爆炸法应用实例|残余应力基础理论及应用

1）在三峡电站引水压力钢管上的应用［16］

针对三峡电站压力钢管下水段的具体情况（直径大，钢板厚，且为调质处理钢材），爆炸施工前，首先在焊接试板上进行钢管爆炸消除焊接残余应力工艺评定实验。焊接试板采用与实际钢管相同的材料、坡口形式、焊接工艺和方法进行施焊，通过工艺评定实验确定合理的爆炸处理施工工艺。为确保三峡电站压力钢管的消除应力效果，在正式开始大量爆炸施工前，又在钢管上进行了生产性试爆，对爆炸处理施工工艺进行了验证，才最终确定出钢管实际爆炸处理工艺。

钢管的材料为从日本进口的NK-HITEN 610U2调质高强钢板，是一种含C、S量很低的Cr-Mo-V系合金钢。采用自行研制的条状橡胶炸药，炸药的截面积尺寸为10 mm×12 mm，爆速5 000 m/s，药条与钢板之间带有厚2 mm的防烧蚀缓冲胶垫。布药的模式为钢管环缝内外侧全部采用沿焊缝4条炸药对称布置方式；钢管纵缝内侧（大坡口侧）采用4条炸药对称布置方式，外侧采用3条炸药对称布置方式。药条间距为10～15 mm，以爆炸处理前后实测的残余应力值作为爆炸处理消除残余应力的评价依据，残余应力的测试方法为盲孔释放法。表5-3为试板对接部位焊缝残余应力的实测结果。

表5-3　对接试板焊后和爆炸处理后残余应力检测结果（周向应力Rx/轴向应力Ry）　（MPa）

根据对接试板爆炸处理前后表面焊接残余应力检测数据，绘制出如图5-15所示双向残余应力的分布特征曲线。结果表明，采用合理的布药方式，通过爆炸法可以获得显著的消除焊接残余应力的效果。

图5-15　对接试板中心部位爆炸处理前后残余应力的分布(www.xing528.com)

2）在400 m3液化气球罐上的应用［13］

400 m3液化气罐，球皮厚度为30 mm，材料为16MnR，主焊缝总长约300 m，属3类压力容器，对组装及消除应力处理均有较高要求。爆炸处理采取双面爆炸，即先炸外边，后炸内侧。以爆炸处理前后实测残余应力值为爆炸处理消除残余应力的评价依据，残余应力测试方法为盲孔法。表5-4为球罐各典型部位焊缝残余应力实测结果，表5-5为按照球罐相应焊接工艺、爆炸规范制作的对接试板爆炸后接头机械性能测试的结果。

表5-4　球罐各典型部位焊缝残余应力实测结果（纵向应力Rx/横向应力Ry）（MPa）

表5-5　对接试板爆炸后接头室温机械性能测试结果

由表5- 4可见，球罐焊后的焊缝残余应力普遍较高，达到或超过了16Mn钢的屈服强度，而经过爆炸处理后残余应力有明显下降。炸后残余应力在10 MPa以下的测量点占总测量点数的56%；残余应力在100 MPa以下的测量点占总测量点数的83%。如果焊后、炸后焊缝残余应力以平均值统计，则焊后的焊缝残余应力平均值Rx＝356 MPa、Ry＝203 MPa，炸后焊缝的残余应力平均值Rx＝－19 MPa、Ry＝－27 MPa。同时，从表5- 5中可以看出，爆炸处理后焊接接头的机械性能基本不变，完全满足16MnR钢制压力容器的设计要求。