一种改善钢结构焊接处应力集中的处理方法
阅读说明：本技术 一种改善钢结构焊接处应力集中的处理方法 (Treatment method for improving stress concentration of steel structure welding part ) 是由 张俊宝 于 2020-12-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种改善钢结构焊接处应力集中的处理方法；涉及钢结构技术领域,包括以下步骤：(1)对钢结构件进行清洗、去油、干燥处理；(2)将钢结构件进行焊接连接到一起；(3)对钢材焊缝进行低温热处理,得到低温热处理件；(4)对低温热处理件的焊缝处进行波段式超声波处理；本发明方法处理后的钢材焊缝处的残余应力大幅度降低,通过大幅度降低焊缝处的残余应力,能够极大的改善其应力集中的问题,进而提高其耐疲劳性能。(The invention discloses a processing method for improving stress concentration at a welding part of a steel structure; relates to the technical field of steel structures, and comprises the following steps: (1) cleaning, deoiling and drying the steel structural part; (2) welding and connecting the steel structural members together; (3) carrying out low-temperature heat treatment on the steel welding seam to obtain a low-temperature heat treatment piece; (4) performing wave-section ultrasonic treatment on the welding seam of the low-temperature heat treatment piece; the residual stress at the welding seam of the steel processed by the method is greatly reduced, and the problem of stress concentration can be greatly improved by greatly reducing the residual stress at the welding seam, so that the fatigue resistance of the steel is improved.)
技术领域
本发明属于磁性材料技术领域，特别是一种改善钢结构焊接处应力集中的处理方法。
背景技术
钢结构的厂房指主要的承重部件是由钢材组成的厂房，包括钢柱子、钢梁、钢结构基础、钢屋架以及钢屋盖。由于我国的钢材量增大，很多都开始采用钢结构厂房了，具体还可以分轻型和重型钢结构厂房。用钢材建造的工业与民用建筑设施被称之为钢结构厂房，其建筑质量轻、强度大以及跨度大，钢结构建筑施工工期短，相应降低投资成本，钢结构建筑防火性高，防腐蚀性强且钢结构建筑搬移方便，回收无污染等诸多优点，被越来越多地应用到厂房建设中。
钢结构厂房内的钢材连接时，需要进行焊接连接，但是，焊接后的焊缝处会产生大量的应力集中，容易造成疲劳断裂。
发明内容
本发明的目的是提供一种改善钢结构焊接处应力集中的处理方法，以解决现有技术中的不足。
本发明采用的技术方案如下：
一种改善钢结构焊接处应力集中的处理方法，包括以下步骤：
（1）对钢结构件进行清洗、去油、干燥处理；
（2）将钢结构件进行焊接连接到一起；
（3）对钢材焊缝进行低温热处理，得到低温热处理件；
（4）对低温热处理件的焊缝处进行波段式超声波处理。
所述清洗、去油依次采用热碱溶液、丙酮对钢结构件进行浸泡清洗。
所述热碱溶液浸泡清洗时间为20-30min，温度为80-90℃；
所述热碱溶液为质量分数为10%的氢氧化钠溶液。
所述丙酮浸泡清洗时间为10-15min，温度为50-55℃。
所述焊接采用等离子弧焊接方式进行。
所述等离子弧焊接速率为200-225mm/min，送丝速率为180-190mm/min，离子气流量为2.5-2.8L/min，焊接电流为115-118A。
所述低温热处理为：在惰性气氛保护下，加热至445-468℃，保温2-3小时，然后随炉冷却至室温，即可。
所述惰性气氛为氮气气氛。
所述波段式超声波处理为分三次进行超声波处理：第一次超声波处理时间为10-14min，超声波频率为25kHz，第二次超声波处理时间为3-5min，超声波频率为40kHz，第三次超声波处理时间为8-10min，超声波频率为30kHz。
钢材的焊接处由于受热不均，会出现多种缺陷，尤其是应力集中较为明显，在产生过度疲劳时，会出现熔核界面缺陷由表层向内部扩展，裂纹加深、扩散，造成断裂现象，本发明通过先对其进行低温热处理作用，能够有效的降低缺陷，促使受热均匀，再进行波段式为超声波处理，能够有效的改善微观组织，焊缝显微组织晶粒能够产生细化，从而在疲劳拉压交变载荷的作用下，能够先出现明显的塑性滑移，形成了较好的塑性变形层，极大的延缓了疲劳裂纹产生的进程，提高耐疲劳强度。
有益效果：
本发明方法处理后的钢材焊缝处的残余应力大幅度降低，通过大幅度降低焊缝处的残余应力，能够极大的改善其应力集中的问题，进而提高其耐疲劳性能。本发明方法通过进行低温热处理以及波段式超声波处理的结合，能够大幅度的改善钢材焊接处的性能，提高耐疲劳性能，延长使用寿命。
具体实施方式
一种改善钢结构焊接处应力集中的处理方法，包括以下步骤：
（1）对钢结构件进行清洗、去油、干燥处理；
（2）将钢结构件进行焊接连接到一起；
（3）对钢材焊缝进行低温热处理，得到低温热处理件；
（4）对低温热处理件的焊缝处进行波段式超声波处理。
所述清洗、去油依次采用热碱溶液、丙酮对钢结构件进行浸泡清洗。
所述热碱溶液浸泡清洗时间为20-30min，温度为80-90℃；
所述热碱溶液为质量分数为10%的氢氧化钠溶液。
所述丙酮浸泡清洗时间为10-15min，温度为50-55℃。
所述焊接采用等离子弧焊接方式进行。
所述等离子弧焊接速率为200-225mm/min，送丝速率为180-190mm/min，离子气流量为2.5-2.8L/min，焊接电流为115-118A。
所述低温热处理为：在惰性气氛保护下，加热至445-468℃，保温2-3小时，然后随炉冷却至室温，即可。
所述惰性气氛为氮气气氛。
所述波段式超声波处理为分三次进行超声波处理：第一次超声波处理时间为10-14min，超声波频率为25kHz，第二次超声波处理时间为3-5min，超声波频率为40kHz，第三次超声波处理时间为8-10min，超声波频率为30kHz。
下面将结合本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种改善钢结构焊接处应力集中的处理方法，包括以下步骤：
（1）对钢结构件进行清洗、去油、干燥处理；所述清洗、去油依次采用热碱溶液、丙酮对钢结构件进行浸泡清洗。所述热碱溶液浸泡清洗时间为20min，温度为80℃；所述热碱溶液为质量分数为10%的氢氧化钠溶液。所述丙酮浸泡清洗时间为10min，温度为50℃。
（2）将钢结构件进行焊接连接到一起；所述焊接采用等离子弧焊接方式进行。所述等离子弧焊接速率为200mm/min，送丝速率为180mm/min，离子气流量为2.5L/min，焊接电流为115A。
（3）对钢材焊缝进行低温热处理，得到低温热处理件；所述低温热处理为：在惰性气氛保护下，加热至445℃，保温2小时，然后随炉冷却至室温，即可。所述惰性气氛为氮气气氛。
（4）对低温热处理件的焊缝处进行波段式超声波处理。所述波段式超声波处理为分三次进行超声波处理：第一次超声波处理时间为10min，超声波频率为25kHz，第二次超声波处理时间为3min，超声波频率为40kHz，第三次超声波处理时间为8min，超声波频率为30kHz。
实施例2
一种改善钢结构焊接处应力集中的处理方法，包括以下步骤：
（1）对钢结构件进行清洗、去油、干燥处理；所述清洗、去油依次采用热碱溶液、丙酮对钢结构件进行浸泡清洗。所述热碱溶液浸泡清洗时间为30min，温度为90℃；所述热碱溶液为质量分数为10%的氢氧化钠溶液。所述丙酮浸泡清洗时间为15min，温度为55℃。
（2）将钢结构件进行焊接连接到一起；所述焊接采用等离子弧焊接方式进行。所述等离子弧焊接速率为225mm/min，送丝速率为190mm/min，离子气流量为2.8L/min，焊接电流为118A。
（3）对钢材焊缝进行低温热处理，得到低温热处理件；所述低温热处理为：在惰性气氛保护下，加热至468℃，保温3小时，然后随炉冷却至室温，即可。所述惰性气氛为氮气气氛。
（4）对低温热处理件的焊缝处进行波段式超声波处理。所述波段式超声波处理为分三次进行超声波处理：第一次超声波处理时间为14min，超声波频率为25kHz，第二次超声波处理时间为5min，超声波频率为40kHz，第三次超声波处理时间为10min，超声波频率为30kHz。
实施例3
一种改善钢结构焊接处应力集中的处理方法，包括以下步骤：
（1）对钢结构件进行清洗、去油、干燥处理；所述清洗、去油依次采用热碱溶液、丙酮对钢结构件进行浸泡清洗。所述热碱溶液浸泡清洗时间为25min，温度为87℃；所述热碱溶液为质量分数为10%的氢氧化钠溶液。所述丙酮浸泡清洗时间为14min，温度为52℃。
（2）将钢结构件进行焊接连接到一起；所述焊接采用等离子弧焊接方式进行。所述等离子弧焊接速率为212mm/min，送丝速率为183mm/min，离子气流量为2.72L/min，焊接电流为116A。
（3）对钢材焊缝进行低温热处理，得到低温热处理件；所述低温热处理为：在惰性气氛保护下，加热至451℃，保温2.5小时，然后随炉冷却至室温，即可。所述惰性气氛为氮气气氛。
（4）对低温热处理件的焊缝处进行波段式超声波处理。所述波段式超声波处理为分三次进行超声波处理：第一次超声波处理时间为12min，超声波频率为25kHz，第二次超声波处理时间为4min，超声波频率为40kHz，第三次超声波处理时间为9min，超声波频率为30kHz。
试验
以Q235钢为试样，分别以实施例对比例方法进行处理，在进行焊接后，应用XStress3000X 射线应力测定仪，沿垂直焊缝方向分别测试了试样焊缝处的残余应力，共测量5个不同点，取平均值；
表1
残余应力/MPa
实施例1
-151
实施例2
-150
实施例3
-153
对比例1
-141
对比例2
-125
对照组
158
对照组：与实施例3区别为仅进行步骤（1）和步骤（2）进行处理；
对比例1：与实施例3区别为不经过低温热处理；
对比例2：与实施例3区别为超声波只采用频率25kHz进行25min连续处理；
由表1可以看出，本发明方法处理后的钢材焊缝处的残余应力大幅度降低，通过大幅度降低焊缝处的残余应力，能够极大的改善其应力集中的问题，进而提高其耐疲劳性能。
疲劳试验在室温条件下进行，采用德国SIN-COTEC 高频疲劳试验机纵向拉压加载方式，动载荷为±1.5kN，应力循环曲线为正弦线，频率为41.5Hz，拉压载荷比 Ｒ=-1，循环基数为107：
对比实施例与对比例试样经受多少次交变载荷作用频率会出现大幅变化；
表2
交变载荷作用/次
实施例1
2.79×10<sup>6</sup>
实施例2
2.80×10<sup>6</sup>
实施例3
2.83×10<sup>6</sup>
对比例1
2.42×10<sup>6</sup>
对比例2
2.14×10<sup>6</sup>
对照组
1.58×10<sup>4</sup>
对照组：与实施例3区别为仅进行步骤（1）和步骤（2）进行处理；
对比例1：与实施例3区别为不经过低温热处理；
对比例2：与实施例3区别为超声波只采用频率25kHz进行25min连续处理；
表2可以看出，本发明方法处理后，能够大幅度的改善钢材焊接处的性能，提高耐疲劳性能，延长使用寿命。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。
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