爆炸法对材料性能的影响分析

由于残余应力的存在，严重影响了材料的各项性能，爆炸冲击波可以有效消除残余应力，同时也会影响材料的性能^[11]。

1.对焊接接头力学性能的影响

通过对不锈钢的试验表明，爆炸处理后不锈钢焊接接头的硬度有所提高。爆炸处理后，无论是母材金属还是焊缝金属，屈服强度比未经爆炸处理的原始母材和焊缝分别提高了17.4%和10.7%，但对塑性和拉断强度均无明显的影响。

图5-11是爆炸处理前后材料的应力-应变曲线，在其他参数不变的条件下，屈服强度提高了50MPa，即整个应力-应变曲线包围的面积增大，静态应变能增大。

通过对Q345（16Mn）钢的试验表明，爆炸处理后抗拉强度与焊后抗拉强度相差不大，且爆炸处理后试件拉断位置均不在爆炸压痕处。在爆炸影响区内，硬度均有所提高，且由于爆炸压力硬化作用，高爆速炸药作用结果显著高于低爆速炸药作用结果。爆炸处理后，弹塑性功、撕裂功和总冲击吸收能量在焊缝中心区的变化不大，在融合线处，三者均有较为显著的提高，而在热影响区撕裂功几乎没有变化，其他两者有所提高。

图5-11 爆炸处理前后材料的应力-应变曲线^[12]

2.对焊接接头抗应力腐蚀的影响

金属在拉应力和特定的腐蚀环境作用下发生的脆性断裂称为应力腐蚀裂纹。这种应力和环境共同作用导致的材料破坏比单个因素分别作用后的叠加效果还要严重得多。应力腐蚀裂纹是一种隐蔽的材料破坏形式，已成为工程中的突出问题。由于焊接接头存在焊接残余应力，很容易产生应力腐蚀裂纹。爆炸处理可以有效地消除焊接残余应力，提高结构抗应力腐蚀能力，延长其使用寿命，应作为焊接生产中的重要工艺环节。(www.xing528.com)

3.对焊接接头疲劳强度的影响

爆炸处理可以提高焊体疲劳强度的40%～110%。爆炸处理后材料具有较高的疲劳强度、较高的疲劳裂纹扩展门槛值和较低的疲劳裂纹扩展速率。在冲击波的塑性和弹性作用区，材料的疲劳性能均有明显的提高。爆炸处理后疲劳强度提高的原因是：爆炸冲击引起焊缝铁素体位错缠结或钉扎，减少了焊接影响区的残余拉应力，形成了局部压应力；同时焊接影响区表面经过冲击波处理后得到了强化。

4.对焊接接头再热裂纹的影响

选用再热裂纹敏感性较强的921钢进行试验，发现采用爆炸法代替退火处理消除焊接残余应力，不仅能有效地消除残余应力，还能避免构件在重复加热过程中产生再热裂纹。爆炸处理可以使金属组织的位错呈定向缠结排列和一定程度的增值，为析出相提供成核场所，增大新相弥散程度，减少晶界富集和邻近晶界区域的合金贫化。因此，既提高了晶界强度，又提高了整个材料的抗蠕变能力。

5.对焊接接头中残留裂纹行为的影响

由爆炸表面处理引起的入射压缩波，会使金属表层塑变强化、位错密度和点缺陷密度增大，从而提高了材料的抗疲劳能力。但试件中原已存在的裂纹在反射拉伸波的作用下有可能扩展，扩展的条件是作用于裂纹尖端最大正应力方向的应力强度因子大于动态情况下应力强度因子，并且持续时间要超过临界值。裂纹在反射拉伸波作用下扩展呈解理型。裂纹的扩展不连续，扩展方向与复合型裂纹尖端最大正应力方向垂直。

经爆炸冲击波处理后，带焊接残留裂纹的Q345R（16MnR）钢焊接接头的抗断能力显著提高，其脆性转变温度降低了40℃以上。这说明冲击波不仅不会增大残余裂纹的危害，反而有降低裂纹危害的作用。冲击波能使裂纹尖端前沿区域经过冲击波的形变热处理，晶粒细化并发生动态回复和再结晶，产生局部材料改性。性能得到改善的裂纹尖端区材料将裂纹整体包围起来，而在远离裂纹尖端区，材料会产生硬化，从而限制了该裂纹的扩展。Q345R（16MnR）钢经冲击波处理后，静载下其抗裂纹扩展的能力得到了明显提高，尤其在低于脆性转变温度时，冲击波处理材料的裂纹试样断裂吸收能量有近十倍的增长。在冲击载荷下，冲击波处理材料的抗裂纹扩展能力也有明显提高，但程度不及静载条件下的大。