焊接空心球节点球面残余应力检测

焊接空心球节点是中国网架结构应用广泛的节点形式之一。焊接结构突出的特点是容易产生残余应力。残余应力对结构和焊接接头的抗脆断能力、抗应力腐蚀开裂以及高温蠕变开裂的能力有不同程度的影响，尤其是对钢结构的疲劳强度影响较大。残余应力的产生与焊接构件的形状、尺寸、焊接方法等客观因素密切相关，因而相关问题的研究也较为复杂。本文主要是通过盲孔法对焊接空心球节点球面焊趾处进行残余应力检测，分析其应力分布规律。

试件介绍及相关仪器应用

试验所用的CQ1、CQ2、CQ3种焊接空心球节点为Q235-B钢材。

试验采用JHMK盲孔法测量仪器测量焊接残余应力，试验主要包括应变片的粘贴和钻孔测量两部分内容。试验用到的主要仪器是JHZK残余应力钻孔装置、JHYC静态电阻应变仪等。

焊接空心球节点残余应力检测

测点的选择与布置

根据焊接空心球节点球面特性，在进行残余应力检测时，应将测量点布置在球面焊趾处，然后在残余应力较大处密布测点，即可得到更准确的球面焊接残余应力分布曲线。当钻孔深度达到1.2倍孔径时，表面应力进一步释放是极小的，所测得的应变值将趋于稳定。在本次试验中，沿球面均匀布置8个测点，每个测点盲孔直径为1.5mm，孔深2mm。打孔顺序为1-5-7-3-2-6-4-8。

应变片的粘贴

本次试验中，焊接残余应力测点处的主应力方向未知，因此应选用三向应变花。在粘贴应变花时，要对试件表面进行打磨处理，以确保应变花与试件表面接触良好。借助万用表监测应变花与试件表面绝缘后再连接静态应变仪并调零。

残余应力检测步骤

盲孔法残余应力检测步骤主要是有安装钻具对中、钻孔、检测电阻应变仪读数三部分。在测点处固定好钻孔台座，在塞入2mm厚垫片后打开电钻开始垂直钻孔。待1-2min后测读应变仪读数。

本试验关键环节为：1.钻孔切削应力与切削热。钻孔过程中，刀具的切削作用会引起孔周塑性挤压。此外钻头切削速度过快及切削热也会对构件中的焊接残余应力产生影响。

2. 钻孔偏心。三向应变花的三个应变片轴线的交点即为测点，若钻孔偏心后，所测应变将不再是径向应变，会严重影响焊接残余应力的测量精度。对此，标准特意规定了钻孔偏心不应超过钻孔直径的1.5%；

3. 孔间距。在球壳体上，应力随距离的增加而急速减小。孔间距越小，前孔对后孔焊接残余应力的释放影响越大。一般情况下，相邻孔间距的大小应大于5-8倍孔径。本试验中，相邻孔间距大于12mm，可认为孔间距对试验无影响。

结论

采用盲孔法对网架焊接空心球节点进行焊接残余应力检测研究，得到如下结论。

1. 在焊接空心球节点中，焊接残余拉、压应力值均较大。试验结果表明，焊接残余应力在某些测点处达到甚至超过母材的屈服强度，*大残余拉应力可达到屈服强度的155.2%，*大残余压应力可达到屈服强度的140.7%。在残余拉应力较大部位疲劳强度较低，此方法可为工程领域判断疲劳裂纹起始及破坏部位，建立以热点应力幅为参量的在役网架结构的疲劳寿命计算方法提供依据。

2. 对比分析3种规格焊接空心球节点焊接残余应力分布，发现焊接残余应力并无统一规律，这也验证了残余应力具有随机性、复杂性、不确定性的特点。但径向残余应力与环向残余应力沿球面分布形状大致相同。分析其应力大小可知，焊趾附近同时存在着残余压应力和残余拉应力，整体上处于自平衡状态。

3. 采用盲孔法测量焊接残余应力操作简单、结果较为准确。