一、焊接问题的影响
1．对结构性能的损害
焊接变形和残余应力对建筑钢结构的性能损害显著。在强度方面，残余应力会与外加载荷叠加，使局部应力超过钢材的屈服强度，降低结构的承载能力，导致结构提前进入塑性变形阶段。韧性上，焊接过程产生的高温会使钢材的组织发生变化，残余应力的存在进一步恶化了钢材的韧性，使其在承受动载或冲击载荷时更容易发生脆性断裂。硬度方面，不均匀的加热和冷却会造成钢材硬度分布不均，影响结构的整体稳定性。不同的破坏机理表现多样，如应力集中可能引发裂纹扩展，导致结构突然断裂；层状撕裂则会使钢板在厚度方向上发生脆性破坏，严重威胁结构安全。
2．对工程进度和成本的影响
焊接变形给建筑钢结构工程带来了巨大的人力、物力消耗和工时增加。当出现较大较复杂的焊接变形时，施工现场需要投入大量人力进行矫正工作，同时还需额外的设备和材料，增加了物力成本。矫正过程往往需要耗费大量工时，严重影响工程进度。例如，在某大型钢结构桥梁建设中，由于焊接工艺不合理，导致部分钢梁出现严重变形，施工人员不得不花费数周时间进行矫正，不仅延误了工期，还额外增加了数十万元的成本。若不合理的焊接工艺或顺序导致结构发生脆性断裂，这些构件将成为废品，需要重新制作，进一步增加了成本和工期压力。
二、焊接残余应力和变形的产生原因
1．不均匀加热和冷却
焊接过程中，热源集中在焊缝区域，使该区域温度急剧升高，而周围区域温度相对较低，形成不均匀的温度场。焊缝区域金属受热膨胀，由于周围低温金属的约束，无法自由膨胀，从而产生压缩塑性变形。冷却时，焊缝区域金属收缩，同样受到周围金属的限制，不能自由收缩，进而在构件内部形成残余应力。这种不均匀的膨胀和收缩导致构件发生变形，如弯曲、扭曲等，严重影响钢结构的尺寸精度和性能。
2．材料特性影响
材料的热物理性能和力学性能参数对焊接变形有着重要影响。热传导系数决定了热量在材料中的传递速度，热传导系数低的材料，热量传递慢，会使焊缝区域与周围区域的温度差更大，加剧不均匀膨胀和收缩，增加焊接变形的可能性。热膨胀系数则反映了材料受热时的膨胀程度，热膨胀系数大的材料，在焊接过程中膨胀和收缩的幅度大，更容易产生变形。此外，材料的弹性模量、屈服强度等力学性能参数也会影响焊接残余应力的大小和分布，进而影响焊接变形。
三、应对措施与建议
1．设计优化
合理设计对建筑钢结构焊接至关重要。焊缝数量应严格把控，过多焊缝会增加焊接残余应力和变形的风险，降低结构性能。坡口形状和尺寸的设计需精准，合适的坡口能保证焊接质量，减少缺陷产生。焊缝位置的安排也不容忽视，应尽量避免焊缝集中，确保结构的几何连续性和刚度连续性。通过优化设计，可从源头上减少焊接问题的出现，提高钢结构的可靠性和稳定性，降低后期矫正和修复的成本。
2．工艺改进
工艺改进是解决焊接问题的关键。采用高能量密度焊接方法，如激光焊、等离子焊等，能使焊缝快速凝固，减少热影响区，降低焊接变形。小线能量工艺参量可控制焊接热输入，避免过大的热应力。合理的施焊顺序也极为重要，例如先焊收缩量大的焊缝，后焊收缩量小的焊缝，可有效减少残余应力和变形。此外，采用分段退焊、跳焊等方法，能分散焊接热量，降低局部温度过高带来的影响，提高焊接质量。
3．应力消除
机械拉伸法和热处理消除法是常见的消除焊接残余应力的方法。机械拉伸法是对焊件施加一定的拉力，使焊缝及其附近产生拉伸塑性变形，与焊接时的压缩塑性变形相互抵消，从而降低残余应力。热处理消除法是将焊件加热到一定温度，保温一段时间后缓慢冷却，使金属内部的原子获得足够的能量，重新排列，消除残余应力。这两种方法能有效改善钢结构的性能，提高其使用寿命和安全性。
微信客服
