钢结构残余应力产生的原因主要有以下几点:
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焊接工艺参数设置不合理:在钢结构的焊接过程中,需要综合考虑构件的结构、材质、厚度等各种因素来选择焊接方法和设置焊接参数。如果参数设置不当,很容易在焊接过程中形成凹坑、气孔、裂纹等缺陷,从而产生残余应力。
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焊缝的位置及数量分布不合理:如果钢结构中存在较多的封闭焊缝,并且不同焊缝的疏密程度具有较大差别,甚至出现焊缝的相互交叉,这种情况容易导致较大焊接残余应力的产生。
- 焊缝的接头形式、尺寸等设计不合理:焊缝尺寸的大小与焊接应力的大小有着直接的关系。此外,焊接间隙、焊接坡口形式、焊接零件之间的搭接方式等也会对焊接残余应力的大小产生直接影响。
针对钢结构残余应力,可以采取以下解决方法:
- 优化焊接工艺参数:通过调整焊接电流、电压、焊接速度等参数,减少焊接过程中的热输入,从而降低残余应力的产生。
- 合理设计焊缝位置和数量:尽量避免在结构中设置过多的封闭焊缝,并尽量使焊缝分布均匀,以减少残余应力的集中。
- 采用合适的接头形式和尺寸:根据实际需要选择合适的焊缝接头形式和尺寸,以减少焊接应力的产生。
- 采用热处理/振动时效等方法消除残余应力:这种方式是最重要的钢结构残余应力消除方法。采取回火、退火及振动时效设备去应力等,使钢材内部的残余应力得到释放。热处理因为高能耗高污染低效率,已经逐步淘汰,振动时效设备则越来越普及。而且随着振动时效不断研发升级,目前已经从普通的亚共振振动时效升级到全自动多维及频谱谐波振动时效等,消除应力效果优异,极大提高钢结构稳定性。
- 进行冷却处理:如冷却后进行淬火等方法,使钢材产生压应力,抵消残余应力。
- 使用专业设备对钢材进行加压处理:通过施加外部压力来抵消残余应力。
综上所述,控制钢结构残余应力的目标是消除残余应力集中和叠加现象,降低应力的峰值并使其均匀分布,从而提高结构的整体承载力和安全性。在实际工程中,应根据具体情况选择合适的解决方法来降低和消除残余应力。