Впервые представлена книга по теории и практике обработки металлов взрывом. В данном издании всесторонне освещены теоретические и прикладные проблемы использования энергии взрыва в сварочной технике, приведены результаты содержательных аналитических и экспериментальных работ в области изучения динамики процесса. Дана оценка физико-механических и химических свойств и приведена металлография объектов взрывной обработки. Рассмотрены основы физики взрыва и ударных волн в твердом деформируемом теле. Показано воздействие взрыва, в том числе экстремально высоких скоростей деформации, характерных для взрывных нагрузок, на изменение механических свойств металлических материалов. Приведены конкретные схемы новых технологических процессов упрочнения, сварки, резки, показаны возможности повышения надежности сварных металлоконстркций с помощью взрыва. Уделено должное внимание актуальным проблемам экологии применения взрывных технологий, описаны современные методы защиты окружающей среды от вредного побочного действия взрыва.

С помощью методов математического моделирования и оптимизации определена оптимальная геометрия анкера с учетом его воздействия на армированный бетон.

Рассмотрена методология определения остаточного ресурса сварных металлоконструкций (эксплуатируются в условиях переменной нагрузки), включающая расчеты таких параметров, как механические свойства металла, концентрация напряжений, уровень остаточных напряжений, условия нагрузки и прочее.

Рассмотрены существующие подходы к определению условий формирования волнообразного профиля соединения при сварке металлов взрывом. Отмечены ограничения гидродинамической модели, связанные с тем, что описание процесса, в том числе локализации сдвиговой деформации на границе контакта, не учитывает индивидуальных свойств свариваемых тел. Предложен новый подход к волнообразованию при сварке взрывом в рамках упругопластической модели. Он основан на условии реализации таких режимов косого соударения, которые с учетом динамической вязкости свариваемых металлов с различной статической прочностью должны обеспечивать равенство их сопротивлений формоизменению.

Приведены данные испытаний на усталость и анализ восприимчивости металла сварных крестообразных образцов низколегированной стали к воздействию коррозионно-активной среды в условиях, имитирующих эксплуатацию морских гидротехнических сооружений на акватории континентального шельфа. Показано, что локальная обработка соединений взрывом позволяет заметно улучшить их сопротивляемость коррозионно-механическим разрушениям. При этом можно прогнозировать поведение соединений в морской воде под действием переменных нагрузок на основании результатов усталостных испытаний на воздухе.

Описана методика приближенного расчета напряжений и деформаций в следе, образуемом в релаксирующем материале одномерным ударно-волновым сжатием. Полученные результаты можно использовать при определении параметров взрывного нагружения для снятия остаточных напряжений в сварных соединениях металлоконструкций.

Представлен краткий обзор исследований влияния обработки взрывом на особенности формирования структуры сталей и их сварных соединений, а также их механические свойства. Основное внимание уделено прикладным вопросам, возникающим при упрочняющих обработках сварных металлоконструкций из низкоуглеродистых, низколегированных и нержавеющих сталей.

Рассмотрены существующие подходы к определению условий формирования волнообразного профиля поверхности соединения при сварке металлов взрывом. Отмечены ограничения гидродинамической модели явления, связанные с неучетом индивидуальных свойств свариваемых тел. Предложен новый критерий волнообразования и в целом нижней границы сварки взрывом в рамках упруго-пластической модели. В его основу положено условие реализации таких режимов соударения, при которых обеспечивается равенство динамических пределов текучести свариваемых металлов.

На основе подхода с позиций упругопластической теории рассмотрены общие принципы формирования остаточных напряжений и деформаций в сварных соединениях в результате локальной обработки взрывом. Даны рекомендации по оптимизации режимов взрывного нагружения. Показано, что результаты обработки не зависят от наличия и величины исходных остаточных напряжений в свариваемом металле.

Приведены результаты применения разработанных методик для исследования давлений и деформаций, возникающих в металле сварного соединения при нагружении его в режиме скользящей детонации шнурового заряда взрывчатых веществ с целью снятия сварочных остаточных напряжений. Показано, что использование разработанных методик позволяет получить достаточно достоверные результаты, необходимые для теоретического описания механизма снятия остаточных напряжений с помощью обработки взрывом сварных соединений.

Изложены в общих чертах сущность, особенности и освоенные области рационального применения новой технологии обработки взрывом сварных соединений, позволяющей значительно повысить надежность и долговечность металлоконструкций. Рассмотрен физический механизм процесса и сложившиеся методы расчета параметров взрывного нагружения сварных изделий различной геометрии. Показано, что обработка взрывом благоприятно влияет на комплекс служебных свойств сварных конструкций, отличается высокими производительностью и экономичностью.

Приведены результаты исследований влияния обработки сварных соединений взрывом удлиненными зарядами на распределение остаточных напряжений. Получены формулы, связывающие параметры полей остаточных напряжений в обработанных взрывом сварных соединений с параметрами, характеризующими режим обработки взрывом.

Приведены результаты исследования эффективности снятия остаточных напряжений в сварных соединениях низкоуглеродистой стали толщиной до 50 мм. Описано влияние на указанный процесс некоторых факторов (температуры окружающей среды, модуля упрочнения и прочности обрабатываемого материала, кратности нагружения). Показано, что предельная толщина сваренного металла, "чувствующего" одностороннюю обработку взрывом детонирующих шнуров или низкоимпульсного взрывчатого вещества, может составлять около 50 мм.

Прведены исследования, позволившие выявить связь энергетических параметров соударения и качества соединений при сварке взрывом. Установлено, что формирование конечной структуры контактной зоны соединений, от которой зависит их прочность и пластичность, в основном определяется взаимным влиянием двух конкурирующих механизмов - деформационного упрочнения и релаксации (возврата). Даны рекомендации по выбору режимов сварки, обеспечивающих оптимальный энергетический баланс при протекании процессов упрочнения и релаксации структуры.

Рассмотрена задача для случая заполнения трубы водой в предположении осевой симметрии геометрических и силовых параметров нагружения с использованием жесткопластической модели среды и известного метода отраженных ударных адиабат. Показано, что присутствие жидкости в трубе приводит к существенному уменьшению ее обжатия при взрыве, что препятствует применению для снятия остаточных напряжений традиционной схемы обработки наружными зарядами взрывчатых веществ, отстоящими от сварного шва. Влияние жидкости оказывается таковым, что появляется возможность осуществлять нагружение трубы непосредственно по сварному шву, рассматривая жидкость как своеобразную опору.

Отмечено, что начальный участок соединения из чистого алюминия при сварке взрывом может формироваться в особом режиме, которому соответствуют высокие скорости движения точки контакта. Этот участок соединения характеризуется высокой пористостью и низкой прочностью и только специальные меры позволяют сократить его длину или вовсе устранить. Предложено объяснение механизма формирования кумулятивных струй за счет неустойчивости течения поверхностного слоя металла, приближающегося к зоне контакта пластин и испытывающего торможение. Высказано предположение о том, что тот же механизм отвечает за формирование "бугров" в режимах сварки взрывом с волнообразованием.

Рассмотрена задача наведения в трубах окружных остаточных напряжений (ОН) сжатия. Актуальность постановки подобного исследования обусловлена возможностью использования его результатов для создания в трубопроводах заданных полей ОН и деформаций в целях предотвращения протяженных разрушений, а также для снятия остаточных сварочных напряжений обработкой взрывом и разработки достаточно простой методики оценки ее эффективности. Изложена приближенная методика аналитического расчета напряжений, создаваемых в тонкостенной трубе одиночным кольцевым зарядом ВВ, при условии, что распределение пластических деформаций вдоль образующей близко к осесимметричному (предположение мгновенной детонации заряда ВВ). Предложен также принцип моделирования наведенных таким образом полей напряжений в трубах различных типоразмеров.

Рассмотрено взаимодействие нормально падающей ударной волны с полем имеющихся в металле внутренних напряжений. Показано, что при рациональных режимах нагружения конструкционных сталей эта поправка составляет около 5 % амплитуды волны, поэтому в практических расчетах такую поправку можно не учитывать.

Рассмотрены основы технологии резки взрывом металлоконструкций с помощью удлиненных кумулятивных зарядов (УКЗ), разработанных в ИЭС им. Е. О. Патона. Приведены соотношения, опиcывающие эффективность действия УКЗ в рамках гидродинамической теории. Освещены примеры успешного применения технологий резки взрывом в ряде отраслей промышленности, в том числе в особых условиях, когда необходимы специальные меры защиты от побочного воздействия взрыва.

Разработаны новые конструкции удлиненных кумулятивных зарядов, отличающихся стойкостью к электрохимической коррозии, а также обладающих высокой режущей способностью применительно к условиям наземного и подводного применения. Экспериментально исследована эффективность ряда защитных средств, обеспечивающих подавление вредного побочного действия взрыва. Даны примеры практического применения технологии резки взрывом под водой.