T型钢节点焊接残余应力及变形研究

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。

Welding Technology Vol．48No．2Feb.2019转向架管支架T 形构件焊修残余应力研究武永寿1，朱平2，陈彦君2，刘洋2（1．中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东青岛266111，2．大连交通大学材料科学与工程学院，辽宁大连116021）摘要：针对管支架组焊构件焊修残余应力状态，通过数值模拟和试验测试方法，分析了在现场焊修条件下，先退火后焊接和先焊接后退火工艺分别对管支架T 形构件焊趾部位残余应力的影响。

结果表明：无论是先退火后焊接，还是先焊接后退火，管支架T 形角焊缝接头在焊趾部位的残余应力均为拉应力，其应力数值有的达到母材的屈服极限。

比较先退火后焊接和先焊接后退火，先退火后焊接的残余应力比先焊接后退火的残余应力大。

关键词：管支架；焊修；退火处理；残余应力中图分类号：TG404文献标志码：B文章编号：1002－025X (2019)02-0015-03收稿日期：2018-11-060前言高速列车转向架管支架焊接构架存在服役后的焊修处理问题。

在现场焊修条件下，常采用多层多道连续焊修作业，且焊修后构架不再重复进行去应力退火处理，而主要采取风铲冲击、锤击、打磨等非热处理消应力措施［1－6］。

因此，需要研究先退火后焊接的工艺和先焊接后退火工艺下转向架构架管支架T 形接头的残余应力及分布状况，为合理制订转向架构架焊修工艺提供可行性依据。

1管支架材料及焊修工艺管支架用钢为按照JIS G 3114—2008生产的SMA490BW 板材（厚12mm ）和管材（准203mm×11mm ）。

钢的屈服强度≥355MPa ，抗拉强度490～630MPa ，伸长率≥15％。

焊丝选用符合T B /T 2374—2008的JM55－Ⅱ焊丝，直径1．2mm 。

焊接保护气体采用富氩混合保护气体（φ（Ar ）80%+φ（CO 2）20%）。

模拟构架管支架T 形接头结构件如图1所示，即在钢管表面焊接支架的结构形式。

焊接顺序对T型接头残余应力及变形的影响[摘要]：本文利用simufact welding专用焊接软件，模拟了5种不同焊接顺序对t型焊缝残余应力及变形的影响，并得到了最优的焊接顺序。

结果表明：残余应力和变形具有相反的变化趋势，先焊两端后焊中间分段焊法既可有效控制t型接头的残余应力，又可控制其变形量。

[关键词]：t型接头有限元模拟焊接顺序残余应力焊接变形引言焊接结构一个很明显的特点是有较大的焊接应力和变形。

焊接应力和变形不但可能引起热裂纹、冷裂纹、脆性断裂等工艺缺陷，而且在一定条件下将影响结构的承载能力，如强度，刚度和受压稳定性。

除此以外还将影响到结构的加工精度和尺寸稳定性。

因此，在设计和制造时充分考虑焊接应力和变形这一特点是十分重要的[1][2]。

采取合理焊接工艺控制焊接残余应力和变形，对于提高结构件使用寿命具有重要的意义。

焊缝残余应力和变形的复杂性使得以通过试验、检测等手段获得残余应力分布规律变得很困难，精度难以保证。

在计算机高速发展的今天，大多采用数值模拟的方法[3]。

因此本文以泵车臂架和支腿结构为研究对象，利用simufact welding专用焊接软件优化工艺设计，提出合理的施焊方案，使变形和残余应力得到控制，以满足结构的使用要求。

1.有限元模型建立1.1 模型建立泵车臂架和支腿为典型的箱体结构，由顶底板、两侧板和焊缝组成，一般实际结构尺寸较大，为了方便计算，取实际结构的一部分建立简化模型（尺寸：底板和侧板尺寸为150×450×8mm），如图1所示。

1.2 网格划分为提高计算效率并保证计算精度，在温度梯度较大的焊缝及热影响区网格划分较密，而远离焊缝和热影响区的区域网格较粗，本网格有限元模型采用六面体和四面体混合网格，网格划分结果为9090个节点，5800个单元，有限元划分结果如图1所示。

1.3 材料特性由于泵车臂架和支腿均为高强钢焊接结构，本次模拟选用16mncr5作为高强钢材料，其热物理参数和力学性能参数随着温度变化而变化，如下表1所示。

焊接技术培训中焊接变形与残余应力的实验研究焊接是一种将两个或多个金属部件通过熔融、热加工和冷却等工艺连接在一起的方法。

然而，在焊接过程中，焊接件会发生变形和产生残余应力，这对于焊接接头的工程质量和性能产生了重要影响。

本文将介绍焊接技术培训中焊接变形与残余应力的实验研究，并探讨其影响因素和控制方法。

1. 实验目的研究焊接过程中焊接变形与残余应力的形成机制，为焊接技术培训提供理论依据和实验指导。

2. 实验方法2.1 实验材料与设备选择常见的金属材料作为实验材料，如碳钢、不锈钢、铝合金等。

使用焊接设备，如电弧焊机、气保焊机等进行焊接实验。

2.2 实验流程根据设计要求，制备焊接试件，并对试件进行预处理，例如表面除油、去毛刺等。

确定焊接参数，如焊接电流、电压、焊接速度等。

进行焊接过程中的实时数据采集，如温度、位移等。

完成焊接后，使用适当的测试方法对焊接接头的变形和残余应力进行分析和测试。

3. 实验结果与分析根据实验数据和测试结果，综合分析焊接变形与残余应力的影响因素。

通过实验可以发现，焊接过程中的热效应是主要原因之一。

焊接过程中的高温会导致材料的热膨胀，随后的冷却过程会导致收缩，从而产生变形和残余应力。

此外，材料的热导率、焊接顺序、环境温度等因素也会对焊接变形和残余应力产生影响。

通过分析这些影响因素，可以采取一系列的控制措施，如优化焊接工艺参数、采用预热和后热处理等，以减少焊接变形和残余应力的产生。

4. 实验结论通过实验研究，我们可以得出以下结论：(1) 焊接过程中的热效应是引起焊接变形和残余应力的主要原因之一。

(2) 焊接顺序、材料热导率等因素也会对焊接变形和残余应力产生影响。

(3) 通过优化焊接工艺参数和采取适当的控制措施，可以有效减少焊接变形和残余应力的产生。

5. 实验意义研究焊接变形与残余应力的实验对于焊接技术的培训和应用具有重要意义。

通过实验研究可以深入了解焊接过程中的变形和残余应力形成机制，帮助焊接工程师准确判断焊接质量，优化焊接工艺参数，提高焊接接头的工程质量和性能。

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。

文章编号:100926825(2007)0820057202T 型钢节点焊接残余应力及变形研究收稿日期:2006210224作者简介翟晓鹏(82),男,长江大学城市建设学院钢结构研究所硕士研究生,湖北荆州　33张系斌(562),男,教授,长江大学,湖北荆州　33刘泰凤(832),女,长江大学硕士研究生,湖北荆州　33翟晓鹏　张系斌　刘泰凤摘　要:运用有限元方法分析研究了T 型节点焊接的残余应力与变形,重点阐述了该T 型焊接变形的类型、残余应力分布规律及控制焊接变形的措施,供类似工程参考。

关键词:T 型节点,焊接变形,残余应力中图分类号:TU758.11文献标识码:A1　研究目的焊接过程中,应力变形是随时间而改变的。

当焊件温度降至常温时残存于焊件中的应力称为焊接残余应力[1],残留的变形称为焊接残余变形。

常见的焊接变形有:纵向收缩变形、横向收缩变形、挠曲变形、角变形、波浪变形、扭曲变形等。

近年来,大跨度管桁架结构广泛应用于歌剧院、训练馆、体育场等公用设施。

在桁架结构中由于大多是管状结构,所以节点形式大多采用相贯焊接,但其残余应力比较大,同时残余变形比较难控制。

文中拟采用T 型节点取代管管相贯焊缝,并对T 型节点焊接残余应力与变形进行分析研究。

2　残余应力计算方法[2]当物体各部分温度发生变化时物体将由于热变形而产生线应变α(<-<0)。

其中,α为材料的线膨胀系数;<为弹性体内任一点现时的温度值;<0为初始温度值。

如果物体各部分的热变形不受任何约束,则物体上有变形而不引起应力,但是物体由于约束或各部分温度变化不均匀热变形不能自由进行时,则在物体中产生应力,物体由于温度的变化而引起的应力称为热应力。

当弹性体的温度场已经求得时,就可以进一步求出弹性体各部分的热应力。

由于热变形产生的应变可以看作是物体的初应变,计算热应力时只需算出热变形引起的初应变ε0,求得相应的初应变引起的等效节点载荷P ε0,与其他载荷项合在一起,求得包括热应力在内的综合应力,计算应力公式为σ=D (ε-ε0)。

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摘要：焊接残余应力和焊接变形是钢结构产生变形和开裂的主要原因。

本文以焊接残余应力和焊接变形为对象，分别讨论了残余应力对钢结构刚度、静力强度、疲劳强度、应力腐蚀等的影响，促使结构发生脆性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀开裂、低温变脆等以及造成的焊接变形的种类。

应采取措施对焊接残余应力和焊接变形加以消除和调整。

关键词：钢结构焊接残余应力焊接变形钢结构是钢材通过一定的设计方法做成构件，构件再通过一定的连接方式连接成的整体结构承力体系或传力体系。

连接方式及其质量优劣直接影响钢结构的工作性能。

焊接连接是目前钢结构最主要的连接方式。

但在焊接过程中，在焊缝附近的热影响区内，钢材的金相组织发生改变，导致局部材质变脆；焊接残余应力和残余变形使受压构件承载力降低；焊接结构对裂纹很敏感，局部的裂缝一旦发生，就容易扩展到整体。

一、焊接残余应力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。

（一）焊接残余应力对钢结构的影响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。

4.对应力腐蚀开裂的影响应力腐蚀开裂是拉伸残余应力和化学腐蚀作用下产生裂纹的现象，在一定材料和介质的组合下发生。

2020年 第2期 热加工50不同焊接顺序对T 形接头焊接变形及残余应力的影响赵小康，张海燕，姚正锋，侯国清广西柳工机械股份有限公司 广西柳州 545007摘要：建立焊接结构中常见的T形长接头焊接有限元模型，利用热-力耦合计算分析了不同焊接顺序对T形长接头焊接温度场，变形及残余应力的影响，优化了焊接顺序。

结果表明：焊接顺序不同，工件在焊接过程中经历的热循环次数不一样；在无约束情况下焊接时，采用两侧同时同方向施焊方式焊接时可有效减小焊接变形。

相比较无约束情况下，工件在约束条件焊接时可大大减小焊接变形，缩小了不同焊接顺序下的变形差异优势；在分段焊接时，通常在分段接头的位置存在应力值降低的情况。

关键词：T形长接头；热-力耦合；焊接顺序；温度场；变形；残余应力1 序言焊接接头在焊接过程中由于受到局部加热，与焊件其他未施焊部位存在明显的温度梯度，由于焊接时不同区域温度场的差异，造成焊件在焊接结束后存在不同程度的焊接残余应力和焊后变形。

焊接应力的存在会降低焊接结构的承载能力，影响焊接结构的疲劳寿命，尤其当焊接残余拉应力与焊接缺陷等应力集中部位重合时会极易产生裂纹，并且焊接残余应力的逐步释放会引起焊接结构件尺寸、精度的变化，影响产品使用[1-4]。

焊后变形对结构件之间的装配带来困难，焊接变形不仅影响到其本身结构件的使用寿命，而且由于变形带来的强装配还会引起整机的整体性能，如异响、振动、噪声等。

为了消除焊接变形，焊后需要进行大量复杂的矫正工作，严重的会使焊件报废，影响生产效率[5]。

工程机械中往往面临的是大型复杂结构件的焊接，焊接过程高度非线性，大多依赖于长期经验的积累，对于焊接变形存在不可把控的情况。

基于试验，检测手段获得的残余应力未能反映焊接结构整体的残余应力分布。

对于焊接参数、焊接顺序的选择上，为了提高生产效率，不可能进行多种方案的试验，因此在焊接最优方案的选择上存在盲目性。

针对上述情况，本文采取不同的焊接顺序对T 形接头的焊接过程进行仿真分析，预测焊接温度场、应力场及变形情况，为焊接过程提供最优的焊接方案，用于指导实际焊接过程，提高生产效率和节约成本。

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。