控制焊接量，避免焊接残余应力出现。在建筑钢结构材料焊接加工前必须做好充足的准备工作，深入了解和分析建筑钢结构的基本特征，焊缝的尺寸需要进行严格管理，母材不能进行焊缝。其次，在建筑钢结构焊接中需要合理调整焊接工艺次序，对于不必要的焊接次序需要进行优化调整，如果建筑钢结构的收缩量比较大，那么需要提前焊接，然而继续焊接长直缝，只有遵循先大后小的原则，才能避免残余应力。最后，在先进的科学技术支撑下，可以不断改善焊接技术，加强应用全新的焊接技术。

结束语：

总而言之，在科学技术快速发展的推动下，为了有效控制建筑钢结构焊接残余应力与变形问题，需要加强应用先进的操作技术，注重保护建筑钢结构的强度、刚度与稳定性，延长使用寿命，减少裂缝问题，才能促进建筑钢结构焊接加工朝着精细化发展。

参考文献：

[1]李宝文.浅析建筑钢结构焊接变形控制分析[C]//课堂教学改革专题研讨会.2017.

[2]韩路路.建筑钢结构焊接变形的原因分析及其控制[J].引文版：工程技术，2015（42）：125-125.

[3]李希锋，郝兵.浅谈建筑钢结构焊接变形的控制措施[J].商品与质量，2017（42）.