焊接空心球節(jié)點是*架結(jié)構(gòu)應(yīng)用廣泛的節(jié)點形式之一。焊接結(jié)構(gòu)突出的特點是容易產(chǎn)生殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)和焊接接頭的抗脆斷能力、抗應(yīng)力腐蝕開裂以及高溫蠕變開裂的能力有不同程度的影響，尤其是對鋼結(jié)構(gòu)的疲勞強度影響較大。殘余應(yīng)力的產(chǎn)生與焊接構(gòu)件的形狀、尺寸、焊接方法等客觀因素密切相關(guān)，因而相關(guān)問題的研究也較為復(fù)雜。本文主要是通過盲孔法對焊接空心球節(jié)點球面焊趾處進行殘余應(yīng)力檢測，分析其應(yīng)力分布規(guī)律。

試件介紹及相關(guān)儀器應(yīng)用

試驗所用的CQ1、CQ2、CQ3種焊接空心球節(jié)點為Q235-B鋼材。

試驗采用JHMK盲孔法測量儀器測量焊接殘余應(yīng)力，試驗主要包括應(yīng)變片的粘貼和鉆孔測量兩部分內(nèi)容。試驗用到的主要儀器是JHZK殘余應(yīng)力鉆孔裝置、JHYC靜態(tài)電阻應(yīng)變儀等。

焊接空心球節(jié)點殘余應(yīng)力檢測

測點的選擇與布置

根據(jù)焊接空心球節(jié)點球面特性，在進行殘余應(yīng)力檢測時，應(yīng)將測量點布置在球面焊趾處，然后在殘余應(yīng)力較大處密布測點，即可得到更準(zhǔn)確的球面焊接殘余應(yīng)力分布曲線。當(dāng)鉆孔深度達到1.2倍孔徑時，表面應(yīng)力進一步釋放是極小的，所測得的應(yīng)變值將趨于穩(wěn)定。在本次試驗中，沿球面均勻布置8個測點，每個測點盲孔直徑為1.5mm，孔深2mm。打孔順序為1-5-7-3-2-6-4-8。

應(yīng)變片的粘貼

本次試驗中，焊接殘余應(yīng)力測點處的主應(yīng)力方向未知，因此應(yīng)選用三向應(yīng)變花。在粘貼應(yīng)變花時，要對試件表面進行打磨處理，以確保應(yīng)變花與試件表面接觸良好。借助萬用表監(jiān)測應(yīng)變花與試件表面絕緣后再連接靜態(tài)應(yīng)變儀并調(diào)零。

殘余應(yīng)力檢測步驟

盲孔法殘余應(yīng)力檢測步驟主要是有安裝鉆具對中、鉆孔、檢測電阻應(yīng)變儀讀數(shù)三部分。在測點處固定好鉆孔臺座，在塞入2mm厚墊片后打開電鉆開始垂直鉆孔。待1-2min后測讀應(yīng)變儀讀數(shù)。

本試驗關(guān)鍵環(huán)節(jié)為：1.鉆孔切削應(yīng)力與切削熱。鉆孔過程中，刀具的切削作用會引起孔周塑性擠壓。此外鉆頭切削速度過快及切削熱也會對構(gòu)件中的焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生影響。

• 鉆孔偏心。三向應(yīng)變花的三個應(yīng)變片軸線的交點即為測點，若鉆孔偏心后，所測應(yīng)變將不再是徑向應(yīng)變，會嚴(yán)重影響焊接殘余應(yīng)力的測量精度。對此，標(biāo)準(zhǔn)特意規(guī)定了鉆孔偏心不應(yīng)超過鉆孔直徑的1.5%；
• 孔間距。在球殼體上，應(yīng)力隨距離的增加而急速減小。孔間距越小，前孔對后孔焊接殘余應(yīng)力的釋放影響越大。一般情況下，相鄰孔間距的大小應(yīng)大于5-8倍孔徑。本試驗中，相鄰孔間距大于12mm，可認(rèn)為孔間距對試驗無影響。

結(jié)論

采用盲孔法對網(wǎng)架焊接空心球節(jié)點進行焊接殘余應(yīng)力檢測研究，得到如下結(jié)論。

• 在焊接空心球節(jié)點中，焊接殘余拉、壓應(yīng)力值均較大。試驗結(jié)果表明，焊接殘余應(yīng)力在某些測點處達到甚至超過母材的屈服強度，最大殘余拉應(yīng)力可達到屈服強度的155.2%，最大殘余壓應(yīng)力可達到屈服強度的140.7%。在殘余拉應(yīng)力較大部位疲勞強度較低，此方法可為工程領(lǐng)域判斷疲勞裂紋起始及破壞部位，建立以熱點應(yīng)力幅為參量的在役網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的疲勞壽命計算方法提供依據(jù)。
• 對比分析3種規(guī)格焊接空心球節(jié)點焊接殘余應(yīng)力分布，發(fā)現(xiàn)焊接殘余應(yīng)力并無統(tǒng)一規(guī)律，這也驗證了殘余應(yīng)力具有隨機性、復(fù)雜性、不確定性的特點。但徑向殘余應(yīng)力與環(huán)向殘余應(yīng)力沿球面分布形狀大致相同。分析其應(yīng)力大小可知，焊趾附近同時存在著殘余壓應(yīng)力和殘余拉應(yīng)力，整體上處于自平衡狀態(tài)。
• 采用盲孔法測量焊接殘余應(yīng)力操作簡單、結(jié)果較為準(zhǔn)確。