摘要：焊接是钢结构行业中应用非常广泛的一种技术，痕迹有着独特优点，同时也存在着缺陷，焊接的残余应力和焊接变形就是两种常见的问题。在焊接过程中，应力导致焊件变形，同时，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，而是长期存在的。如果要对其进行矫正则需要耗费大量的人力和物力资源，甚至还可能出现产品报废的情况。
关键词：钢结构；焊接残余应力；焊接变形；控制方法
一、对接形式焊接残余应力测定
1.1试验材料及焊接工艺参数
钢板对接是钢结构最常见的形式，通过两块钢板模拟钢结构对接形式，设定试验使用钢板尺寸均为500mm×200mm×8mm，材料为常用Q345B钢。焊接前需对钢板进行处理，经由剪板机对其进行粗加工后再进行细加工，确保焊接面光滑、平整，组对后先对焊缝两侧进行点焊，固定位置。
1.2测试点分布及数据提取
根据SL499-2010标准进行残余应力测试，钢板1和钢板2在材质和尺寸上均相同，仅需研究其一。取钢板2为研究对象，在离焊缝25mm处引一条与焊缝平行的边，将其平分为11等分，取其10个等分点作为测试点，并将其分别标记为序号1～10。在第6个等分点引一条垂直于焊缝直至边缘的线段，将该线段等分为5份，取其4个等分点作为测试点，并将其分别标记为序号11～14，在测试时分别取水平方向、竖直方向、45°方向作为测试方向，将所有测试点在不同方向测得的数据记录下来。
二、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，其产生残余应力主要的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两点：
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。
由于焊接部位的密度，热膨胀系数、导热系数、密度等物理因素不同，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
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，进而对钢结构的变形产生不同影响。对钢结构进行加工时，应根据不同的钢材选取适合的焊接热源，从而达到减少钢材的变形及保证焊接质量的目的。
2.3其他原因产生焊接残余应力
除以上两种因素外，焊接残余应力还可由其他间接因素产生，如对钢结构进行焊接前，对钢结构器或局部零部件材进行处理，使其进行过轧刹等，都会对焊接过程造成影响，增加产生焊接残余应力的可能。在焊接过程中，不仅要考虑焊接钢结构的物理因素及不同焊接热源所产生的影响，还应当综合考虑钢结构本身所受过的其他方面的影响。如处理不当，则会对钢结构造成不良的影响。
三、钢结构焊接变形控制技术
3.1残余应力调控工艺
窗口残余应力是造成钢结构焊接变形的一项因素，降低残余应力可有效降低结构焊接变形的情况。钢结构焊接后由于温度场集中于焊缝部位，导致冷却后残余应力集中于焊缝处。焊接过程初始焊接温度、焊点到焊件距离、最大温度、有效加热半径和试件厚度等均是影响钢结构焊接的条件。为了探究建筑钢结构残余应力的控制效果，研究设定其残余应力调控工艺窗口。
3.2试验设计
采用建筑常用的Q345B钢，试件制定过程与残余应力测定试验过程相似，试件预制时首先需对其进行点焊固定，之后将其进行去应力退火，消除试件预制加工的残余应力，设定退火温度为600℃，退火时间为40min，到达退火时间后便可让其自行冷却至常温。通过传感器收集焊接过程的温度数据，并对加热过程中试验模型进行参数校核。采用盲孔法进行数据收集，盲孔深度为1mm，通过盲点收集信号，并通过无线传感器将其传输至计算机终端。准备两组试件，一组为对照组，另一组为试验组，对照组焊接完成后不对其做任何处理，室温静置即可。对试验组试件进行加热处理，采用氧乙炔火焰对距离焊趾处25mm的直线区域进行平行加热处理，通过传感器收集加热温度，加热时控制温度区间在［500℃，550℃］。试验组试件进行热处理后，分别对试验组和对照组试件表面残余应力进行测量，验证通过该种热处理工艺后试件残余应力调整效果。在试验组试件中设置几个测试点，设置五个测试点分别为1、2、3、4、5，每个点分别测试五次，消除其中最高数据以及最低数据后对剩余3个数据取平均，得出最终结果。
四、钢结构焊接残余应力以及变形控制的方法
4.1控制钢结构焊接残余应力的方法
（1）焊接热处理法
其主要利用退火处理技术，使焊接受热的温度不断提高，从而有效延长保温时间，避免出现冷热不均匀的问题。但是在应用这一技术时，需要把温度控制在合理的范围内，一旦焊接的温度太高，就可能会造成钢结构氧化过重的问题。
（2）锤击消除
在钢结构焊接中应用锤击消除法，主要在焊接加工完成之后，需要用水锤敲击焊接的位置，这样能够使焊接的位置保持延展，从而消除热胀冷缩反应中产生的残余应力，防止钢结构材料产生变形的问题。但是在锤击焊接部位时，必须确保母材受力均匀。
（3）振动消除法
随着科学技术的快速发展，在当前的钢结构焊接加工中，主要采用振动消除法，来有效消除焊接残余应力。振动消除法的处理时间非常短，能够降低加工成本，不会产生氧化过重的问题。其中使用的激振器中包含了偏心轮以及变速马达，所以能够让焊接结构中出现共振循环反应，进而逐渐降低内应力。
4.2控制钢结构焊接变形的方法
在钢结构焊接加工中，为了有效控制钢结构焊接变形的问题，首先需要严格控制焊接热量，避免焊接残余应力出现。在钢结构材料焊接前必须做好充足的准备工作，深入了解和分析钢结构的基本特征，焊缝的尺寸需要进行严格把控，防止母材咬伤。其次，在钢结构焊接中需要合理调整焊接工艺次序，对于不必要的焊接次序需要进行优化调整，如果钢结构的收缩量比较大，那么需要提前焊接，然后焊接长直缝，只有遵循先大后小的原则，才能避免出现焊接残余应力。最后，在先进的科学技术支撑下，可以不断改善焊接技术，加强应用全新的焊接技术，例如二氧化碳保护焊以及氩弧焊，这些焊接工艺技术都能有效避免钢结构变形问题产生。
结语：
钢结构焊接复杂，焊接工艺繁琐，焊接中会出现多条焊缝相交错的情况，钢结构焊缝接头处为应力集中处，并会伴随残余拉应力作用，此处为疲劳裂缝起始处，会在残余应力作用下进一步延伸。钢结构在焊接后受到载荷作用会部分叠加至焊接残余应力中，导致钢结构焊缝处发生裂缝，导致钢结构抗腐蚀能力进一步下降，在残余应力及腐蚀介质作用下，钢结构使用寿命被进一步缩短，出现腐蚀疲劳现象。综合来看，钢结构性能与焊接残余应力关系密切，在实际焊接过程中需要通过有效手段降低焊接残余应力，控制其结构变形产生裂缝。
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