钢结构焊接残余应力及变形控制分析

钢结构焊接变形控制措施摘要：本文将从钢结构焊接变形的原因入手，介绍钢结构焊接变形的特点和影响，然后探讨钢结构焊接变形的控制措施，包括预制件的设计、焊接工艺的优化、焊接变形的补偿和控制等方面。

通过对这些控制措施的分析和总结，可以为钢结构焊接变形的控制提供一些有益的参考和借鉴，为钢结构的质量和安全性提供保障。

关键词：钢结构；焊接；变形控制；措施焊接过程中由于存在着很多不确定因素，如焊接位置、焊接工艺、焊接顺序以及各种外力的作用等，这些因素会使工件的变形受到抑制和限制，但也会使工件产生变形。

在整个过程中，任何一个环节出了问题，都会使最终的结果偏离设计的要求。

因此，在焊接过程中要采取各种措施来控制焊接变形。

1.反变形法反变形法是利用焊接热过程中工件的局部收缩来抵消或减小焊接件的变形。

这种方法能有效地控制焊接件的变形，是目前最常用的一种控制焊接变形的方法。

（1）反变形法在生产中应用广泛，一般是在钢结构构件上预先留有加工余量，焊接时尽量采用与留有加工余量相同的焊接顺序和焊后反变形的方法来补偿焊后构件的变形。

（2）在结构设计时，充分考虑到结构尺寸与受力情况，尽可能减少结构中过大的不合理尺寸。

例如：为控制梁侧弯，应尽量少设梁高；为控制焊缝收缩变形，应尽量减少焊缝长度和数量；为控制板厚方向产生挠曲，应尽量减少板厚尺寸；为减少角焊缝对整体应力的影响，应尽量缩短角焊缝长度等。

（3）在构件拼装前，用机械方法进行反变形或人工反变形。

例如：在装配前将构件通过调整使其发生一定程度的弯曲或扭转变形，待安装完毕后再恢复到原来的形状。

这种方法适用于尺寸精度要求不高且焊缝数量不多的构件。

（4）采用多道焊接方法。

此法适用于在大厚度上对称焊接要求较高的结构。

2.刚性固定法刚性固定法是指通过合理地安排钢结构构件的焊接顺序和焊接方向，使构件在焊缝上产生的拉应力、压应力和焊后残余变形的方向相反，并通过各种约束措施限制变形的一种方法。

在焊接过程中，我们应该把钢结构构件分为两部分：第一部分是纵向焊缝，第二部分是横向焊缝。

钢结构工程焊接应力与变形差生的危害及采取的措施随着“绿色建筑”理念的推广，以钢结构件为主体框架结构结合复合砌筑体结构已成为一种必然趋势，因为以钢结构为主的框架结构的回收利用性有效避免钢筋混凝土结构建筑垃圾的产生，具有可持续性。

由于钢结构工程的特有型，焊接作业时钢结构工程最重要的工序之一，而焊接应力及焊接变形产生是影响钢结构安全性及可靠性的重要因素。

本文着重对焊接应力及焊接变形的危害及所采取的对应措施进行分析。

一、焊接应力与变形产生机理焊接热输入引起材料不均匀局部加热，使焊缝区熔化，而熔池毗邻的高温区材料的热膨胀则受到周围材料的限制，产生不均匀的压缩塑性变形。

在冷却过程中，已发生压缩塑性变形的这部分材料又受到周围材料的制约，不能自由收缩，在不同程度上又被拉伸而卸载，与此同时，熔池凝固，金属冷却收缩也产生了相应的收缩拉应力和变形。

这种随焊接热过程而变化的内应力场和构件变形，称为瞬态应力与变形。

而焊后，在室温条件下，残留于构件中的内应力场和宏观变形称为焊接残余应力与焊接残余变形。

焊接残余应力和变形，严重影响焊接构件的承载力和构件的加工精度，应从设计、焊接工艺、焊接方法、装配工艺着手降低焊接残余应力和减小焊接残余变形。

二、焊接残余应力的危害及降低焊接应力的措施1．焊接残余应力的危害影响构件承受静载能力；影响结构脆性断裂；影响结构的疲劳强度；影响结构的刚度和稳定性；易产生应力腐蚀开裂；影响构件精度和尺寸的稳定性。

2．降低焊接应力的措施(1)设计措施尽量减少焊缝的数量和尺寸，在减小变形量的同时降低焊接应力；防止焊缝过于集中，从而避免焊接应力峰值叠加；要求较高的容器接管口，宜将插入式改为翻边式。

(2)工艺措施采用较小的焊接线能量，减小焊缝热塑变的范围，从而降低焊接应力；合理安排装配焊接顺序，使焊缝有自由收缩的余地，降低焊接中的残余应力；层间进行锤击，使焊缝得到延展，从而降低焊接应力；焊接高强钢时，选用塑性较好的焊条；预热拉伸补偿焊缝收缩（机械拉伸或加热拉伸）；采用整体预热；降低焊缝中的含氢量及焊后进行消氢处理，减小氢致集中应力。

浅谈焊接残余应力控制措施及消除方法摘要：文章主要阐述了焊接结构在焊接过程中产生的残余应力及应力的消除方法，主要说了焊接残余应力的分布、焊接残余应力施工中的控制、焊后消除焊接应力的方法。

关键词：焊接残余应力控制措施消除方法前言随着焊接技术的迅速发展，在短短的几十年中焊接已是工业技术中的重要方法之一。

如建筑钢结构、压力容器、船舶、车辆等中几乎全部用焊接代替了铆接。

部分过去一直用整铸整锻方法生产的大型毛坯也改成了焊接结构，焊接技术不仅大大减化了生产工艺，而且还降低了很多成本。

但是实际焊接中也存在不少问题，如焊接的内应力、焊接结构的变形、焊接结构的脆性断裂、焊接结构的疲劳强度等都直接影响着焊接的质量。

本文就对焊接残余应力进行具体分析。

一、焊接残余应力的分布在厚度不大（δ<15-20mm）的常规焊接结构中，残余应力基本上是双轴向的，厚度方向上的应力很小。

只有的大厚度的焊接结构中，厚度方向的应力才比较大。

焊接应力分别有焊缝方向的纵向应力、垂直焊缝方向的横向应力和厚度方向的应力。

二、焊接残余应力施工中的控制在焊接过程中采用一些简单的工艺措施往往可以调节内应力，降低残余内应力的峰值，避免在大面积内产生较大的拉应力，并使内应力分布更为合理。

这些措施不但可以降低残余应力，而且也可以降低焊接过程中的内应力。

因此有利于消除焊接裂纹。

现在把这些措施分述于后：1、采用合理的焊接顺序和方向尽量使焊缝能自由收缩，先焊收缩量比较大的焊缝。

如带盖板的双工字钢构件，应先焊盖板的对接焊缝，后焊盖板和工字钢之间的角焊缝，使对接焊缝能自由收缩，从而减少内应力。

先焊工作时受力较大的焊缝，如在工地焊接梁的接头时，应先留出一段翼缘角焊缝最后焊接，先焊受力最大的翼缘对接焊缝，然后焊接腹板对接焊缝，最后再焊接翼缘角焊缝。

这样的焊接次序可以使受力较大的翼缘焊缝预先承受压应力，而腹板则为拉应力。

翼缘角焊缝留在最后焊接，则可使腹板有一定的收缩余地，同时也可以在焊接翼缘板对接焊缝时采取反变形措施，防止产生角变形。

钢结构焊接中常见缺陷及控制方法摘要：在项目上钢结构的焊接中经常性的会出现一些缺陷，这些缺陷的存在对我们的工程质量造成不可忽视的后果，并且频繁性的对缺陷的修补和返工使工程工期拖延、对工程人材机造成巨大的浪费，因此对工程的过程中控制显得极为重要，下面结合工程实际介绍一下钢结构焊接中常见缺陷以及产生原因和控制方法，让我们在实际工程中对这些常见缺陷加深了解，进而达到指导控制减少缺陷出现的目的。

关键词：外观缺陷；气孔；夹渣；裂纹；未焊透；未融合钢焊缝常见缺陷包括：外观缺陷、气孔、夹渣、裂纹、未焊透、未融合。

外观缺陷：外观缺陷是指不借助仪器，用肉眼可以发现的工件表面缺陷。

常见的外观缺陷有咬边、焊瘤、凹陷及焊接变形等，有时还有表面气孔和表面裂纹。

单面焊的根部未焊透也位于焊缝表面。

咬边：产生的主要原因是电弧热量太高，即电流太大，运条速度太小。

焊条与工件间角度不正确，摆动不合理，电弧过长，焊接次序不合理等也会造成咬边。

直流焊时电弧的磁偏吹也是产生咬边的一个原因。

某些焊接位置（立、横、仰）会加剧咬边。

咬边减小了母材的有效截面积，降低结构的承载能力，同时还会造成应力集中，发展为裂纹源。

矫正操作姿势，选用合理的规范，采用正确的运条方式都有利于消除咬边。

在角焊中，用交流焊代替直流焊也能有效防止咬边。

焊瘤：焊缝中的液态金属流到加热不足未熔化的母材上或从焊缝根部溢出，冷却后形成未与母材熔合的金属瘤即为焊瘤。

防止焊瘤的产生的措施：使焊缝处于平焊位置，正确选用规范，选用无偏芯焊条，合理操作。

凹坑：凹坑指焊缝表面或背面局部的低于母材的部分。

防止凹坑产生的措施：施焊时尽量选用平焊位置，选用合适的焊接规范，收弧时让焊条在熔池内短时间停留或环形摆动，填满弧坑。

未焊满：未焊满是指焊缝表面上连续的或断续的沟槽。

防止未焊满的措施：加大焊接电流，加焊盖面焊缝。

烧穿：烧穿是指焊接过程中，焊深超过工件厚度，熔化金属自焊缝背面流出，形成穿孔性缺陷。

防止烧穿的措施：选用较小电流和合适的焊接速度，减小装配间隙，在焊缝背面加设垫板，使用脉冲焊，能有效地防止烧穿。

试析焊接残余应力对钢结构性能的影响作用作者张红随着社会经济及科学技术的发展，钢结构以其材料强度高、自重轻、延性及抗震性好、工业化程度高、施工速度快等多个优点在现代化建设中得到了广泛的应用。

钢结构是利用钢材设计制作成构件后通过一定的连接方式将构件连接形成的，焊接是常用的钢构件连接方法，焊接过程中产生的焊接残余应力对钢结构有着较大的影响，是实际工程中需关注的主要问题之一。

1焊接残余应力的产生原因焊接残余应力产生的主要原因是焊接过程中的局部不均匀热输入。

按应力分布形式分以下三种：1.1纵向残余应力沿焊缝长度方向的残余应力称为纵向残余应力（如下图1）,钢材焊接是一个不均匀的加热和冷却过程，在焊接时，温度很高的焊缝及其附近区域和温度较低的临近区域会产生不均匀的温度场，进而产生不均匀的膨胀，低温度区的钢材膨胀小，限制高温度区钢材膨胀，产生热塑性压缩，冷却时，焊缝两侧钢材又会限制塑性压缩引起的焊缝缩短，产生纵向拉应力，由于焊接残余应力是一种内应力，无荷载作用，需要在焊件内部自相平衡，从而导致焊件上距焊缝稍远产生压应力。

图1纵向残余应力分布图2横向残余应力分布1.2横向残余应力横向残余应力是指垂直于焊缝方向的残余应力（如上图2）,受到塑性压缩焊缝的纵向收缩可使焊缝两侧的钢板形成反向弯曲变形，在两块钢板间会产生横向的拉应力，同时钢板的两端形成压应力；焊接时，焊缝焊接的先后顺序不同，先焊接的焊缝先凝固，可限制后焊接焊缝的膨胀，引起横向塑性压缩变形，冷却时，先焊接已凝固的焊缝限制后焊接焊缝的收缩形成横向拉应力，同时最后焊接的焊缝末端产生拉应力，两块钢板间的横向拉应力及两端的压应力与先焊接焊缝的横向拉应力及焊缝末端的拉应力合成最终形成焊缝的横向应力。

1.3沿厚度方向的残余应力焊件采用厚钢板时，焊接时需要多层施焊，由于焊接时不同厚度方向的温度分布不均匀，冷却时表面冷却较中间快，可在焊缝中间层形成拉应力，在外层形成压应力，从而形成除纵向和横向残余应力外的沿厚度方向的残余应力。

建筑钢结构焊接残余应力的有限元预测与控制3篇建筑钢结构焊接残余应力的有限元预测与控制1建筑钢结构焊接残余应力的有限元预测与控制建筑钢结构作为施工中常用的一种结构材料，在工程中扮演着至关重要的角色。

随着工程结构的不断复杂化和精度的提高，建筑钢结构在建设中所遭受的挑战也越来越多。

其中，建筑钢结构焊接残余应力的问题已经成为制约其使用的重要性问题之一。

焊接残余应力会导致结构失去平衡、刚度降低、易发生疲劳断裂和变形，甚至引发塑性坍塌等重大事故，因此建筑钢结构焊接残余应力的预测与控制显得十分必要。

有限元方法是当下理论分析的一种重要方法，它将一个复杂的结构分割成有限个单元，用数学模型对每一个单元进行分析。

通过运用计算机模拟技术，可以对建筑钢结构焊接残余应力进行有限元模型计算，既能够确定焊接残余应力的大小和分布情况，也可通过改变焊接工艺和条件的相应参数，从而实现焊接残余应力的控制的目的。

建筑钢结构焊接残余应力的预测与控制，离不开正确的计算方法和理论支持。

首先需要标准化设计和施工操作，遵守焊接规范和标准，保证焊接工艺符合设计和建设要求。

同时还应根据工程实际情况进行参数分析和优化设计，确保结构牢固、稳定，最大程度地减少焊接残余应力对建筑钢结构的危害。

对于建筑钢结构的设计者和工人而言，掌握一定的实际技能及理论知识显得尤为重要。

他们需要对材料的物理特性和焊接工艺进行充分了解，熟练掌握相关的计算方法和理论，从而能在实践中发挥更大的作用。

在建筑钢结构施工过程中，应配备专业焊接技术人员，使用适当的材料和设备，采用有效的检测和控制措施，来降低建筑钢结构焊接残余应力的风险。

总之，建筑钢结构焊接残余应力的有限元预测和控制是现代建筑工程中一项非常重要的技术，它对于保障人民生命财产安全起到了至关重要的作用。

随着建筑行业的不断发展，有限元方法也将不断完善，我们有理由相信，通过我们的不懈努力，建筑结构焊接技术必将取得更好的发展与应用在建筑钢结构焊接工程中，焊接残余应力是一个非常重要的问题。

浅析钢结构焊接变形与残余应力控制方法摘要：在国内建筑工程中，钢结构作为建筑结构主体结构框架，具有绿色环保、空间大和强度高等特点，在网架结构和塔桅建筑、超高层建筑以及大型工业厂房中等建筑工程中得到广泛应用。

随着建筑结构超高层化和大跨度化，高性能钢材应用增多，分析和讨论建筑钢结构焊接生产效率，对于提高建筑工程质量和效率具有重要意义。

关键词：钢结构; 焊接变形; 残余应力; 控制方法引言在钢结构工程的焊接施工中难免会出现焊接应力和焊接变形的情况，这对于焊接接头的强度以及焊接结构尺寸的精度都会产生一定的影响，严重的话会导致构件报废。

此外，钢结构在日后使用中的承载力也与焊接应力与焊接变形有着很大的关联。

因此相关施工人员要切实把握好焊接技术，加强对焊接重难点的技术控制，采取有效措施提高钢结构的质量。

1焊接变形和残余应力（1）焊接变形是焊接过程中不可避免的，施焊电弧高温引起钢构件在焊接处发生缩短、弯曲及角度等变化，即焊接变形。

焊接变形可分为两种形式，一种是因高温导致的变形，该变形在温度冷却后可恢复，为瞬时变形;第二种是因焊接作业产生的永久性变形。

焊接变形对结构安装的精确度影响较大，产生焊接变形极易导致结构无法安装。

（2）残余应力产生于钢构件的焊接及热影响区域，其对钢构件最直接的影响是降低构件的承载能力和增大开裂的可能性，钢构件的开裂大多发生在焊接区域。

在焊接区域，当构件的残余应力和荷载共同作用效果超过焊缝的承载力时，焊缝处就开始产生裂纹，并逐渐扩大成裂缝，构件也就易从裂缝处产生断裂，而此时构件承受的荷载并未达到其极限承载力，却因焊缝的断裂导致整个构件的失效。

2造成导致钢结构发生焊接变形的原因（1）焊接工艺。

即使是材料相同、设备相同，不同工人在焊接过程中，由于焊接工艺会造成焊接变形的出现。

比如焊接过程中，预热时应该结合当地的实际温度、光照亮度等多种因素进行确定等。

由此可见，钢结构的焊接变形受到焊接工艺的影响比较大。

钢结构的焊接残余应力与消除方法摘要：钢结构在焊接的过程中，经常会有焊接参与应力的存在，这会对其总体的施工质量及使用质量产生一定的影响，为了消除这种焊接残余应力，要对其形成原因及影响因素进行分析，在此基础上提出相关的消除措施，本文就针对此予以简单分析。

关键词：钢结构；焊接残余应力；消除在钢结构的施工过程中，其中一种非常重要的施工工艺就是焊接，这是一个非常复杂的过程，其中涉及到力学、冶金、传热、电弧物理等各个学科的，在进行钢结构的焊接时，为了保证其焊接质量及各种使用性能参数，对其焊接残余应力的产生原因进行分析，并提出相关的消除方法是非常必要的。

一、焊接残余应力的概念在进行钢结构中的相关构件的焊接时，会产生一定的内应力即焊接应力，而这种焊接应力的作用时间的长短是有一定的区别的，按照其作用时间的长短有焊接残余应力与焊接瞬时应力的区别，焊接瞬时应力的作用会在焊接之后的短时间内消失，而另一部应力会在焊接结束之后残留于构件之中，继续作用，这种焊接应力就是焊接残余应力。

二、钢结构焊接残余应力的产生原因通过试验分析发现，产生焊接残余应力的原因是多种多样的，对其主要的产生原因进行分析，可以得出以下几点：（1）焊接方法及焊接顺序的不合理会导致焊接残余应力的出现，尤其是对于一些焊接部位较多，焊接程序复杂的构建来说，采用不同的焊接顺序进行焊接，最终产生的焊接应力也是不尽相同的。

（2）焊接工艺参数设置不合理，在构件的焊接过程中，需要综合考虑构建的结构、材质、厚度等各种因素才能进行焊接方法的选择及焊接参数的设置，否则很容易在焊接的过程中形成凹坑、气孔、裂纹等缺陷。

（3）焊缝的位置及数量分布的不合理，如果在构件的焊接过程中具有较多的封闭焊缝，并且不同焊缝的疏密程度具有较大差别，甚至出现焊缝的相互交叉，这种现象的存在，很容易导致较大焊接残余应力的产生。

（4）焊缝的接头形式、尺寸等设计不合理，焊缝尺寸的大小与焊接应力的大小有着直接的关系，并且焊接间隙、焊接坡口形式、焊接零件之间的搭接方式等都会对焊接残余应力的大小产生直接的影响。