RU2447162C2 - Способ ультразвуковой обработки сварных металлоконструкций - Google Patents
Способ ультразвуковой обработки сварных металлоконструкций Download PDFInfo
- Publication number
- RU2447162C2 RU2447162C2 RU2010113507/02A RU2010113507A RU2447162C2 RU 2447162 C2 RU2447162 C2 RU 2447162C2 RU 2010113507/02 A RU2010113507/02 A RU 2010113507/02A RU 2010113507 A RU2010113507 A RU 2010113507A RU 2447162 C2 RU2447162 C2 RU 2447162C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ultrasonic
- weld
- acoustic system
- metal structures
- welded joint
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Abstract
Изобретение 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. 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 частотно-модулированных ультразвуковых колебаний. Технический результат заключается в снятии остаточных напряжений в сварных соединениях. 1 пр., 1 табл., 2 ил.
Description
Изобретение относится к области ультразвуковой релаксационно-упрочняющей, сопровождающейся пластическим деформированием и озвучиванием обрабатываемой поверхности ультразвуком, и пассивирующей обработки, и 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.
Известен способ ультразвуковой обработки (см. а.с. №683873 СССР, МПК2 B23K 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 вирирующего 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.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Для снятия остаточных напряжений в металлоконструкциях на пьезокерамическую акустическую систему подают синусоидальные частотно-модулированные ультразвуковые колебания. 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 обрабатываемой поверхности детали, а также повышается действие ультразвуковых деформаций в объеме обрабатываемой детали, что положительно сказывается на перераспределении остаточных напряжений в объеме обрабатываемой детали.
Технический результат - повышение эффективности снятия остаточных напряжений в неразъемных соединения металлоконструкций; улучшение эксплуатационных характеристик изделий - усталостной прочности, контактной жесткости, износостойкости, коррозионной стойкости, надежности сварного соединения.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что заявляемый способ включает статическое нагружение сварного шва и ультразвуковое воздействие на сварной шов с помощью ультразвукового инструмента-волновода посредством акустической системы.
Особенность заключается в том, что ультразвуковое воздействие на сварной шов производят с помощью пьезокерамической акустической системы путем подачи на нее синусоидальных частотно-модулированных ультразвуковых колебаний с частотой 20 кГц. Это приводит к значительному снятию остаточных напряжений в сварных соединениях металлов. Режимы обработки, включающие статическое нагружение ультразвукового инструмента, скорость обработки и амплитуда колебаний торца волновода, назначаются в зависимости от оптимального для данных условий обработки снятия остаточных напряжений, определяемого 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.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата.
На фиг.1 - схема устройства, реализующая предлагаемый способ; на фиг.2 - иллюстрация ультразвуковых сигналов: а) без модуляции; б) частотная модуляция.
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 Pcm.
Способ ультразвуковой обработки сварных металлоконструкций заключается в том, что ультразвуковое воздействие на сварной шов производят с помощью пьезокерамической акустической системы путем подачи на нее синусоидальных частотно-модулированных ультразвуковых колебаний (фиг.2,б) с частотой 20 кГц от ультразвукового генератора (условно не показан) через кабель 3 (см. фиг.1). А режимы обработки - статическая нагрузка Pcm, 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 частотно-модулированных ультразвуковых колебаний (см. фиг.2,б) 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.
Амплитуда колебаний насадка 5…15 мкм, рабочая частота 20 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) (см. фиг.2):
Вид ультразвукового сигнала | Первый импульс 5 | Второй импульс 6 | Частота следования импульсов ωи, кГц | |||
Амплитуда U1, В | Частота ω1, кГц | Амплитуда U2, В | Глубина модуляции, % | Частота ω2, кГц | ||
Без модуляции (см. фиг.2,а) | 0…450 | 18,6 | - | - | - | - |
Частотная модуляция (см. фиг.2,б) | 0…450 | 20,0 | 0…337,5 | 25 | 12,5 | 1 |
В результате проведенных исследований установлено, что использование энергии синусоидальных частотно-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 частотно-модулированных ультразвуковых колебаний.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010113507/02A RU2447162C2 (ru) | 2010-04-06 | 2010-04-06 | Способ ультразвуковой обработки сварных металлоконструкций |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010113507/02A RU2447162C2 (ru) | 2010-04-06 | 2010-04-06 | Способ ультразвуковой обработки сварных металлоконструкций |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010113507A RU2010113507A (ru) | 2011-10-20 |
RU2447162C2 true RU2447162C2 (ru) | 2012-04-10 |
Family
ID=44998654
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010113507/02A RU2447162C2 (ru) | 2010-04-06 | 2010-04-06 | Способ ультразвуковой обработки сварных металлоконструкций |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2447162C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2565446C1 (ru) * | 2014-04-24 | 2015-10-20 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | Способ акустической обработки бандажа и колесного центра при сборке колесной пары |
RU2821463C1 (ru) * | 2023-08-30 | 2024-06-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Якутский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" | Способ ультразвуковой ударной обработки для снижения остаточных напряжений в стыковых соединениях труб класса прочности к60 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112454021B (zh) * | 2020-09-21 | 2023-05-09 | 哈尔滨工业大学(威海) | 一种超声辅助摩擦增材制造方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU683873A1 (ru) * | 1977-01-31 | 1979-09-05 | Московское Ордена Ленина И Ордена Трудового Красного Знамени Высшее Техническое Училище Им. Н.Э.Баумана | Способ ультразвуковой обработки сварных швов |
SU1620051A3 (ru) * | 1986-09-26 | 1991-01-07 | Фср Мартин Инжинеринг Гмбх (Фирма) | Способ обработки изделий |
SU1694659A1 (ru) * | 1988-07-15 | 1991-11-30 | Краматорский Индустриальный Институт | Способ сн ти внутренних напр жений в детал х вибрацией |
RU2133282C1 (ru) * | 1998-10-26 | 1999-07-20 | Открытое акционерное общество "Волгодизельмаш" | Способ стабилизации остаточных напряжений в поверхностном слое детали |
-
2010
- 2010-04-06 RU RU2010113507/02A patent/RU2447162C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU683873A1 (ru) * | 1977-01-31 | 1979-09-05 | Московское Ордена Ленина И Ордена Трудового Красного Знамени Высшее Техническое Училище Им. Н.Э.Баумана | Способ ультразвуковой обработки сварных швов |
SU1620051A3 (ru) * | 1986-09-26 | 1991-01-07 | Фср Мартин Инжинеринг Гмбх (Фирма) | Способ обработки изделий |
SU1694659A1 (ru) * | 1988-07-15 | 1991-11-30 | Краматорский Индустриальный Институт | Способ сн ти внутренних напр жений в детал х вибрацией |
RU2133282C1 (ru) * | 1998-10-26 | 1999-07-20 | Открытое акционерное общество "Волгодизельмаш" | Способ стабилизации остаточных напряжений в поверхностном слое детали |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2565446C1 (ru) * | 2014-04-24 | 2015-10-20 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | Способ акустической обработки бандажа и колесного центра при сборке колесной пары |
RU2821463C1 (ru) * | 2023-08-30 | 2024-06-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Якутский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" | Способ ультразвуковой ударной обработки для снижения остаточных напряжений в стыковых соединениях труб класса прочности к60 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010113507A (ru) | 2011-10-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kumar et al. | Application of ultrasonic vibrations in welding and metal processing: A status review | |
Tong et al. | Influence of high frequency vibration on microstructure and mechanical properties of TIG welding joints of AZ31 magnesium alloy | |
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 | |
Kudryavtsev et al. | Fatigue improvement of welded elements and structures by ultrasonic peening | |
RU2394919C1 (ru) | Способ ультразвуковой обработки сварных металлоконструкций | |
JP2011515222A5 (ru) | ||
JP5494065B2 (ja) | スポット溶接方法及びスポット溶接継手 | |
RU2447162C2 (ru) | Способ ультразвуковой обработки сварных металлоконструкций | |
Prikhodko et al. | Improvement of operational properties of parts permanent joints with ultrasound technologies use | |
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 | |
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 | |
JP2008110374A (ja) | 摩擦攪拌接合方法及び装置 | |
JP5251486B2 (ja) | 超音波打撃処理を用いた加工方法 | |
Kudryavtsev et al. | Fatigue life improvement of tubular welded joints by ultrasonic peening | |
Park et al. | Design and analysis of ultrasonic assisted friction stir welding | |
Munoz-Guijosa et al. | Perpendicular ultrasonic joining of steel to aluminium alloy plates | |
Kudryavtsev et al. | Increasing fatigue strength of welded joints by ultrasonic impact treatment | |
JP4709697B2 (ja) | 金属重ね溶接継手の疲労強度向上方法 | |
JP2007283369A (ja) | 隅肉溶接部の疲労性能向上方法 | |
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 | |
WO2004029303A1 (ja) | 鋼加工端部の疲労強度向上方法 | |
JP2018094604A (ja) | 超音波接合方法 | |
JP2015229183A (ja) | 疲労特性に優れた構造物 | |
Larose et al. | Limitation of distortion in friction stir welded (FSW) panels using needle peening | |
JPH11347764A (ja) | 表面処理鋼板の重ね溶接の気孔防止方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120407 |