爆炸法：工艺与特点

1.工艺

爆炸法消除焊接残余应力的影响因素包括炸药的性能、药条的形状与尺寸、布药方式、引爆方式和每批次引爆药量的控制等。根据国内外的实践经验，采用沿焊缝条形布药对纵向、横向残余应力的消除均有较理想的效果，对中厚板均可采用。

（1）炸药选择 采用沿焊缝条形布药方式，药条的直径必须大于炸药的临界爆炸直径d_k，表5-1为几种炸药在装药密度为0.9～1.0g/cm³的薄玻璃管内爆炸时的临界直径。试验中，药条直径约为10mm。直径过大时，爆炸处理效果接近于沿焊缝均匀布药，消除残余应力效果不明显；直径过小时，爆炸能量不足，不能使焊接构件内部发生足够的塑性流变，消除残余应力的效果同样不明显。因此，爆炸消除残余应力所使用的炸药应具有良好的传爆能力、中等爆炸强度、合适的爆速范围和良好的安全性及稳定性。以钝化黑索金（由黑索金粉末与钝化剂组成的粒状混合炸药）为例，通常由黑索金和蜡等组成。采用A3炸药，其化学成分（质量分数）为黑索金91%，石蜡9%。黑索金化学分子式为C₃H₆N₆O₈，代号RDX，黑索金（晶体）和钝化黑索金的基本性能如表5-2所示。

（2）炸药布置 将炸药装入内径为8mm、外径为10mm的薄壁橡胶管内，再将装好炸药的橡胶管平行布置在焊缝上，两旁药条与中间药条中心间距约为20mm，如图5-10所示。这样装药既有利于炸药稳定传爆，且安装方便、安全，便于在工程实际中应用。

表5-1 几种炸药的临界直径^[9]

表5-2 黑索金的基本性能^[9]

图5-10 装药布置实物图^[10]

（3）爆炸用药量及爆炸工艺安全性的研究^[11] 通过对大型球罐进行试验，无论是里炸还是外炸，每次爆炸处理20～30m长的焊缝，用药量在2～4kg是安全可靠的。粗略的计算公式如下：

式中，Q为炸药量；r₀为安全半径。(www.xing528.com)

每次施爆的长度视空气冲击波的强度而定，具体可按超压公式进行计算：

式中，R为当量距离（m）；R为距爆炸源的距离（m）；Δp为距爆炸源R处的超压（MPa）；q为炸药的TNT当量（kg）。

2.特点

爆炸法消除应力主要有以下几个特点^[13]：

1）成本低，对于大型或特大型结构件的应力消除尤其明显。

2）速度快，效率高。在构件上布置炸药迅速，爆炸过程瞬间完成。

3）效果显著，消除焊接残余应力平均能达到50%以上。

4）不受结构件大小和形状的限制。梁、柱、管线、球罐等均可方便地采用爆炸处理的方法消除焊接残余应力。目前用爆炸法所处理的最大钢板厚度为70mm。

5）不受结构件材质的限制，而不锈钢采用热处理消除残余应力很难兼顾材料的力学性能、耐晶间腐蚀性能和残余应力消除效果三者之间的关系。采用爆炸方法处理后，残余应力消除效果可达80%，耐应力腐蚀寿命可提高4倍以上，同时力学性能还有所改善。

6）应用于复合板和异种钢接头有独特的功效，这是热处理和其他方法所无法比拟的，可避免因化学成分和物理性能差异引起的成分扩散，以及产生新的残余应力。