金属材料焊接残余应力爆炸处理法

金属材料焊接残余应力爆炸处理法

国家标准 GB/T26078一2010 金属材料焊接残余应力 爆炸处理法 Metallicmaterials一weldimgresidualstresses Methodwithexplosiontreatment 2011-01-10发布 2011-10-01实施 国家质量监督检验检疫总局 发布 国家标准化管理委员会国家标准
GB/T26078一2010 前 言 本标准的附录A为规范性附录 本标准由钢铁工业协会提出 本标准由全国钢标准化技术委员会归口 本标准起草单位;武汉钢铁(集团)公司、科学院金属研究所、沈阳消应爆破工程有限公司 本标准主要起草人:李荣锋、陈怀宁、谭胜禹、朱颖萍、祝洪川邱保文、涂应宏
GB/T26078一2010 引 言 焊接残余应力广泛存在于各种焊接结构中,较高的拉伸焊接残余应力对焊接结构的长期安全服役 性能往往产生不利影响 焊接残余应力产生的根本原因是焊接接头区域金属包括焊缝和热影响区)和母材金属之间由于温 度差别产生的非协调应变,因此,任何消除焊接残余应力的过程都是使焊接接头区域的这种非协调变形 向协调方向的转变,例如使焊接接头区域产生塑性伸长或使基体产生塑性缩短 爆炸处理法是一种典 型的通过力学形变方法消除焊接残余应力的技术 通过爆炸过程中产生的冲击波能量不仅可以很好地消除焊接构件中的残余应力,通常情况下还可 以改善被处理材料的各种力学性能 爆炸处理法适合于各种工程构件消除应力的需求,特别适合于大 中型孵结构,以及由异种棵接接头或不锈钢材料制成的结构件 通过焊缝的分段、多批次爆炸处理,可 以方便地解决大中型结构超长焊继缝的整体或局部消除应力处理
GB/T26078一2010 金属材料焊接残余应力 爆炸处理法 重要提示;本标准并未指出所有可能的安全问题 使用者有责任采取适当的安全与健康措施,并保 证符合国家相关法规规定的条件 范围 本标准规定了采用爆炸处理法消除焊接残余应力的原理,爆炸处理参数的确定,爆炸处理效果的评 价,相关施工作业与安全事项 本标准适用于厚度大于5mm、屈服强度不超过900MPa,焊接质量合格、延展性能较好(A>10% 的金属材料焊接构件的焊后消除残余应力处理 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的 凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件 凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB6722爆破安全规程 GB8031工业电雷管 GB9786普通导爆索 导爆管雷管 GB19417 GB/T24179金属材料残余应力测定压痕应变法 ASTME837测定残余应力标准试验方法钻孔应变片方法 术语和定义 下列术语和定义适用于本标准 3 残余弹性应变residualelasticstrain 由焊接产生的残留在焊接接头中的弹性应变 2 3 总塑性应变totalplastiestrain 爆炸处理后最终在金属中产生的塑性应变 3.3 冲击波诱导塑性应变plasticstrainindueedbyshoekwaves 在冲击波诱导下金属产生的塑性应变 剩余应力 remainedstreSs 爆炸处理后金属中残留的应力值
GB/T26078一2010 符号和说明 本标准使用的符号及说明见表1 表1符号和说明 明 符号 说 单位 残余弹性应变 E mm/mnm 总塑性应变 mm/mnm 冲击波诱导塑性应变 mm/mm 单位长度的用药量 g/m W 媒缝宽度 mm 材料的屈服强度(Ra或R风.2 MPa 注:1MPa=1N/mm' 原理 爆炸处理法消除焊接残余应力的过程是借助爆炸冲击波的能量使焊接接头附近金属通过局部的塑 性流变而达到消除应力的目的 研究表明,爆炸处理过程中金属产生的塑性应变量由两部分组成;第一部分为残余应力诱导的,其 数值为残余弹性应变;第二部分为冲击波本身诱导金属产生的伸长塑性形变C 因此爆炸处理后的总 塑性应变如式(1)所示 十C ep=Ee 存在三种典型的爆炸处理情况(见图1): a 中性爆炸处理条件(C=0) 此时产生的塑性应变完全取决于初始残余应力,爆炸处理的结果 是残余弹性应变e.全部变成塑性应变,残余应力完全被消除; b 硬性爆炸处理条件(C>0 爆炸处理的结果是在爆炸处理区形成一定数值的残余压应力 软性爆炸处理(C值与残余弹性应变e.反号) 爆炸处理的结果是爆炸处理区仍保留一定数值 的残余拉应力 硬性爆炸 中性爆炸 软性爆炸 十e 图中c显示了硬性爆炸处理条件 图1爆炸处理过程中的塑性形变规律
GB/T26078一2010 爆炸处理工艺参数的确定 爆炸处理工艺 爆炸处理工艺是指采用特定的火工用品(主要是炸药),根据焊接残余应力的形成特点和分布特征、 在焊接接头附近按照一定数量和方式布置条形或板状炸药的方法 由于爆炸处理法消除焊接残余应力的效果依赖冲击波作用下材料的流变情况,因此,针对不同性 质,不同类型的焊接结构,就需要制定不同的爆炸工艺 影响爆炸工艺的因素除了选用合适的炸药外 还要考虑金属材料的屈服强度、塑性、板厚、结构形状、悍缝形状和宽度等,有时还要考虑天气与环境等 因素 爆炸处理工艺参数确定前是否进行工艺评定应由相关方确定 6.2炸药的选用 爆炸处理用的炸药要便于携带并能方便地沿焊缝进行铺设施工.,通常选用板(条)状塑性橡胶炸药 以太安或黑索金为主爆剂)或导爆索等类型的炸药 炸药的爆速范围应在3000m/s7500m/s,炸药 密度在0.8g/em'1.60g/em左右为宜,且密度越低者效果越好 6.3缓冲垫 为了避免爆炸冲击波作用带来钢板表面烧蚀和产生表层拉应力层的不良影响,不能将炸药与钢板 直接接触,应在炸药和钢板之间加上1 mm8mm厚的缓冲垫 可选材料为胶皮、油毡纸等 基本布药工艺 通常采用的条状橡胶炸药的截面尺寸为(3mm一10mm)×(10mm12mm)(厚×宽),标准导爆 索的截面尺寸为直径6mm 图2所示的单面布药形式是最基本的中心对称方式,可满足厚度16mm )mm15 以下普通碳素钢的整体消除应力需求 图2中的药条间距一般为101 mm 随着板厚的增加或 材料屈服强度的提高,为了保证爆炸面的效果,应增加相应的条(根)数,但最终的药条宽度不应大于焊 缝宽度w十30mm,否则应增加药条层数 药条 缓冲纳 药条 缓冲垫 煤经 娜继 图2基本布药工艺 6.5用药量 用药量大小,在待处理焊缝被很好地固定或约束的情况下,主要根据材料的屈服强度和板厚确定 般情况下,推荐采用如下经验公式(2): V=(0.0060.008)Wo (2 式中: 用药量,单位为克每米(g/m) w -焊缝宽度,单位为毫米(mm); -材料的屈服强度,单位为兆帕(MPa) 6.6不同结构类型的爆炸处理方法 6.6.1容器的爆炸处理 各类容器,包括常规容器和压力容器,消除焊接残余应力的目的一般是为了防止结构的应力腐蚀开 裂 因此在实施爆炸处理时,一般只在容器内部进行单面焊缝的处理,但不能保证外部焊缝的消除应力 效果 注:为了避免可能在容器内表面形成由冲击波产生的浅表层拉压力,推荐采用爆速为3000m/s一4500m/s的炸
GB/T26078一2010 药 当采用高爆速炸药时,应加人较厚的缓冲垫,由此影响消除应力的效果可通过事先工艺试验确定 6.6.2大型厚壁媒接构件的爆炸处理 对于非储存容器类型的其他焊接结构,如水电站的钢岔管、压力钢管、闸门、石化部门的反应塔、钢 厂的钢包等冶金机械,消除媒接残余应力的目的一般是为了防止脆断或疲劳破坏,需要大幅度地消除残 余应力,通常进行双面爆炸处理 爆炸处理从两面分别进行,而不推荐两面同时引爆 注，当随工环境不足以进行双面爆炸处理时,相关方可另行协商 6.6.3其他特殊类型的焊接构件 除上述类型的构件外,还有一些特殊类型的焊接构件需要进行消除应力处理,如压力管道,采油平 台、船体外壳等 管道的爆炸处理一般只能从外部进行,小直径管道(直径小于300mm)爆炸时药条应 布置在压应力区,大直径的管道爆炸工艺同6.6.1中的平板结构 对于海上使用的设备,由于存在应力 腐蚀、腐蚀疲劳等问题,所以需要最大程度地消除残余应力 进行上述爆炸处理的施工作业与安全事项见附录A 爆炸处理效果的评价 7.1评价方法;推荐采用无损或半无损的残余应力测量方法,如压痕应变法或钻孔应变法,按照 GB:/T24179或AsTME837执行 7.2评价规则;爆炸处理的效果评价以现场抽测的数据为准 对于完全相同的构件,抽测台(件)数由 相关方商定,建议按10%一20%的数量抽检,测试结果作为此类构件爆炸处理的验收依据 爆炸处理 前后应在相似的典型部位进行应力测试,典型部位包括处理表面的对接/搭接焊缝,交叉焊缝,安装焊缝" 等 对于一般的常压容器,测试部位一般包括底板上的对接/搭接焊缝、筒体上的纵缝、环缝和两者的交 叉焊缝 每个部位的测点数量由相关方确定，一般取1个3个 7.3爆炸处理后的效果,即平均剩余应力的水平,视处理对象的设计要求和施工条件由相关方确定 如无特殊要求，一般要达到40%以上,即平均剩余应力不超过所测母材实际屈服强度的60% 评价报告 评价报告建议包括以下内容 a)本标准的编号; 工程名称、工程地点、委托单位、施工范围: b 母材和焊接材料的牌号和性能; c dD 爆炸工艺; 应力测试结果(包括应力测试部位、测试方法和设备等信息); e f评价结论
GB/T26078一2010 附 录A 规范性附录 爆炸处理的施工作业与安全事项 现场爆炸处理是一项危险的工作,不仅需要高空作业,还要时刻小心炸药和雷管的保存、携带和使 用操作 相关规定见GB6722,GB8031,GB9786和GB19417 施工前的准备工作 A.1.1进人现场实施爆炸处理前,应详细勘察爆炸区周围的地形环境,避免发生意外事故 A.1.2爆炸处理前应通知并警示现场附近的生产和施工单位做好防护措施,特别注意附近的厂房玻 璃等弱连接结构在多次冲击波作用下可能出现松动和脱落造成的危害 布药与引爆施工作业注意事项 A.2.1根据现场实际情况,确定选择采用条型炸药还是导爆索 布药原则为获得合适的消除应力效 果,同时避免结构产生宏观变形 布药时一般以焊缝为中心对称布置 每次引爆的炸药用量一般不超 过5kg 药条与钢板之间要布置缓冲垫 A.2.2 在粘贴药条和缓冲垫之前,应彻底清除焊缝附近的水溃、油污 和灰尘,保证炸药和衬垫贴紧钢板表面 A.2.3炸药引爆方式;使用电雷管引爆炸药,雷管头部不得直接对着钢板,以防烧伤钢板 雷管要背 同一场所用两支以上雷管引爆时,应使用同 对钢饭并包在药条中,离开钢板的距离为10mm左有 批次瞬发雷管同时引爆 爆炸处理作业必须按预定顺序进行,不得漏炸 为防止漏炸,两次爆炸处理之间应有 100mm一200mm的重叠段 爆炸以后应认真检查,发现是否存在拒爆或被冲掉等情况,如有应及时补 贴炸药重炸 A.3施工作业安全措施 A.3.1每次爆炸处理施工前要对作业人员进行技术培训和安全教育,严格遵守爆破作业安全规程,遵 守当地公安部门有关爆破安全管理的规定 对炸药的运输储存及保管使用应严格按以下几点进行 操作 A.3.1.1施工用药应存在当地公安部门规定使用的仓库内 A.3.1.2按当地公安部门的规定领取和使用爆炸物品,每次提取炸药要作好存取记录,运输炸药时要 采用专用车辆,车上不准有其他易燃易爆物品与其共存 炸药和雷管要分开存放和提取 A.3.1.3每次出库药量应根据当天施工情况适量提取,并保证当天用完,不允许将剩余药条存放在除 药库以外的任何地方 A.3.2每次爆炸处理施工前应与现场有关单位联系,通知警戒范围、警戒标志、警戒信号以及施工开 始与结束的时间 A.3.3每次爆炸后,及时派安全员检查效果,检查有无爆炸残留物 A， 3.4爆炸时的人员安全距离为30m,爆炸时警戒半径50m. A.3.5雷,雨,雪天不得进行爆炸作业,如有特别要求也要避免采用电力起爆方式
GB/T26078一2010 A.3.6 -般情况下环境温度应处于一5C一40C之间,在此环境温度之外禁止爆炸作业 A.3.7焊缝未完成或探伤不合格的构件不得进行爆炸处理 A.3.8施工现场严格禁止动火吸烟 A.3.g所有作业人员进人现场必须戴好安全帽,穿防滑鞋 A.3.10若需夜间作业,照明光线要充足,以保证作业质量和安全 A.3.11爆炸处理施工环境中不得含有爆炸粉尘和可燃气体 A.3.12使用电雷管引爆,必须切断附近电源,并用仪表检测杂散电流,当杂散电流超过30mA时,禁 止使用普通电雷管;附近有射频电源时,必须遵守GB6722中规定的允许安全距离 A.3.13其他爆炸施工安全事项参考爆炸施工国家标准中的相关规定