打开文本图片集
摘 要：焊接是一个复杂的工艺过程，对工程质量优劣及结构安全具有直接的影响。在2个焊件之间，端面构成的直角或者是接近直角接头成为T形接头。在实际上，对接接头的焊缝通常略高于母材板面，在焊缝与母材的过渡处会存在应力集中的现象。由于现阶段控制和消除殘余应力能力还不够成熟，焊接残余应力会直接影响到钢结构的强度和承载能力。因此，在具体实践中，需要加强对T形接头焊接应力分布的影响研究，以确保焊接结构安全可靠。
关键词：焊接工艺;T形接头;焊接应力;应力分布
中图分类号：TG404 文献标志码：A
1 焊接应力的机理和产生原因
焊接应力是在焊接结构过程中产生的内应力，按照实际的时间进行划分，可分为2种——焊接瞬时应力和焊接残余应力。在焊接中，构件的焊接应力有着复杂性，并且不同构件存在的焊接应力也有明显差别。在不同的温度场下，构件自身的力学、物理等性能也存在较大的差异，同时，不均匀温度场会多个因素变化，如焊接工艺等。在相同温度条件下和不同的固定状态下，可能产生的变形情况有3种，分别是自由变形和不完全自由变形以及无任何变形，这是由于不同的固定状态，造成构件被热长度影响，生成的压应力不同，利用公式ΔLT/L0=a（T1-T0）、Er=ΔLT/L0=a（T1-T0）可计算出变形率，然后确定构件的焊接应力，并有针对性地采取消除措施。
导致焊接应力的原因有很多，概括起来主要有如下几种：一是焊缝尺寸与接头形式设计缺乏合理性。构件间的搭接方式主要有坡口形式、接头间隙、焊缝余高等，如果焊缝尺寸过大，就会导致受热面积过大，使焊接完成后残余应力增加;二是焊缝数量及其分布不够科学。焊缝疏密度不均、相互交叉、封闭性焊缝较多等，都会导致构件挠度变形及残余应力出现;三是焊接方式及其工艺参数选择不合理，没有根据构件自身材质、薄厚、形状、结构等进行选择;四是构件焊接顺序及设计不科学，不同的焊接顺序会导致焊接拘束度变化，进而影响焊接应力分布。
2 焊接工艺对T形接头构件焊接应力分布的影响及消除对策
2.1 T形接头焊接应力测试
Q235B钢板的塑性和韧性都很好，并且他们有很好的强度和冷弯性能，并且有着很好的焊接性，所以被普遍应用在建筑和路桥的制造中。选用E4303焊条来焊接Q235B钢，焊接时不需预热、控制道间温度和后热，焊接后的接头塑性和冲击韧性良好，也不需要进行热处理来改善组织。使用HK-21三维应力分布磁测仪来测试焊接应力。在T形接头中，主要利用600 mm×100 mm×4 mm与100 mm×50 mm×3 mm的Q235B钢板进行装配，如图1所示。
T形接头应力测量起始点距离板端50 mm，覆盖整个钢板上的3条焊道，所测的焊接应力值为构件中心处的表面焊接应力值，如图2所示。
测试结果显示，焊接Q235B钢板T形接头时，如果按照从中心出发，往一端焊，再由中心，往另一端焊，产生的应力在分布上十分不均匀，并且有着很大的变化幅度，可到30 MPa。如果在焊接中，采取的是由一端一侧，往另一端焊，然后由一端另一侧焊，往另一端焊，这样产生的应力比较均匀，并且其变化幅值只有7.5 MPa。在焊接中，如果是由中心向两端焊，那么接头焊接应力就达到了最大的值，并且波动范围大约在45 MPa～60 MPa，最小值是压应力。在较小的焊接热输入392 J/ mm的情况下，针对Q235B钢板T形接头，容易产生焊接分布的不均匀问题，这时候变化幅值能够到69.9 MPa，其压应力变化更是处在30 MPa～99.9 MPa;当焊接热输入较大时，其焊接应用有着均匀的分布，并且变化仅为20.1 MPa，应力变化较小，没有出现应力峰值。
2.2 T形接头焊接应力消除对策
2.2.1 T形接头焊接应力的危害
第一，腐蚀危害。在焊接完T形接头之后，因为产生的拉应力，就会使其一旦遇到腐蚀性强的介质，就可能会在腐蚀作用下发生构件开裂的问题，从而影响整体的稳定性，影响到其质量。第二，对构件尺寸和加工精度的影响。在T形接头构件中，常常因为本身的应力产生稳定的效果，但是在加工中，构件的某一部分要被去掉或切割，构件的尺寸、形状等就会发生改变，这就会打破其原有的平衡性和稳定性，进而影响T形接头构件的精度。第三，影响构件的刚度。在完成焊接T形接头之后，应叠加焊接残余应力和构件内应力，如果达到T形接头自身所带屈服点，就会直接导致其发生变形，降低其刚度。第四，危害构件的自身疲劳强度。T形接头中存在焊接残余应力，构件荷载试验证明这些残余应力会使T形接头极易达到疲劳强度的极限，进而导致构件质量等受到危害。第五，危害构件静载水平。在低温条件下，T形接头如果处于干脆性状态，那么其焊接残余应力和外在作用力就会叠加。
2.2.2 消除焊接残余应力的途径
第一，锤击法。金属自身具有延展性，焊接后，可使用圆头小锤锤击焊缝，用这种延展性来抵消一部分残余应力。
第二，热处理法。焊接过程中，如果存在影响到焊接位置，那么就要利用热处理，这样才能实现内部晶体构造的改变，并消除晶体缺陷，有效地减小金属强度，提高其韧性，从而有效地消除焊接应力。
第三，爆炸法。完成焊接后，在焊缝周围等区域设置炸药带，利用爆炸冲击力使构件发生一定的塑性变形，来抵消焊接残余应力。爆炸法还能减少压应力，大幅度地提升构件抗拉力水平。
第四，振动法。利用振动来对焊接构件施加压力，可以叠加附加力和残余应力，并且能够到达构件自身屈服性的临界值，这样使其出现微观塑性变形，以达到减少应力的目的。
第五，抛丸处理法。这种方式是利用离心力，把磨料射向焊件表面，通过打击和磨削作用来消除焊接构件焊接残余应力，提升其表层的压应力水平和自身的疲劳强度。
3 结语
综上所述，在该文中，使用HZ-21三维应力分布磁测仪，探测了T形接头的残余应力，并且实现了对焊接工艺的研究，探讨了其对T形接头焊接应力分布的影响，并探讨了消除焊接应力的方法，以期能为T形结构焊接顺序和焊接热输入选择以及提升构建整体强度和使用年限提供一定的参考。
参考文献
[1]史慧.钢结构焊接变形和焊接应力控制分析[J].四川水泥，2017（12）：321，330.
[2]王斌.焊接应力对构件的危害及消除[J].现代制造技术与装备，2017（1）：109-110.
[3]谢永泉.浅谈焊接应力和变形控制[J].科技视界，2014（14）：86.