RU163172U1

RU163172U1 - DEVICE FOR COMBINED STRENGTHENING TREATMENT OF WELDED JOINTS OF LARGE DIAMETER METAL PIPES

Info

Publication number: RU163172U1
Application number: RU2015149409/02U
Authority: RU
Inventors: Виктор Иванович Бутенко
Priority date: 2015-11-17
Filing date: 2015-11-17
Publication date: 2016-07-10

Abstract

Устройство для комбинированной упрочняющей обработки сварных стыков металлических труб большого диаметра, содержащее корпус, выполненный в виде разъемной обоймы, зачистное устройство в виде металлической щетки, многоконтактный виброударный инструмент с деформирующими элементами в виде цилиндрических стержней, диаметрально расположенные в указанном корпусе, который установлен на ролики тележки и выполнен с возможностью кругового перемещения относительно свариваемых труб посредством зубчатой передачи и продольного перемещения вдоль оси свариваемых труб, отличающееся тем, что корпус установлен в направляющих каретки и выполнен с возможностью совершения дополнительных колебательных перемещений, параллельных оси свариваемых труб, с помощью кулачка, соединенного через коническую передачу с зубчатой передачей, и возвратной пружины.A device for combined hardening processing of welded joints of large diameter metal pipes, comprising a body made in the form of a detachable holder, a stripping device in the form of a metal brush, a multi-contact vibro-impact tool with deforming elements in the form of cylindrical rods, diametrically located in the specified body, which is mounted on the cart rollers and made with the possibility of circular movement relative to the welded pipes by means of a gear transmission and longitudinal movement in eh axis of welded pipes, characterized in that the housing is mounted in the guide carriage and is configured to commit additional oscillatory movement parallel to the axis of the welded pipes by a cam connected via a conical gear transmission and a return spring.

Description

Полезная модель относится к области механической обработки материалов, а именно к отделочно-упрочняющей, и может быть использована в различных отраслях машиностроения и при прокладке труб большого диаметра в холодном состоянии.The utility model relates to the field of mechanical processing of materials, namely to finishing and hardening, and can be used in various branches of engineering and for laying large diameter pipes in the cold state.

Известно устройство для комбинированной обработки цилиндрических поверхностей совмещенной обработкой резанием и отделочно-упрочняющей обработкой, содержащее резцовую и деформирующую головки с инструментами (см. а.с. СССР №977139 кл. B24B 39/04, бюл. №44, 1982).A device for the combined treatment of cylindrical surfaces with combined cutting and finishing-hardening processing, containing a cutting and deforming heads with tools (see AS USSR No. 977139 class. B24B 39/04, bull. No. 44, 1982).

Признаками аналога, совпадающими с признаками заявляемой полезной модели, являются наличие корпуса с деформирующим инструментом и возможностью осуществлять совмещенную обработку поверхности детали.Signs of an analogue that coincide with the features of the claimed utility model are the presence of a body with a deforming tool and the ability to perform combined surface treatment of the part.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются низкая коррозионная стойкость сварного шва, ограниченная длина обработки, определяемая расстоянием между передними и задними центрами станка, низкая производительность и невозможность использования устройства в непроизводственных условиях.The reasons that impede the achievement of the technical result are the low corrosion resistance of the weld, the limited processing length determined by the distance between the front and rear centers of the machine, low productivity and the inability to use the device in non-production conditions.

Известно устройство для упрочняющей обработки поверхностей деталей, содержащее корпус с деформирующими элементами в виде цилиндрических стержней и регулируемый нажимной механизм в виде плунжера с распределительным элементом, выполненным в виде шариков с диаметром, соизмеримым с диаметром стержней (см. а.с. СССР №1230808 кл. B24B 39/00, бюл. №18, 1986).A device for hardening the treatment of surfaces of parts, comprising a housing with deforming elements in the form of cylindrical rods and an adjustable pressure mechanism in the form of a plunger with a distribution element made in the form of balls with a diameter comparable with the diameter of the rods (see AS USSR No. 1230808 cl . B24B 39/00, bull. No. 18, 1986).

Признаком аналога, совпадающим с признаками заявляемого устройства для комбинированной упрочняющей обработки, является наличие корпуса с деформирующими элементами в виде цилиндрических стержней.A sign of an analogue that coincides with the features of the claimed device for combined hardening treatment is the presence of a body with deforming elements in the form of cylindrical rods.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются низкая коррозионная стойкость сварного шва, а также то, что устройство не позволяет одновременно производить зачистку и упрочнение поверхности сварного шва и околошовной зоны, в связи с чем имеет низкую производительность и не обеспечивает требуемое качество сварных стыков металлических труб большого диаметра.The reasons that impede the achievement of the technical result are the low corrosion resistance of the weld, as well as the fact that the device does not allow both cleaning and hardening of the surface of the weld and the heat-affected zone, and therefore has a low productivity and does not provide the required quality of the welded joints of metal pipes large diameter.

За прототип принято устройство для комбинированной упрочняющей обработки сварных стыков металлических труб большого диаметра, содержащее корпус, выполненный в виде разъемной обоймы, зачистное устройство в виде металлической щетки, многоконтактный виброударный инструмент с деформирующими элементами в виде цилиндрических стержней, диаметрально расположенные в указанном корпусе, который установлен на ролики тележки и выполнен с возможностью кругового перемещения относительно свариваемых труб за счет зубчатой передачи, а тележка выполнена с возможностью продольного перемещения относительно оси свариваемых труб (см. патент РФ на полезную модель №152028, МПК B24B 39/00, бюл. №12, 2015 г.).A prototype is a device for combined hardening of welded joints of large diameter metal pipes, comprising a body made in the form of a detachable holder, a stripping device in the form of a metal brush, a multi-contact vibro-impact tool with deforming elements in the form of cylindrical rods, diametrically located in the specified body, which is installed on the rollers of the trolley and is made with the possibility of circular movement relative to the welded pipes due to the gear transmission, and the trolley is ying to move longitudinally relative to the axis of the welded tubes (see. Russian patent for utility model №152028, IPC B24B 39/00, Bul. №12, 2015 YG).

Признаками прототипа, совпадающими с признаками заявляемой полезной модели, являются корпус, выполненный в виде разъемной обоймы, зачистное устройство в виде металлической щетки, многоконтактный виброударный инструмент с деформирующими элементами в виде цилиндрических стержней, диаметрально расположенные в указанном корпусе, который установлен на ролики тележки и выполнен с возможностью кругового перемещения относительно свариваемых труб за счет зубчатой передачи и продольного осевого перемещения относительно оси свариваемых труб.Signs of the prototype, which coincides with the features of the claimed utility model, are a housing made in the form of a detachable holder, a stripping device in the form of a metal brush, a multi-contact vibro-impact tool with deforming elements in the form of cylindrical rods, diametrically located in the specified housing, which is mounted on the cart rollers and is made with the possibility of circular movement relative to the welded pipes due to gear transmission and longitudinal axial movement relative to the axis of the welded pipes b.

Причиной, препятствующей достижению технического результата, является низкое качество сварного шва, вызванное неравномерным упрочнением материала сварного стыка и околошовной зоны, а также их высокая шероховатость, приводящая к концентрации напряжений и снижению коррозионной стойкости сварного соединения.The reason that impedes the achievement of the technical result is the poor quality of the weld caused by uneven hardening of the material of the welded joint and the heat-affected zone, as well as their high roughness, which leads to stress concentration and a decrease in the corrosion resistance of the welded joint.

Технический результат полезной модели состоит в повышении качества сварного шва и увеличении его коррозионной стойкости.The technical result of the utility model is to improve the quality of the weld and increase its corrosion resistance.

Технический результат достигается тем, что корпус устройства установлен в направляющих каретки и при помощи кулачка, соединенного через коническую передачу с зубчатой передачей, и возвратной пружины совершает дополнительные колебательные перемещения, параллельные оси свариваемых труб.The technical result is achieved by the fact that the housing of the device is installed in the guides of the carriage and by means of a cam connected via a bevel gear to the gear transmission and the return spring performs additional oscillatory movements parallel to the axis of the pipes being welded.

Для достижения технического результата в устройстве для комбинированной упрочняющей обработки сварных стыков металлических труб большого диаметра, содержащем корпус, выполненный в виде разъемной обоймы, зачистное устройство в виде металлической щетки, многоконтактный виброударный инструмент с деформирующими элементами в виде цилиндрических стержней, диаметрально расположенные в указанном корпусе, который установлен на ролики тележки и выполнен с возможностью кругового перемещения относительно свариваемых труб за счет зубчатой передачи и продольного перемещения вдоль оси свариваемых труб, корпус устройства установлен в направляющих каретки и при помощи кулачка, соединенного через коническую передачу с зубчатой передачей, и возвратной пружины совершает дополнительные колебательные перемещения, параллельные оси свариваемых труб.To achieve a technical result in a device for combined hardening processing of welded joints of large diameter metal pipes, comprising a body made in the form of a detachable holder, a stripping device in the form of a metal brush, a multi-contact vibro-impact tool with deforming elements in the form of cylindrical rods, diametrically located in the specified body, which is mounted on the rollers of the trolley and made with the possibility of circular movement relative to the welded pipes due to gear and the soap has a longitudinal displacement along the axis of the pipes to be welded, the device is installed in a carriage guide and by a cam connected via a conical gear transmission and a return spring performs additional oscillatory movement parallel to the axis of the welded pipes.

Устройство для комбинированной упрочняющей обработки сварных стыков металлических труб большого диаметра представлено на фиг. 1 и 2 и состоит из корпуса 1, выполненного в виде разъемной обоймы, зачистного устройства 2 в виде металлической щетки и многоконтактного виброударного инструмента 3, диаметрально расположенных и закрепленных в корпусе 1. Корпус 1 опирается на ролики 4, установленные на тележке 5, и получает круговую подачу S_кр от зубчатой передачи, состоящей из ведомого колеса 6 и ведущего колеса 7, соединенного с электродвигателем (на фиг. 1 и 2 не показан), а также имеет возможность совершать по направляющим каретки 8 под действием кулачка 9 и возвратной пружины 10 дополнительные колебательные перемещения, параллельные оси свариваемых труб 11. Ведомое колесо 6 соединено с конической передачей 12, благодаря которой вращение передается кулачку 9. Перемещение каретки 8 вдоль оси свариваемых труб 11 от стыка к стыку осуществляется при помощи роликов 13. Для удобства эксплуатации устройства обойма 1 выполнена разъемной; в рабочем состоянии обойма 1 замыкается при помощи стыкового винта 14. Подача сжатого воздуха к зачистному устройству 2 и виброударному инструменту 3 осуществляется шлангами 15 и 16.A device for combined hardening treatment of welded joints of large diameter metal pipes is shown in FIG. 1 and 2 and consists of a housing 1, made in the form of a detachable clip, a stripping device 2 in the form of a metal brush and a multi-contact vibro-impact tool 3, diametrically located and fixed in the housing 1. The housing 1 is supported by rollers 4 mounted on the trolley 5, and receives circular feed S _cr from a gear train consisting of a driven wheel 6 and a driving wheel 7 connected to an electric motor (not shown in FIGS. 1 and 2), and also can be made along the guides of the carriage 8 under the action of the cam 9 and the return spring 10 additional oscillatory movements parallel to the axis of the welded pipes 11. The driven wheel 6 is connected to a bevel gear 12, due to which the rotation is transmitted to the cam 9. The carriage 8 is moved along the axis of the welded pipes 11 from joint to joint using rollers 13. For the convenience of operation of the device, the clip 1 made detachable; in working condition, the clip 1 is closed by means of a butt screw 14. The supply of compressed air to the stripping device 2 and the vibro-impact tool 3 is carried out by hoses 15 and 16.

Устройство работает следующим образом. Корпус 1 в виде обоймы, расположенный на тележке 5, установленной в каретке 8, перемещается вдоль оси свариваемой трубы 11 до места расположения сварочного шва, фиксируется в этом положении и с помощью зачистного устройства 2 и многоконтактного виброударного инструмента 3, установленных диаметрально в обойме 1, осуществляет одновременную зачистку и упрочнение сварного шва и околошовной зоны, поворачиваясь вокруг оси трубы с круговой подачей S_кр. Величина круговой подачи S_кр обоймы 1 устанавливается передаточным отношением зубчатых колес 6 и 7. Конструктивные исполнения многоконтактного инструмента 3 с деформирующими элементами в виде цилиндрических стержней даны в работе Бабичева А.П., Мотренко П.Д., Аксенова В.Н. и др. «Отделочно-упрочняющая обработка деталей многоконтактным виброударным инструментом. - Ростов-на-Дону: Изд-во ДГТУ, 2003. - 192 с. Шлангами 15 и 16 сжатый воздух от передвижного (полевого) компрессора подается к зачистному устройству 2 и виброударному инструменту 3. Одновременно от кулачка 9 тележке 5 сообщаются дополнительные колебательные перемещения, параллельные оси свариваемых труб 11. В результате повышается качество сварного шва за счет уменьшения в материале сварочного стыка и околошовной зоны неравномерности упрочнения и шероховатости поверхности шва, что снижает концентрацию напряжений и повышает коррозионную прочность сварного шва. При этом обойма 1 делает не менее двух оборотов вокруг оси свариваемой трубы и останавливается в исходном положении. Наличие в обойме 1 разъемного стыка в виде винта 14 обеспечивает удобный подвод и отвод устройства и последующее его перемещение (перекатывание) от стыка к стыку на роликах 13.The device operates as follows. The housing 1 in the form of a cage, located on a trolley 5 installed in the carriage 8, moves along the axis of the welded pipe 11 to the location of the weld, is fixed in this position and with the help of the stripping device 2 and multi-contact vibro-impact tool 3 installed diametrically in the cage 1, carries out simultaneous cleaning and hardening of the weld and heat-affected zone, turning around the axis of the pipe with a circular feed S _cr . The value of the circular feed S _{cr of the} cage 1 is set by the gear ratio of the gears 6 and 7. Designs of the multi-contact tool 3 with deforming elements in the form of cylindrical rods are given in the work of Babichev A.P., Motrenko P.D., Aksenova V.N. and others. "Finishing and hardening processing of parts with multi-contact vibro-impact tools. - Rostov-on-Don: Publishing house of DSTU, 2003. - 192 p. With hoses 15 and 16, compressed air from a mobile (field) compressor is supplied to a stripping device 2 and a vibration-impact tool 3. At the same time, additional oscillatory movements parallel to the axis of the pipes to be welded 11 are transmitted from the cam 9 to the trolley 5. As a result, the quality of the weld is increased due to a decrease in the material welding joint and heat-affected zone of uneven hardening and surface roughness of the weld, which reduces the stress concentration and increases the corrosion strength of the weld. In this case, the clip 1 makes at least two revolutions around the axis of the pipe being welded and stops in the initial position. The presence in the clip 1 of the detachable joint in the form of a screw 14 provides a convenient supply and removal of the device and its subsequent movement (rolling) from joint to joint on the rollers 13.

После обработки сварного шва и околошовной зоны свариваемой трубы устройство при помощи каретки 8 с расположенным на ней корпусом 5 перемещается к следующему свариваемому шву. Рекомендуется обработку проводить с частотой сообщаемых цилиндрическим стержням ударных импульсов 50…70 Гц и энергией 25 Дж при многопроходном (не менее двух) перемещений инструмента 3 вдоль зоны стыка свариваемой трубы, подвергаемой упрочнению и защите от коррозии.After processing the weld and the heat-affected zone of the pipe being welded, the device, using the carriage 8 with the housing 5 located on it, moves to the next weld. It is recommended that the processing be carried out with a frequency of shock pulses reported to cylindrical rods of 50 ... 70 Hz and an energy of 25 J with multi-pass (at least two) movements of tool 3 along the joint zone of the pipe being welded, subjected to hardening and corrosion protection.

Проведены производственные и лабораторные испытания двух видов устройств для комбинированной упрочняющей обработки сварных стыков стальных труб диаметром 80 см: с использованием устройства по прототипу (см. патент РФ на полезную модель №152028, МПК B24B 39/00, бюл. №12, 2015 г.) и предлагаемого устройства для комбинированной упрочняющей обработки сварных стыков металлических труб большого диаметра. Предварительно были проведены лабораторные испытания специальных образцов из стали 20ХН размерами L×B×H=120×50×8 мм, которые подвергались стыковой электродуговой сварке с последующей комбинированной упрочняющей обработкой сварного стыка и околошовной зоны. У испытываемых образцов определялись неравномерность упрочнения по величине разброса твердости ΔHRC по поверхности сварного шва и шероховатость поверхности по параметру R_z. Испытания сварных швов и околошовной зоны проводились на коррозионную стойкость T_кор путем размещения испытываемых образцов в морской воде до появления сплошной коррозионной пленки на сварном шве и околошовной зоне и прочность σ_св.ш на разрыв по стандартной методике. Результаты испытаний по пяти образцам сварных стыков стальных образцов и труб приведены в таблицах 1 и 2.Production and laboratory tests of two types of devices for combined hardening processing of welded joints of steel pipes with a diameter of 80 cm were carried out: using a prototype device (see RF patent for utility model No. 152028, IPC B24B 39/00, bull. No. 12, 2015 ) and the proposed device for combined hardening treatment of welded joints of large diameter metal pipes. Laboratory tests of special samples of steel 20KHN with dimensions L × B × H = 120 × 50 × 8 mm, which were butt-welded with subsequent combined hardening of the welded joint and the heat-affected zone, were preliminarily carried out. In the test samples, the unevenness of hardening was determined by the hardness spread ΔHRC along the surface of the weld and the surface roughness by the parameter R _z . Tests of the welds and the heat-affected zone were carried out for the corrosion resistance T _cor by placing the test samples in sea water until a continuous corrosion film appeared on the weld and _{heat-affected} zone and the tensile strength σ _s.w according to the standard method. The test results for five samples of welded joints of steel samples and pipes are shown in tables 1 and 2.

Анализ полученных результатов испытаний (см. таблицы 1 и 2) свидетельствуют о том, что использование предлагаемого устройства при зачисткеAnalysis of the obtained test results (see tables 1 and 2) indicate that the use of the proposed device when stripping

и упрочнении сварного шва и околошовной зоны стыков труб большого диаметра в холодном состоянии позволяет увеличить коррозионную стойкость стыков сварного соединения T_кор в 1,6-1,8 раза и до 10-15% повысить их прочность σ_св.ш. без нарушения общего технологического процесса сваривания металлических труб большого диаметра и независимо от их длины.and hardening the weld and heat affected zone in the cold joints of large diameter tubes can increase the corrosion resistance of the weld joints T _armature 1.6-1.8 times and up to 10-15% increase their strength σ _sv.sh. without violating the general technological process of welding metal pipes of large diameter and regardless of their length.

Claims

A device for combined hardening processing of welded joints of large diameter metal pipes, comprising a body made in the form of a detachable holder, a stripping device in the form of a metal brush, a multi-contact vibro-impact tool with deforming elements in the form of cylindrical rods, diametrically located in the specified body, which is mounted on the cart rollers and made with the possibility of circular movement relative to the welded pipes by means of a gear transmission and longitudinal movement in eh axis of welded pipes, characterized in that the housing is mounted in the guide carriage and is configured to commit additional oscillatory movement parallel to the axis of the welded pipes by a cam connected via a conical gear transmission and a return spring.