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

試件介紹及相關儀器應用

試驗所用的CQ1、CQ2、CQ3種焊接空心球節點為Q235-B鋼材。

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

焊接空心球節點殘余應力檢測

測點的選擇與布置

根據焊接空心球節點球面特性，在進行殘余應力檢測時，應將測量點布置在球面焊趾處，然后在殘余應力較大處密布測點，即可得到更準確的球面焊接殘余應力分布曲線。當鉆孔深度達到1.2倍孔徑時，表面應力進一步釋放是極小的，所測得的應變值將趨于穩定。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。

應變片的粘貼

本次試驗中，焊接殘余應力測點處的主應力方向未知，因此應選用三向應變花。在粘貼應變花時，要對試件表面進行打磨處理，以確保應變花與試件表面接觸良好。借助萬用表監測應變花與試件表面絕緣后再連接靜態應變儀并調零。

殘余應力檢測步驟

盲孔法殘余應力檢測步驟主要是有安裝鉆具對中、鉆孔、檢測電阻應變儀讀數三部分。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后測讀應變儀讀數。

本試驗關鍵環節為：1.鉆孔切削應力與切削熱。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件中的焊接殘余應力產生影響。

2. 鉆孔偏心。三向應變花的三個應變片軸線的交點即為測點，若鉆孔偏心后，所測應變將不再是徑向應變，會嚴重影響焊接殘余應力的測量精度。對此，標準特意規定了鉆孔偏心不應超過鉆孔直徑的1.5%；

3. 孔間距。在球殼體上，應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力的釋放影響越大。一般情況下，相鄰孔間距的大小應大于5-8倍孔徑。本試驗中，相鄰孔間距大于12mm，可認為孔間距對試驗無影響。

結論

采用盲孔法對網架焊接空心球節點進行焊接殘余應力檢測研究，得到如下結論。

1. 在焊接空心球節點中，焊接殘余拉、壓應力值均較大。試驗結果表明，焊接殘余應力在某些測點處達到甚至超過母材的屈服強度，*大殘余拉應力可達到屈服強度的155.2%，*大殘余壓應力可達到屈服強度的140.7%。在殘余拉應力較大部位疲勞強度較低，此方法可為工程領域判斷疲勞裂紋起始及破壞部位，建立以熱點應力幅為參量的在役網架結構的疲勞壽命計算方法提供依據。

2. 對比分析3種規格焊接空心球節點焊接殘余應力分布，發現焊接殘余應力并無統一規律，這也驗證了殘余應力具有隨機性、復雜性、不確定性的特點。但徑向殘余應力與環向殘余應力沿球面分布形狀大致相同。分析其應力大小可知，焊趾附近同時存在著殘余壓應力和殘余拉應力，整體上處于自平衡狀態。

3. 采用盲孔法測量焊接殘余應力操作簡單、結果較為準確。