RU172873U1 - Ультразвуковая колебательная система для взрывной обработки материалов - Google Patents
Ультразвуковая колебательная система для взрывной обработки материалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU172873U1 RU172873U1 RU2016152352U RU2016152352U RU172873U1 RU 172873 U1 RU172873 U1 RU 172873U1 RU 2016152352 U RU2016152352 U RU 2016152352U RU 2016152352 U RU2016152352 U RU 2016152352U RU 172873 U1 RU172873 U1 RU 172873U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rod
- working
- hub
- materials
- bimetallic
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 239000002360 explosive Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 6
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims description 4
- 238000004880 explosion Methods 0.000 abstract description 12
- 238000003466 welding Methods 0.000 abstract description 11
- 238000005474 detonation Methods 0.000 abstract description 10
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 3
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 4
- 244000309464 bull Species 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 235000019592 roughness Nutrition 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/06—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating by means of high energy impulses, e.g. magnetic energy
- B23K20/08—Explosive welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K28/00—Welding or cutting not covered by any of the preceding groups, e.g. electrolytic welding
- B23K28/02—Combined welding or cutting procedures or apparatus
Landscapes
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области сварки взрывом и может быть использована при изготовлении преимущественно трудносвариваемых разнородных материалов и высокопрочных сплавов, переходников и контактных элементов с использованием энергии продуктов детонации и ультразвуковых колебаний для электротехники, электрометаллургии, машиностроения и судостроения.Технический результат - это увеличение надежности и долговечности акустической системы при взрывной обработке материалов зарядами средней и повышенной мощности.Предлагается ультразвуковая колебательная система для взрывной обработки материалов, содержащая неподвижный корпус, тыльную частотно-понижающую накладку, пьезоэлектрический преобразователь, рабочую накладку-концентратор и рабочий сменный инструмент, выполненный в виде биметаллического стержня, причем цилиндрический корпус закреплен плотно с полусферическим торцом винтовыми соединениями, а в биметаллическом стержне выполнена кольцевая канавка глубиной 0,1…0,2 диаметра стержня.
Description
Полезная модель относится к области сварки взрывом и может быть использована при изготовлении преимущественно трудносвариваемых разнородных материалов и высокопрочных сплавов, переходников и контактных элементов с использованием энергии продуктов детонации и ультразвуковых колебаний для электротехники, электрометаллургии, машиностроения и судостроения.
Известна конструкция ультразвукового пьезокерамического преобразователя (полезная модель к патенту РФ №73619, МПК B06B 1/06, опубл. 27.05.2008. Бюл. №15) содержащего набор пьезокерамических пластин с электрическими выводами для подключения к генератору, переднюю и тыльную накладки, соединенные с торцевыми поверхностями пьезокерамических пластин, и стянутые между собой резьбовым соединением, причем пьезокерамические пластины закрыты дополнительным корпусом. Недостатком данной конструкции является отсутствие надежности вследствие значительной деформации и разрушения передней и тыльной накладок под воздействием взрывного нагружения из-за отсутствия в этих местах защитного металлического корпуса.
Известно устройство для ультразвуковой обработки материалов (патент РФ №2282525, МПК В23K 20/10, опубл. 27.08.2006. Бюл. №24), содержащее акустическую систему, включающую излучатель ультразвука с рабочим наконечником на торце, магнитострикционный преобразователь и концентратор, систему упруго-инерционных элементов и подвижную втулку, при этом магнитострикционный преобразователь, соединенный с концентратором, система упруго-инерционных элементов и подвижная втулка установлены внутри корпуса, к которому с наружной стороны присоединены сливной штуцер, прилив, патрубки для подачи жидкой среды. Недостатками данного ультразвукового устройства являются выход из строя всей акустической системы в результате воздействия взрывного нагружения на штуцера и патрубки, находящихся с наружной стороны корпуса, а также отсутствие защиты торца концентратора и присоединенного к нему рабочего наконечника от воздействия ударных детонационных волн.
Наиболее близкой по технической сущности является ультразвуковая колебательная система для обработки материалов (полезная модель к патенту РФ №140332, МПК В06В 1/06, опубл. 10.05.2014. Бюл. №14), содержащая неподвижный корпус, тыльную частотно-понижающую накладку, пьезоэлектрический преобразователь, рабочую накладку-концентратор и рабочий сменный инструмент, причем корпус выполнен цилиндрическим из стали с соотношением толщины стенки к внутреннему диаметру корпуса не менее 0,08, его торец со стороны тыльной частотно-понижающей накладки имеет плоскую поверхность, а торец со стороны накладки-концентратора - полусферическую поверхность, причем накладка-концентратор соединена с рабочим сменным инструментом, выполненным в виде биметаллического стержня с рабочей частью из материала, близкого по акустическим свойствам к обрабатываемому материалу, при этом между тыльной частотно-понижающей накладкой и плоским торцом корпуса и между биметаллическим стержнем и полусферическим торцом корпуса расположены демпфирующие прокладки. К недостаткам данной ультразвуковой колебательной системы следует отнести деформацию накладки-концентратора и нарушение целостности пьезокерамических дисков (трещины, отколы) из-за воздействия на них ударных детонационных волн вследствие отсутствия защищающего их полусферического торца, который не закреплен с цилиндрическим корпусом и поэтому достаточно легко от него отсоединяется (слетает) при взрывной обработке зарядами взрывчатого вещества (ВВ) средней и повышенной мощности, применяющихся при сварке взрывом трудносвариваемых разнородных металлов и высокопрочных сплавов. Кроме этого, происходит выход из строя всей акустической системы и наблюдаются значительные деформации корпуса в тех случаях, когда биметаллический стержень с присоединенным корпусом не отделяется от обрабатываемого ультразвуком свариваемого изделия и вместе с ними ударяется о металлические стенки бронекамеры, что связано с недостаточной величиной силы среза (отрыва) стержня, возникающей от воздействия ударных детонационных волн зарядами ВВ небольшой мощности и низкой скоростью детонации.
Задачей данной полезной модели является создание такой конструкции ультразвуковой колебательной системы, способной увеличить надежность и долговечность акустической системы за счет исключения возможности деформирования корпуса акустической системы и нарушения целостности пьезокерамических дисков при взрывной обработке (сварке) материалов зарядами со средней и высокой скоростью детонации, т.е. более мощными зарядами ВВ.
Технический результат, который обеспечивается при осуществлении полезной модели, - это увеличение надежности и долговечности акустической системы при взрывной обработке материалов зарядами средней и повышенной мощности.
Поставленный технический результат достигается тем, что в ультразвуковой колебательной системе для обработки материалов, содержащей неподвижный корпус, тыльную частотно-понижающую накладку, пьезоэлектрический преобразователь, рабочую накладку-концентратор и рабочий сменный инструмент, причем корпус выполнен цилиндрическим из стали с соотношением толщины стенки к внутреннему диаметру корпуса не менее 0,08, его торец со стороны тыльной частотно-понижающей накладки имеет плоскую поверхность, а торец со стороны накладки-концентратора - полусферическую поверхность, причем накладка-концентратор соединена с рабочим сменным инструментом, выполненным в виде биметаллического стержня с рабочей частью из материала, близкого по акустическим свойствам к обрабатываемому материалу, при этом между тыльной частотно-понижающей накладкой и плоским торцом корпуса и между биметаллическим стержнем и полусферическим торцом корпуса расположены демпфирующие прокладки, при этом цилиндрический корпус закреплен плотно с полусферическим торцом винтовыми соединениями, а в биметаллическом стержне выполнена кольцевая канавка глубиной 0,1…0,2 диаметра стержня.
В отличие от прототипа в заявляемой конструкции, цилиндрический корпус закреплен плотно с полусферическим торцом винтовыми соединениями, а в биметаллическом стержне выполнена кольцевая канавка глубиной 0,1…0,2 диаметра стержня.
Выполнение цилиндрического корпуса закрепленным плотно с полусферическим торцом винтовыми соединениями позволит повысить надежность и долговечность акустической системы за счет исключения возможности разъединения полусферического торца от цилиндрического корпуса в процессе взрывного нагружения свариваемого и обрабатываемого ультразвуком изделия и тем самым сохранения в целостности внутренних элементов акустической системы (пьезокерамических дисков, накладок, проводов и электроконтактов) от воздействия ударных детонационных волн зарядами ВВ средней и повышенной мощности.
Выполнение в биметаллическом стержне кольцевой канавки глубиной 0,1…0,2 диаметра стержня позволит повысить надежность и долговечность акустической системы за счет гарантированного среза ударными волнами биметаллического стержня и отсоединения его от свариваемого взрывом изделия, что исключит возможность удара корпуса о металлические стенки бронекамеры и сохранит в целостности внутренние элементы акустической системы. При выполнении в биметаллическом стержне кольцевой канавки глубиной меньше 0,1 диаметра стержня не удается его срезать и отсоединить от свариваемого взрывом изделия, в результате чего под воздействием ударных волн изделие с присоединенным к нему биметаллическим стержнем и корпусом ударяется о металлические стенки бронекамеры, что приводит к выводу из строя всей акустической системы. При выполнении в биметаллическом стержне кольцевой канавки глубиной больше 0,2 диаметра стержня происходит нарушение стабилизации параметров и уменьшение мощности ультразвуковой волны, что приводит к снижению эффективности ультразвуковой обработки, а следовательно - снижению прочности сваренного взрывом соединения.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид ультразвуковой колебательной системы; на фиг. 2 - винтовое соединение полусферического торца с цилиндрическим корпусом; на фиг. 3 - кольцевая канавка в биметаллическом стержне.
Ультразвуковая колебательная система для ультразвуковой обработки материалов включает стальной корпус, состоящий из цилиндрической части 1, плоского торца 2 и полусферического торца 3, который закреплен плотно с цилиндрическим корпусом винтовыми соединениями 4. Внутри корпуса помещены пьезокерамические диски 5, тыльная частотно-понижающая накладка 6, рабочая накладка-концентратор 7, закрепленные в корпусе с помощью шпильки 8 и гайки 9. К торцу накладки-концентратора присоединяется сменный рабочий инструмент в виде биметаллического стержня 10, на наконечнике которого выполнена кольцевая канавка 11 глубиной 0,1…0,2 диаметра стержня, причем стержень выполнен из материала близкого по акустическим свойствам к обрабатываемому в процессе сварки взрывом материалу изделия 12. Демпфирующие прокладки 13 и 14 помещают соответственно между тыльной частотно-понижающей накладкой и плоским торцом корпуса, а также между биметаллическим стержнем и полусферическим торцом. Подключение ультразвуковой колебательной системы к генератору осуществляется с помощью электрических проводов 15.
Ультразвуковая колебательная система работает следующим образом. Сборка ультразвуковой колебательной системы и пакета для сварки взрывом, состоящего из двух пластин и заряда ВВ с электродетонатором, производится в бронекамере. При этом соединение биметаллического стержня 10 с одной из свариваемых пластин 12 может осуществляться с помощью винта с гайкой, либо сваркой. Затем электрические провода 15 от ультразвуковой колебательной системы подсоединяют к ультразвуковому генератору, находящемуся на безопасном расстоянии за пределами бронекамеры (в другом помещении). После включения ультразвукового генератора пьезокерамический преобразователь 5 через биметаллический стержень 10 подает ультразвуковые колебания на одну из свариваемых пластин 12. Через некоторый промежуток времени (обычно 20-30 с) с помощью взрывной машинки производят подрыв заряда ВВ, т.е. осуществляют процесс сварки взрывом. Подача ультразвуковых колебаний к одной из свариваемых пластин с одновременным инициированием заряда позволяет повысить прочность соединения за счет эффективной ультразвуковой обработки материала, обеспечивающей активацию атомов, разрушение окисных пленок и сглаживание микронеровностей в поверхностном слое пластины, способствуя тем самым к сближению межатомного расстояния и увеличению площади физического контакта соединяемых поверхностей металлов непосредственно в процессе сварки взрывом.
ПРИМЕР ИСПОЛНЕНИЯ
Корпус ультразвуковой колебательной системы изготавливался из стали Ст3 с толщиной стенки δ=4,5 мм и внутренним диаметром цилиндрической части Dв=50 мм. Полусферический торец плотно закреплялся с цилиндрическим корпусом с помощью винтов. В качестве биметаллических стержней применялись прутки диаметром dc=4 мм из стали Ст3 и высокопрочной нержавеющей стали 20X13. Эксперименты по сварке взрывом разнородных металлов проводились на трудносвариваемой паре Ст3+20Х13. Ультразвуковой обработке в процессе сварки взрывом подвергалась высокопрочная нержавеющая сталь 20X13.
Данные о влиянии высоты и скорости детонации заряда ВВ, глубины кольцевой канавки и винтового закрепления полусферического торца на надежность и долговечность ультразвуковой колебательной системы приведены в таблице.
Полученные результаты исследований показали, что при плотном закреплении цилиндрического корпуса с полусферическим торцом винтовыми соединениями и выполнении в биметаллическом стержне кольцевой канавки глубиной 0,1…0,2 диаметра стержня повышается надежность и долговечность ультразвуковой колебательной системы за счет исключения возможности разъединения полусферического торца от цилиндрического корпуса в процессе взрывного нагружения свариваемого и обрабатываемого ультразвуком изделия и сохранения в целостности внутренних элементов акустической системы от воздействия ударных детонационных волн, а также за счет гарантированного среза ударными волнами биметаллического стержня и отсоединения его от свариваемого взрывом изделия, что исключит возможность удара корпуса о металлические стенки бронекамеры.
Claims (1)
- Ультразвуковая колебательная система для взрывной обработки материалов, содержащая неподвижный корпус, тыльную частотно-понижающую накладку, пьезоэлектрический преобразователь, рабочую накладку-концентратор и рабочий сменный инструмент, причем корпус содержит цилиндрическую часть из стали с соотношением толщины стенки к внутреннему диаметру корпуса не менее 0,08, плоскую торцовую часть, расположенную со стороны тыльной частотно-понижающей накладки, и полусферическую торцевую часть, расположенную со стороны накладки-концентратора, причем накладка-концентратор соединена с рабочим сменным инструментом, выполненным в виде биметаллического стержня с рабочей частью из материала, близкого по акустическим свойствам к обрабатываемому материалу, при этом между тыльной частотно-понижающей накладкой и плоским торцом корпуса и между биметаллическим стержнем и полусферическим торцом корпуса расположены демпфирующие прокладки, отличающаяся тем, что цилиндрическая часть корпуса плотно скреплена с полусферической торцевой частью корпуса винтовыми соединениями, а в биметаллическом стержне выполнена кольцевая канавка глубиной 0,1…0,2 диаметра стержня.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016152352U RU172873U1 (ru) | 2016-12-28 | 2016-12-28 | Ультразвуковая колебательная система для взрывной обработки материалов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016152352U RU172873U1 (ru) | 2016-12-28 | 2016-12-28 | Ультразвуковая колебательная система для взрывной обработки материалов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU172873U1 true RU172873U1 (ru) | 2017-07-28 |
Family
ID=59632912
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016152352U RU172873U1 (ru) | 2016-12-28 | 2016-12-28 | Ультразвуковая колебательная система для взрывной обработки материалов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU172873U1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4343111A (en) * | 1979-01-24 | 1982-08-10 | Inoue-Japax Research Incorporated | Ultrasonic machining method and apparatus |
| EP0362449B1 (fr) * | 1987-04-10 | 1992-08-12 | Office National d'Etudes et de Recherches Aérospatiales (O.N.E.R.A.) | Machine d'usinage par abrasion ultrasonore |
| RU128541U1 (ru) * | 2012-07-05 | 2013-05-27 | Геннадий Владимирович Конюшков | Устройство для диффузионной сварки металлов с неметаллами методом электрически взрываемых прослоев в вакууме |
| RU140332U1 (ru) * | 2013-12-24 | 2014-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Ультразвуковая колебательная система для обработки материалов |
-
2016
- 2016-12-28 RU RU2016152352U patent/RU172873U1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4343111A (en) * | 1979-01-24 | 1982-08-10 | Inoue-Japax Research Incorporated | Ultrasonic machining method and apparatus |
| EP0362449B1 (fr) * | 1987-04-10 | 1992-08-12 | Office National d'Etudes et de Recherches Aérospatiales (O.N.E.R.A.) | Machine d'usinage par abrasion ultrasonore |
| RU128541U1 (ru) * | 2012-07-05 | 2013-05-27 | Геннадий Владимирович Конюшков | Устройство для диффузионной сварки металлов с неметаллами методом электрически взрываемых прослоев в вакууме |
| RU140332U1 (ru) * | 2013-12-24 | 2014-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Ультразвуковая колебательная система для обработки материалов |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6373935B2 (ja) | 金属部材残留応力を局部的に調整する方法及びシステム | |
| CN108406079B (zh) | 一种锆基金属玻璃与轻质金属板的爆炸焊接方法 | |
| GB2575221A (en) | Downhole tools having controlled disintegration | |
| Hokamoto et al. | A new method for explosive welding of Al/ZrO2 joint using regulated underwater shock wave | |
| JP2009510256A5 (ru) | ||
| RU140332U1 (ru) | Ультразвуковая колебательная система для обработки материалов | |
| UA87006C2 (ru) | Ультразвуковой инструмент для деформационного упрочнения и релаксационной обработки металлов | |
| Jagadeesh et al. | Novel applications of micro-shock waves in biological sciences | |
| RU172873U1 (ru) | Ультразвуковая колебательная система для взрывной обработки материалов | |
| CN107036919B (zh) | 一种利用超声波激励破碎岩石的实验装置及实验方法 | |
| CN103135622A (zh) | 局部残余应力超声检测与闭环控制装置 | |
| CN110117712A (zh) | 空化冲击消减和均化构件表面残余应力的方法及其装置 | |
| US9958245B1 (en) | Liquid disruptor device, method of manufacturing the same, and liquid disruptor device module | |
| DeCarli et al. | Design of uniaxial strain shock recovery experiments | |
| Sun et al. | An alternative thin-plate welding technology using underwater shock wave | |
| CN103212532A (zh) | T型大功率超声波换能器 | |
| Tomita et al. | Cavitation phenomena in extracorporeal microexplosion lithotripsy | |
| Sun et al. | Numerical simulation of underwater explosive welding process | |
| JP4549129B2 (ja) | 爆発圧着方法及びクラッド材 | |
| RU2010145491A (ru) | Ультразвуковое устройство снятия остаточных напряжений в сварных соединениях металлов в процессе сварки | |
| CN102899542B (zh) | 高强度稀土铝合金声学振动装置 | |
| Xu et al. | Petal failure characteristics of a conical projectile penetrating a thin plate at high oblique angle | |
| CN109332297A (zh) | 水下超声波消除腐蚀设备及消除腐蚀方法 | |
| RU169487U1 (ru) | Удлиненный заряд взрывчатого вещества | |
| CN206009337U (zh) | 一种用于超声波清洗装置中的清洗槽 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20171016 |