張 量

（江西省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)檢測研究，江西 南昌 330029）

我國使用消除焊接殘余應(yīng)力處理方式包括：退火、噴丸、振動(dòng)等。其中退火效果較好，但其對(duì)于能源與成本消耗較高；噴丸處理方式僅處理表層殘余應(yīng)力，且費(fèi)用消耗較高；而振動(dòng)方式處在未全面推廣階段。爆炸法作為蘇聯(lián)消除殘余應(yīng)力方式之一，隨著不斷探索與研究可以得知，該種方式可行性較高，但因我國對(duì)這方面研究較少，仍需要針對(duì)爆炸法消除焊接殘余應(yīng)力對(duì)金屬材料常規(guī)力學(xué)性能的影響展開研究，從而確保爆炸法可以順利應(yīng)用在我國工業(yè)發(fā)展中。

1 試驗(yàn)材料及方式

1.1 試驗(yàn)材料

本次試驗(yàn)主要是在400×300×10mm低碳鋼板試件上完成。試驗(yàn)材料表面通過刨床進(jìn)行加工后，其表面光潔度達(dá)到▽5，待針對(duì)材料進(jìn)行加工后，針對(duì)其展開退火處理，以此來實(shí)現(xiàn)消除加工過程中產(chǎn)生的初應(yīng)力。焊件主要是在低碳鋼板上展開雙面堆焊而成，焊接電流為700安～750安、電弧電壓為36伏～40伏、焊接速度約410/55mm/秒。此外，本次試驗(yàn)所用炸藥又被稱作為“橡皮炸藥”，其主要是由黑索金、天然橡膠制作而成，該炸藥質(zhì)底較為均勻、形狀與橡皮板較為相似。同時(shí)其具備質(zhì)地較為柔軟、易加工、便攜帶、易安放等特點(diǎn)。

1.2 試驗(yàn)方式

在測量焊接殘余應(yīng)力時(shí)，主要是通過小孔釋放法來實(shí)現(xiàn)。在測量焊件殘余應(yīng)力時(shí)，因試驗(yàn)材料與薄板之間較為接近，因此，認(rèn)定其應(yīng)力分布屬于同一平面問題，同時(shí)兩個(gè)主應(yīng)力方向?qū)儆谝阎獱顟B(tài)，由此，就可以計(jì)算出縱向與橫向殘余應(yīng)力[1]。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 晶界變化

在金屬材料中一旦出現(xiàn)不同晶粒之間晶界對(duì)位錯(cuò)情況時(shí)，這時(shí)就會(huì)對(duì)金屬材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生阻礙作用，同時(shí)也會(huì)不斷增加金屬材料變形時(shí)錯(cuò)位運(yùn)動(dòng)阻力，最終增加錯(cuò)密度，以此來實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化金屬材料強(qiáng)度。在金屬材料中，材料在正常情況下的變形主要通過位錯(cuò)的滑移和攀移實(shí)現(xiàn)。由于晶粒內(nèi)部缺陷相對(duì)較少，位錯(cuò)可以相對(duì)自由地滑動(dòng)。當(dāng)位錯(cuò)在外力作用下碰到晶界后，由于材料中的大部分晶界都可以看成原子混亂區(qū)，在晶界處晶體的平移對(duì)稱性和旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性被打破，位錯(cuò)滑動(dòng)被阻礙，在晶界處形成應(yīng)力集中。通過晶界阻礙位錯(cuò)抑制形變，材料的強(qiáng)度得到了提高。另一方面，由于晶界對(duì)稱性的缺乏，其本身就是天然的位錯(cuò)源。因此在外力的進(jìn)一步作用下，晶界處的位錯(cuò)塞積會(huì)誘發(fā)晶界在另一側(cè)晶粒誘發(fā)位錯(cuò)源開動(dòng)新的位錯(cuò)，從而使得材料繼續(xù)發(fā)生形變。因此，晶界作為位錯(cuò)源在一定程度上又可以開動(dòng)新位錯(cuò)釋放應(yīng)力，防止材料由于過高的應(yīng)力集中形核裂紋，從而提高材料的韌性。

2.2 應(yīng)變與錯(cuò)位變化

在金屬晶體中出現(xiàn)位錯(cuò)情況時(shí)，就會(huì)促使臨界切應(yīng)力與理論值之間存在差異，同時(shí)也會(huì)促使臨界切應(yīng)力小于理論值。因位錯(cuò)交互作用與相互纏繞作用可以有效實(shí)現(xiàn)增加金屬材料位錯(cuò)密度，并且也會(huì)增加位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)難度，最終實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化金屬材料，使金屬材料力學(xué)特點(diǎn)，例如：強(qiáng)度與硬度等不斷增加。因?yàn)榻饘俨牧现形诲e(cuò)狀態(tài)較為復(fù)雜，促使現(xiàn)代構(gòu)建的位錯(cuò)模型僅僅能夠顯示出金屬強(qiáng)化中位錯(cuò)狀態(tài)。此外，當(dāng)針對(duì)進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，多數(shù)工件均需要通過多道工序完成加工，同時(shí)也需要借用部分機(jī)械加工設(shè)備來實(shí)現(xiàn)加工，最終使金屬材料成為一個(gè)可以使用產(chǎn)品。

2.3 噴丸處理過程

所謂分選主要是將標(biāo)準(zhǔn)件與被檢件相互對(duì)比，所以，當(dāng)試件需要展開分選時(shí)，就可以提前準(zhǔn)備樣品以免出現(xiàn)相混情況各不相同。在分選過程中方法較多，如：渦流、溫差電等多種強(qiáng)化方法，其中渦流強(qiáng)化法無法輕易對(duì)材料展開準(zhǔn)確鑒別，例如：在退火鋼這種材料中含有一定量份的碳與硅。但準(zhǔn)確量份一定會(huì)有所不同，通過渦流強(qiáng)化法能夠輕易強(qiáng)化出碳實(shí)際量份，但卻無法強(qiáng)化出硅實(shí)際量份，但通過噴丸強(qiáng)化工藝技術(shù)就可以輕易強(qiáng)化出來。又如：在針對(duì)鋼材料中碳量份完全相同，與非合金碳鋼展開分選過程中，或是針對(duì)不脫氧鋼材料與鎮(zhèn)靜鋼展開合金強(qiáng)化過程中，都是噴丸強(qiáng)化工藝技術(shù)更加適合，焊接殘余應(yīng)力消除效果更加有效。

2.4 結(jié)果對(duì)比分析

在針對(duì)金屬材料常規(guī)力學(xué)性能檢測結(jié)果對(duì)比后可以發(fā)現(xiàn)，普通金屬常規(guī)力學(xué)性能較小，同時(shí)二者之間差異較小，在測量過程中難度較高，例如：銅、鋁等。

表1 不同金屬材料常規(guī)力學(xué)性能檢測結(jié)果

但爆破法可以精準(zhǔn)測量出部分常規(guī)力學(xué)性能較高的金屬材料，例如：鎳、康銅、鎳?yán)雍辖?、鎳硅合金、碲化鉍等。具體情況如表1所示。

爆破法在應(yīng)用過程中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)部分合金金屬材料分選，即為鎳基合金，同時(shí)對(duì)于半導(dǎo)體材料常規(guī)力學(xué)性能測量結(jié)果，可以有效判斷其導(dǎo)電類型。在針對(duì)不同鋁合金板進(jìn)行對(duì)比測量時(shí)，其中一塊鋁合金板屬于正常，而另一塊鋁合金板中則出現(xiàn)疲勞裂紋，通過運(yùn)用爆破法對(duì)這兩塊鋁合金板進(jìn)行測量后，發(fā)現(xiàn)正常鋁合金板與疲勞裂紋鋁合金板常規(guī)力學(xué)性能之間并未出現(xiàn)較大差異，這時(shí)測量過程難度就會(huì)不斷增加[2]。

3 結(jié)語

綜上所述，因多數(shù)金屬材料常規(guī)力學(xué)性能較小，在針對(duì)其焊接殘余應(yīng)力情況進(jìn)行檢測時(shí)，就應(yīng)運(yùn)用高于細(xì)微級(jí)別精度設(shè)備與技術(shù)，同時(shí)也表示其對(duì)于應(yīng)力采集設(shè)備要求較高。在針對(duì)金屬材料表面溫差進(jìn)行測量過程中，因測量溫差會(huì)導(dǎo)致最終測量常規(guī)力學(xué)性能結(jié)果出現(xiàn)不準(zhǔn)確情況。但在對(duì)常規(guī)力學(xué)性能較大（高于10uV/K）金屬與其合金進(jìn)行爆破法處理時(shí)，通過常規(guī)力學(xué)性能測試方式可以有效實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測量，可以有效實(shí)現(xiàn)判斷材料準(zhǔn)類，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)材料分選。