焊接空心球節(jié)點(diǎn)是*架結(jié)構(gòu)應(yīng)用廣泛的節(jié)點(diǎn)形式之一。焊接結(jié)構(gòu)突出的特點(diǎn)是容易產(chǎn)生殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)和焊接接頭的抗脆斷能力、抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂以及高溫蠕變開(kāi)裂的能力有不同程度的影響，尤其是對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)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(wèn)題的研究也較為復(fù)雜。本文主要是通過(guò)盲孔法對(duì)焊接空心球節(jié)點(diǎn)球面焊趾處進(jìn)行殘余應(yīng)力檢測(cè)，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(yàn)所用的CQ1、CQ2、CQ3種焊接空心球節(jié)點(diǎn)為Q235-B鋼材。
試驗(yàn)采用JHMK盲孔法測(cè)量?jī)x器測(cè)量焊接殘余應(yīng)力，試驗(yàn)主要包括應(yīng)變片的粘貼和鉆孔測(cè)量?jī)刹糠謨?nèi)容。試驗(yàn)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(diǎn)殘余應(yīng)力檢測(cè)
測(cè)點(diǎn)的選擇與布置
根據(jù)焊接空心球節(jié)點(diǎn)球面特性，在進(jìn)行殘余應(yīng)力檢測(cè)時(shí)，應(yīng)將測(cè)量點(diǎn)布置在球面焊趾處，然后在殘余應(yīng)力較大處密布測(cè)點(diǎn)，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(dá)到1.2倍孔徑時(shí)，表面應(yīng)力進(jìn)一步釋放是極小的，所測(cè)得的應(yīng)變值將趨于穩(wěn)定。在本次試驗(yàn)中，沿球面均勻布置8個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)盲孔直徑為1.5mm，孔深2mm。打孔順序?yàn)?-5-7-3-2-6-4-8。
應(yīng)變片的粘貼
本次試驗(yàn)中，焊接殘余應(yīng)力測(cè)點(diǎn)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(shí)，要對(duì)試件表面進(jìn)行打磨處理，以確保應(yīng)變花與試件表面接觸良好。借助萬(wàn)用表監(jiān)測(cè)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(cè)步驟
盲孔法殘余應(yīng)力檢測(cè)步驟主要是有安裝鉆具對(duì)中、鉆孔、檢測(cè)電阻應(yīng)變儀讀數(shù)三部分。在測(cè)點(diǎn)處固定好鉆孔臺(tái)座，在塞入2mm厚墊片后打開(kāi)電鉆開(kāi)始垂直鉆孔。待1-2min后測(cè)讀應(yīng)變儀讀數(shù)。
本試驗(yàn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)為：1.鉆孔切削應(yīng)力與切削熱。鉆孔過(guò)程中，*具的切削作用會(huì)引起孔周塑性擠壓。此外鉆頭切削速度過(guò)快及切削熱也會(huì)對(duì)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(gè)應(yīng)變片軸線的交點(diǎn)即為測(cè)點(diǎn)，若鉆孔偏心后，所測(cè)應(yīng)變將不再是徑向應(yīng)變，會(huì)嚴(yán)重影響焊接殘余應(yīng)力的測(cè)量精度。對(duì)此，標(biāo)準(zhǔn)特意規(guī)定了鉆孔偏心不應(yīng)超過(guò)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?？组g距越小，前孔對(duì)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(yàn)中，相鄰孔間距大于12mm，可認(rèn)為孔間距對(duì)試驗(yàn)無(wú)影響。
結(jié)論
采用盲孔法對(duì)網(wǎng)架焊接空心球節(jié)點(diǎn)進(jìn)行焊接殘余應(yīng)力檢測(cè)研究，得到如下結(jié)論。
- 在焊接空心球節(jié)點(diǎn)中，焊接殘余拉、壓應(yīng)力值均較大。試驗(yàn)結(jié)果表明，焊接殘余應(yīng)力在某些測(cè)點(diǎn)處達(dá)到甚至超過(guò)母材的屈服強(qiáng)度，*大殘余拉應(yīng)力可達(dá)到屈服強(qiáng)度的155.2%，*大殘余壓應(yīng)力可達(dá)到屈服強(qiáng)度的140.7%。在殘余拉應(yīng)力較大部位疲勞強(qiáng)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(diǎn)應(yīng)力幅為參量的在役網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的疲勞壽命計(jì)算方法提供依據(jù)。
- 對(duì)比分析3種規(guī)格焊接空心球節(jié)點(diǎn)焊接殘余應(yīng)力分布，發(fā)現(xiàn)焊接殘余應(yīng)力并無(wú)統(tǒng)一規(guī)律，這也驗(yàn)證了殘余應(yīng)力具有隨機(jī)性、復(fù)雜性、不確定性的特點(diǎn)。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(shí)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(cè)量焊接殘余應(yīng)力操作簡(jiǎn)單、結(jié)果較為準(zhǔn)確。
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