RU2500512C2 - Method to retard flaw development and device to this end - Google Patents

Method to retard flaw development and device to this end Download PDF

Info

Publication number
RU2500512C2
RU2500512C2 RU2012111230/02A RU2012111230A RU2500512C2 RU 2500512 C2 RU2500512 C2 RU 2500512C2 RU 2012111230/02 A RU2012111230/02 A RU 2012111230/02A RU 2012111230 A RU2012111230 A RU 2012111230A RU 2500512 C2 RU2500512 C2 RU 2500512C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
spring insert
spring
springs
insert
locking frame
Prior art date
Application number
RU2012111230/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012111230A (en
Inventor
Рафкат Абдулхаевич Кантюков
Нух Махмудович Якупов
Ильгиз Минигалеевич Тамеев
Риннат Галеевич Нуруллин
Самат Нухович Якупов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Казань"
Нух Махмудович Якупов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Казань", Нух Махмудович Якупов filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Казань"
Priority to RU2012111230/02A priority Critical patent/RU2500512C2/en
Publication of RU2012111230A publication Critical patent/RU2012111230A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2500512C2 publication Critical patent/RU2500512C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Springs (AREA)
  • Automatic Assembly (AREA)

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: invention relates to repair, particularly, to flaw development retardation. Pre-tension spring insert with lugs is fixed at locking frame. Then, said lugs are secured to part outside of said flaw zone to withdraw said locking frame. Note here that pre-tension of said spring insert makes ΔL to be defined by the formula: Δ L = β S d e f σ d S d e f 1 n k i
Figure 00000010
where β is the factor equal to 1…1.5, σ is strain-in flawless zone, Sdef is part defect zone area, ki is factor of stiffness on ith spring in spring insert, n is quantity of spring in said insert.
EFFECT: higher efficiency, decrease sizes.
9 cl, 15 dwg

Description

Изобретение относится к ремонту широкого класса конструкций, содержащих элементы и узлы с дефектами, например, на трубопроводах, корпусах строительных сооружений и машиностроительных конструкций, транспортных средств, газгольдеров и других оболочечных и пластинчатых конструкциях.The invention relates to the repair of a wide class of structures containing elements and components with defects, for example, on pipelines, buildings of building structures and engineering structures, vehicles, gas holders and other shell and plate structures.

Известны способы торможения роста несквозных усталостных трещин в изделии, включающем сверление отверстий в вершинах трещины с обеих сторон выхода на переднюю поверхность детали несквозной трещины, дополнительное сверление отверстий по обе стороны от плоскости трещины симметрично по отношению друг к другу и на одинаковом расстоянии от отверстий в вершинах трещин, динамическое взаимное перемещение берегов усталостных трещин, плавное прекращение динамических нагружений, установку в отверстия крепежных элементов, их попарное стягивание в плоскостях проходящих одновременно через отверстия в вершинах трещин, и отверстия, расположенные в срединной части трещин, с последующей затяжкой крепежных элементов. Перед установкой крепежного элемента проводят выглаживание поверхности отверстий при вершинах трещин, осуществляют поверхностное пластическое деформирование в отверстиях, кромках и по поверхности детали с обеих сторон в плоскости роста трещин и перед ее вершинами в зоне продолжения плоскости трещины, устанавливают в отверстия при вершинах трещины по две полувтулки, ориентируют плоскостью их раздела перпендикулярно плоскости трещины, устанавливают крепежный элемент в отверстия, образованные полувтулками, с радиальным натягом в плоскости трещины, а попарное стягивание крепежных элементов со стороны задней поверхности детали проводят в двух взаимно параллельных плоскостях, проходящих через отверстия при вершине трещины и ближайшее отверстие к срединной части трещины, а также в плоскости, проходящей через оставшиеся свободными отверстия в срединной части трещины (а.с. №1401892 по М.Кл. - C21D 1/04, опубл. 15.05.1994 г.) (аналог).Known methods of inhibiting the growth of through holes fatigue cracks in the product, including drilling holes in the tops of the cracks on both sides of the exit to the front surface of the parts through holes, additional drilling holes on both sides of the plane of the cracks symmetrically with respect to each other and at the same distance from the holes in the vertices cracks, dynamic mutual movement of the banks of fatigue cracks, the gradual cessation of dynamic loads, installation of fasteners in the holes, their pairwise tightened in planes passing simultaneously through the holes at the tops of the cracks, and holes located in the middle of the cracks, followed by tightening the fasteners. Before installing the fastener, the surface of the holes is smoothed at the tops of the cracks, surface plastic deformation is performed in the holes, edges and on the surface of the part on both sides in the crack growth plane and in front of its vertices in the zone of the crack extension, two half-sleeves are installed in the holes at the crack tops , they are oriented by the plane of their section perpendicular to the plane of the crack, a fastener is installed in the holes formed by half-sleeves, with a radial interference in the plane the bones of the crack, and pairwise tightening of the fasteners from the side of the back surface of the part is carried out in two mutually parallel planes passing through the holes at the top of the crack and the nearest hole to the middle part of the crack, as well as in the plane passing through the remaining free holes in the middle part of the crack (a No. 1401892 according to M.C. - C21D 1/04, publ. 05/15/1994) (analog).

Недостатками известных способов является сложность и высокая трудоемкость технологии.The disadvantages of the known methods is the complexity and high complexity of the technology.

Известны также способы ремонта корпусных деталей с трещинами, в которых ремонт осуществляют с помощью устройства, выполненного в виде П-образного стяжного элемента, образованного перемычкой, опирающейся на поверхность детали, и отходящими от перемычки ножками. Одна ножка жестко закреплена на перемычке, а другая образована смонтированным с возможностью вращения в отверстии перемычки соосным с ним цилиндрическим участком. С одной стороны этого участка связан хвостовик, а с другой стороной - участок, расположенный с эксцентриситетом "е" относительно оси участка. В детали, имеющей трещину, сверлят пары отверстия, которые располагают на прямой, перпендикулярной направлению трещины. Отверстия каждой пары располагают с противоположных сторон трещины, устанавливая в одну пару отверстий ножку стяжного элемента и участок другой ножки. Затем, вращая эту ножку за хвостовик, воздействуют ее эксцентриковым участком на один край трещины до смыкания его с другим краем и полного замыкания трещины. После этого трещину в этой зоне проваривают и переставляют устройство в следующую пару отверстий до полной ликвидации трещины (патент №2055715 по М.Кл. - B23P 6/04, опубл. 10.03.1996 г.) (аналог).There are also known methods for repairing body parts with cracks, in which repairs are carried out using a device made in the form of a U-shaped clamping element formed by a jumper resting on the surface of the part and legs extending from the jumper. One leg is rigidly fixed on the jumper, and the other is formed mounted rotatably mounted in the jumper hole with a cylindrical section coaxial with it. A shank is connected on one side of this section, and on the other side is a section located with an eccentricity “e” relative to the axis of the section. In a part having a crack, pairs of holes are drilled that are located on a straight line, perpendicular to the direction of the crack. The holes of each pair are located on opposite sides of the crack, installing in one pair of holes the leg of the clamping element and the section of the other leg. Then, rotating this leg by the shank, its eccentric section is applied to one edge of the crack until it closes with the other edge and the crack is completely closed. After that, the crack in this zone is boiled and the device is moved to the next pair of holes until the crack is completely eliminated (patent No. 2055715 according to M.C. - B23P 6/04, publ. 03/10/1996) (analog).

Недостатком известных способов является необходимость применения сложного эксцентрикового механизма, что снижает надежность.A disadvantage of the known methods is the need to use a complex eccentric mechanism, which reduces reliability.

Известен также способ задержки роста усталостных трещин в конструкциях преимущественно со сквозными трещинами, заключающийся в выполнении в вершинах трещин отверстий, установке в них полувтулок, а затем крепежных элементов в отверстия, образованные полувтулками, с радиальным натягом 5-10% от номинального диаметра отверстия в вершине трещины под втулки и осевым натягом, при этом выполняют дополнительное отверстие с осью, расположенной в плоскости трещины, перед ее вершиной. Далее устанавливают в это отверстие дополнительные полувтулки, ориентируют их плоскостью раздела перпендикулярно плоскости трещины, устанавливают дополнительные крепежные элементы, а перед затяжкой крепежных элементов между ними помещают пружинные вставки с обеих сторон конструкции и создают ими при стягивании крепежных элементов напряжения сжатия в плоскостях, параллельных плоскости трещины перед ее вершиной (патент №1343689 по М.Кл. - B23P 6/00, опубл. 15.04.1994 г.) (прототип).There is also a method of inhibiting the growth of fatigue cracks in structures with predominantly through cracks, which consists in making holes at the vertices of the cracks, installing half-sleeves in them, and then fasteners in the holes formed by half-sleeves, with a radial interference of 5-10% of the nominal diameter of the hole at the apex cracks under the bushings and axial interference, while performing an additional hole with an axis located in the plane of the crack, in front of its top. Next, additional half-sleeves are installed in this hole, they are oriented with an intersection plane perpendicular to the plane of the crack, additional fasteners are installed, and before tightening the fasteners, spring inserts are placed between them on both sides of the structure and they create compressive stresses in the planes parallel to them in the planes parallel to the crack plane in front of its peak (patent No. 1343689 according to M.C. - B23P 6/00, publ. 04/15/1994) (prototype).

Недостатками указанного способа являются:The disadvantages of this method are:

а) необходимость создания одновременно радиального и осевого натяга;a) the need to create both radial and axial interference;

б) в зоне дополнительных отверстий возникают концентраторы напряжений, способствующие случайному разрушению материала;b) stress concentrators arise in the zone of additional openings, contributing to the accidental destruction of the material;

в) способ неприменим для широкого круга дефектов, кроме трещин.c) the method is not applicable for a wide range of defects, except for cracks.

Известны накидные гайки из пластмассы, имеющие две половинки и выполненные с помощью соединения, использующего крючки, и соединения, использующего пружинные зажимы. При этом первая половинка гайки имеет конец, выполненный в форме крючка для закрепления в соответствующем пропускном отверстии в накладке, отформованной на конце второй половинки гайки. На другом конце первой половинки гайки отформован выступ для фиксации в соответствующем отверстии накладки, отформованной на другом конце второй половинки гайки (патент №2300025 по М.Кл. - F16B 37/08, F16B 37/10, опубл. 27.05.2007 г.) (аналог).Known union nuts made of plastic, having two halves and made using a connection using hooks and a connection using spring clips. In this case, the first half of the nut has an end made in the form of a hook for fastening in the corresponding through hole in the plate molded at the end of the second half of the nut. On the other end of the first half of the nut, a protrusion is molded to fix in the corresponding hole of the lining molded on the other end of the second half of the nut (M.C. patent No. F16B 37/08, F16B 37/10, publ. 05.27.2007) (analogue).

Известны винтовые зажимы для стягивания стыков, содержащие два шарнирно соединенных и связанных пружиной растяжения двуплечих рычага. В резьбовом отверстии первого рычага установлена самоотвинчивающаяся при действии осевой силы втулка. В резьбовом отверстии втулки установлен самотормозящийся при действии осевой нагрузки винт, контактирующий с вторым рычагом. На первом рычаге установлена пружина кручения, закрепленная на втулке, причем ее геометрическая ось совпадает с осью винта. На втулке закреплен ограничитель поворота, взаимодействующий с подпружиненной защелкой, смонтированной на первом рычаге (патент №2006693 по М.Кл. - F16B 21/06, опубл. 30.01.1994 г.) (аналог).Known screw clamps for tightening joints, containing two pivotally connected and connected by a spring tensile two-arm levers. In the threaded hole of the first lever, a sleeve is self-unscrewing under the action of axial force. In the threaded hole of the sleeve there is a screw self-braking under the action of axial load in contact with the second lever. The torsion spring mounted on the sleeve is mounted on the first lever, and its geometrical axis coincides with the axis of the screw. A rotation limiter is mounted on the sleeve, interacting with a spring-loaded latch mounted on the first lever (M.C. patent No. F66B 21/06, publ. 30.01.1994) (analogue).

Наиболее близким по техническому решению к устройству для осуществления заявленного способа является крепежный элемент, содержащий две боковые стенки и основание, при этом боковые стенки изготовлены из материала со свойством «эффекта памяти формы», причем они расположены под углом друг к другу и в центральной части в области стыка друг с другом имеют вырез продолговатой формы, а основания выполнены в виде лапок, присоединенных к боковым стенкам и направленных наружу (патент РФ №2380585 по М.Кл. - F16B 5/06, опубл. 27.01.2010 г.) (прототип).The closest technical solution to the device for implementing the inventive method is a fastener containing two side walls and a base, while the side walls are made of material with the property "shape memory effect", and they are located at an angle to each other and in the Central part the areas of junction with each other have an elongated cutout, and the bases are made in the form of paws attached to the side walls and directed outward (RF patent No. 2380585 according to M. Cl. - F16B 5/06, published on 01/27/2010) (prototype )

Недостатками такого крепежного элемента являются:The disadvantages of such a fastener are:

а) используется дорогостоящий материал со свойством «эффекта памяти формы»;a) expensive material with the property of “shape memory effect” is used;

б) крепежный элемент имеет большую высоту, что обуславливает большие габариты устройства;b) the mounting element has a large height, which leads to large dimensions of the device;

в) для срабатывания устройства необходимо подвод тепла заданной температуры из специального источника энергии.c) for the device to operate, it is necessary to supply heat of a given temperature from a special energy source.

Задачами (целью) изобретения являются упрощение технологии, повышение эффективности задержки развития дефектов, снижение энергозатрат, уменьшение габаритов и стоимости устройства.The objectives (goal) of the invention are to simplify the technology, increase the efficiency of the delay in the development of defects, reduce energy consumption, reduce the size and cost of the device.

Указанные задачи достигаются тем, что в способе задержки развития дефектов в элементах конструкций, включающем закрепление предварительно растянутой пружинной вставки с лапками в фиксирующей рамке, прикрепление лапок пружинной вставки к элементу конструкции вне зоны дефекта и снятие фиксирующей рамки, предварительное растяжение пружинной вставки осуществляют на величину ΔL, которую определяют по формуле:These tasks are achieved by the fact that in the method of delaying the development of defects in structural elements, including fixing a pre-stretched spring insert with tabs in the fixing frame, attaching the tabs of the spring insert to the structural element outside the defect zone and removing the locking frame, pre-stretching the spring insert is carried out by ΔL which is determined by the formula:

Δ L = β S d e f σ d S d e f 1 n k i

Figure 00000001
, Δ L = β S d e f σ d S d e f one n k i
Figure 00000001
,

где β - коэффициент, равный 1…1,5;where β is a coefficient equal to 1 ... 1,5;

σ - напряжение в бездефектной области элемента конструкции;σ is the stress in the defect-free region of the structural element;

Sdef - площадь дефектной области элемента конструкции;S def is the area of the defective area of the structural element;

ki - коэффициент жесткости i-ой пружины в пружинной вставке;k i is the stiffness coefficient of the i-th spring in the spring insert;

n - число пружин в пружинной вставке.n is the number of springs in the spring insert.

В устройстве для осуществления способа задержки развития дефектов в элементах конструкций, содержащем пружинную вставку, выполненную в виде лапок с проушинами, на которых закреплены концы пружин, и фиксирующую рамку, на которой пружинная вставка закреплена в предварительно растянутом заряженном состоянии, пружинная вставка предварительно растянута на величину ΔL:In the device for implementing the method for delaying the development of defects in structural elements containing a spring insert made in the form of paws with eyes, on which the ends of the springs are fixed, and a fixing frame on which the spring insert is fixed in a pre-stretched charged state, the spring insert is pre-stretched by an amount ΔL:

Δ L = β S d e f σ d S d e f 1 n k i

Figure 00000001
, Δ L = β S d e f σ d S d e f one n k i
Figure 00000001
,

где β - коэффициент, равный 1…1,5;where β is a coefficient equal to 1 ... 1,5;

σ - напряжение в бездефектной области элемента конструкции;σ is the stress in the defect-free region of the structural element;

Sdef - площадь дефектной области элемента конструкции;S def is the area of the defective area of the structural element;

ki - коэффициент жесткости i-ой пружины в пружинной вставке;k i is the stiffness coefficient of the i-th spring in the spring insert;

n - число пружин в пружинной вставке.n is the number of springs in the spring insert.

В частности, в пружинной вставке использован набор или винтовых цилиндрических пружин, или пружин-змейка. Фиксирующая рамка в общем случае выполнена в виде профиля П-образного поперечного сечения и имеет упоры для фиксации пружинной вставки. Фиксирующая рамка состоит из двух шарнирно соединенных частей, на каждом из которых закреплен сектор с отверстиями для фиксации взаимного расположения частей под заданным углом между ними. При отсутствии сектора указанные части связаны посредством шарнира и фиксирующего штыря. Фиксирующая рамка имеет фиксирующие штыри для временного удержания пружин пружинной вставки в растянутом состоянии. Фиксирующая рамка представляет единую деталь, например, цельнометаллический кожух.In particular, in the spring insert, a set of either helical coil springs or snake springs is used. The locking frame is generally made in the form of a profile of a U-shaped cross section and has stops for fixing the spring insert. The locking frame consists of two pivotally connected parts, on each of which a sector with holes is fixed to fix the relative position of the parts at a given angle between them. In the absence of a sector, these parts are connected by a hinge and a fixing pin. The locking frame has locking pins to temporarily hold the springs of the spring insert in a stretched state. The locking frame represents a single part, for example, an all-metal casing.

На фиг.1 представлен общий вид пружинной вставки с пружинами типа «змейка»; на фиг.2 - пружинная вставка, вид сбоку; на фиг.3 - то же, вид сверху; на фиг.4 - пружинная вставка с винтовыми цилиндрическими пружинами; на фиг.5 - фиксирующая рамка (в простейшем ее исполнении); на фиг.6, 7, 8 показаны сечения пружинной вставки по фиг.4; на фиг.9 изображен разрез устройства для задержки развития дефектов в конструкциях, например, в цилиндрических телах (в частности, в трубопроводах) с одним перекидным фиксирующим штырем; на фиг.10 - то же, с несколькими фиксирующими штырями; на фиг.11 изображено устройство для задержки развития дефектов в конструкциях, состоящее из двух плоских шарнирно соединенных частей, в сборе; на фиг.12 - изображено устройство для задержки развития дефектов в конструкциях, состоящее из двух плоских шарнирно соединенных частей, в рабочем состоянии; на фиг.13 показано устройство для задержки развития дефектов в элементах конструкций, состоящее из двух плоских шарнирно соединенных частей с фиксирующими секторами; на фиг.14 - то же, вид сверху, на фиг.15 приведена фотография одного из вариантов исполнения устройства.Figure 1 presents a General view of the spring insert with springs of the type "snake"; figure 2 - spring insert, side view; figure 3 is the same, a top view; figure 4 - spring insert with coil springs; figure 5 - fixing frame (in its simplest version); figure 6, 7, 8 shows a section of the spring insert of figure 4; figure 9 shows a section of a device for delaying the development of defects in structures, for example, in cylindrical bodies (in particular, in pipelines) with one flip fixing pin; figure 10 is the same with several locking pins; figure 11 shows a device for delaying the development of defects in structures, consisting of two flat articulated parts, assembled; on Fig - shows a device for delaying the development of defects in structures, consisting of two flat articulated parts, in working condition; on Fig shows a device for delaying the development of defects in structural elements, consisting of two flat articulated parts with locking sectors; on Fig - the same, top view, on Fig shows a photograph of one of the embodiments of the device.

Способ задержки развития дефектов в элементах конструкций осуществляется следующим образом.A method of delaying the development of defects in structural elements is as follows.

Подготавливают поверхность вблизи дефектной области (коррозионное углубления, трещины, царапины и др.) для закреплении крепежных элементов на детали конструкции, в частности, при необходимости удаляют поверхностное покрытие, продукты коррозии и загрязнения. Определяют необходимые параметры пружинной вставки устройства задержки развития дефектов в конструкциях, в частности, вычисляют величину ΔL предварительного растяжения пружинной вставки (из условия компенсации силы, потерянной в дефектном участке) по формуле:A surface is prepared near the defective area (corrosion grooves, cracks, scratches, etc.) for fixing fasteners to structural parts, in particular, if necessary, the surface coating, corrosion products and contaminants are removed. The necessary parameters of the spring insert of the device for delaying the development of defects in the structures are determined, in particular, the value ΔL of the preliminary tension of the spring insert (from the condition of compensating for the force lost in the defective section) is calculated by the formula:

Δ L = β S d e f σ d S d e f 1 n k i

Figure 00000001
, Δ L = β S d e f σ d S d e f one n k i
Figure 00000001
,

где β - коэффициент, равный 1…1,5;where β is a coefficient equal to 1 ... 1,5;

σ - напряжение в бездефектной области элемента конструкции;σ is the stress in the defect-free region of the structural element;

Sdef - площадь дефектной области элемента конструкции;S def is the area of the defective area of the structural element;

ki - коэффициент жесткости i-ой пружины в пружинной вставке;k i is the stiffness coefficient of the i-th spring in the spring insert;

n - число пружин в пружинной вставке.n is the number of springs in the spring insert.

Коэффициент компенсации потери несущей способности β назначают для локальных гладких дефектов (углублений) в пределах от 1 до 1,2, а для трещин от 1,2 до 1,5.The compensation coefficient of the loss of bearing capacity β is assigned for local smooth defects (indentations) in the range from 1 to 1.2, and for cracks from 1.2 to 1.5.

Растягивают пружинную вставку устройства с учетом расчетной величины ΔL, и фиксируют вставку в положении предварительно растянутого состояния. Опорные концы устройства закрепляют на противоположных от дефекта бездефектных областях детали, например, путем сварки, пайки, склеивания или при помощи крепежных соединений. Удаляют фиксирующие элементы и тем самым создают напряжения сжатия в дефектной области при помощи пружинных вставок. Далее проводят защитные мероприятия, в частности, наносят герметизирующие покрытия.Stretch the spring insert of the device, taking into account the calculated value ΔL, and fix the insert in the position of the pre-stretched state. The supporting ends of the device are fixed on the defect-free areas of the part opposite from the defect, for example, by welding, soldering, gluing or using fasteners. The locking elements are removed and thereby create compressive stresses in the defective area by means of spring inserts. Next, protective measures are carried out, in particular, sealing coatings are applied.

Устройство для осуществления способа задержки развития дефектов в элементах конструкций представляет собой пружинную вставку, состоящую из основания в виде лапок 1 с проушинами 2 с отверстиями, в которые закреплены концы пружины растяжения 3. Желательно, чтобы рабочие поверхности лапок, которые будут контактировать с поверхностью конструкции, повторяли конфигурацию поверхности конструкции. Если конструкция имеет плоскую поверхность, то рабочая поверхность лапок должна быть плоской. Если конструкция имеет искривленную поверхность (например, цилиндрическая поверхность трубопровода), то рабочая поверхность лапок должна максимально приближаться к конфигурации поверхности конструкции. Концы пружин могут быть запрессованы непосредственно в лапку 1 или закреплены другими средствами. Пружины 3 могут быть или винтовыми цилиндрическими, или пружины типа «змейка». Таким образом, пружинная вставка представляет собой набор или винтовых цилиндрических, или пружин-змеек, концы которых закреплены на лапках 1.A device for implementing a method for delaying the development of defects in structural elements is a spring insert, consisting of a base in the form of legs 1 with eyes 2 with holes in which the ends of the tension spring 3 are fixed. It is desirable that the working surfaces of the legs that will contact the surface of the structure, repeated the configuration of the surface of the structure. If the structure has a flat surface, then the working surface of the legs should be flat. If the structure has a curved surface (for example, a cylindrical surface of the pipeline), then the working surface of the legs should be as close as possible to the configuration of the surface of the structure. The ends of the springs can be pressed directly into the foot 1 or secured by other means. The springs 3 can be either helical cylindrical or “snake” type springs. Thus, the spring insert is a set of either helical cylindrical or coil springs, the ends of which are fixed to the tabs 1.

Пружинная вставка закреплена в фиксирующей рамке, временно удерживающей устройство в предварительно растянутом состоянии на величину ΔL:The spring insert is fixed in a fixing frame that temporarily holds the device in a pre-stretched state by ΔL:

Δ L = β S d e f σ d S d e f 1 n k i

Figure 00000001
, Δ L = β S d e f σ d S d e f one n k i
Figure 00000001
,

где β - коэффициент, равный 1…1,5;where β is a coefficient equal to 1 ... 1,5;

σ - напряжение в бездефектной области элемента конструкции;σ is the stress in the defect-free region of the structural element;

Sdef - площадь дефектной области элемента конструкции;S def is the area of the defective area of the structural element;

ki - коэффициент жесткости i-ой пружины в пружинной вставке;k i is the stiffness coefficient of the i-th spring in the spring insert;

n - число пружин в пружинной вставке.n is the number of springs in the spring insert.

Крепление пружинной вставки к фиксирующей рамке осуществляется, например, при помощи резьбовых соединений. Фиксирующая рамка выполнена в виде профиля П-образного поперечного сечения и имеет упоры для фиксации пружинной вставки в растянутом состоянии.The spring insert is attached to the fixing frame, for example, by means of threaded connections. The locking frame is made in the form of a profile of a U-shaped cross section and has stops for fixing the spring insert in the extended state.

Фиксирующая рамка состоит из двух шарнирно соединенных частей 4 и 5, на каждом из которых на общей оси 6 закреплены секторы 7 и 8 с отверстиями для фиксации взаимного расположения частей под заданным углом а между ними. Секторы 7 и 8 фиксируются относительно друг друга при помощи пальца 9. В случае отсутствия сектора указанные части связаны посредством шарнира и фиксирующего пальца. Для исключения перекашивания фиксирующей рамки рекомендуется устанавливать сдвоенные пары секторов.The locking frame consists of two pivotally connected parts 4 and 5, on each of which on the common axis 6 sectors 7 and 8 are fixed with holes for fixing the relative position of the parts at a given angle and between them. Sectors 7 and 8 are fixed relative to each other using a finger 9. In the absence of a sector, these parts are connected by a hinge and a fixing finger. To avoid distortion of the locking frame, it is recommended to install double pairs of sectors.

В случае отсутствия шарнира фиксирующая рамка имеет фиксирующие штыри 10 для временного удержания пружин пружинной вставки в исходном положении. В этом случае фиксирующая рамка имеет конфигурацию, совпадающую с конфигурацией поверхности конструкции. Указанных штырей может быть несколько, в зависимости от кривизны и протяженности дефектного участка поверхности конструкции.In the absence of a hinge, the locking frame has locking pins 10 for temporarily holding the springs of the spring insert in its original position. In this case, the locking frame has a configuration that matches the configuration of the surface of the structure. These pins may be several, depending on the curvature and length of the defective portion of the surface of the structure.

В простейшем случае фиксирующая рамка представляет единую деталь, например, цельнометаллический плоский или криволинейный кожух 11. На фигурах штриховой линей условно показан фрагмент конструкции 12 с дефектом 13.In the simplest case, the fixing frame represents a single part, for example, an all-metal flat or curved casing 11. In the figures of the dashed line, a fragment of structure 12 with defect 13 is conventionally shown.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

После сборки пружинной вставки она растягивается до необходимой величины на специальном станке. На пружинную вставку накладывается фиксирующая рамка, которая крепится к лапкам 1. Таким образом, устройство приводится в снаряженное состояние и готово к использованию.After assembling the spring insert, it is stretched to the required size on a special machine. A locking frame is attached to the spring insert, which is attached to the tabs 1. Thus, the device is brought into running order and ready for use.

Устройство прикладывается на поверхность элемента конструкции вблизи дефектной области (на окраинах дефектной области), при этом лапки располагаются вне зоны дефекта, далее лапки прочно прикрепляются к конструкции, например, путем сварки, пайки, склеивания и т.д.The device is applied to the surface of the structural element near the defective area (on the outskirts of the defective area), while the paws are located outside the defect area, then the paws are firmly attached to the structure, for example, by welding, soldering, gluing, etc.

Далее удаляются штыри 10 и снимается фиксирующая рамка. При этом пружины пружинной вставки включаются в работу и создают усилия стягивания лапок друг к другу. Усилия через лапки передаются на берега дефектной области, тем самым, в дефектной области снижается концентрация напряжений и предотвращается разрушение элементов конструкции. Далее при необходимости производится герметизация области ремонта.Next, the pins 10 are removed and the locking frame is removed. In this case, the springs of the spring insert are included in the work and create efforts to pull the legs together. The efforts through the legs are transferred to the shores of the defective area, thereby, in the defective area, the stress concentration is reduced and the destruction of structural elements is prevented. Further, if necessary, the repair area is sealed.

Пример. Проведено обследование участка стального трубопровода диаметром D=1020 мм с толщиной стенок t=10 мм, работающего под внутренним рабочим давлением p=5,5 МПа (55 кг/см2). Внутренний диаметр трубопровода равен d=1000 мм. Выявлено наличие продольной трещины длиной l=10 мм и с максимальной глубиной h=2 мм. Потерянная площадь равна: Sdef=I·h=1,0·0,2=0,2 см2.Example. A section of a steel pipeline with a diameter of D = 1020 mm and a wall thickness of t = 10 mm, operating under an internal working pressure of p = 5.5 MPa (55 kg / cm 2 ), was examined. The inner diameter of the pipeline is d = 1000 mm. The presence of a longitudinal crack with a length of l = 10 mm and with a maximum depth of h = 2 mm was revealed. The lost area is: S def = I · h = 1.0 · 0.2 = 0.2 cm 2 .

При этом определили окружные напряжения, действующие в трубопроводе по формуле:In this case, the circumferential stresses acting in the pipeline were determined by the formula:

σ = p d 2 t

Figure 00000002
. σ = p d 2 t
Figure 00000002
.

Подставив в эту формулу исходные данные (с переводом размерности в см), получилиSubstituting the initial data into this formula (with the translation of the dimension in cm), we obtain

σ = 55 100,0 2 1,0 = 2750   к Г / с м 2 = 275  МПа

Figure 00000003
. σ = 55 100.0 2 1,0 = 2750 to G / from m 2 = 275 MPa
Figure 00000003
.

Определили усилие, необходимое для устранения дефекта по формуле для рассматриваемого примера:The force required to eliminate the defect was determined by the formula for the example in question:

F = S d e f σ d S d e f = σ S d e f

Figure 00000004
. F = S d e f σ d S d e f = σ S d e f
Figure 00000004
.

Подставив исходные данные, получили:Substituting the source data, we got:

F=2750·0,2=550 кГ=5500 H.F = 2750 · 0.2 = 550 kg = 5500 H.

Назначили пружинную вставку, состоящую из 5 винтовых цилиндрических пружин одинаковой жесткости. Усилие, приходящее на 1 пружину равноAssigned a spring insert, consisting of 5 coil cylindrical springs of equal stiffness. The force arriving at 1 spring is equal to

F 1 = F 5 = 110  кГ = 1100 Н

Figure 00000005
. F one = F 5 = 110 kg = 1100 N
Figure 00000005
.

Выбрали пружины с наружным диаметром 22 мм из проволоки диаметром 4,5 мм. Для данной пружины жесткость одного витка составляет c1=750,6 Н/мм. Приняли число рабочих витков m=7. Тогда жесткость одной пружиныWe chose springs with an outer diameter of 22 mm from a wire with a diameter of 4.5 mm. For a given spring, the stiffness of one coil is c 1 = 750.6 N / mm. We took the number of working turns m = 7. Then the rigidity of one spring

k 1 = c 1 m = 750,6 7 = 107,23  мм

Figure 00000006
. k one = c one m = 750.6 7 = 107.23 mm
Figure 00000006
.

При β=1,5 получили расчетное значение предварительного растяжения пружинной вставки для компенсации дефектного участка:At β = 1.5, the calculated value of the preliminary extension of the spring insert was obtained to compensate for the defective area:

Δ L = 1,5 5500 5 107,23 = 10,26  мм

Figure 00000007
Δ L = 1,5 5500 5 107.23 = 10.26 mm
Figure 00000007

Таким образом, способ и устройство позволяют создавать усилия сжатия в дефектной области различных конструкций и снизить уровень концентрации напряжений. Тем самым повышается эффективность задержки развития дефектов, что в конечном итоге позволяет предотвращать разрушение конструкции. При этом упрощается технология ремонта конструкции, снижается затраты ремонтных материалов и энергозатраты, уменьшаются габариты и стоимость устройства. Данная разработка особенно важна для поддержания в работоспособном состоянии действующих трубопроводов разных диаметров и форм сечений.Thus, the method and device allows you to create compression forces in the defective area of various structures and reduce the level of stress concentration. This increases the efficiency of the delay in the development of defects, which ultimately helps to prevent structural damage. At the same time, the technology of repairing the structure is simplified, the cost of repair materials and energy costs are reduced, the dimensions and cost of the device are reduced. This development is especially important for maintaining in working condition the existing pipelines of different diameters and section shapes.

Claims (9)

1. Способ задержки развития дефектов в деталях, отличающийся тем, что осуществляют закрепление предварительно растянутой пружинной вставки с лапками в фиксирующей рамке, прикрепляют лапки пружинной вставки к детали вне зоны дефекта и снимают фиксирующую рамку, при этом предварительное растяжение пружинной вставки осуществляют на величину ΔL, которую определяют по формуле
Δ L = β S d e f σ d S d e f 1 n k i
Figure 00000001
,
где β - коэффициент, равный 1…1,5;
σ - напряжение в бездефектной области детали;
Sdef - площадь дефектной области детали;
ki - коэффициент жесткости i-й пружины в пружинной вставке;
n - число пружин в пружинной вставке.
1. A method for delaying the development of defects in details, characterized in that the pre-stretched spring insert with tabs in the fixing frame is secured, the tabs of the spring insert are attached to the part outside the defect zone and the fixing frame is removed, while the spring insert is pre-stretched by ΔL, which is determined by the formula
Δ L = β S d e f σ d S d e f one n k i
Figure 00000001
,
where β is a coefficient equal to 1 ... 1,5;
σ is the stress in the defect-free region of the part;
S def is the area of the defective area of the part;
k i is the stiffness coefficient of the i-th spring in the spring insert;
n is the number of springs in the spring insert.
2. Устройство для задержки развития дефектов в деталях, отличающееся тем, что оно снабжено пружинной вставкой, выполненной в виде лапок с проушинами, на которых закреплены концы пружин, и фиксирующей рамкой, на которой пружинная вставка закреплена в предварительно растянутом состоянии, при этом пружинная вставка предварительно растянута на величину ΔL
Δ L = β S d e f σ d S d e f 1 n k i
Figure 00000001
,
где β - коэффициент, равный 1…1,5;
σ - напряжение в бездефектной области детали;
Sdef - площадь дефектной области детали;
ki - коэффициент жесткости i-й пружины в пружинной вставке;
n - число пружин в пружинной вставке.
2. A device for delaying the development of defects in details, characterized in that it is equipped with a spring insert made in the form of paws with eyes, on which the ends of the springs are fixed, and a fixing frame on which the spring insert is fixed in a pre-stretched state, while the spring insert pre-stretched by ΔL
Δ L = β S d e f σ d S d e f one n k i
Figure 00000001
,
where β is a coefficient equal to 1 ... 1,5;
σ is the stress in the defect-free region of the part;
S def is the area of the defective area of the part;
k i is the stiffness coefficient of the i-th spring in the spring insert;
n is the number of springs in the spring insert.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что пружины пружинной вставки выполнены в виде винтовых цилиндрических пружин.3. The device according to claim 2, characterized in that the springs of the spring insert are made in the form of coil springs. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что пружины пружинной вставки выполнены в виде пружин-змейка.4. The device according to claim 2, characterized in that the springs of the spring insert are made in the form of snake springs. 5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что фиксирующая рамка выполнена в виде профиля П-образного поперечного сечения и имеет упоры для фиксации пружинной вставки.5. The device according to claim 2, characterized in that the locking frame is made in the form of a profile of a U-shaped cross section and has stops for fixing the spring insert. 6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что фиксирующая рамка состоит из двух шарнирно соединенных частей, на каждой из которых закреплен сектор с отверстиями для фиксации взаимного расположения указанных частей под заданным углом между ними.6. The device according to claim 2, characterized in that the locking frame consists of two pivotally connected parts, on each of which a sector with holes is fixed for fixing the relative position of these parts at a given angle between them. 7. Устройство по п.2, отличающееся тем, что фиксирующая рамка состоит из двух шарнирно соединенных частей, которые связаны посредством шарнира и фиксирующего штыря.7. The device according to claim 2, characterized in that the locking frame consists of two pivotally connected parts that are connected by a hinge and a fixing pin. 8. Устройство по п.2, отличающееся тем, что фиксирующая рамка имеет фиксирующие штыри для удержания пружин пружинной вставки в растянутом состоянии.8. The device according to claim 2, characterized in that the locking frame has locking pins to hold the springs of the spring insert in a stretched state. 9. Устройство по п.2, отличающееся тем, что фиксирующая рамка представляет собой цельнометаллический кожух. 9. The device according to claim 2, characterized in that the locking frame is an all-metal casing.
RU2012111230/02A 2012-03-23 2012-03-23 Method to retard flaw development and device to this end RU2500512C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012111230/02A RU2500512C2 (en) 2012-03-23 2012-03-23 Method to retard flaw development and device to this end

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012111230/02A RU2500512C2 (en) 2012-03-23 2012-03-23 Method to retard flaw development and device to this end

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012111230A RU2012111230A (en) 2013-09-27
RU2500512C2 true RU2500512C2 (en) 2013-12-10

Family

ID=49253755

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012111230/02A RU2500512C2 (en) 2012-03-23 2012-03-23 Method to retard flaw development and device to this end

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2500512C2 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4145800A (en) * 1977-04-23 1979-03-27 Hoechst Aktiengesellschaft Method of repairing coated workpieces
SU1706832A2 (en) * 1990-04-10 1992-01-23 Всесоюзный Проектно-Конструкторский Технологический Институт Научно-Производственного Объединения По Лесному Машиностроению Method of delaying fatigue growth in sheet parts
SU1722764A1 (en) * 1989-12-14 1992-03-30 Всесоюзное Научно-Производственное Объединение Восстановления Деталей "Ремдеталь" Method of repair of pipe line with shipping-off sections
US5230131A (en) * 1991-08-28 1993-07-27 Hobson Jr Russell Recyclable flexible filter tube and method for recycling filter tubes
RU1343689C (en) * 1985-10-10 1994-04-15 Государственный научно-исследовательский институт гражданской авиации Method for decelerating fatigue crack propagation in structures
RU2380585C2 (en) * 2007-07-27 2010-01-27 Институт механики и машиностроения Казанского научного центра Российской академии наук Yamsi attachment element

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4145800A (en) * 1977-04-23 1979-03-27 Hoechst Aktiengesellschaft Method of repairing coated workpieces
RU1343689C (en) * 1985-10-10 1994-04-15 Государственный научно-исследовательский институт гражданской авиации Method for decelerating fatigue crack propagation in structures
SU1722764A1 (en) * 1989-12-14 1992-03-30 Всесоюзное Научно-Производственное Объединение Восстановления Деталей "Ремдеталь" Method of repair of pipe line with shipping-off sections
SU1706832A2 (en) * 1990-04-10 1992-01-23 Всесоюзный Проектно-Конструкторский Технологический Институт Научно-Производственного Объединения По Лесному Машиностроению Method of delaying fatigue growth in sheet parts
US5230131A (en) * 1991-08-28 1993-07-27 Hobson Jr Russell Recyclable flexible filter tube and method for recycling filter tubes
RU2380585C2 (en) * 2007-07-27 2010-01-27 Институт механики и машиностроения Казанского научного центра Российской академии наук Yamsi attachment element

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012111230A (en) 2013-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10816107B2 (en) Clamp for circular objects
Lin et al. Failure loads of spot welds under combined opening and shear static loading conditions
US9782834B2 (en) Fixture
US3933377A (en) Hanger assembly for pipe
US9982829B2 (en) External pipe reinforcement
Sønstabø et al. Macroscopic strength and failure properties of flow-drill screw connections
KR101622663B1 (en) Rotating balance weighting jig for pipe welding and method for welding pipe using the same
JP2009535218A (en) Alignment device and method of using the same
CN205703835U (en) A kind of pipeline jig device in ultrasonic thickness measurement system
CN109964071A (en) Profile fixture
RU2500512C2 (en) Method to retard flaw development and device to this end
CN110940605B (en) Heat transfer pipe abrasion, stress and corrosion coupling effect test device and heat transfer pipe service behavior evaluation method
JP4694174B2 (en) Press tool
JP2581518B2 (en) Spacer washer for bolt joint
RU2519386C2 (en) Method to impede development of defects in structures and device "tokmach" for its implementation
Dravid et al. Experimental study of loosening behavior of plain shank bolted joint under dynamic loading
CN114910347A (en) A anchor clamps structure for test of panel cross overlap joint mechanical properties
Frank Fatigue strength of anchor bolts
RU2806941C1 (en) Pipe centering device
JP6004373B2 (en) Auxiliary device for investigation of inner surface of main pillar material and investigation method using auxiliary device
US9574587B2 (en) Preloading a fastener of a mechanical fitting
Wolodko et al. Critical local buckling conditions for deepwater pipelines
CN201065721Y (en) Built-in aligning device of door and door installed with same
CN210571703U (en) Sample bending-proof clamp for assisting axial tension-compression fatigue test of sheet lapping sample
Bałon et al. Stamping automotive parts with clinch nut process

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20150406