RO121841B1 - Instalaţie şi procedeu pentru tratamentul ultrasonic al ţevilor - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la o instalaţie ?i la un procedeu pentru tratamentul ultrasonic al ţevilor,destinate în special tratării ţevilor de dimensiuni mari, utilizate în construcţii civile ?i industriale, în vederea cre?terii rezistenţei acestora la oboseală ?i coroziune. Instalaţia conform invenţiei cuprinde trei dispozitive (8) de tratare ultrasonică, prevăzute cu ni?te identere (3), menţinute echidistant printr-o buc?ă (9)prelucrată adecvat, un dispozitiv (14) hidraulicde pretensionare a ţevii pe direcţie longitudinală ?i radială, un dispozitiv (19) hidraulic pentru solicitarea hidraulică a ţevii prin impulsuri ?i un dispozitiv de antrenare a ţevii în faţa identerelor (3), prin frecarea dintre ni?te roţi (11, 12 ?i 13) din cauciuc, înclinate cu acela?i unghi faţă de axa longitudinală a ţevii ?i care se rotesc cu aceea?i turaţie. Procedeul aplicat cu ajutorul instalaţiei, conform invenţiei, prevede aplicarea unor vibraţii ultrasonice provenite de la cele trei identere care acţionează echidistant ?i în planuri paralele pe suprafaţa exterioară a ţevii, în timp ce ţeava se deplasează radial ?i axial, simultan cu aplicarea, la un capăt al ţevii, a unei presiuni de pretensionare, în timp ce la celălalt capăt sunt aplicate impulsuri de presiune mici ?i alternative, prin reglarea mărimii presiunii de pretensionare, a amplitudinii ?i frecvenţei de presiune, obţinându-se o solicitare axială ?i radială a materialului ţevii, impulsuri ale căror variaţii în timp sunt similare cu variaţia presiunii fluidului, ceea ce determină atât mărirea rezistenţei ţevii, cât ?i relaxarea tensiunilor remanente.

Description

Invenția se referă la o instalație și la un procedeu pentru tratamentul ultrasonic al țevilor, destinate în special tratării țevilor de dimensiuni mari, utilizate în construcții civile și industriale, în vederea creșterii rezistenței acestora la oboseală și coroziune.

Este cunoscut faptul ca o țeavă sudată este rezultatul unei succesiuni de operații tehnologice: tăierea sub formă de benzi semifabricat, curbarea succesivă longitudinală a benzilor înguste în laminor până la obținerea formei circulare, sudarea marginilor, debavurarea surplusului de material depus în timpul sudării, calibrarea etc. Toate aceste operații determină introducerea unor tensiuni remanente de tracțiune în materialul țevii, cu pondere mai mare în zona cordonului de sudură și în straturile de suprafață a țevii. Aceste tensiuni au efecte negative asupra rezistenței la oboseală și la coroziune.

Pentru diminuarea acestor efecte negative se apelează la tratamente termice convenționale, de detensionare, care asigură reducerea într-o anumită măsură a tensiunilor remanente, dar nu întotdeauna asigură o duritate superficială convenabilă și lipsa oxizilor datorați încălzirii materialului. Folosirea acestor procedee prezintă dezavantaje tehnice și economice (procedee energointensive).

Se cunoaște, de asemenea, că există și tratamente neconvenționale pentru detensionare, alicare, tratamente prin vibrații, tratamente prin impact ultrasonor etc.

Tratamentele prin impact ultrasonic au fost introduse pentru reducerea tensiunilor remanente din cordoanele de sudură ale unor construcții metalice de mari dimensiuni, care nu pot fi tratate termic convențional.

Pentru tratarea ultrasonică a țevilor în vederea reducerii tensiunii remanente, sunt cunoscute instalații care au în componență un container cu fluid în care se imersează țeava, aflat în legătură cu un dispozitiv generator de ultrasunete care imprimă fluidului vibrații ultrasonice pentru a fi transmise țevii din container. Aceste instalații nu sunt însă adecvate țevilor de dimensiuni mari.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în tratarea ultrasonică a țevilor în condițiile în care acestea sunt solicitate hidraulic, pe direcție radială și axială, astfel încât să se permită în același timp detensionarea și durificarea acestora.

Instalația, conform invenției rezolvă problema tehnică menționată prin aceea că are în componență niște dispozitive ultrasonice, menținute echidistant printr-o bucșă prelucrată adecvat, un dispozitiv hidraulic de pretensionare a unei țevi pe direcție axială și radială, un dispozitiv hidraulic pentru solicitarea țevii prin solicitarea axială și radială a țevii prin impulsuri, și un dispozitiv de antrenare a țevii în mișcare elicoidală, care cuprinde trei roți din cauciuc, înclinate fiecare cu același unghi față de axa longitudinală a țevii și care se rotesc cu aceeași turație.

Procedeul aplicat cu ajutorul instalației conform invenției prevede aplicarea unor vibrații ultrasonice provenite de la cele trei identere care acționează echidistant și în planuri paralele pe suprafața exterioară a țevii, în timp ce aceasta se deplasează radial și axial, simultan cu aplicarea, la un capăt al țevii, a unei presiuni de pretensionare, în timp ce la celălalt capăt sunt aplicate impulsuri de presiune mici și alternative, prin reglarea mărimii presiunii de pretensionare, a amplitudinii și frecvenței impulsurilor de presiune obținându-se o solicitare axială și radială a materialului țevii, impulsuri ale căror variații în timp sunt similare cu variația presiunii fluidului, ceea ce determină atât mărirea rezistenței țevii cât și relaxarea tensiunilor remanente.

Instalația și procedeul, conform invenției, prezintă următoarele avantaje:

- realizează o solicitare mixtă a țevii, deformare plastică locală la exterior, deformare axială și circulară de la interior spre exterior, cu amplitudini și frecvențe reglabile, fapt care intensifică procesele de detensionare și de durificare a țevii;

RO 121841 Β1

- realizează simultan două procese cu implicații favorabile, asupra fiabilității 1 produselor prin creșterea rezistenței la oboseală și creșterea rezistenței la coroziune;

- permite reglarea rigidității țevilor, atât prin modificarea presiunii de pretensionare, 3 cât și a presiunii sub formă de impulsuri;

- tratamentul este economic, consumul energetic fiind mult mai redus decât cel 5 necesar tratamentului termic clasic;

- nu implică apariția oxizilor metalici la exterior, așa cum se întâmplă în cazul 7 tratamentului termic.

Se dă, în continuare, un exemplu de realizare a invenției, în legătură și cu fig. 1...7, 9 care reprezintă:

- fig.1, schema de principiu a unui dispozitiv de tratare ultrasonică prin impact a 11 țevilor;

- fig.2, secțiune longitudinală printr-o țeavă în timpul tratării ultrasonice; 13

- fig.3, secțiune transversală prin țeava din fig.2;

- fig.4, vedere în plan vertical a unei țevi antrenate în mișcare elicoidală cu ajutorul 15 unor roți de cauciuc;

- fig.5, secțiune longitudinală printr-un dispozitiv de pretensionare montat la un capăt 17 al țevii;

- fig.6, secțiune longitudinală printr-un dispozitiv de aplicare a impulsurilor hidraulice 19 montat la celălalt capăt al țevii;

- fig.7, diagrama variației presiunii fluidului în timpul tratamentului. 21

Instalația conform invenției cuprinde trei dispozitive de tratare ultrasonică prin impact, formate fiecare din câte un generator de ultrasunete 1, magnetostrictiv sau piezoceramic, 23 cu puteri cuprinse între 0,2 și 1,2 kW, un ghid de unde 2 și un identer 3, prelucrat sferic la vârf. 25

Amplitudinile vibrațiilor 5 de înaltă frecvență (> 27 KHz) sunt mai mari în zona vârfului identerului 3, acestea fiind determinate și de forma ghidului de undă 2. Identerul 3 aflat în 27 vibrație va lovi suprafața corpului asupra căruia va acționa, determinând deformarea plastică a acestuia și încălzirea locală, datorată frecării interne din timpul deformării plastice. 29

Forțele de impact sunt sub forma unor impulsuri 6, iar prin deformarea plastică a materialului, se introduc în acesta tensiuni de compresiune, care vor reduce nivelul 31 tensiunilor remanente cu caracter de tracțiune. Adâncimea stratului deformat plastic depinde de o serie de factori: natura materialului, masa identerului și a ghidului de undă, puterea 33 generatorului, viteza de deplasare a acestuia pe suprafața materialului, forța de apăsare a operatorului asupra piesei etc. 35

Forțele de impact, generate de ultrasunete, sunt periodice și neperiodice.

Randamentul transformării energiei ultrasonore în energie necesară deformării 37 materialului crește, dacă se găsesc soluții tehnice pentru utilizarea eficientă a undelor neperiodice. 39

Pentru un impact cât mai eficient, sunt utilizate trei dispozitive 8, de tratare ultrasonică, apăsate pe țeavă de niște resorturi dispuse echidistant între ele și simultan, în 41 trei plane paralele I -1, II - II și III - III. Axele longitudinale ale acestora sunt perpendiculare pe axa longitudinală a țevii. Identerele 3 ale celortrei dispozitive 8 sunt menținute în pozițiile 43 menționate printr-o bucșa 9. Țeava 10 este antrenată într-o mișcare elicoidală, prin frecarea dintre niște roți din cauciuc 11,12,13, care se rotesc cu aceeași turație n ca și țeava 10. Un 45 unghi a de înclinare simultană a celor trei roți din cauciuc, față de axa longitudinală a țevii, va dicta mărimea pasului de înaintare elicoidală. Țeava introdusă în dispozitiv este umplută 47 cu fluid datorită utilizării unor dispozitive montate prin înfiletare, la capetele țevii.

RO 121841 Β1

Primul dispozitiv 14este destinat realizării unei presiuni de pretensionare p₀. Lichidul este introdus printr-un bușon 15 filetat, etanșat printr-o garnitură 16. După umplerea țevii și strângerea bușonului, presiunea din interiorul acesteia este realizată prin rotirea unui șurub 17 și deplasarea axială a unui piston 18.

La celălalt capăt al țevii se filetează un dispozitiv similar 19 , care are la interior un piston flotant 20, ce execută curse foarte mici alternative, determinând impulsuri de presiune P, în țeavă și implicit tensiuni aplicate o, sub formă de impulsuri în materialul țevii. Aceste impulsuri sunt transmise sonic de la un generator de impulsuri hidraulice, legat la dispozitivul menționat printr-un furtun hidraulic.

Prin reglarea mărimii presiunii de pretensionare, a amplitudinii impulsurilor hidraulice și a frecvenței acestora, se obține o solicitare axială și radială a materialului, ale cărui variații în timp sunt similare cu variația presiunii fluidului, fapt care contribuie atât la creșterea rigidității țevii, cât și la relaxarea tensiunilor remanente.

Modul de solicitare a țevii, prin intermediul fluidului, este similar cu o solicitare de tip - relaxare, din domeniul încercării materialelor.

Claims (5)

1. Revendicări

   1. Instalație pentru tratamentul ultrasonic al țevilor în vederea creșterii rezistenței la oboseală și coroziune, caracterizată prin aceea că are în componență niște dispozitive ultrasonice (8), menținute echidistant printr-o bucșă (9) prelucrată adecvat, un dispozitiv hidraulic (14) de pretensionare a unei țevi (10) pe direcție laxială și radială, un dispozitiv hidraulic (19) pentru solicitarea axială și radială a țevii (10) prin impulsuri, și un dispozitiv de antrenare a țevii în mișcare elicoidală, care cuprinde trei roți (11,12,13) din cauciuc, înclinate fiecare cu același unghi (a) față de axa longitudinală a țevii și care se rotesc cu aceeași turație (n).
2. 2. Instalație conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că dispozitivele ultrasonice (8) sunt apăsate de niște resorturi pe țeavă (10) și sunt dispuse în trei plane (I I, II - II, III - III) paralele între ele, fiecare dispozitiv fiind constituit dintr-un generator de ultrasunete (1) magnetostrictiv sau piezoceramic și un ghid de unde (2), în prelungirea căruia este montat un identer (3) prelucrat sferic la vârf.
3. 3. Instalație conform revendicărilor 1 și 2, caracterizată prin aceea că dispozitivul hidraulic (14) cuprinde un bușon (15) filetat, etanșat printr-ο garnitură (16) și prin care este introdus lichid în țeavă (10), presiunea de pretensionare din interiorul acesteia fiind realizată prin rotirea unui șurub (17) și deplasarea axială a unui piston (18).
4. 4. Instalație conform revendicărilor 1 și 2, caracterizată prin aceea că dispozitivul hidraulic (19) pentru aplicarea impulsurilor asupra țevii (10) are în componență un piston flotant (20), prin intermediul căruia se transmit sonic impulsurile de presiune de la un generator de impulsuri hidraulice, legat la dispozitivul (19) menționat printr-un furtun.
5. 5. Procedeu pentru tratamentul ultrasonic al țevilor, aplicat cu ajutorul instalației conform revendicărilor 1...3, caracterizat prin aceea că prevede aplicarea unor vibrații ultrasonice provenite de la cele trei identere care acționează echidistant și în plane perpendiculare pe suprafața exterioară a țevii, în timp ce aceasta se deplasează axial, simultan cu aplicarea, la un capăt al țevii, a unei presiuni de pretensionare (p_o), în timp ce la celălalt capăt sunt aplicate impulsuri de presiune (Pj)mici și alternative, prin reglarea mărimii presiunii de pretensionare (p_o), a amplitudinii și frecvenței impulsurilor de presiune (Pi) obținându-se o solicitare axială și radială a materialului țevii, ale cărui variații în timp sunt similare cu variația presiunii fluidului, ceea ce determină atât mărirea rezistenței țevii la coroziune, cât și relaxarea tensiunilor remanente.