随着金属材料加工与施工技术的进步，钢结构桥梁已成为现代桥梁工程的主流选择。其高强度、良好延展性、高施工效率及对标准化、自动化生产的适应性，使钢桥制造在现代交通基础设施中不可或缺。
在钢桥制造过程中，焊接技术起着至关重要的作用。它是连接构件、形成梁体、节点及箱型截面等关键部位的主要方式。然而，在焊接过程中局部高温及冷却不均极易在构件内部形成焊接残余应力，导致结构变形、裂纹及疲劳寿命缩短等隐患，严重影响桥梁的使用安全与耐久性。
为此，本文将从结构设计、制造工艺及焊后处理三方面系统探讨钢结构桥梁中焊接残余应力的预防与控制技术，并介绍热处理、机械振动、敲击等常用应力消除方法及其适用场景。
如需了解焊接应力的定义及其在生产中的表现，可参阅上一篇文章：钢结构桥梁焊接应力与变形问题分析。
钢桥制造中的焊接应力预防与控制
在焊接前应对构件进行预热（150–300°C），特别是脆性金属；或采用低热输入（冷焊）以减少温差。焊接时，应尽量避免封闭焊缝，因为此类焊缝会形成高拉应力并提高裂纹风险。
焊接方法的选择
根据上述理论，为防止焊接残余应力的产生，应优先采用高能量密度焊接技术。其焊接线能量较低，所产生的应力也相对较小：
- 电子束焊
- 激光焊
- 窄间隙焊
在常规制造中，二氧化碳气体保护焊得到广泛应用，不仅效率高，而且可有效减少焊接变形。对于薄板构件，可采用脉冲氩弧焊或电阻焊以防止翘曲。如无法使用低能焊接方式，可采用水冷或气冷方式调整热场分布，以减少变形而不影响焊接质量。
焊接残余应力的消除方法
由于焊接工艺复杂，焊后钢构件中常残留较大的应力，且在组装中也可能再次产生焊接残余应力。是否需要消除应力应结合材料特性、制造工艺及使用要求综合判断。常见的应力消除方式如下：
热处理法
热处理是金属加工中最常见的应力消除方法。其原理是通过整体或局部加热及缓冷来降低应力。早期常用于薄板结构的焊接变形控制。焊前预热方式包括整体炉加热、红外局部加热、工频感应加热及火焰加热等，通过加热焊缝周围区域至特定温度后缓冷。
随着技术发展，现代钢桥制造多采用整体热处理与局部热处理两种方式。整体热处理效果最佳，但仅适用于可整体加热的构件；局部热处理更适合大型结构件。通常可消除 50%–70% 的焊接残余应力。
研究表明，焊后热处理（PWHT）能有效改善桥梁关键焊缝的疲劳性能。高频感应加热可使焊趾残余应力降低近 90%，显著提升疲劳寿命。
机械敲击法
机械敲击是利用机械冲击在焊趾处产生局部塑性变形，从而抵消部分拉应力。常见方式包括敲击、喷丸及喷砂。研究发现，该方法可在表面形成压缩残余应力场，从而延缓裂纹扩展并提升疲劳寿命。
但由于钢桥桥面结构复杂，焊缝数量多，实际中难以对所有焊缝实施敲击操作。同时该技术对操作工技能及锤头形状敏感，适用性有限。
振动时效法
振动时效通过振动设备对钢构件施加机械振动，使内部应力重新分布以达到消除目的。其效果取决于振动器位置、频率、支点与持续时间。通常大型刚性构件采用多点多次振动，最佳时长约 45 分钟。该方法具有操作简便、节能环保、成本低等优点。
温差拉伸法
在钢桥制造中，温差拉伸法同样被广泛用于焊接应力消除。其原理与机械拉伸相似，通过火焰加热焊缝两侧，并在后方喷射冷水形成温度梯度。两侧温度高，而焊缝区域较低，从而实现有效应力释放。控制加热范围与温度是关键。
结论
综上所述，焊接残余应力是钢桥制造中极为重要的结构隐患，其形成机制复杂、表现形式多样，不仅会导致构件变形及装配困难，还会直接影响钢桥桥面的承载性能与使用寿命。
从预防角度看，通过优化结构设计、合理焊接顺序及选择合适的焊接与预热方法，可从源头减少应力的形成与积累；从消除角度看，焊后热处理、机械敲击、振动时效及温差拉伸等方法均已在实际工程中验证其有效性。
未来，随着钢桥结构形式的多样化及制造精度要求的提升，焊接残余应力控制技术将向更高效、智能与可控方向发展。
作为全球领先的预制钢结构桥梁专家，XTD Steel Structure 将继续以丰富的理论研究与工程实践，为客户提供安全、耐久且高质量的钢桥制造解决方案。
