钢结构焊接残余应力和残余变形的分析及防治

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。

钢结构施工中焊接变形原因分析及改进措施发布时间：2021-06-28T15:18:18.343Z 来源：《工程管理前沿》2021年2月6期作者：周道昌[导读] 钢结构的广泛应用，使得社会对焊接技术的要求越来越高周道昌32091119700107****摘要：钢结构的广泛应用，使得社会对焊接技术的要求越来越高。

目前，传统的焊接技术仍在使用，焊接技术的创新发展是开发一种高无污染安全的工艺，为工业发展保驾护航。

本文通过对焊接过程的全面分析，分析了焊接变形的影响因素，供相关人员参考。

关键词：焊接工艺简介;运用;创新1、焊接变形概述我国钢材规格、型号、品种等具有多样性和复杂性的特点。

从整体上看，与发达国家相比，我国的综合素质还存在一定的差距。

高钢结构的变形主要分为两类，即整体变形和局部变形。

整体变形是指结构的整体尺寸和结构的变化，局部变形是指钢的局部变形。

在同一种钢中，一种变形方法可以单独发生，也可以采用两种变形方法的组合。

如果出现这种现象，将严重影响钢结构的形状和稳定性，并产生一系列的安全隐患。

2、钢结构焊接变形的种类和起因2.1、材料和温度不同的钢材料具有不同的熔点和不同的热胀冷缩系数。

焊接加热对温度控制有较高的要求。

温度有高有低，尤其是当温度即将超过金属的熔点时。

它的膨胀效果是完全不同的。

这种差异的影响也称为变形。

即使是同一种金属，焊接处的膨胀和周围环境在加热时也会发生变化，从而引起变形。

2.2、焊接方法和顺序即使是相同的钢结构，不同部位的承载能力也是不同的。

焊接时采用不同的方法，焊接顺序也不同。

例如，如果较弱的负荷部分优先焊接，重负荷部分的变形将会被扭曲受到影响。

2.3、选择不同的焊缝位置焊缝的具体位置对钢结构的整体承载性能有很大的影响。

在不同的位置，会产生不同的焊接变形。

因此，在具体的焊接操作中，焊接人员必须具有丰富的焊接经验，首先分析整体的承载能力，选择合适的位置完成焊接，并有效避免各种变形的发生。

钢结构焊接残余应力及焊接变形控制技术摘要：在焊接的过程中，焊接工艺的顺序也会导致焊接残余应力的形成，因而需要有效调整焊接的工艺，这是现今企业相关部门负责人需要重视的，能有效避免焊接残余应力的形成。

具体上来，为了预防残余应力的形成，施工单位及焊接人员要尽可能地根据先大后小原则进行焊接，确保焊接的质量和效率得以提高[2]。

关键词：钢结构；焊接残余应力；焊接变形；控制技术一、钢结构焊接残余应力产生的原因在焊接技术的运用上，充分展开对焊接残余应力的研究工作，初步得到焊接残余应力是因钢结构受热不均所引起的，有纵向和横向两种情况。

焊接残余应力的出现包括多方面的原因，比如是不同地方的焊缝、钢材的质量、焊接的顺序等等都会使钢结构产生变形。

以下具体分析钢结构焊接残余应力产生的几方面原因。

（一）钢结构材料的性能和力学所产生的焊接残余应力在焊接时，焊接残余应力产生的主要原因是因为在加热过程受热不均所造成的，会导致焊接后的温度无法按照正常的要求进行冷却。

而受热不均具体来讲就是，在对不同零件进行改造时，材质的不相同，对于温度的需求也是不同的，会产生不同的反应过程，进而导致发生相应的变化，焊接的位置没有达到预先的设想。

另一方面，焊接位置的热膨胀、导热等系数的影响，都会造成焊接位置受热不均，从而形成残余应力。

（二）不同焊接热源所造成的影响在进行焊接时，不同的焊接热源引入会对焊接残余应力产生一定的影响。

现阶段，焊接热源主要包含电能、光辐射等，这些焊接热源会产生的不同形式的热源。

在焊接时，应用不同的焊接热源会对温度有一定的影响，形成不同的残余应力，导致钢结构的变形情况有所不同。

在对零件进行焊接时，需要清楚不同的材质选择不同的焊接热源，从而避免钢材出现变形和裂开的问题。

（三）人员能力无法达到要求一部分小型企业不注重焊接技术的应用，招聘的是一些没有相关经验的员工进行焊接工作，严重影响了工程的质量。

这些工作人员缺少最基础的经验，再加上理论知识的缺乏和焊接能力的有限，无法正确分析钢结构的性能，在工作过程中存在一系列的问题，为之后的应用带来了隐患。

建材发展导向2018年第18期1301　钢结构焊接中残余应力产生的原因1.1　不达标的钢结构材料性能以及力学性能在钢结构焊接加工中，因为钢结构材料接受不均匀的焊接加热温度，因此有横向或纵向梯度的残余应力的出现，而出现不均匀的焊接加热温度的现象主要受到下面几方面因素的影响：第一，对于温度感应，不同的金属材料钢结构具有各种不相同的反应，因此会导致比热容出现变化，引发钢结构焊接部位结构发生变化。

第二，在钢结构焊接加工中，焊接位置的密度、导热系数、热膨胀系数和密度等等因素也会产生较大的影响，从而导致钢结构材料焊接受热不均匀，最终导致大量的残余焊接应力的出现。

1.2　不同的热源也会导致产生焊接残余应力对于钢结构焊接加工来说，热源起到重要的作用，然而焊接热源不一样，也会出现不相同的焊接残余应力。

通常在金属焊接过程中，使用电能、化学能作为焊接热源，从而产生电弧焊热源和电子束热源。

当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，最终有不一样的焊接残余应力的出现，使钢结构焊接出现各种不一样的变形情况。

1.3　其它因素导致焊接残余应力产生在钢结构焊接加工中，热源和材料、力学性能因素对其会产生影响，其它因素对其也会产生影响，导致出现不同的残余应力。

比如：在还没开始焊接加工操作之前，使钢结构局部零件以及器材进行轧刹，钢结构焊接加工过程也会受到影响，使钢结构焊接加工中出现不同的残余应力。

另外，在钢结构焊接加工中，其它多方面因素的影响也要重点考虑，出现较大的残余应力才能避免。

2　钢结构焊接残余应力对钢结构材料造成的影响2.1　稳定性在钢结构焊接加工中，确保钢结构的稳定性是非常重要的，这也是使钢结构焊接加工质量能够提高。

如果钢结构的稳定性没有到达相关质量标准，那么将会导致较低的钢结构构成的质量，不能满足应用要求。

在钢结构焊接加工中出现残余应力，会导致焊接部位出现变形问题，不能确保钢结构的稳定性，而且会在应用中出现严重的问题。

浅谈钢结构焊接变形与应力消除摘要：钢结构的焊接过程实际上是在焊件局部区域加热后又冷却凝固的过程，但由于不均匀温度场，导致焊件不均匀的膨胀和收缩，从而使焊件内部产生焊接应力而引起焊接变形。

本文主要分析钢结构焊接变形的类型及原因，以及应力消除。

关键词：钢结构；焊接变形；应力近年来，随着我国的工业发展，钢结构工程因其结构性能好、结构组织均匀、强度高、弹性模量高、塑性和韧性好，适于承受冲击和地震荷载、施工速度快、便于机械化生产和工业化程度高等很多优越条件，因此钢结构工程在建筑领域被广泛应用。

但是，也不能否认，钢结构还存在着缺陷和隐患。

1、钢结构焊接变形与残余应力的产生原因金属构件焊接时，焊缝区域局部受热膨胀，而周围的母材还处于冷态式或加热温度不高，因而对受热区域母材的膨胀起约束作用，因而焊接区受压，而母材受拉；随着电弧前移，已完成焊接的热影响冷却收缩，而其周围的母材此时起到了约束其收缩的作用，因而焊缝区域受拉，而其周围的母材金属受压。

在焊接应力作用下，如果焊件的拘束度较小，则焊件会产生相应的变形，如缩短、弯曲、翘曲等；如果焊件的拘束度很大，此时焊件不能自由变形，但在应力作用下会产生局部的应变，同时产生较大的残余应力。

焊接应力是指对钢构件进行焊接加工过程中，在焊件上产生局部高温的不均匀温度场，焊接中心处温度可达1800℃，局部高温使材料产生不均匀的膨胀。

处于高温区域的材料受到周围温度较低、膨胀量较小的材料的限制而不能自由地进行膨胀，于是焊件内出现内应力，使高温区的材料受到挤压，产生局部压缩塑性应变，在冷却过程中，经受压缩塑性应变的材料，由于不能自由收缩而受到拉伸，于是焊件中又出现了一个与焊件加热方向大致相反的内应力场。

另外，由于构件受到焊接热循环的作用，使焊缝金属的内部组织发生了不同的变化，引起了因金属组织转变而造成体积上的变化。

产生相变应力。

除上述两种原因外，如果焊件被刚性固定或焊件之间相互牵制住，也会在焊接件中产生焊接应力，上述因素就是焊接残余应力的形成过程。

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。

浅谈钢结构焊接残余应力及焊接变形控制钢结构焊接在安装过程中较为常见，焊接连接在具有其独特的优点的同时，也存在着其不可避免的缺陷，即焊接残余应力及焊接变形。

本文就施工现场的工艺钢结构及炉壳焊接，结合连续退火炉结构安装工程实际，浅谈焊接的残余应力及焊接变形的原因，以及现场施工过程中如何控制及解决办法。

标签：钢结构;焊接;应力;变形;控制措施【Abstract】Steel structure welding is more common in the installation process，welding connection has its unique advantages，but at the same time it also has the inevitable defects，namely welding residual stress and deformation. This article is showing the reasons of residual stress of welding and welding deformation ，and also give methods to control and solve the problem what is said above in the process of the construction site ，according to the scene of the process steel structure and the furnace shell welding，combined with the engineering practice of the furnace structure installation of Continuous Annealing Line.【Key Words】steel structure，welding，stress，deformation ，control measures引言：焊接连接是钢结构主要的连接方法，其优点是构造简单、不削弱构件截面、节约钢材、加工方便、易于采用自动化操作、密封性好、刚度大等特性。

防止和减少焊接残余变形与应力的措施随着现代制造业的发展，焊接在各行各业中扮演着至关重要的角色。

无论是航空航天、汽车制造还是建筑工程，在这些领域中，焊接都是不可或缺的连接工艺。

然而，随之而来的焊接残余变形与应力问题也愈加引起人们的关注。

焊接过程中产生的残余变形与应力，不仅会影响工件的外观质量，还可能引发裂纹和变形等问题，严重影响其使用性能和寿命。

如何有效地预防和减少焊接残余变形与应力，成为了焊接工艺中的重要课题。

1.选材：材料的选择对于焊接残余变形和应力的控制至关重要。

在焊接过程中，通常会选择具有较高熔点和较小线膨胀系数的材料，以减少焊接时热影响区的热变形；还应根据实际情况选择合适的填充材料。

2.焊接方式：合理选择焊接方式是减少焊接残余变形和应力的关键。

一般来说，采用低热输入、低变形的焊接方式，例如脉冲焊、激光焊等，能够有效降低焊接工件的残余变形和应力。

3.焊接顺序：合理规划焊接顺序也是减少残余变形和应力的重要手段。

通常情况下，应该首先焊接边缘，然后逐渐向内焊接，以减少焊接区域的热输入，降低残余变形和应力。

4.预热和后热处理：在一些情况下，通过预热和后热处理也能有效减少焊接残余变形和应力。

预热能够降低材料的硬度，减少焊接残余应力；后热处理则能够通过回火或退火处理，消除残余应力，提高焊接接头的韧性和稳定性。

5.夹具和辅助装置：采用合理的夹具和辅助装置也能有效减少焊接残余变形和应力。

夹具的设计应在尽量避免约束工件的能够保证焊接接头的稳固性；而辅助装置则可以提供额外的支撑，减少工件在焊接过程中的变形。

总结回顾：在焊接工艺中，预防和减少焊接残余变形与应力是至关重要的。

通过合理选材、焊接方式、焊接顺序、预热和后热处理、夹具和辅助装置等措施，可以有效控制焊接过程中的残余变形和应力，保证焊接接头的质量和稳定性。

个人观点：作为焊接工艺的重要环节，防止和减少焊接残余变形与应力对于提高焊接接头的质量和稳定性至关重要。

内燃机与配件0引言焊接是钢结构材料的主要连接方法，其具有操作简单、连接快速以及节约钢材等优点，被广泛地应用于钢结构的连接过程中。

但是在实际的焊接过程中，钢结构的焊接质量会受到多种因素的影响，当没有将这些不利因素控制在合理范围内，就会导致钢结构的焊接质量发生不同程度的降低，甚至导致其焊接质量不合格，无法满足安全生产的要求。

通过对钢结构焊接的整个过程进行系统全面的分析，明确焊接残余应力和变形的形成原因，进而采取有针对性的改善措施，从而确保钢结构的焊接质量符合要求。

1钢结构焊接残余应力的形成分析1.1钢结构材料性能以及力学性能不达标钢结构在进行焊接的过程中，其所受到的焊接加热温度分布不均匀，这就会导致钢结构在横向或纵向梯度上出现一定的残余应力。

钢结构加热温度不均匀主要是由钢结构材料性能以及力学性能不达标造成的，首先，不同的金属材料在受热时的温度感应不尽相同，进而导致结构的比热容发生变化，进而导致焊接部位出现变化；其次，钢结构焊接部位的密度、导热系数以及热膨胀系数等也会对热传导造成影响，进而导致钢结构中出现残余应力。

1.2热源不同热源对于钢结构的焊接质量也具有十分重要的影响，当采用不同的热源进行焊接操作时，就会导致钢结构在焊接过程中的受热情况不同，进而可能导致钢结构中出现残余应力。

在钢结构实际的焊接过程中，当前所采用的热源一般为电能和化学能两种不同的形式，进而在焊接过程中形成电弧焊热源和电子束热源。

当焊接钢结构的过程中，所采用的热源之间存在较大差异时，就会导致在钢结构中形成的温度场也具有明显的区别，进而造成焊接后的钢结构中形成残余应力以及发生不同程度的变形。

1.3其它因素钢结构残余应力的形成除了受到以上两种因素的影响，还会受到其他因素的不利影响，这与钢结构自身的情况和焊接环境具有一定的关系。

当钢结构进行焊接操作之前，对其内部的构件进行一定的轧刹处理，也会对钢结构的焊接过程造成不同程度的影响，进而导致残余应力的出现。

浅析钢结构焊接残余应力及焊接变形控制摘要：焊接是钢结构施工中的基础技术，发挥着重要作用，但焊接残余应力的产生也是其难以避免的缺陷。

基于此，本文先是从产生原因、影响、控制措施三个方面研究了钢结构焊接残余应力，然后分析了焊接变形控制。

关键词：钢结构；焊接残余应力；焊接变形引言：随着我国工业技术的广泛提高，焊接技术变得越来越精细化。

焊接技术具有着操作便捷、经济节约的优势，但也存在残余应力的消极影响。

为了保障钢结构的质量和稳定，研究钢结构焊接残余应力及焊接变形控制具有重要意义。

一、钢结构焊接残余应力分析（一）焊接残余应力的产生原因1.材料性能造成残余应力的产生钢结构在焊接过程中，由于焊接加热让钢结构上受热不均匀，温度呈现出梯度冷却变化，从而产生了焊接残余应力。

造成受热不均匀的物理原因是，钢结构部件的材料性质不同，对于温度的反应也大不相同，所体现出来的比热容也不同，焊接部位结构上发生相应的变化。

另外焊接部位的导热系数、膨胀系数、密度等性质，造成焊接部位发生受热不均匀的现象，由此产生了残余应力。

2.热源不同造成的残余应力在焊接的时候，由于接入了不同的焊接热源也影响了残余应力的产生。

对金属进行的焊接需要电能、化学能、机械能等。

相对应的焊接热源包括电焊热源、电阻焊热源等等。

由于焊接过程中使用不同种类的热源，钢构件中产生的温度场也不同，由此钢构件上产生的残余应力也就大不相同，对于钢结构变形也产生大不相同的影响。

在进行钢构件的焊接操作时，需要根据钢材的材料选择合适的焊接热源，来减少残余应力的影响。

3.其他原因其他原因造成的残余应力，包括钢结构在操作焊接之前，对于钢结构器件进行处理，使钢结构部件得到过轧刹，那么焊接操作将受到影响，残余应力因此而产生。

焊接操作中钢结构的物理性质也会影响到残余应力产生[1]。

（二）焊接残余应力带来的影响1.疲劳强度低残余应力会影响到钢构件的疲劳强度，也就是影响到焊接结构使用年限，钢结构使用寿命是检验质量的重要标准。

焊接残余应力和焊接变形对钢结构的影响以及消除和调整的措施3200字摘要：随着焊接技术也已经发展的越来越普及，但是焊接残余应力和焊接变形对钢结构的影响非常大，必须加强对焊接质量研究。

本文对焊接残余应力和焊接变形对钢结构的影响以及消除和调整进行了探讨分析。

毕业关键词：焊接残余应力；焊接变形；钢结构；消除和调整1 焊接残余应力产生的原因1.1 塑性压缩造成的纵向残余应力在焊接的过程中，由于温度上的差距，焊缝及其周围都会受到因热膨胀和周围温度较低的金属的拘束，从而产生压缩塑性应变。

当焊接完成之后，温度骤减，母性材料就会制约着焊缝和近缝区域之间的收缩，这就在很大程度上导致了残余应力的存在。

并且残余应力的范围将会和高温环境下造成的塑性范围相一致，弹性拉伸区域和残余拉应力也是相对应的。

从这些都可以看出来，塑性压缩就是造成焊接过程中纵向残余应力的主要原因。

1.2 塑性压缩的应变导致的横向残余应力塑性压缩的应变，除了能够说成是造成纵向残余应力的主要原因，同时也能理解为造成横向残余应力的原因之一，但是造成横向残余应力的主要原因是母材的收缩。

当对母材进行焊接时，母材会出现膨胀现象，并且当焊接缝的金属材料逐渐形成固体时，膨胀中的母材必定会受到压缩，这种塑性压缩是横向收缩中的重要的一部分，焊缝自身那一小部分收缩仅仅只占到横向收缩的十分之一左右。

主要的横向收缩那部分存在于焊接缝沿着焊缝轴线进行切割后的中心区域，那才是拉应力中的横向应力。

2消除残余应力的方法2.1 热处理的方法这种方法对于焊件的性能有着至关重要的作用，它不仅可以消除残余应力，还能够改进焊接接头的性能。

热处理方法就是在焊件还处在高温条件下的时候，去降低屈服点和蠕变现象，从而实现去除残余应力的一种方法。

这种方法分为两个步骤，首先就是总体热处理，其次是局部热处理。

在总体热处理的过程中，加热的温度和保温时间和加热以及冷却速度都会影响到去除焊接残余应力的效果。

在局部热处理的过程中，一般只能降低残余应力的峰值，而不能直接消除残余应力。

焊接残余应力分析及消除方法一、什么是焊接应力焊接应力，是焊接构件由于焊接而产生的应力。

焊接过程中焊件中产生的内应力和焊接热过程引起的焊件的形状和尺寸变化。

焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形和比容不同的组织是产生焊接应力和变形的根本原因。

当焊接引起的不均匀温度场尚未消失时，焊件中的这种应力和变形称为瞬态焊接应力和变形；焊接温度场消失后的应力和变形称为残余焊接应力和变形。

在没有外力作用的条件下，焊接应力在焊件内部是平衡的。

焊接应力和变形在一定条件下会影响焊件的功能和外观。

二、焊接应力的危害焊接残余应力对焊件有 6个方面的影响：①对强度的影响：如果在高残余拉应力区中存在严重的缺陷，而焊件又在低于脆性转变温度下工作，则焊接残余应力将使静载强度降低。

在循环应力作用下，如果在应力集中处存在着残余拉应力，则焊接残余拉应力将使焊件的疲劳强度降低。

焊件的疲劳强度除与残余应力的大小有关外，还与焊件的应力集中系数应力循环特征系数和循环应力的最大值有关其影响随应力集中系数的降低而减弱，随的降低而加剧，随的增加而减弱。

当接近于屈服强度时，残余应力的影响逐渐消失。

②对刚度的影响：焊接残余应力与外载引起的应力相叠加，可能使焊件局部提前屈服产生塑性变形。

焊件的刚度会因此而降低。

③对受压焊件稳定性的影响：焊接杆件受压时，焊接残余应力与外载所引起的应力相叠加，可能使杆件局部屈服或使杆件局部失稳，杆件的整体稳定性将因此而降低。

残余应力对稳定性的影响取决于杆件的几何形状和内应力分布。

残余应力对非封闭截面（如工字形截面）杆件的影响比封闭截面（如箱形截面）的影响大。

④对加工精度的影响：焊接残余应力的存在对焊件的加工精度有不同程度的影响。

焊件的刚度越小，加工量越大，对精度的影响也越大。

⑤对尺寸稳定性的影响：焊接残余应力随时间发生一定的变化，焊件的尺寸也随之变化。

焊件的尺寸稳定性又受到残余应力稳定性的影响。

⑥对耐腐蚀性的影响：焊接残余应力和载荷应力一样也能导致应力腐蚀开裂。

钢结构焊接残余应力及焊接变形控制摘要：焊接技术是钢结构行业中应用非常广泛的一种技术，有独特优点的同时也存在着缺陷，焊接残余应力和焊接变形就是两种常见的问题。

在焊接过程中，随着焊件的变形，应力也会发生变化，并且焊接完成之后留下的变形并不是暂时的，而是残余的。

如果要对其进行矫正则需要耗费大量的人力和物力资源，优势还可能出现产品报废的情况。

本文从焊接参与应力及焊接变形的形成原因出发，阐述了两者造成的影响，并提出了相关的控制方法，希望能够给有关工作人员提供参考价值。

关键词：钢结构；焊接残余应力；焊接变形；控制方法1焊接残余应力的介绍在焊接钢结构焊件时，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，从而使钢结构焊接件的使用寿命大大降低，使钢结构焊接的可靠性降低。

2焊接结构残余应力产生的因素2.1钢结构材料性能和力学性能产生的焊接残余应力对钢结构进行焊接过程中，其产生的残余应力主要因素是在加热时受热不均匀，导致焊接后温度呈梯度进行冷却造成的。

其受热不均匀从物理因素层面可概括为以下内容。

对不同材料性质的钢结构零部件进行加工时，由于其金属材料的不同，对温度的感应也必然有不同的反应，进而造成比热容发生变化，使焊接部位组织结构发生相应的变化。

此外，由于焊接部位的密度，热膨胀系数、导热系数、密度等物理因素，同样会造成焊接部位受热不均匀，产生残余焊接应力。

2.2不同类型焊接热源所产生的残余应力在焊接的过程中，不同焊接热源的接入也会对焊接残余应力造成不同的影响。

目前，实现金属焊接所需的能量热源包括由电能、机械能、光辐射能及化学能。

浅析焊接残余应力变形及消除调整措施前言随着钢结构的广泛应用，对钢结构的要求也越来越高。

如钢结构需满足跨度大、稳定性好、刚度大、抗弯性能好等要求。

焊接作为钢结构最主要的连接方式，对焊接工艺和焊接质量的要求也在不断地提高。

研究焊接残余应力和焊接变形对钢构件的影响，通过合理的设计和制造以及相应的措施减小焊接残余应力和焊接变形对构件的影响，将有效的提高钢结构的性能，满足建设的需求。

一、残余应力产生原因及影响分析钢材的焊接是一个不均匀的加热和冷却的过程。

在施焊时，焊缝及其附近区域的温度很高，而临近区域温度则急剧的下降，导致不均匀的温度场。

不均匀的温度场产生不均匀的膨胀，温度低的区域膨胀量小限制了高温度区域钢材的膨胀。

当焊接温度场消失后，构件内部产生应力，这种应力称为焊接残余应力。

构件焊接时产生瞬时应力，焊后产生残余应力，并同时产生残余变形，这是客观规律。

一般我们在制作过程中重视的是控制变形，往往采取措施来增大被焊构件的刚性，以求减小变形，而忽略与此同时所增加的瞬时应力与焊接残余应力。

但是刚性大、板材厚的构件，虽然残余变形相对较小，但同时会产生巨大的拉应力，甚至导致裂纹。

在未产生裂纹的情况下，残余应力在结构受载时内力均匀化的过程中往往导致构件失稳、变形甚至破坏。

因此焊接应力的控制与消除在钢结构制作过程中显得十分重要，应优先于构件的残余变形给予考虑。

1、对钢结构刚度的影响。

焊接残余应力使构件的有效截面减小，丧失进一步承受外载的能力。

焊接残余应力的存在还会增大结构的变形，降低结构的刚度。

2、对静力强度的影响。

由于焊接应力的自相平衡，使受压区和受拉区的面积相等。

构件全截面达到屈服强度所承受的外力与无焊接应力的轴心受拉构件全截面达到屈服强度时的应力相等，因此不影响静力强度。

3、对疲劳强度的影响。

残余应力的存在使应力循环发生偏移。

这种偏移，只改变其平均值，不改变其幅值。

当应力循环的平均值增加时，其极限幅值就降低，反之则提高。

钢结构焊接变形、焊接残余应力的控制措施一、钢结构焊接变形控制措施1）减少焊缝截面积。

在得到完好、无超标缺陷焊缝的前提下，尽可能采取交小的坡口尺寸（角度和间隙）2）对屈服强度345MPa以下和淬硬性不强的钢材采用较小的热输入，尽可能不预热或适当降低预热和层间温度；优先采用热输入较小的焊接方法，如CO2气体保护焊。

3）厚板焊接尽可能采用多层焊代替单层焊。

4）在满足设计要求的情况下，纵向加强板和横向加肋的焊接采用间断焊接法。

5如下图：6）T形接头板厚较大时，采用开坡口角对接焊缝。

7）采用焊前反变形方法，控制焊后的变形。

8）采用钢性夹具固定法，控制焊后的变形。

9）采用构件预留长度法，补偿焊缝纵向收缩变形。

如H型钢纵向焊缝每米可预留0.5～0.7mm，每对横肋对应的型钢长度可预留0.5mm。

采用预留周长法，补偿圆柱管件的焊缝纵向及横向收缩变形，如板厚＞10mm时，每个纵向及环向焊缝预留2mm。

10）对于长构件的扭曲，主要靠提高板材平整度和构件组装精度。

坡口角度和间隙准确，电弧的指向或对中准确，焊缝角变形、翼板和腹板纵向变形沿构件长度方向一致。

11）设计上要尽量减少焊缝的数量和尺寸；合理布置焊缝，焊缝位置尽可能靠近构件中和轴，布置与构件中和轴相对称，并避免焊缝密集。

12）对于焊缝较多的构件，组焊或结构安装时，要采取合理的焊接顺序。

二、焊接残余应力的控制措施1）减少焊缝尺寸。

2）减少焊接拘束度。

3）采取合理的焊接顺序。

密集焊缝施焊的原则为，根据构件形状和焊缝布置，采取先收缩量较大的焊缝，后焊收缩量较小的焊缝；先焊拘束度较大且不能自由收缩的焊缝，后焊拘束较小而能自由收缩的焊缝。

a.H型梁拼接时，一般翼缘板的厚度大于腹板，需按下图顺序焊接，即先焊翼缘板，后焊腹板。

必要时。

把翼缘与腹板之间的角焊缝（制造厂焊接）预留一段（300～500mm），待翼缘板和腹板拼接完成后，在施焊。

b.在H型柱安装拼接时，一般先由两名焊工同时焊接两翼缘，后焊接腹板，若翼缘板与腹板厚度相近，应该采取翼缘和腹板同时对称焊接的措施，控制变形和焊缝应力，见a）图，箱形梁的拼接采用四面对称焊接，能最有效地控制应力，见b）图。

钢结构焊接残余应力及焊接变形控制技术3篇钢结构焊接残余应力及焊接变形控制技术1钢结构焊接残余应力及焊接变形控制技术钢结构焊接是建筑结构中常用的工艺之一，但是由于焊接时产生的高温热量，焊接残余应力和变形难以避免，这些应力和变形可能会对结构的安全和稳定造成潜在隐患。

因此，有效控制焊接残余变形和应力，是一个非常重要的技术难题。

钢结构焊接残余应力的产生机理在钢结构的焊接过程中，由于热量传递的不均匀性，焊接过程中的热量会产生相应的温度场分布及相对应的应力场分布，因为的热收缩效应。

所以在焊接过程中，焊缝的两侧会发生不同程度的膨胀和收缩，从而使得焊接结构产生内部应力。

如果不能及时有效地控制这些内部应力，就有可能导致焊接结构的变形和应力过大，从而影响结构的安全和稳定。

控制焊接残余应力和变形的方法目前，主要有两种控制焊接残余应力和变形的方法：梁法和岛法。

1.梁法梁法是指在焊接完成后的金属结构上，应用钢板或角钢作为梁的支撑，可以通过其弯曲作用产生相应的反应力，从而对焊接残余应力和变形进行压制。

此方法的控制能力强，控制效果好，但是由于需要在焊接后使用，会增加一定的成本和工期。

2.岛法岛法是指在焊接过程中，对焊接结构进行分割，形成一个个的“岛”，在每个“岛”施加一定的压力，以弥补热收缩引起的应力和变形。

此方法不仅可以控制焊接结构的应力和变形，而且可以减少因热量传递不均匀而造成的烧损现象。

但是，该方法的应用需要熟练的技能和经验，否则会影响焊接质量。

除了上述方法外，其他控制焊接残余应力和变形的方法还有预热、后热等方法，但是这些方法也存在一定的局限性。

结论钢结构焊接残余应力和变形的控制是一项非常重要的技术任务，其实现需要掌握相应的技术方法和控制技术。

在实践中，需要根据具体情况选择适当的控制方法，同时对于技术的操作也需要进行严格的控制和监督，以确保焊接结构的质量和安全性钢结构焊接残余应力和变形的控制对于结构的安全性和稳定性至关重要，目前主要有梁法和岛法两种方法。

钢结构焊接残余应力及变形控制分析摘要：随着我国社会经济的快速发展，焊接技术得到了有效的创新与改革，逐渐发展为集冶金、材料、结构、电子机械等多门科学为一体的综合性工程工艺类学科，在工艺制造加工、建筑建设施工、设备安装等众多领域得到广泛应用，特别是我公司的石油钻井设备，基本都是钢结构焊接件。

而焊接质量的好坏在焊接应力与焊接变形上有着显著体现。

对此，加强焊接应力与焊接变形的研究，实现焊接应力与焊接变形的科学管控，是焊接产品质量的保证。

关键词：钢结构；焊接；残余应力；变形控制1 焊接残余应力和变形的原因分析焊接过程中产生变形问题是会极大程度影响钢材施工整体质量，焊接工艺对钢材施工影响是双方面的，在提升钢结构生产质量同时，对钢材结构产生一定影响。

焊接变形无法避免，需要施工人员以合理手段对其进行控制。

在焊接过程中由于出现不规则加热和在不均匀冷却情况下，使其内部分子结构发生变化。

在钢材刚性约束下，外界力的作用以及组织变化，使其结构产生收缩，从而导致其出现变形情况。

1）焊接应力的产生是导致焊接变形最主要的原因。

焊接工件的大小程度，复杂情况会产生大小数量不等的复杂焊缝。

在处理焊缝的过程中，就有难以预测的复杂应力产生，从而导致焊接变形。

变形度越大那么工件的外观和质量就会受影响。

甚至可能会报废，或发生安全事故，造成经济损失。

2）受焊接材料的影响。

焊接材料的质量好坏对焊接变形会产生影响。

材料基本都是金属，金属本身有特殊的热物理性。

焊接材料的热传导系数越大，温度梯度较小，这样焊接变形的几率也就越小。

焊接是向母材料焊口加热，让其产生高温，使焊材与母材料完全融合。

如果在加热过程中，受热不均匀，都会导致焊接变形。

3）焊接结构的设计。

焊接结构因素是焊接变形的最大原因。

焊接结构设计非常复杂，工件自身是拘束体，它随焊接而慢慢变化，所以工作的难度比较大。

焊接会出现许多数量、接头形式不一样的焊缝。

如果钢结构件的结构复杂，焊接变形就更难控制。

焊接残余应力和残余变形一、焊接残余应力和残余变形的成因钢结构的焊接过程是一个不均匀加热和冷却的过程。

在施焊时，焊件上产生不均匀的温度场，焊缝及附近温度最高，达1600℃以上，其邻近区域则温度急剧下降。

不均匀的温度场要求产生不均匀的膨胀和收缩。

而高温处钢材的膨胀和收缩要受到两侧温度较低、胀缩较小的钢材的限制，从而使焊件内部产生残存应力并引起变形，此即通称的焊接残余应力和残余变形。

二、焊接残余应力和残余变形（一）焊接残余应力焊接残余应力按其方向可分为纵向残余应力、横向残余应力和厚度方向残余应力。

1. 纵向残余应力。

图2-38是焊接残余应力的示例。

图2-38（a）是两块钢板平接连接，焊接时钢板焊缝一边受热，将沿焊缝方向纵向伸长。

但伸长量会因钢板的整体性，受到钢板两侧未加热区域的限制，由于这时焊缝金属是熔化塑性状态，伸长虽受限，却不产生应力（相当于塑性受压）。

随后焊缝金属冷却恢复弹性，收缩受限将导致焊缝金属纵向受拉，两侧钢板则因焊缝收缩倾向牵制而受压，形成图2-38（b）所示的纵向焊接残余应力分布。

它是一组在外荷载作用之前就已产生的自相平衡的内应力。

2. 横向残余应力。

图2-38所示两块钢板平接除产生上述纵向残余应力外，还可能产生垂直于长度方向的残余应力。

由图中可以看到，焊缝纵向收缩将使两块钢板有相向弯曲变形的趋势（如图2-38a中虚线所示）。

但钢板已焊成一体，弯曲变形将受到一定的约束，因此在焊缝中段将产生横向拉应力，在焊缝两侧将产生横向压应力，如图2-38（c）所示。

此外，焊缝冷却时除了纵向收缩外，焊缝横向也将产生收缩。

由于施焊是按一定顺序进行，先焊好的部分冷却凝固恢复弹性较早，将阻碍后焊部分自由收缩，因此，先焊部分就会横向受压，而后焊部分横向受拉，形成如图2-38（d）所示的应力分布。

图2-38（e）是上述两项横向残余应力的叠加，它也是一组自相平衡的内应力。

3. 厚度方向残余应力对于厚度较大的焊缝，外层焊缝因散热较快先冷却，故内层焊缝的收缩将受其限制，从而可能沿厚度方向也产生残余应力，形成三相应力场。