黑龙江大学创新创业训练申请书

编号 黑龙江大学大学生创新创业训练计划 创新训练项目申报书 （2014年度） 项目名称焊接残余变形对钢结构的影响 项目负责人马天鹤 学 院 专 业土木工程 年 级2011级 指导教师李方慧 填表时间2014年4月7日 研究项目 项目名称 焊接残余变形对钢结构的影响 项目形式 A. 自然科学类学术论文 B. 人文社会科学类社会调查报告和学术论文 C. 科技发明（含设计）V 选题方式 A.自主选题” B.参研教师项目 项目性质 A.基础研究 B开发研究 C.应用研究 申请经费 （元） 5000 起止时间 2014年 04月 2015 年 04 月 项目分类 A. 学生创新课题项目 B. 学生创新实验室项目V 学生负责人 姓 名 马天鹤 学号 201113109 专 业 土木工程 年级 2011 级 学 院 建筑工程学院 联系方式 18745132254 指导 教师 姓 名 李方慧 所在学院 建筑工程学院 职 称 副教授 联系方式 15204608578 3-10 总计（含项 目负责人） 9 人 其中本科生 9人 姓 名 学 院 专 业 学号 学历 （填写参加人员时，不填项目主持人） 张宇强 建筑工程学院 土木工程 201113132 本科 李新媛 建筑工程学院 土木工程 201113117 本科 殷雯静 建筑工程学院 土木工程 201113112 本科 冯金平 建筑工程学院 土木工程 201113115 本科 董福娟 建筑工程学院 土木工程 201113116 本科 郭洋洋 建筑工程学院 土木工程 201113123 本科 崔嘉楠 建筑工程学院 土木工程 201113114 本科 张辉 建筑工程学院 土木工程 201113121 本科 一、项目论证（1.项目理论与实践意义；2.项目基本内容，重点、难点；3. 项目研究创新点；4.校内外研究现状及调研结果；5.项目研究基础。） 1. 项目的基本内容、创新点与重点、难点 （1）焊接残余变形会使钢结构不能保持原来的设计尺寸及位置，影响结 构的正常工作，严重时还会造成各个构件无法正常安装就位。 （2）残余变形的影响因素 ①焊缝截面积的影响；②焊接热输入的影响；③工件的预热、层间温度 影响④焊接方法的影响；⑤接头形式的影响；⑥焊接层数的影响。 （3）减小焊接残余变形和残余应力的方法 ①采取合理的施焊次序，例如对厚焊缝分层施焊;工宇形截面施焊时采用 对称跳焊;钢板对接焊接时可采用分段施焊等方法；②尽可能采用对称焊缝， 焊缝厚度不宜太大；③施焊前给构件施加一个和焊接残余变形相反的预变形, 使构件在焊接后产生的变形正好与之抵消；④对于小构件，可在焊前预热或 焊后回火，都可消除残余应力。 2. 校内外研究现状调研结果 近年来，随着我国的工业发展，钢结构工程因其结构性能好、结构组织均 匀、强度高、弹性模量高、塑性和韧性好，适于承受冲击和地震荷载、施工速 度快、便于机械化生产和工业化程度高等很多优越条件，因此钢结构工程在建 筑领域被广泛应用。但是，也不能否认，钢结构还存在着缺陷和隐患。本文将 结合本人在某大型钢构加工企业驻厂监造以及在多个超高层建筑现场施工的 经验,浅析钢结构焊接残余应力的形成、控制与消残方法。1焊接残余应力的 成因焊接应力是指对钢构件进行焊接加工过程中，在焊件上产生局部高温的 不均匀温度场，焊接中心处温度可达1800C,局部高温使材料产生不均匀的膨 胀。处于高温区域的材料受到周围温度较低、膨胀量较小的材料的限制而不 能自由地进行膨胀，于是焊件内出现内应力，使高温区的材料受到挤压，产生 局部压缩塑性应变，在冷却过程中，经受压缩塑性应变的材料，由于不能自由 收缩而受到拉伸，于是焊件中又出现了一个与焊件加热方向大致相反的内应 力场。 3. 项目的理论与实践意义 钢结构是用钢板、型钢等扎成的钢材或通过冷加工成形的薄壁型钢，通 过焊接等方式制造的一种建筑结构。其具有安全、可靠、强度高、便于安装 和拆迁等特点，主要应用于重型厂房结构、大跨度结构以及高层建筑结构 中。由于钢结构主要是通过大量的焊接工艺制造成形的，再加上其构件往往 很大，致使较小的残余应力就能引起较大的构件残余变形，会严重影响钢结 构的受力和 使用，并且是形成各种焊接裂纹的主要因素。所以，在钢 结构 的焊接制造和设计时，如何减小焊接残余变形是一个非常重要的问题，本文 就焊接残余变形的成因及防治作以简单的分析。2什么是焊接残余应力及 焊接残余变形钢材在焊接和冷却的过程中，其局部形成一个很不均匀的温 度场，由于膨胀和收缩的程度和速度不同，温度场内各部分钢材的变形相互 制约，产生了不可逆转的塑性变形，导致焊件在完全冷却后，其上仍然存在 着残余应力和残余变形，这样的残余应力和残余变形就称为焊接残余应力 和焊接残余变形。 4. 项目研究基础 我国经过许多高校和研究院持续深入的试验研究和工作积累焊件在焊 接过程中，热应力、相变应力、加工应力等超过屈服极限Yield strength, 以致冷却后焊件中留有未能消除的应力。这样，焊接冷却后的残余在焊件中 的宏观应力称为残余焊接应力。焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局 部塑性变形和比容不同的组织是产生焊接应力和变形的根本原因。焊接残余 应力，是焊接工程研究领域的重点问题。涉及焊接的各种工程应用中，都十 分关注残余应力的影响。例如，在土木工程领域，对于钢结构焊接连接，残 余应力对结构的疲劳性能，稳定承载力等均有影响。焊接应力有暂时应力与 残余应力之分。焊接残余应力是指焊件冷却后残留在焊件内的应力。从结构 的使用要求来看，焊接残余应力有着重要意义。 残余应力按其方向可分为纵向、横向和沿厚度方向的应力三种； 1 .纵向焊接残余应力 焊接过程一个不均匀加热和冷却的过程。在施焊时，焊件上产生不均匀 的温度场，焊缝及附近温度最高，可达1600C以上，其邻近区域则温度急剧 下降。不均匀的温度场将产生不均匀的膨胀。焊缝及附近高温处的钢材膨胀 最大，由于受到两侧温度较低，膨胀较小的钢材的限制，产生了热状态塑性 压缩。焊缝冷压时，被塑性压缩的焊缝区趋向于缩得比原始长度稍短。在低 碳钢和低合金钢中，这种拉应力以常达到钢材的屈服强度。焊接残余应力是 荷载未作用时的内应力，因此会在焊件内部自相平衡，这就必然在距焊缝稍 远区域应力。 （2）.横向残余应力 横向残余应力产生的原因有①由于焊缝纵向收缩，两块钢板趋向于外 弯成弓形的趋势，但在实际上焊缝将两块钢板连成整体，不能分开，于是在 焊缝中部将产生横向拉应力，而在两端产生横向压应力。②焊缝在施焊过程 中，先后冷却的时间不同，先焊的焊缝已经凝固，且具有一定的强度，会阻 止后焊焊缝在横向的自由膨胀，使其产生横向的塑性压缩变形 （3）.沿焊缝厚度方向的残余应力 在厚钢板的连接中，焊缝需要多层施焊。