探究焊接工艺不同对钢结构焊接件残余应力的影响

探究焊接工艺不同对钢结构焊接件残余应力的影响

井瑞

(佳木斯大学材料科学与工程学院2017级焊接技术与工程本科生154000)

摘要：随着钢结构的不断应用，钢结构焊接工艺也在发生在变化，不同的焊接工艺对钢结构的焊接件残余应力会产生不同的作用和影响。本文针对不同的焊接工艺，对钢结构焊接件残余应力的影响及相关的内容进行研究分析。

关键词：焊接工艺、钢构件、焊接件、残余应力

1.引言

钢结构是当前采用最广泛的一种金属材料，因为具有良好的性能，所以被广泛的使用，钢结构焊接构件在焊接的过程中会发生变形等现象，而且钢结构焊接构件残余应力会对整个焊接构件产生严重的影响，不同的焊接工艺会对钢结构焊接构件的残余应力产生不同的影响。本文针对焊接工艺不同对钢结构焊接件残余应力的影响进行研究分析。

２、焊接构件残余应力产生的影响

（1）对焊接构件刚度产生的影响。当外部载荷产生的应力和焊接构件某一区域中的内部应力重叠在一起，并达到构件的屈服点，那么焊接构件的这部分截面将丧失承载外部载荷的能力，进而将构件的有效截面积减小，构件的刚度也会随着发生改变[1]。在构件发生弯曲时，构件内部应力对其刚度产生的影响和焊接焊缝有一定的关系，焊接部分的弯曲应力发生的变化越大对构件刚度产生的影响也将随着增大。

（2）对构件稳定性产生的影响。当外部载荷产生的压应力和焊接构件某内部应力中的压应力重叠在一起，并达到构件的屈服点，构件这部分的截面将失去承受外部载荷的能力，构件的有效面积将减小，并且构件的有效面积分布将发生变化，进而是构件的稳定性发生变化。构件内部应力对构件稳定性产生的影响和构件内部应力的分布有关。

（3）对构件疲劳强度产生的影响。构件内部应力的存在导致载荷应力循环发生偏移，构件的疲劳强度和应力循环有直接的关系，当构件的应力循环平均值发生变化时，其幅值也会发生变化，当构件的应力集中处如果有拉伸内应力，此时构件的疲劳强度将下降。构件应力集中能力越强，其对构件疲劳强度产生的影响越大。

（4）对构件开裂、腐蚀等的影响。焊接构件残余应力会造成构件开裂腐蚀等，主要是因为拉应力和化学腐蚀共同作用，导致焊接构件产生裂缝，在一定的介质和条件下，就会发生腐蚀开裂等。应力腐蚀开裂需要的时间和应力大小有关系，当构件的拉应力越大，其产生腐蚀开裂的时间将越短[2]。

（5）焊接构件残余应力对构件拉伸载荷的影响。刚结束焊接时构件横截面上的残余应力分布见下图2，在近缝区，焊接构件的应力达到屈服应力时，对构件施加应力，应力越大，构件的应力分布越平均，也就是焊接构件残余应力对构件应力的影响很小。

3、不同焊接工艺对钢结构的焊接件残余应力产生不同的影响

对不同焊接工艺的钢结构焊接件的残余应力进行测量采用的方法是盲孔法，也就是在焊接钢结构上钻一个小孔，或者不钻孔，将要测量构件部位的应力进行释放，并在孔周围设置应变计对测量部位应变量进行测量。然后根据弹性力学的原理，将钢结构焊接件残余应力计算出来。钻孔的大小不能影响构件的正常使用，这种盲孔法有非常高的精度，应用较为广泛。

我们以钢结构材料的焊接为例进行焊接残余应力分析研究。

钢结构焊接的环境温度为２５℃，钢结构的焊接件焊接接头坡头、尺寸、焊接。

表2、钢结构焊接件的焊接形式

根据相关的原理和理论得出，在焊接接缝附近的焊接残余应力和焊接构件别处的残余应力相比较大，所以焊缝接缝附近的焊接残余应

力大的地方容易发生裂纹，在完成钢结构焊接之后，在一定的时间内（４８ｈ后），在焊接构件的焊接处选择６个试验点，使得应变片分布在坡口的两侧[4]。在进行盲孔法焊接残余应力计算中，钻孔时，需要保持调压器的电压在５０到６０伏，完成钻孔后，由专业的测量工具、测量仪器对焊接件的残余应力进行测量计算。实验测得的数据如下。

所有的焊接钢结构，其焊接件均存在焊接残余应力，主应力主要存在于δ1和0°之间的夹角为130°到170°之间，这和焊接工艺的单向焊接有关。和钢结构焊接件残余应力的变化见下表。

表3、钢构件焊接件残余应力数值

四个钢结构的焊接平均残余应力为34.65MPa，103.95MPa,242.3MPa,300.6MPa。。焊接电流越小，焊接件的焊接残余应力越小，相反，焊接电流越大，焊接件的焊接残余应力越大，从以上数据的横向比较进行分析，焊接件残余应力的波动和焊接工艺、测量点偏差等有关。在钢结构焊接中手工焊接有很多的影响因素，这些因素是造成焊接残余应力发生波动的主要原因。而焊缝两则受到周围环境的影响不同，在不同程度上形成焊接部位的收缩、拉伸等，在焊缝冷却的过程中发生收缩时会产生一定的拉应力[5]。

从可以以上实验研究中我们可以发现，不同的焊接工艺会对钢结构焊接件残余应力的大小、分布等产生影响。

小结

经过以上进行的不同焊接工艺对钢结构焊接件残余应力的影响，以及焊接残余应力产生的影响进行研究分析，我们知道焊接工艺会影响焊接件残余应力。在焊接的过程中为了将焊接工艺产生的影响减小到最低，需要对焊接电流进行控制，这是减少焊接工艺产生的焊接件残余应力，保证焊接质量的关键点。

参考文献:

[1]贾奎,杨乾慧,冯伟刚.不同焊接工艺钢结构焊接件的残余应力分析[J].浙江建筑.2011(11):63-64

[2]杨乾慧,贾奎,吕荣坤.相同焊接工艺条件下钢结构不同材质焊接件的残余应力分析[J].钢结构.2011(08):72-73