RU2394919C1 - Способ ультразвуковой обработки сварных металлоконструкций - Google Patents
Способ ультразвуковой обработки сварных металлоконструкций Download PDFInfo
- Publication number
- RU2394919C1 RU2394919C1 RU2008148107/02A RU2008148107A RU2394919C1 RU 2394919 C1 RU2394919 C1 RU 2394919C1 RU 2008148107/02 A RU2008148107/02 A RU 2008148107/02A RU 2008148107 A RU2008148107 A RU 2008148107A RU 2394919 C1 RU2394919 C1 RU 2394919C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ultrasonic
- welded
- acoustic system
- weld
- metal structures
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области обработки сварных металлоконструкций. Для эффективного снятия остаточных напряжений, улучшения усталостной прочности, контактной жесткости, износостойкости, коррозионной стойкости, надежности сварного соединения осуществляют ультразвуковую релаксационно-упрочняющую обработку сварных швов, включающую статическое нагружение сварного шва и ультразвуковое воздействие на сварной шов с помощью ультразвукового инструмента-волновода посредством акустической системы, при этом ультразвуковое воздействие на сварной шов производят с помощью пьезокерамической акустической системы путем подачи на нее синусоидальных амплитудно-модулированных ультразвуковых колебаний. 1 табл., 2 ил.
Description
Изобретение относится к области ультразвуковой релаксационно-упрочняющей, сопровождающейся пластическим деформированием и озвучиванием обрабатываемой поверхности ультразвуком и пассивирующей обработки, может быть использовано в различных отраслях машиностроения, например строительстве мостов, судостроении, нефтяной и газовой промышленности для ультразвуковой релаксационно-упрочняющей обработки металлоконструкций, например, околошовных зон и швов сварных соединений и других поверхностей.
Как известно, в основе ультразвуковой виброударной обработки твердых тел лежит ряд сложных физических явлений, которые можно разделить на две группы:
1. Явления, связанные с локальным воздействием вибрирующего инструмента на обрабатываемую поверхность: пластическое деформирование или хрупкое разрушение поверхностных слоев, изменение сил трения на границе «инструмент - изделие», выделение тепла и повышение температуры на границе двух колеблющихся деталей - граничная диссипация (рассеяние механической энергии и переход ее в тепловую).
2. Явления в объеме обрабатываемой детали, связанные с действием ультразвуковых деформаций (это явление называют звуковой деформацией), вызванных ультразвуковыми волнами: ускорение диффузии и диффузионных превращений, увеличение скорости ползучести или релаксации напряжений, снижение сопротивления пластическому деформированию, акустические потери в материале - объемная диссипация энергии и др.
Известны способы снятия остаточных напряжений в сварных соединениях металлов (см. патент РФ № 2280547, МПК В23К 28/00, C21D 9/50, опубл. 27.07.2006, БИ № 21 и патент РФ № 2281192, МПК В23К 28/02, опубл. 10.08.2006, БИ № 22), в которых в процессе сварки воздействуют на кристаллизирующийся металл сварного соединения ультразвуковыми колебаниями от ультразвукового излучателя, измельчая и упорядочивая его структуру. Кроме того, ультразвуковые колебания оказывают влияние на температуру металла, устанавливают тепловое равновесие в кристаллической решетке, а также производят дегазацию расплава.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известных аналогов, относится то, что они не позволяют: очистить сварочный шов и околошовную зону от окалины; сформировать нужный радиус сопряжения сварного соединения с одновременным устранением сварочных дефектов типа подрезов; создать на поверхности шва и околошовной области упрочненную зону с повышенной устойчивостью к образованию трещин и коррозии (см. Отчет о научно-исследовательской работе «Исследование ультразвукового ударного способа поверхностной обработки и разработка рекомендаций по его применению в качестве упрочняюще-пассивирующего средства при ремонте линейной части магистральных газопроводов». - Волгоград.: Научно-производственная фирма «Нартекс», 1997. - С.7-8).
Известен способ ультразвуковой обработки (см. а.с. № 683873 СССР, МПК В23К 28/00, опубл. 05.09.79, БИ № 33), в котором с целью повышения сопротивляемости возникновению холодных трещин, обработку выполняют по следующему режиму: статическая нагрузка 40…50 кгс; амплитуда колебаний торца волновода на холостом ходу 60...65 мкм; скорость обработки 18…20 м/час; частота колебаний 18…22 кГц; в качестве источника ультразвуковых колебаний использовался магнитострикционный преобразователь (акустическая система), принятый за прототип.
Вышеописанный способ, принятый за прототип, позволяет: очистить сварочный шов и околошовную зону от окалины; сформировать нужный радиус сопряжения сварного соединения с одновременным устранением сварочных дефектов типа подрезов; повысить циклическую прочность сварного соединения за счет снижения величины и концентрации механических напряжений в шве и околошовной зоне; создать на поверхности шва и околошовной области упрочненную зону с повышенной устойчивостью к образованию трещин и коррозии. Эффективность технологии характеризуется локальным воздействием вибрирующего инструмента на обрабатываемую поверхность путем создания поверхностного наклепа методом ультразвуковой виброударной обработки.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что для снижения технологических остаточных напряжений практически не используются явления, связанные с действием ультразвуковых деформаций в объеме обрабатываемой детали, вызванных ультразвуковыми волнами.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение эффективности снятия остаточных напряжений в неразъемных соединениях металлоконструкций, полученных сваркой; улучшение эксплуатационных характеристик - усталостной прочности, контактной жесткости, износостойкости, коррозионной стойкости, надежности сварного соединения.
Для достижения технического результата способ ультразвуковой релаксационно-упрочняющей обработки сварных швов включает статическое нагружение сварного шва и ультразвуковое воздействие на сварной шов с помощью ультразвукового инструмента-волновода посредством акустической системы, при этом ультразвуковое воздействие на сварной шов производят с помощью пьезокерамической акустической системы путем подачи на нее синусоидальных амплитудно-модулированных ультразвуковых колебаний.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Для снятия остаточных напряжений в металлоконструкциях используются ультразвуковые колебания, модулируемые синусоидальным сигналом. При этом не наблюдается скачкообразного изменения амплитуды ультразвукового сигнала, в силу этого в поверхностном слое образуются равномерно изменяющиеся остаточные напряжения, и из-за уменьшения коэффициента затухания синусоидального сигнала обеспечивается увеличение степени наклепа обработки, сообщение колебаний торцу волновода путем подачи на акустическую систему ультразвукового сигнала с частотой колебаний 18,6 кГц.
Особенность заключается в том, что на пьезокерамическую акустическую систему подаются ультразвуковые колебания, модулируемые синусоидальным сигналом. Это приводит практически к полному снятию остаточных напряжений в сварных соединениях металлов.
Вследствие введения энергии синусоидальных амплитудно-модулированных ультразвуковых колебаний в сочетании с оптимальными режимами обработки ускоряются процессы релаксации остаточных сварочных и технологических напряжений не только в области шва и околошовной области, но и во всем объеме обрабатываемой детали.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата.
На фиг.1 приведена схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2 - ультразвуковые сигналы: а) без модуляции; б) амплитудная модуляция; 1 - первый импульс; 2 - второй импульс.
Инструментом для обработки (фиг.1) служит пьезокерамический преобразователь 1 с коническим волноводом 2, далее поз.1 и 2 объединены под общим названием «пьезокерамическая акустическая система», перемещаемая по сварному шву и прижимаемая к нему статической нагрузкой Рст.
Способ ультразвуковой обработки сварных металлоконструкций заключается в том, что на пьезокерамическую акустическую систему подают синусоидальные амплитудно-модулированные ультразвуковые колебания (фиг.2, б) от ультразвукового генератора (условно не показан) через кабель 3 (см. фиг.1). А режимы обработки - статическая нагрузка Рст, скорость обработки и время обработки определяются экспериментально, для каждого конкретного случая, обусловленного маркой (марками) обрабатываемого материала и его толщиной, параметрами электрического тока и маркой электрода (для электродуговой сварки), параметрами шва и др.
Вследствие введения энергии синусоидальных амплитудно-модулированных ультразвуковых колебаний в сочетании с оптимальными режимами обработки ускоряются процессы релаксации остаточных сварочных и технологических напряжений не только в области шва и околошовной области, но и во всем объеме обрабатываемой детали.
Пример. В экспериментальных исследованиях использовались образцы в виде пластин прямоугольной формы 4 (см. фиг.1) из конструкционной углеродистой качественной стали 20 толщиной 10 мм, сваренных между собой при помощи электродуговой сварки, обеспечивающие возможность хорошего базирования и закрепления их в приспособление, которое устанавливали на магнитной плите плоскошлифовального станка мод. 3Г71.
Амплитуда колебаний насадка - 4…14 мкм, рабочая частота - 18,6 кГц, номинальная мощность ультразвукового генератора - 50 Вт, продольная скорость стола станка - 3,1 м/мин, статическая сила прижима пьезокерамической акустической системы - 10 Н.
Параметры ультразвукового сигнала, вырабатываемого ультразвуковым генератором (при включенной в цепь пьезокерамической акустической системе):
| Вид ультразвукового сигнала | Первый импульс* | Второй импульс* | Частота следования импульсов ωи, кГц | |||
| Амплитуда U1, В | Частота ω1, кГц | Амплитуда U2, В | Глубина модуляции, % | Частота ω2, кГц | ||
| Без модуляции | 0…450 | 18,6 | - | - | - | - |
| Амплитудная модуляция | 0…450 | 18,6 | 0…90 | 80 | 18,6 | 1 |
| *форму сигнала см. фиг.2 | ||||||
Обработка результатов исследования заключается в измерении остаточных напряжений в сварных образцах на приборе «СИТОН-АРМ».
В результате проведенных исследований установлено - использование энергии синусоидальных амплитудно-модулированных ультразвуковых колебаний (см. фиг.2, б) позволяет снизить остаточные напряжения на 27…29%, при этом ультразвуковые колебания без модуляции (см. фиг.2, а) позволяют снизить остаточные напряжения на 20…22%.
Claims (1)
- Способ ультразвуковой релаксационно-упрочняющей обработки сварных швов, включающий статическое нагружение сварного шва и ультразвуковое воздействие на сварной шов с помощью ультразвукового инструмента-волновода посредством акустической системы, отличающийся тем, что ультразвуковое воздействие на сварной шов производят с помощью пьезокерамической акустической системы путем подачи на нее синусоидальных амплитудно-модулированных ультразвуковых колебаний.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008148107/02A RU2394919C1 (ru) | 2008-12-05 | 2008-12-05 | Способ ультразвуковой обработки сварных металлоконструкций |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008148107/02A RU2394919C1 (ru) | 2008-12-05 | 2008-12-05 | Способ ультразвуковой обработки сварных металлоконструкций |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008148107A RU2008148107A (ru) | 2010-06-10 |
| RU2394919C1 true RU2394919C1 (ru) | 2010-07-20 |
Family
ID=42681323
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008148107/02A RU2394919C1 (ru) | 2008-12-05 | 2008-12-05 | Способ ультразвуковой обработки сварных металлоконструкций |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2394919C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103785963A (zh) * | 2014-02-18 | 2014-05-14 | 哈尔滨工业大学 | 一种超声电弧复合焊接装置 |
| CN110146893A (zh) * | 2019-05-27 | 2019-08-20 | 南昌航空大学 | 一种基于双耳效应的一体式焊缝位置检测装置 |
| US20210214815A1 (en) * | 2020-01-09 | 2021-07-15 | Progress Rail Services Corporation | Method of hardening manganese steel using ultrasonic impact treatment |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114686677B (zh) * | 2022-04-08 | 2024-01-26 | 华东理工大学 | 一种超声振动抗疲劳制造方法 |
-
2008
- 2008-12-05 RU RU2008148107/02A patent/RU2394919C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103785963A (zh) * | 2014-02-18 | 2014-05-14 | 哈尔滨工业大学 | 一种超声电弧复合焊接装置 |
| CN110146893A (zh) * | 2019-05-27 | 2019-08-20 | 南昌航空大学 | 一种基于双耳效应的一体式焊缝位置检测装置 |
| US20210214815A1 (en) * | 2020-01-09 | 2021-07-15 | Progress Rail Services Corporation | Method of hardening manganese steel using ultrasonic impact treatment |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008148107A (ru) | 2010-06-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5777266B2 (ja) | 新規な性質を有する溶接継手および超音波衝撃処理による当該性質の提供 | |
| Tong et al. | Influence of high frequency vibration on microstructure and mechanical properties of TIG welding joints of AZ31 magnesium alloy | |
| Kudryavtsev et al. | Fatigue improvement of welded elements and structures by ultrasonic peening | |
| US6843957B2 (en) | Ultrasonic impact methods for treatment of welded structures | |
| CN1708593A (zh) | 提高钢材的焊接接头中的热影响区的韧性的方法 | |
| RU2394919C1 (ru) | Способ ультразвуковой обработки сварных металлоконструкций | |
| JP5130478B2 (ja) | 疲労特性に優れた突合せ溶接継手およびその製造方法 | |
| JP5052918B2 (ja) | 耐き裂発生伝播特性に優れた溶接継手、溶接構造体及び耐き裂発生伝播特性の向上方法 | |
| JP5494065B2 (ja) | スポット溶接方法及びスポット溶接継手 | |
| Prikhodko et al. | Improvement of operational properties of parts permanent joints with ultrasound technologies use | |
| RU2447162C2 (ru) | Способ ультразвуковой обработки сварных металлоконструкций | |
| Lefebvre et al. | Understanding of fatigue strength improvement of steel structures by hammer peening treatment | |
| Kudryavtsev et al. | Fatigue life improvement of tubular welded joints by ultrasonic peening | |
| JP5251486B2 (ja) | 超音波打撃処理を用いた加工方法 | |
| SU1420035A1 (ru) | Способ обработки сварных металлоконструкций | |
| JP2006175512A (ja) | 溶接部の疲労強度向上方法およびそれを用いた溶接構造物 | |
| Kudryavtsev et al. | Increasing fatigue strength of welded joints by ultrasonic impact treatment | |
| JP2004130316A (ja) | 疲労強度に優れた回し溶接継手、回し溶接継手の製造方法、および、溶接構造物 | |
| Munoz-Guijosa et al. | Perpendicular ultrasonic joining of steel to aluminium alloy plates | |
| JP2007283369A (ja) | 隅肉溶接部の疲労性能向上方法 | |
| JP2007283355A (ja) | 溶接止端部の超音波衝撃処理方法および超音波衝撃処理された耐疲労特性に優れた溶接止端部 | |
| JP4767885B2 (ja) | 脆性き裂伝播停止特性に優れた溶接継手、溶接構造体及び脆性き裂伝播停止特性の向上方法 | |
| JP2003001477A (ja) | 鋼管柱基部及び鋼管柱基部の強化方法 | |
| JP2006055899A (ja) | 溶接継手の疲労寿命改善方法 | |
| JP2004131744A (ja) | 重ね溶接継手の疲労強度向上方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20101206 |