大型钢结构屋架焊接应力释放研究

　

[摘 要] 在大型钢结构屋架平台施工中,焊接是重要工序.如何消除焊接应力,控制焊接变形,

是保证工程质量的关键

.针对大型钢结构屋架平台焊接变形问题,施工前应分析出影响变形的

主要因素并预见变形的方向

,制定预防、矫正变形、释放焊接应力的措施.本文通过对大型钢结

构屋架平台施工经验的总结

,提出可操作性防变形措施,在文中主要针对的是大型钢结构屋架

的焊接应力进行探讨

,提出了相应的解决方案。 

　　

[关键词]大型 钢结构 组装 焊接 变形 应力 控制 措施 

　　

 

　　一、焊接应力与释放概述

 

　　

1.焊接应力概述 

　　焊接应力

:是焊接过程中焊件内产生的应力。它是导致结构变形,形成裂纹的主要原因。焊

接应力可分为瞬态热应力和焊接残余应力。焊接应力的危害可从两方面考虑

: 

　　

(1)对结构完整性的影响 

　　焊接热应力可促使焊缝产生热裂纹

,残余应力导致焊后延迟裂纹的形成。 

　　

(2)对结构服役性能的影响 

　　焊接残余应力可以加速疲劳破坏

,导致应力腐蚀开裂(包括硫化物引起的开裂和碱脆破

坏

),产生低温脆断破坏,促进材料的腐蚀磨损等,压缩残余应力还会造成薄板结构或细长杆件

的压曲失稳

,产生面外变形。 

　　

2.应力释放 

　　应力释放

(stress relief)是指物体内某一点的应力由于释放能量而降低的现象;确切地说是

能量释放。应力释放一般有两种情况

:其一,在应力集中的部位,如断裂端点和交叉部位等处发

生形变或破坏

,导致应力释放。其二,并非应力集中的地区岩质相变、岩石力学性质变化或其他

原因

,致使强度降低,也会发生形变或破坏,造成应力释放。 

　　二、焊接应力减小与释放的研究

 

　　在焊接过程当中

,由于焊接点的好坏,往往会出现焊接残余应力,焊接残余应力和残存变

形将影响构件的受力和使用

,并且是形成各种焊接裂纹的因素之一,应在焊接、制造和设计时

加以控制和重视。因此在焊接大型钢结构屋架的时候

,由于我们需要对焊接应力进行详细的

分析与研究

,将焊接应力所产生的影响降低到最小的限度。一般来说,焊接的方式主要分为几

种

,热时效、加载法、超声冲击与锤击。以下就这几种方式进行探讨。 

　　

1.大型钢屋架不应采用热时效方法 

　　对重要焊接构件先进行整体热时效

,然后在现场与其它构件进行组合拼焊的工艺是建筑

钢结构制造常采用的方法。在焊接很多大型钢结构建筑物的时候

,我们一般都是采用整体热

时效

,然后运现场拼焊。采用盲孔法残余应力测量技术对转换柱热时效工艺效果,通过热时效

的焊接方式

,可以具有焊缝去氢、恢复塑性和消应力三重功能。在焊接过程当中,一般认为热时

效的消应力效果为

40-80%,能有效的保证焊接的效果完整。 

　　但是对于本论文案例

――大型钢结构屋架来说,在现场采用的拼焊的方式,很容易导致残

余的应力依然保存在钢的结构当中

,无法再焊接的过程中消除,加上现场无法采用进一步的热

时效的方式对屋架进行处理

,仅采用局部的热时效无法达到消除整个残余应力的要求,加上局

部的热效应在加热的边缘还会出现新的残余应力无法得到清除。因此现场采用局部热时效的
方式建议在焊接过程当中作为焊接小型的钢材为主。焊接大型钢结构的屋架建议考虑其它补
充、替代工艺。

 

　　

2.建议采用加载法 

　　加载法就是通过不同方式在构件上施加一定的拉伸应力

,使焊缝及其附近产生拉伸塑性