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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,焊接结构件存在着可达材料屈服极限的焊接残余应力,而且
2、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
3、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(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
4、,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
5、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1015mm;板厚小于16mm的对接焊缝,宜用单条工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18mm14mm,每米工业导爆索药量约0
6、.25kg工业导爆索外包裹有成型及防烧蚀用塑料;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;在槽内爆炸处理时,一次爆炸焊缝长度可为1/51/10周长(取决于板厚),一次用药量最大不超过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;两次爆炸的接头处理:为防止漏炸,两次爆炸处理应有150200mm的重叠段;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
7、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;导爆索的固定采用胶带粘贴和胶泥固定;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.用双发电雷管起爆.4.2质量保证措施防灼伤:导爆索和钢板之问放置毡垫;放漏炸:两次爆炸处理应有150200mm的重叠段;防拒爆:使用双发电雷管,而且双发电雷管必须使用同一批次的.连接朝向亦须按工艺要求.连接绑扎要紧密,起爆药包连接可靠;防冲坏起爆网络:导爆索要固定牢固,药条连接绑扎紧密:起爆前的检查:导爆索位置是否正确,起爆网络是否符合爆炸处理工业要求.连接,固定是否可
8、靠,起爆器材是否满足要求:起爆后的检查:是否有拒爆,网络被冲坏等没有达到爆炸处理效果的现象.如有,则应及时补炸.4-3安全作业措施对作业人员进行技术交底和安全教育,要求作业人员严格遵守爆破作业安全规程,遵守有关爆破安全管理的规定;按当地公安部门的规定办理购买,领取,使用爆炸处理用的火工材料;爆炸安全距离:按以下公式计算;Rk=25=25x=40m式中:Rk空气冲击波对掩体内人员的最小允许距离,单位为米(m);Q一次爆破的炸药量,单位为千克(kg).此计算是在平地条件下的安全距离要求,如果全在槽内进行爆炸处理,安全距离还可以减少;警戒范围:爆炸时警戒范围半径是60m,作业时的警戒范围半径是40m
9、.对在上述范围的非操作人员和可疑物进行清理,使之处于安全状态.并及时通知可能因爆炸而会产生误操作的各类单位;每次爆炸处理时间均安排在每天的中午12l3点,下午1718点进行.这样既回避了现场人员高峰期,又能保证爆炸处理时材料的环境温度处于一个比较理想的状态.4.4爆炸处理前后的残余应力检测残余应力测试方法采用无损压痕法,压头直径1.5ram,最大压痕直径约1.2mm,深度0.2mm.测量时将应变片的两向应变栅分别沿着焊缝平行和垂直的方向粘贴,用压痕应力测试或打击压痕后获得应变增量(应变输出值),按公式计算出残余应力大小.无损压痕法是近年出现的一种应力测定方法,与现在国内较为常用的盲孔释放法相比
10、,无损压痕检测法阐述钻孑L灌注桩施工技术蓝东(广西南宁市)摘要:随着我国经济快速的发展,城市化进程飞速发展使得城市的规模不断的扩大为满足剧增的城市的居住需求,建筑业取得了显着的进步钻孔灌注桩是广泛应用于房屋建筑基础的施工,具有施工速度快,占地少,相邻干扰小,承载力大等优点.本文介绍了钻孔灌注桩施工技术的应用及施工质量.关键词:钻孔灌注桩;施工技术;质量控制刖茜随着现代建筑行业的进步,新型的施工材料及施工工艺不断的被研制和发明,这为我国建筑业的进一步发展提供了坚实的技术支撑和物质基础.钻孔灌注桩的施工大部分是在不适应其他地基基础的情况下,由于钻孔灌注桩施工大部分在地下及水下进行,其旖工过程不易观
11、察,成桩后也不能进行开挖验收,施工中的任何一个环节出现问题,都将直接影响整个工程的质量和进度,甚至给投资者造成巨大的经济损失和不良的社会影响.因此,必须加强施工全过程中各环节的质量监控,采取各种有效的预防措施,保证或提高钻孔灌注桩的成桩质量.1钻孔灌注桩施工的特点钻孔灌注桩的施工大部分是在水下进行的,其施工过程无法观察,成桩后也不能进行开挖验收.施工中任何一个环节出现问题,都将直接影响到整个工程的质量和进度,甚至给投资者造成巨大的经济损失和不良的社会影响.因此,要求基础施工队伍在施工技术措施上要落实,并加强施工质量管理,密切注意抓好施工过程中每一个环节的质量,力争将隐患消除在成桩之前.因此在施
12、工前要认真熟悉设计图纸及有关施工,验收规范,核查地质和有关灌注桩方面的资料,对灌注桩在施工过程中可能会发生的一些问题进行分析后制定出施工质量标准,验收实施方案和每根桩的施工记录,以便有效地对桩基施工质量加以控制.2钻孔灌注桩施工工艺2.1施工准备施工准备包括:选择钻机,钻具,场地布置等.钻机是钻孔灌注桩施工的主要设备,可根据地质情况和各种钻孔机的应用条件来选择,本工程根据实际情况选择潜水钻孔机.2.2钻孔机的安装与定位安装钻孔机的基础如果不稳定,施工中易产生钻孔机倾斜,桩倾斜和桩偏心等不良影响,因此要求安装地基稳固.对地层较软和有坡度的地基,可用推土机推平,再垫上钢板或枕木加固.为防止桩位不准
13、,施工中很重要的是定好中心位置和正确的安装钻孔机,对有钻塔的钻孔机,先利用钻机的动力与附近的地笼配合,将钻杆移动大致定位,再用千斤顶将机架顶起,准确定位,使起重滑轮,钻头或固定钻杆的卡孔与护筒中心在一垂线上,以保证钻机的垂直度.钻机位置的偏差不大于2cm.对准桩位后,用枕木垫平钻机横梁,并在塔顶对称于钻机轴线上拉上缆风绳.2.3泥浆制备钻孔泥浆由水,黏土(膨润土)和添加剂组成.具有浮悬钻渣,冷却钻头,润滑钻具,增大静水压力,并在孔壁形成泥皮,隔断孔内外渗流,防止坍孔的作用.调制的钻孔泥浆及经过循环净化的泥浆,应根据钻孔方法和地层情况来确定泥浆稠度,泥浆稠度应视地层变化或操作要求机动掌握,泥浆太
14、稀,排渣能力小,护壁效果差;泥浆太稠会削弱钻头冲击功能,降低钻进速度.2.4钻孑L钻孔是一道关键工序,在施工中必须严格按照操作要求进行,才能保证成孔质量,首先要注意开孔质量,为此必须对好中线及垂直度,并压好护筒.钻好的孔应及时清孔,下放钢筋笼和灌注水下混凝土.钻孔的顺序也应事先规划好,既要保证下一个桩孔的旋工不影响上一个桩孔,又要使钻机的移动距离不要过远和相互干扰.2.5清孔在终孔检查完全符合设计要求时,应立即进行孔底清理,避免隔时过长以致泥浆沉淀,引起钻孔坍塌.清孔方法视使用的钻机不同而灵活应用.通常可采用正循环旋转钻机,反循环旋转机真空吸泥机以及抽渣筒等清孔.2.6灌注水下混凝土清完孔之后
15、,就可将预制的钢筋笼垂直吊放到孔内,定位后要加以固定,然后用导管灌注混凝土,灌注时混凝土不要中断,否则易出现断桩现象.3钻孔灌注桩施工要点3.1成孔的垂直度钻孔灌注桩的垂直度是保证承载能力的重要指标,垂直度的检测应具有无损特性,同时对于表面应力梯度较大的应力分布状态,可以获得较盲孔释放法更为精确的测量结果.爆炸处理前后的应力测定结果见表1,表中下标x,Y分别表示沿焊缝和垂直焊缝方向的数值,残余应力的计算公式为克西公式(按焊缝与母材的强度比进行修正).表1爆炸处理前后残余应力检测结果(MPa)爆炸处理前爆炸处理后测点位置残余应力8x/应变增量)【,8残余应力8x/应变增量Aex/Aey8y8v1上-572/-104374/124-231/-210150/121底板焊缝2-577/-141387/156-189/-20112118环1-768/-13344门08145/一23572/102环2,867/
