探析钢结构焊接残余应力

试论钢结构焊接残余应力与变形控制摘要：随着科学技术的不断发展，焊接技术也朝着精细化的方向不断快速发展。

其在发展的过程中受到了相应的制约，制约因素是焊接残余应力和钢结构变形控制。

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。

因此，对钢结构残余应力和焊接变形控制进行全面深入地研究是非常必要的。

关键词：钢结构；焊接残余应力；变形控制1钢结构焊接中残余应力产生的原因1.1钢结构材料性能以及力学性能不达标钢结构焊接残余应力的产生主要来自于材料性能和力学性能。

在钢结构的焊接过程中，受热不均匀是残余应力产生的最主要的原因，当受热不均匀的时候，焊接之后的温度冷却呈现一定的规律，是呈梯度进行的。

从物理因素的角度来对受热不均匀的现象进行相应的分析：不同类型的钢结构零部件具有不同的材料性质，当对其进行加工的时候，金属材料的不同使其对温度的感应也存在一定的差异，这就导致了比热容的变化，在此过程中，焊接部位的组织结构也会发生相应的变化。

1.2热源不同导致焊接残余应力产生在焊接的过程中，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。

其对应产生的焊接热源就是电弧焊热源、气体火焰焊接热源、电阻焊热源及电子束热源等。

焊接的过程中采用不同的焊接热源，产生的温度场不同，因此产生的焊接残余应力也不同，进而对钢结构产生的变形影响不同。

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，不仅受到热源和材料、力学性能因素的影响，而且受到其它因素的影响，也会出现不同的残余应力。

例如：如果在焊接加工操作之前，使钢结构局部零件以及器材进行轧刹，也会影响钢结构焊接加工过程，使钢结构焊接加工中出现不同的残余应力。

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

浅析焊接残余应力的产生及影响焊接是一个复杂的、包含电弧物理、传热、冶金以及力学的钢结构工艺过程，对工程质量的好坏以及工程结构的安全有着直接的影响。

在进行焊接的过程中以及焊接完成之后，由于一些高度集中的瞬时热输入，焊接会产生很大的残余应力和变形。

焊接过程中的残余应力对焊接的结构的使用性能会产生极大的影响，所以，我们要对焊接的残余应力进行相关研究。

标签：焊接残余应力；成因；对焊接结构的影响0 引言焊接应力即是在焊接结构时由于焊接而产生的内应力，它可以依据产生作用的时间被分为焊接瞬时应力和焊接残余应力。

所谓焊接瞬时应力是指在焊接的过程中某一个焊接瞬时产生的焊接应力，它是会跟着时间的变化而发生变化的，而在焊接之后，某一个受到焊接的焊件内还残留的焊接应力被称为焊接残余应力。

1 产生焊接残余应力的原因之所以会产生焊接残余应力，主要是由于焊件在焊接的过程中所受到的加热是不均匀的。

按照焊接残余应力的发生来源，可将焊接残余应力分为直接应力、间接应力和组织应力三种。

（1）直接的焊接应力是焊接残余应力所产生的最主要的原因，它是受到不均匀的加热和冷却之后所产生的，根据加热和冷却时的温度梯度而发生变化。

（2）间接的焊接应力则是焊件由于焊前的加工状况造成的应力。

焊件在受到轧制和拉拔时会产生一定的残余应力。

间接的残余应力如果在某一种场合下叠加到焊接的残余应力上去，焊件受到焊接发生变形，也会将其影响附加到焊接残余应力上去。

而且，焊件一旦受到外来的某一种约束，产生相应的附加应力，也属于间接应力的范畴。

（3）组织应力也就是由相变造成的比容变化而产生的应力，它的产生是由于焊件的组织发生了变化。

虽说组织应力会由于含碳量和材料其他成分的不同而产生差异，但我们一般都会将其所产生的影响进行分析研究。

2 焊接残余应力会对焊接结构产生哪些影响焊接是一个局部的受热不均匀、冷却不均匀的过程，加之受焊缝和靠近焊缝的温度场的影响，焊件的内部会有大小不同、分布不均匀的残余应力—应变场。

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。

钢结构焊接残余应力产生的原因1. 概述钢结构焊接残余应力是指焊接过程中产生的应力，其主要原因有以下几个方面。

2. 材料本身的性质钢材具有较高的热导率和热膨胀系数，当焊接时，焊缝附近会受到高温热源的加热，导致局部区域温度升高。

由于热膨胀系数的差异，焊接区域与周围区域的线膨胀不一致，产生残余应力。

3. 焊接过程中的温度变化焊接过程中，焊缝区域会经历高温、中温和低温阶段的温度变化。

在高温阶段，焊缝区域受到热源的加热，温度升高，材料发生热膨胀。

在冷却过程中，焊缝区域受到快速冷却的影响，温度迅速下降，材料发生收缩。

这种温度变化导致焊接区域产生应力。

4. 焊接变形引起的应力焊接过程中，焊缝区域会发生热胀冷缩变形，导致焊接件产生塑性变形。

塑性变形会引起应力集中，从而产生残余应力。

5. 焊接过程中的约束焊接过程中，焊接件通常由多个部件组成，这些部件之间会存在约束。

约束会限制焊接件的自由变形，导致焊缝区域产生应力。

6. 焊接工艺参数的选择焊接工艺参数的选择直接影响焊接过程中的温度变化和应力分布。

不合理的焊接工艺参数选择会导致焊接残余应力的产生。

7. 焊接残余应力的影响焊接残余应力对钢结构的性能和使用寿命有着重要的影响。

它可能导致焊接件的变形、开裂和疲劳破坏等问题。

7.1 变形焊接残余应力会引起焊接件的变形，导致尺寸偏差和形状不规则，影响钢结构的装配和使用。

7.2 开裂焊接残余应力会使焊接区域的应力超过材料的承受能力，导致开裂的产生。

开裂会降低钢结构的强度和耐久性。

7.3 疲劳破坏焊接残余应力会使焊接区域的应力集中，从而导致疲劳破坏的产生。

疲劳破坏是由于应力循环加载引起的，会减少钢结构的使用寿命。

8. 焊接残余应力的控制与消除为了减少焊接残余应力的影响，可以采取以下措施：8.1 合理选择焊接工艺参数合理选择焊接工艺参数，控制焊接过程中的温度变化和应力分布，减少焊接残余应力的产生。

8.2 采用预加热和后热处理通过预加热和后热处理，可以改变焊接区域的温度分布，减小焊接残余应力的大小。

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。

探析钢结构焊接残余应力发表时间：2016-11-09T10:40:18.190Z 来源：《低碳地产》2016年13期作者：褚胜明[导读] 【摘要】在钢结构的应用过程中，焊接工艺是一项非常重要的应用工艺技术。

对于钢结构性能的稳定性和质量安全都起到非常重要的影响作用。

在焊接过程中，由于大量热量的高度集中的存在会导致残余应力的出现，对于钢结构的工程质量，会造成严重的安全隐患。

本文结合自己的工作经验对于在钢结构中残余应力的产生进行了分析，并就如何消除其影响提出了具体的建议和措施。

身份证号码：32108619650515xxxx 江苏泰州 225300【摘要】在钢结构的应用过程中，焊接工艺是一项非常重要的应用工艺技术。

对于钢结构性能的稳定性和质量安全都起到非常重要的影响作用。

在焊接过程中，由于大量热量的高度集中的存在会导致残余应力的出现，对于钢结构的工程质量，会造成严重的安全隐患。

本文结合自己的工作经验对于在钢结构中残余应力的产生进行了分析，并就如何消除其影响提出了具体的建议和措施。

【关键词】钢结构；焊接工艺；残余应力；分析与消除在建筑行业中，钢结构的应用对该行业的发展起到了极大的推动作用。

由于钢结构的强度以及抗震性与其他材料相比都更具优势，而且自重轻，建设施工速度快，所以现在已经在建筑行业中得到了普遍的使用。

不过钢结构也存在着较多的缺点，比如在使用过程中，钢结构具有脆断性，这是一个严重影响建筑质量安全的潜在隐患。

此外，疲劳破损问题也是一个非常严重的隐患，这导致钢结构的稳定性存在缺陷。

笔者结合近年来钢结构焊接过程中残余应力产生的不同原因进行分类，并根据不同的产生原因对其进行了分析，提出了具体的解决措施和建议。

1、不同残余应力的分类在钢结构的焊接过程中，由于大量热量高度集中，在焊接结束后焊件内仍存在一定的应力，这些未消除的参与在焊件中的应力就是我们经常提到的焊接残余应力。

根据这种焊接残余应力方向的不同，可以分为纵向焊接残余应力、横向焊接残余应力和沿焊缝厚度方向的焊接残余应力三种。

焊接结构残余应力分析摘要：焊接残余应力的存在，会直接影响到钢混结构的承载能力。

为了保证焊接结构的安全可靠，准确地推断焊接过程中的力学行为和残余应力是十分重要的。

对于焊接残余应力，以往多是采用切割、钻孔等试验测量方法，不但费时费力，而且受到许多条件的限制，结果数据误差也会很大。

关键词：焊接残余应力；有限元；对接焊缝一、焊接残余应力的概念焊接构件由焊接而产生的内应力称之为焊接应力，按作用时间可分为焊接瞬时应力和焊接残余应力。

焊接过程中，某一瞬时的焊接应力称之为焊接瞬时应力，它随时间而变化；焊后残留在焊件内的焊接应力称之为焊接残余应力。

焊接残余应力为热应力（主要为冷却应力），相变应力可再叠加其上。

在冷焊、扩散焊、滚轧敷层和爆炸敷层等情况下，冷加工作用力是残余应力的源泉，它可单独作用，也可能附加于上述热效应之上。

二、焊接残余应力产生的原因焊接过程是一个先局部加热，然后再冷却的过程。

焊件在焊接时产生的变形称为热变形，焊件冷却后产生的变形称为焊接残余变形，这时焊件中的应力称为焊接残余应力。

焊接应力包括沿焊缝长度方向的纵向焊接应力，垂直于焊缝长度方向的横向焊接应力和沿厚度方向的焊接应力。

焊接残余应力产生的主要原因是由焊接过程中不均匀加热所引起的。

焊接应力按其发生源来区分，有如下3种情况：（1）直接应力是进行不均匀加热和冷却的结果，它取决于加热和冷却时的温度梯度，是形成焊接残余应力的主要原因。

（2）间接应力是由焊前加工状况所造成的压力。

构件若经历过轧制或拉拔时，都会使之具有此类残余应力。

这种残余应力在某种场合下会叠加到焊接残余应力上去，而在焊后的变形过程中，往往也具有附加性的影响。

另外，焊件受外界约束产生的附加应力也属于此类应力。

（3）组织应力是由组织变化而产生的应力，也就是相变造成的比容变化而产生的应力。

它虽然因含碳量和材料其它成分不同而有异，但一般情况下，这种影响必须要加以考虑的是，发生相变的温度和平均冷却速度。

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。

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。