ICS77.040.10 H22 中华人民共和国国家标准 GB/T26078—2010 金 属材料 焊接残余应力 爆炸处理法 Metallicmaterials—Weldingresidualstresses— Methodwithexplosiontreatment 2011-01-10发布 2011-10-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布前 言 本标准的附录A为规范性附录。 本标准由中国钢铁工业协会提出。 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、中国科学院金属研究所、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、凃应宏。 ⅠGB/T26078—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 中型钢结构,以及由异种焊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缝的整体或局部消除应力处理。 ⅡGB/T26078—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。 1 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。 2 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 GB19417 导爆管雷管 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 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本标准。 3.1 残余弹性应变 residualelasticstrain εer 由焊接产生的残留在焊接接头中的弹性应变。 3.2 总塑性应变 totalplasticstrain εp 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 plasticstraininducedbyshockwaves C 在冲击波诱导下金属产生的塑性应变。 3.4 剩余应力 remainedstress 爆炸处理后金属中残留的应力值。 1GB/T26078—2010 4 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 符号 说 明 单位 εer 残余弹性应变 mm/mm εp 总塑性应变 mm/mm C 冲击波诱导塑性应变 mm/mm V 单位长度的用药量 g/m W 焊缝宽度 mm σY 材料的屈服强度(ReL或Rp0.2) MPa 注:1MPa=1N/mm2。 5 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: εp=εer+C …………………………(1) 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εer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; c) 软性爆炸处理(C值与残余弹性应变εer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。 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 2GB/T26078—2010 6 爆炸处理工艺参数的确定 6.1 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、焊缝形状和宽度等,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/s~7500m/s,炸药 密度在0.8g/cm3~1.60g/cm3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1mm~8mm厚的缓冲垫。可选材料为胶皮、油毡纸等。 6.4 基本布药工艺 通常采用的条状橡胶炸药的截面尺寸为(3mm~10mm)×(10mm~12mm)(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 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10mm~15mm。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+30mm,否则应增加药条层数。 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。 一般情况下,推荐采用如下经验公式(2): V=(0.006~0.008)W·σY …………………………(2) 式中: V———用药量,单位为克每米(g/m); W———焊缝宽度,单位为毫米(mm); σY———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~4500m/s的炸 3GB/T26078—2010 药。当采用高爆速炸药时,应加入较厚的缓冲垫,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 大型厚壁焊接构件的爆炸处理 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,消除焊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:当施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。 6.7 进行上述爆炸处理的施工作业与安全事项见附录A。 7 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%~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%。 8 评价报告 评价报告建议包括以下内容: a) 本标准的编号; b) 工程