一种钢结构焊接残余应力消除方法

技术领域

本发明涉及钢结构焊接残余应力消除领域。更具体地说，本发明涉及一种钢结构焊接残余应力消除方法。

背景技术

焊接是钢结构应用中的一种常规操作，焊接是一种可以将两个钢结构进行连接固定连接的工艺，在实际的焊接过程中，由于温度梯度和不均匀的应力，加上不利的结构条件，使得焊接应力几乎是不可避免的存在，而建筑施工领域的钢结构通常都板材厚、焊缝多，更加不可避免的存在更多更严重的焊接应力问题，而未释放掉的焊接残余应力过大，可能产生焊接裂纹，会对钢结构的加工质量和后期使用造成很严重的不良影响。

因此，亟需研发一种钢构件消除应力的方法，以克服上述问题。

发明内容

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，本发明的一优选实施方案提供了一种钢结构焊接残余应力消除方法，其中，所述大型钢结构由第一钢构件和第二钢构件焊接而成，二者的连接处形成焊缝，所述钢结构焊接残余应力消除方法包括以下步骤：

S1、将第一钢构件和第二钢构件之间的焊缝处进行打磨清洁处理；

S2、将大型钢结构置于加热炉中，将炉内温度从室温升高至610~630℃，保温30分钟，并将加热保温后的大型钢结构转移至炉内温度位于180~200℃之间的加热炉中，进行第一次降温，且在降温过程中保持炉内温度不变，待钢结构的温度降低至与炉内温度一致时，切断加热炉的电源，继续进行第二次降温，直至降至室温；

S3、在焊缝沿长度方向的两端分别钻设得到两排第一钻孔，在焊缝沿宽度方向的两端分别钻设得到两排第二钻孔。

根据本发明的一优选实施方案，所述S3之后还包括：

S4、沿着焊缝的长度方向在焊缝上切割形成两排间隔分布的槽体，两排槽体平行设置，且两排槽体中的槽体错开设置。

根据本发明的一优选实施方案，所述槽体的截面为V字型，槽体的夹角为35°，槽体的深度保持在0.8~1.0cm，相邻两个槽体之间保持30~35cm的距离。

根据本发明的一优选实施方案，所述S2的升温和降温过程均在超声波环境中进行。

根据本发明的一优选实施方案，所述S3中，所述第一钻孔/第二钻孔的孔径控制在

6~8mm，且相邻两个第二钻孔之间保持15~20cm的距离，相邻两个第一钻孔之间保持1~2cm的距离。

根据本发明的一优选实施方案，所述S2中，第一次降温的降温速率小于第二次降温

的降温速率。

根据本发明的一优选实施方案，所述S4之后还包括：

S5、利用焊枪对焊缝表面进行吹火加热，使焊缝处的金属变成亮红色状态时，利用敲

打锤对焊缝处金属进行敲打，一直敲打至焊缝处的金属呈暗红色，所述敲打锤的锤尖为圆弧，该圆弧所在的圆的半径为12~15mm，该圆弧对应的角度控制在30~35°之间，其中，整个敲打过程在保护气氛围中进行，敲打频率控制在200~230次/min，每次敲打的力度控制在180~200N，以焊缝的中心处为首次敲打点，逐步向外敲打。

根据本发明的一优选实施方案，所述S5的敲打过程中，利用夹具分别夹持第一钢构

件和第二钢构件。

本发明至少包括以下有益效果：

1、本发明在焊缝沿长度方向的两端分别钻设两排第一钻孔，在焊缝沿宽度方向的两端分别钻设得到两排第二钻孔，可以降低焊缝中肉眼不明显可见的裂纹向长度方向两端、宽度方向两端延伸的可能，并且可以释放钻孔附近的局部应力，减少裂纹产生的可能性；并且沿着焊缝的长度方向在焊缝上切割形成两排间隔分布的槽体，利用槽体消除焊缝四周方向的尤其是焊缝上的局部应力，钻孔和槽体同时作用，既消除焊缝及其四周的局部应力，又可以避免隐形不明显裂纹向周围延伸。

2、本发明将大型钢结构置于加热炉中先升温至610~630℃再于180~200℃的加热炉中进行第一次降温，最后对加热炉进行断电进行第二次降温，两次保温降温可以很好地利用保温降温过程中焊缝的塑性形变导致的应力打乱重新布置，达到降低残余应力的目的，并且还可以降低钢结构本体和焊缝处的温差，从而减少因为温差造成的内应力。

3、本发明利用特定形状的敲打锤的弧形锤尖连续敲打第一钢结构和第二钢结构之间的焊缝，在敲打过程中，焊缝处金属将逐步被捶打变薄，并向四周逐步拉长延伸，在其逐步拉长延伸的过程中焊缝将逐步发生收缩，从而使得焊接残余应力逐步变小。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明中第一钻孔、第二钻孔以及槽体在焊缝在的分布示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变形。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

本发明的一优选实施方案提供了一种钢结构焊接残余应力消除方法，其中，所述大型钢结构由第一钢构件和第二钢构件焊接而成，二者的连接处形成焊缝。

实施例1

所述钢结构焊接残余应力消除方法包括以下步骤：

S1、将第一钢构件和第二钢构件之间的焊缝处进行打磨清洁处理；

S2、将大型钢结构置于加热炉中，将炉内温度从室温升高至630℃，保温30分钟，并将加热保温后的大型钢结构转移至炉内温度位于200℃之间的加热炉中，进行第一次降温，且在降温过程中保持炉内温度不变，待钢结构的温度降低至与炉内温度一致时，切断加热炉的电源，继续进行第二次降温，直至降至室温；所述S2的升温和降温过程均在频率为20MHz的超声波环境中进行。

S3、在焊缝沿长度方向的两端分别钻设得到两排第一钻孔P1，在焊缝沿宽度方向的

两端分别钻设得到两排第二钻孔P2。所述第一钻孔P1/第二钻孔P2的孔径控制在8mm，且相邻两个第二钻孔P2之间保持20cm的距离，相邻两个第一钻孔P1之间保持1cm的距离。

S4、沿着焊缝的长度方向在焊缝上切割形成两排间隔分布的槽体P3，两排槽体P3平行设置，且两排槽体中的槽体错开设置。所述槽体的截面为V字型，槽体的夹角为35°，槽体的深度保持在1.0cm，相邻两个槽体之间保持35cm的距离。

S5、利用焊枪对焊缝表面进行吹火加热，使焊缝处的金属变成亮红色状态时，利用敲

打锤对焊缝处金属进行敲打，一直敲打至焊缝处的金属呈暗红色，所述敲打锤的锤尖为圆弧，该圆弧所在的圆的半径为15mm，该圆弧对应的角度控制在35°之间，其中，整个敲打过程在保护气氛围中进行，敲打频率控制在230次/min，每次敲打的力度控制在200N，以焊缝的中心处为首次敲打点，逐步向外敲打。所述S5的敲打过程中，利用夹具分别夹持第一钢构件和第二钢构件。

经检测，经过实施例1方法处理多的大型钢结构焊缝处的焊接应力从208.5MPa下降至48.9MPa。

实施例2

跟实施例1的区别在于，S5中，敲打锤的锤尖的圆弧所在的原的半径为25mm，该圆弧对应的角度控制在20°。

经检测，经过实施例2方法处理多的大型钢结构焊缝处的焊接应力从208.5MPa下降至76.5MPa。

实施例3

跟实施例1的区别在于，S5中，敲打锤的锤尖的圆弧所在的原的半径为8mm，该圆弧对应的角度控制在20°。

经检测，经过实施例3方法处理多的大型钢结构焊缝处的焊接应力从208.5MPa下降至94.7MPa。

对比实施例1和实施例2、实施例3，可以看出，相较于实施例2和实施例3，实施例1的焊接应力下降更多，说明只有用本发明保护范围内的特定形状弧形锤尖的敲打锤连续敲打，方可最大程度的降低焊接残余应力，而采用本发明保护范围以外形状的敲打锤，其降低焊接残余应力能力会降低。

实施例4

跟实施例1的区别在于，S2的步骤不同，具体的，S2、将大型钢结构置于加热炉中，将炉内温度从室温升高至630℃，保温30分钟，切断加热炉的电源，降温，直至降至室温；所述S2的升温和降温过程均在频率为20MHz的超声波环境中进行。

经检测，经过实施例4方法处理多的大型钢结构焊缝处的焊接应力从208.5MPa下降至112.3MPa。

对比实施例1和实施例4，可以看出，相较于实施例4，实施例1的焊接应力下降更多，这是因为两次保温降温可以很好地利用保温降温过程中焊缝的塑性形变导致的应力打乱重新布置，达到更好的降低残余应力的目的，并且还可以降低钢结构本体和焊缝处的温差，从而减少因为温差造成的内应力。

实施例5

跟实施例1的区别在于，S3中只钻设两排第一钻孔，不钻设两排第二钻孔，且S4中切割形成两排槽体P3。

经检测，经过实施例5方法处理多的大型钢结构焊缝处的焊接应力从208.5MPa下降至118.8Mpa。

实施例6

跟实施例1的区别在于，S3中只钻设两排第二钻孔，不钻设两排第一钻孔，且S4中切割形成两排槽体P3。

经检测，经过实施例7方法处理多的大型钢结构焊缝处的焊接应力从208.5MPa下降至91.4Mpa。

实施例7

跟实施例1的区别在于，S3取消，既不钻设两排第二钻孔，也不钻设两排第一钻孔，但S4中切割形成两排槽体P3。

经检测，经过实施例7方法处理多的大型钢结构焊缝处的焊接应力从208.5MPa下降至131.6Mpa。

对比实施例1和实施例5、实施例6和实施例7，可以看出，相较于实施例5、实施例6和实施例7，实施例1的焊接应力下降更多，说明只有纵向的第一钻孔、横向的第二钻孔和槽体三者同时协同配合，方可起到最大程度的消除焊缝及其四周的局部残余应力。

综上所述，可以看出，经过本发明方法处理的实施例1的焊接应力下降效果最好。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。