爆炸法在消除焊接残余应力中的应用研究

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1、爆炸法在消除焊接残余应力中的应用研究爆炸法在消除焊接残余应力中的应用研究孙建芳符海明(河南九冶建设有限公司)摘要:本文笔者通过对某厂大型常压槽罐焊缝采用爆炸法消除焊接残余应力的应用,介绍了爆炸法消除残余应力的原理以及残余应力的检测方法通过与其它热处理方法相比较,突出该法的特点和优越性.关键词:焊接:爆炸法;残余应力;机理;施工流程l案例综述某厂大型常压槽罐,直径最大的18m,最小的3m,钢板材质各异,有Q235A,16MnR,20R等,板厚8-32mm.所有大型非标常压槽罐都是在现场制作焊接而成.由于焊接是非常容易产生残余应力的一种加工过程,焊接

2、结构件存在着可达材料屈服极限的焊接残余应力,而且这些大型常压槽罐工作时接触腐蚀性介质,有可能导致结构产生应力腐蚀破坏.为此,设计要求对这些大型常压槽罐焊后进行消除焊接残余应力处理.通常构件的钢板愈厚,结构和体积愈大,焊接产生的残余应力就愈复杂,实际施工的可操作性就越低,消除残余应力难度就愈大.所以选用何种方法来最大限度地降低或消除焊接残余应力,是一个非常重要的问题.2消除常压槽罐焊接残余应力方案的选择经过许多年的努力,目前已经找到了许多降低或消除焊接残余应力的方法.所有这些方法总的说来分为三类,一类是蠕变形变法,即焊后热处理;一类是力学形变法,包

3、括通常的过载拉伸,振动时效,锤击,爆炸处理等;还有一类是温差形变法,主要有低温拉伸,逆焊接温差处理两种.由于现场制造的各种储碱槽大小不一,直径从几米到十几米不等,材质又不同,板厚不一,底板又均为薄板结构,选用整体热处理不切实际,局部又难以保证效果;振动消除焊接残余应力受工件几何形状,材质,振动工艺影响较大,施工操作性不强.考虑到上述原因,拟用爆炸法来消除焊接残余应力.爆炸法是以工业导爆索为爆炸用药,利用贴在焊缝及其附近的工业导爆索爆轰产生的冲击波造成的塑性变形来消除焊接残余应力的.3爆炸消除焊接残余应力的机理焊接残余应力产生的根本原因是焊接区金属

4、(包括焊缝和高温区)和母材金属之间由于温度差别产生的非协调性应力变形,因此,任何消除焊接残余应力的过程都是使焊接区的非协调性变形向协调方向的转变,例如使焊接区产生塑性变形或使基体产生塑性缩短.爆炸消除焊接残余应力是通过粘贴在焊缝及其近区表面的爆炸造成的冲击波与残余应力交互作用,使焊接区的金属产生适量的塑性变形从而达到消除应力的目的.研究表明,爆炸处理不仅可以完全消除焊接区残余拉应力,如果需要还可以在焊接区造成残余压应力.爆炸过程残生的塑性变形量e.由两部分组成;第一部分为残余应力诱导的,其数值为残余弹性形变o=o'/E;第二部分为冲击波本身诱导金

5、属产生的伸长塑性形变C,因此爆炸产生的总塑性型变为:8.FP+C(见图1).对于中型爆炸C=O;硬性爆炸C>0;软性爆炸,C与8反号.可见,使用中性爆炸条件可以完全消除残余应力;使用硬性爆炸条件可以形成一定的残余应力;使用软性爆炸条件可以消除部分残余应力.+//ol硬性爆炸;2中性爆炸;3软性爆炸图1爆炸过程中的塑性形变规律4爆炸法消除焊接残余应力施工流程4.1施工布置蕉囹2012年1月①炸药布置方式:板厚大于等于16mm的对接焊缝,宜用双条工业导爆索沿焊缝对称布置,两条工业导爆索间距约10～15mm;板厚小于16mm的对接焊缝,宜用单条工

6、业导爆索沿焊缝长度方向布置;角焊缝均采用单条工业导爆索沿焊缝布置;底板搭接处焊缝采用双条工业导爆索沿焊缝对称布置,工业导爆索置于上下钢板熔台线上,见图1.所有爆炸处理均在槽内进行,所用工业导爆索的净断面尺寸为18mm~14mm,每米工业导爆索药量约0.25kg工业导爆索外包裹有成型及防烧蚀用塑料;②雷管与炸药的连接方式:使用电雷管引爆导爆索,雷管头部不得直接对着钢板,以防烧伤钢板,雷管应背对钢板,并包在炸药条中,离开钢板的一般距离为150mm;炸药用量限制;③在槽内爆炸处理时,一次爆炸焊缝长度可为1/5～1/10周长(取决于板厚),一次用药量最大

7、不超过4kg(即导爆索每次使用不超过16m),以保证容器不产生塑性变形;④两次爆炸的接头处理:为防止漏炸,两次爆炸处理应有150～200mm的重叠段;⑤爆炸处理的顺序:首先是底板搭接焊缝,角焊缝,清扫孑L,其次为槽罐纵,环焊缝.爆炸作业时必须按顺序进行,不得漏炸,同一场所用两支以上雷管引爆时,应使用同一批次瞬发雷管同时引爆.爆炸以后应认真检查,发现是否拒爆或被冲掉等情况,如有,应及时补贴炸药后重炸;⑥导爆索的固定采用胶带粘贴和胶泥固定;⑦起爆网络:两层环缝间的连接是由纵缝连接,从而形成起爆网络.接头连接长度大于150mm,朝向传爆方向.用双发电雷

8、管起爆.4.2质量保证措施①防灼伤:导爆索和钢板之问放置毡垫;②放漏炸:两次爆炸处理应有150～200mm的重叠段;③防拒爆:使用双发电