焊接作為鋼結構中的重要工藝，是一個牽涉到電弧物理、傳熱、冶金和力學的復雜過程，直接關系到工程質量的好壞、結構的安全。由于高度集中的瞬時熱輸入，在焊接過程中和焊后將產生相當大的殘余應力和殘余變形。焊接殘余應力會嚴重影響結構的使用性能，因此，對焊接殘余應力進行檢測具有重要意義。

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什么是焊接殘余應力？

殘余應力是指在沒有外力或外力矩作用下，以平衡狀態存在結構內部的力。殘余應力是由于物體存在不均勻、不協調的變形，而導致物體自身為保持平衡而產生的力，如物體的不同部分因膨脹系數、剛度、屈服強度等不同而導致的不均勻變形。

在無外力作用下，焊接過后存在于焊件內部的自平衡的內應力稱為焊接殘余應力，焊接過程中，局部不均勻熱輸入是產生焊接殘余應為的主要原因。

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焊接殘余應力對鋼結構性能的影響

焊接過程中產生的二次變形和應力重分布，是由于焊接殘余應力和工作荷載疊加的結果，在溫度和介質的共同影響下，殘余應力會對結構性能造成以下的影響：

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（1）對結構剛度的影響

在焊接殘余應力的作用下，結構所承受的外荷載有效截面面積能夠大大降低，結構剛度減弱，與此同時，截面上產生的殘余拉伸應力不僅會造成構件加載過程中剛度的降低，而且會導致卸載過程中回彈量的降低，結構變形進一步加大，鋼結構剛度無法保障。

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受外荷載的影響，鋼結構會產生應力，該應力能夠與結構中的殘余應力相互影響、互相作用，當二者所產生的應力至屈服極限時，將會導致殘余應力區域內材料的塑性變形，降低承載外荷載的能力，鋼結構剛度大大降低。

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（2）對結構疲勞強度的影響

在荷載的循環作用過程中，如果存在焊接殘余應力，則會使應力循環的整個過程偏移一個值，使得其平均值發生變化，而幅值不發生變化，而我們知道，平均值和極限值之間為反比關系。所以，拉伸焊接殘余應力出現在應力集中的部位，會造成疲勞強度的降低，焊接殘余應力的影響隨著應力集中系數的增加而提高。

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（3）對焊接構件穩定性的影響

基于外荷載影響，處于殘余應力區截面的受壓焊件將會受到來自荷載應力及殘余應力的雙重疊加作用，其能夠加快截面到達屈服極限，呈現塑性狀態，此時其外荷載承載力完全喪失，降低了截面承受外荷載的有效界面，對構件的穩定性產生極大的影響。

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（4）對應力腐蝕開裂的影響。

出現在一定的介質材料組合中，拉應力和腐蝕介質共同作用下產生裂縫稱為應力腐蝕開裂。拉應力的存在使得金屬表面的腐蝕鈍化膜破壞加大，而殘余拉應力和拉應力產生疊加的效果，使得拉應力加大，腐蝕斷裂加速。

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殘余應力檢測方法

目前殘余應力的檢測方法有多種，可分為破壞性和非破壞性兩大類，而超聲以其檢測無損、快速精確等優勢，在殘余應力檢測領域得到了極大的發展。

應力超聲波檢測是利用聲彈性理論，即在材料彈性范圍內，殘余應力大小與超聲波傳播速度存在線形關系，壓縮應力使超聲波傳播速度加快，拉伸應力使超聲波傳播速度減慢，以基準零應力試塊內的超聲波傳播速度為基準，便可獲得構件內部服役應力的拉伸和壓縮狀態以及數值。

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在檢測開始時應首先校準零應力，應將探頭穩定置于均勻涂抹耦合劑與構件曲率一致的基準零應力試塊或同材質無應力區域上校準，標定出基準零應力狀態對應的超聲臨界折射縱波傳播速度V0-，并錄入檢測系統。

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檢測過程中應使探頭與被檢構件表面穩固密實結合，耦合接觸力應保持恒定且與校準過程一致，也可采用手工、磁吸、真空吸盤或彈簧等方法產生壓緊力。

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探頭放置方向應與檢測應力方向一致，也可在垂直兩個方向上分別檢測出殘余應力，然后矢量求和得出主應力及其方向；對于有曲率的焊縫，檢測焊接殘余應力時宜選擇垂直焊縫方向，同時應兼顧構件曲率帶來的探頭耦合損失。

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殘余應力檢測過程中，應實時獲取檢測構件溫度，并應根據GB/T 32073的規定，對溫度變化帶來的殘余應力檢測誤差進行補償。

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檢測時應保證接收信號中超聲臨界折射縱波穩定且清晰可見，讀出儀器設備顯示的殘余應力數值。記錄檢測儀器參數和殘余應力數值。

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結語

焊接殘余應力是焊接技術帶來的一個幾乎無法避免的缺陷，對鋼結構的結構強度、疲勞強度、應力腐蝕開裂、焊件穩定性等性能均有著較大的負面影響，因此在實際工程中應采取恰當的殘余應力控制及檢測方法，最大限度地減少殘余應力，以提高鋼結構的安全性。