RU2752056C1 - Method for strengthening weld joints - Google Patents
Method for strengthening weld joints Download PDFInfo
- Publication number
- RU2752056C1 RU2752056C1 RU2020125531A RU2020125531A RU2752056C1 RU 2752056 C1 RU2752056 C1 RU 2752056C1 RU 2020125531 A RU2020125531 A RU 2020125531A RU 2020125531 A RU2020125531 A RU 2020125531A RU 2752056 C1 RU2752056 C1 RU 2752056C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plastic
- welded
- deformation
- static
- weld
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B39/00—Burnishing machines or devices, i.e. requiring pressure members for compacting the surface zone; Accessories therefor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D7/00—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
- C21D7/02—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к военной технике и может быть использовано при изготовлении средств бронезащиты, в частности, в бронетехнике и броневых конструкциях всех родов войск.The invention relates to military equipment and can be used in the manufacture of body armor, in particular, in armored vehicles and armored structures of all types of troops.
В настоящее время металлические материалы остаются наиболее распространенным броневым материалом. При изготовлении бронетехники и броневых конструкций часто используют сварку броневых листов. В результате образуются сварные швы, которые имеют значительно меньшую твердость, чем основной металл и поэтому уступают по пулестойкости сваренным броневым листам.Currently, metallic materials remain the most common armor material. In the manufacture of armored vehicles and armored structures, welding of armor plates is often used. As a result, welded seams are formed that have a significantly lower hardness than the base metal and, therefore, are inferior in bullet resistance to welded armor plates.
Известна боевая машина, которая содержит корпус, сваренный из броневых листов, с выполненными в нем проемами люков с окантовками по периметру и защитными экранами [Патент РФ №2289777. Боевая машина. Бюл. №35, 2006]. Ее недостатком является низкая пулестойкость сварных швов корпуса.Known combat vehicle, which contains a body welded from armor plates, made in it with hatch openings with edging around the perimeter and protective screens [RF Patent No. 2289777. Fighting machine. Bul. No. 35, 2006]. Its disadvantage is the low bullet resistance of the body welds.
Известен способ статико-импульсной обработки поверхностным пластическим деформированием (ППД) металлических материалов, при котором происходит формирование упрочненной структуры материала под действием ударных волн деформации, в результате чего на упрочняемой поверхности образуется совокупность пластических отпечатков с определенным размером, перекрытием и кратностью приложения [Киричек А.В., Соловьев Д.Л., Лазуткин А.Г. Технология и оборудование статико-импульсной обработки поверхностным пластическим деформированием. Библиотека технолога. М.: Машиностроение, 2004. 288 с.; Патент №2098259 РФ, МКИ В24В 39/00. Способ статико-импульсной обработки поверхностным пластическим деформированием / А.Г. Лазуткин, А.В. Киричек, Д.Л. Соловьев. Бюлл. №34, 1997]. При использовании статико-импульсной обработки может быть получен упрочненный поверхностный слой, глубиной до 8-10 мм и твердостью 35-45 HRC. Способ успешно зарекомендовал себя для упрочнения деталей машин, однако для упрочнения сварных швов броневых сталей не использовался.There is a known method of static-pulse processing by surface plastic deformation (SPD) of metallic materials, in which a hardened structure of the material is formed under the action of shock waves of deformation, as a result of which a set of plastic imprints with a certain size, overlap and multiplicity of application is formed on the hardened surface [Kirichek A. V., Soloviev D.L., Lazutkin A.G. Technology and equipment for static-impulse treatment by surface plastic deformation. Technologist's library. M .: Mashinostroenie, 2004.288 p .; Patent No. 2098259 RF, MKI V24V 39/00. Method of static-impulse treatment by surface plastic deformation / A.G. Lazutkin, A.V. Kirichek, D.L. Soloviev. Bull. No. 34, 1997]. When using static-impulse processing, a hardened surface layer can be obtained, up to 8-10 mm in depth and 35-45 HRC hardness. The method has successfully proved itself for hardening machine parts, however, it was not used to strengthen the welded seams of armored steels.
Известен способ упрочняющей обработки сварных соединений, который заключается в механической обработке сварных соединений ударным пневматическим инструментом с образованием на поверхности сварных соединений лунок [Патент №2364489 РФ. Способ упрочняющей обработки сварных соединений. Бюл. №23, 2009]. Для упрочнения использовались пневмомолотки с энергией ударов 6-22,5 Дж и инструмент в виде пневмозубила с радиусом при вершине 2-3 мм или многобойкового упрочнителя, изготовленного в виде пучка пружинной проволоки круглого или плоского сечения, рабочие концы проволок закругляют радиусом 0,8-2,5 мм. Недостатком такого способа является малая глубина упрочнения. Способ предназначен для повышения усталостной прочности сварных соединений элементов рамных конструкций, в частности рам тележек тепловозов, однако для повышения пулестойкости брони не использовался.There is a known method of strengthening treatment of welded joints, which consists in mechanical processing of welded joints with a percussion pneumatic tool with the formation of holes on the surface of welded joints [Patent No. 2364489 RF. Method for hardening treatment of welded joints. Bul. No. 23, 2009]. For hardening, pneumatic hammers with an impact energy of 6-22.5 J were used and a tool in the form of a pneumatic chisel with a tip radius of 2-3 mm or a multi-ribbed hardener made in the form of a bundle of spring wire of round or flat section, the working ends of the wires are rounded off with a radius of 0.8- 2.5 mm. The disadvantage of this method is the shallow depth of hardening. The method is intended to increase the fatigue strength of welded joints of frame structure elements, in particular, diesel locomotive bogie frames, but was not used to increase the bullet resistance of armor.
Целью предложенного изобретения является повышение пулестойкости сварных швов металлических броневых конструкций.The aim of the proposed invention is to improve the bullet resistance of welded seams of metal armor structures.
Для достижения поставленной цели предложена технология упрочнения сварных швов статико-импульсной обработкой, создающая наклепанный поверхностный слой ударными волнами деформации.To achieve this goal, a technology for strengthening welded joints by static-impulse processing is proposed, which creates a work-hardened surface layer by shock waves of deformation.
Механизм волнового деформационного упрочнения статико-импульсной обработкой заключается в следующем. Для упрочнения используется генератор импульсов, обеспечивающий энергию и частоту ударов соответственно 50-200 Дж и 7-40 Гц, основными элементами которого является боек 1 и волновод 2 (см. фиг. 1). При упрочнении боек 1 ударяет по волноводу 2 статически поджатому к упрочняемой поверхности через инструмент - стержневой ролик 4, в результате в ударной системе генерируются плоские акустические волны, которые характеризуются законом изменения сил во времени, максимальным значением сил, временем действия сил (длительности волны деформации) и энергией волны деформации. Эти характеристики зависят от геометрии соударяющихся бойка 1 и волновода 2, свойств их материалов и скорости соударения. Ударная волна деформации определяется последовательностью импульсов, причем длительность каждого из них равна периоду волны. Форма ударного импульса (изменение силы по времени) поступающего в очаг деформации, т.е. область контакта инструмента - стержневого ролика, с упрочняемым материалом, будет определять эффективность динамического нагружения. Предварительное статическое поджатие волновода 2 способствует наиболее полному использованию импульсной нагрузки для пластического деформирования упрочняемого материала. При упрочнении форма ударных импульсов максимально адаптируется к свойствам материала и условиям нагружения, что увеличивает КПД процесса, расширяет технологические возможности обработки, позволяя создавать глубокий упрочненный слой. Технология статико-импульсной обработки ударными волнами деформации позволяет достаточно точно регулировать равномерность упрочнения, создавая как равномерно, так и гетерогенно упрочненную структуру.The mechanism of wave strain hardening by static-impulse processing is as follows. For hardening, a pulse generator is used, which provides the energy and frequency of impacts, respectively, 50-200 J and 7-40 Hz, the main elements of which are the
Обычно для соединения броневых пластин 3 применяется сварка встык. На фиг. 1 представлена схема волнового деформационного упрочнения сварного шва броневых пластин сваренных встык с V-образным скосом кромок. Упрочнение статико-импульсной обработкой ударными волнами деформации осуществляется при подаче инструмента вдоль сварного шва. Для упрочнения используется инструмент - стержневой ролик 4, ширина которого превышает ширину сварного шва 5 не менее чем в 3 раза, обеспечивая упрочнение не только сварного шва 5 по всей ширине, но и околошовной зоны. Упрочнение сварного шва 5 может осуществляться как с одной, так и с двух сторон.Usually, butt welding is used to connect the
При использовании для соединения броневых пластин 3 многослойной сварки упрочнение статико-импульсной обработкой ударными волнами деформации осуществляется послойно для одного или нескольких слоев.When using multilayer welding for connection of
Для получения более качественных характеристик сварного шва 5 (повышения плотности, снижения дефектов структуры и ее пористости) упрочнению статико-импульсной обработкой ударными волнами деформации может подвергаться не остывший материал сварного шва 5, находящийся при температуре выше 100°С, но ниже температуры рекристаллизации.To obtain better characteristics of the welded seam 5 (increasing the density, reducing structural defects and its porosity), the uncooled material of the
В результате применения статико-импульсной обработки ударными волнами деформации сварного шва 5 и околошовной зоны происходит повышение твердости, в первую очередь материала сварного шва 5, причем материал упрочняется на глубину, сравнимую с толщиной свариваемых деталей, что повышает его пулестойкость (на фиг. 1 изображена часть сварного шва после волнового деформационного упрочнения 6).As a result of the application of static-pulse processing by shock waves of deformation of the
Описание чертежей.Description of drawings.
Фиг. 1 - схема волнового деформационного упрочнения броневых пластин сваренных встык с V-образным скосом кромок.FIG. 1 is a diagram of the wave strain hardening of butt-welded armor plates with a V-shaped bevel of the edges.
1 - боек;1 - striker;
2 - волновод;2 - waveguide;
3 - броневые пластины;3 - armor plates;
4 - стержневой ролик;4 - rod roller;
5 - сварной шов;5 - welded seam;
6 - часть сварного шва после волнового деформационного упрочнения;6 - part of the weld after wave strain hardening;
А - энергия ударных волн деформации, f - частота ударов, Pst - предварительное статическое поджатие волновода; S - скорость подачи заготовки из свариваемых броневых пластин относительно инструмента для обеспечения его подачи вдоль сварного шва.A - energy of shock waves of deformation, f - frequency of impacts, P st - preliminary static compression of the waveguide; S is the feed rate of the workpiece from the armor plates being welded relative to the tool to ensure its feed along the weld.
Фиг. 2 - схема зачистки шва механической обработкой после сварки броневых пластин.FIG. 2 is a diagram of the seam cleaning by machining after welding the armor plates.
Пример.Example.
Волновому деформационному упрочнению подвергались листы из броневой стали 2П, при температуре выше 100°С, но ниже температуры рекристаллизации. Две пластины толщиной 6,5 мм сваривались встык с V-образным скосом кромок. После сварки сварной шов зачищался механической обработкой, для удаления припуска 0,5-1,0 мм (см. фиг. 2). Для упрочнения использовались стержневые ролики диаметром 10 мм и шириной 40 мм. Нагружение волной деформации осуществлялось с энергией А=150 Дж. Равномерность регулировалась изменением коэффициента перекрытия пластических отпечатков K=1-S/(δf60), где δ - размер отпечатка, измеряемый в направлении подачи, мм, S - скорость подачи заготовки из свариваемых броневых пластин относительно инструмента, мм/мин; f - частота ударов, Гц. Значения коэффициента перекрытия пластических отпечатков выбирались из диапазона K=0,4-0,6.Sheets of 2P armor steel were subjected to wave strain hardening at temperatures above 100 ° C, but below the recrystallization temperature. Two 6.5 mm thick plates were butt welded with a V-bevel. After welding, the welded seam was machined to remove an allowance of 0.5-1.0 mm (see Fig. 2). For hardening, rod rollers with a diameter of 10 mm and a width of 40 mm were used. Loading by a deformation wave was carried out with an energy of A = 150 J. The uniformity was regulated by changing the coefficient of overlapping of plastic indentations K = 1-S / (δf60), where δ is the indentation size measured in the feed direction, mm, S is the feed rate of the workpiece from the welded armor plates relative to the tool, mm / min; f is the frequency of impacts, Hz. The values of the coefficient of overlap of plastic imprints were selected from the range K = 0.4-0.6.
На полученных образцах исследовались микротвердость и пулестойкость сварных швов без упрочнения и после волнового деформационного упрочнения.The samples obtained were used to study the microhardness and bullet resistance of welded joints without hardening and after wave strain hardening.
Для исследования микротвердости образцы разрезались поперек сварного шва, т.е. поперек направления подачи воздействия волной деформации, а затем из них изготавливались шлифы. Измерение осуществлялось по глубине упрочненного поверхностного слоя. Результаты измерений микротвердости показали градиентный характер ее изменения по глубине сварного шва. Установлено, что на поверхности сварного шва степень упрочнения достигала 50%, а микротвердость составляла 5500 МПа, тогда как микротвердость неупрочненного сварного шва составляла 3660 МПа. Глубина упрочненного слоя достигала 3…6,5 мм.To study the microhardness, the samples were cut across the weld, i.e. across the direction of application of the action by the deformation wave, and then thin sections were made from them. The measurement was carried out over the depth of the hardened surface layer. The results of microhardness measurements showed the gradient nature of its change along the weld seam depth. It was found that on the surface of the weld the degree of hardening reached 50%, and the microhardness was 5500 MPa, while the microhardness of the unreinforced weld was 3660 MPa. The depth of the hardened layer reached 3 ... 6.5 mm.
Испытания на пулестойкость упрочненных и неупрочненных сварных швов проводились пулями ПС (ТУС), патронов инд. 57-Н-231 калибра 7,62×39 мм, дистанция обстрела 5-10 м, для снижения скорости пули в диапазоне 450-540 м/с производилась отсыпка пороха. В результате проведенных испытаний на пулестойкость установлено пробитие неупрочненных и непробитие упрочненных сварных швов.Tests for bullet resistance of hardened and unreinforced welds were carried out with PS bullets (TUS), ind. 57-N-231 caliber 7.62 × 39 mm, firing distance 5-10 m, to reduce the speed of the bullet in the range of 450-540 m / s, powder was poured. As a result of the tests carried out for bullet resistance, the penetration of unreinforced and non-penetration of hardened welds was established.
Источники информацииSources of information
1. Патент РФ №2289777. Боевая машина. Бюл. №35, 2006.1. RF patent No. 2289777. Fighting machine. Bul. No. 35, 2006.
2. Киричек А.В., Соловьев Д.Л., Лазуткин А.Г. Технология и оборудование статико-импульсной обработки поверхностным пластическим деформированием. Библиотека технолога. М.: Машиностроение, 2004. 288 с.2. Kirichek A.V., Soloviev D.L., Lazutkin A.G. Technology and equipment for static-impulse treatment by surface plastic deformation. Technologist's library. M .: Mashinostroenie, 2004.288 p.
3. Патент №2098259 РФ, МКИ В24В 39/00. Способ статико-импульсной обработки поверхностным пластическим деформированием / А.Г. Лазуткин, А.В. Киричек, Д.Л. Соловьев. Бюлл. №34, 1997.3. Patent No. 2098259 RF, MKI V24V 39/00. Method of static-impulse treatment by surface plastic deformation / A.G. Lazutkin, A.V. Kirichek, D.L. Soloviev. Bull. No. 34, 1997.
4. Патент №2364489 РФ. Способ упрочняющей обработки сварных соединений. Бюл. №23, 2009.4. Patent No. 2364489 RF. Method for hardening treatment of welded joints. Bul. No. 23, 2009.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020125531A RU2752056C1 (en) | 2020-07-31 | 2020-07-31 | Method for strengthening weld joints |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020125531A RU2752056C1 (en) | 2020-07-31 | 2020-07-31 | Method for strengthening weld joints |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2752056C1 true RU2752056C1 (en) | 2021-07-22 |
Family
ID=76989444
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020125531A RU2752056C1 (en) | 2020-07-31 | 2020-07-31 | Method for strengthening weld joints |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2752056C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3274033A (en) * | 1963-08-12 | 1966-09-20 | Branson Instr | Ultrasonics |
UA60390C2 (en) * | 2001-06-12 | 2003-10-15 | Леонід Михайлович Лобанов | Method for treatment of steel-work welds by high-frequency forging |
RU2252859C1 (en) * | 2004-07-23 | 2005-05-27 | Холопов Юрий Васильевич | Ultrasonic tool for releasing residual stresses and strengthening surfaces of metals |
RU2605888C1 (en) * | 2015-08-05 | 2016-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" | Method for ultrasonic welding of thick-wall structures |
RU190747U1 (en) * | 2019-01-16 | 2019-07-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | DEVICE FOR COMBINED STRENGTHENING TREATMENT OF WELDED JOINTS METAL PIPES OF BIG DIAMETER |
-
2020
- 2020-07-31 RU RU2020125531A patent/RU2752056C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3274033A (en) * | 1963-08-12 | 1966-09-20 | Branson Instr | Ultrasonics |
UA60390C2 (en) * | 2001-06-12 | 2003-10-15 | Леонід Михайлович Лобанов | Method for treatment of steel-work welds by high-frequency forging |
RU2252859C1 (en) * | 2004-07-23 | 2005-05-27 | Холопов Юрий Васильевич | Ultrasonic tool for releasing residual stresses and strengthening surfaces of metals |
RU2605888C1 (en) * | 2015-08-05 | 2016-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" | Method for ultrasonic welding of thick-wall structures |
RU190747U1 (en) * | 2019-01-16 | 2019-07-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | DEVICE FOR COMBINED STRENGTHENING TREATMENT OF WELDED JOINTS METAL PIPES OF BIG DIAMETER |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Dragobetskii et al. | Excavator bucket teeth strengthening using a plastic explosive deformation | |
Reddy et al. | Ballistic performance of high-strengh low-alloy steel weldments | |
US7754033B2 (en) | Method of improvement of toughness of heat affected zone at welded joint of steel plate | |
CN108025401B (en) | Arc fillet weld and method for manufacturing same | |
EP2861773B1 (en) | Method for treating a steel article | |
Fomin et al. | Surface modification methods for fatigue properties improvement of laser-beam-welded Ti-6Al-4V butt joints | |
US20060191878A1 (en) | Control of cracking in heat affected zones of fusion welded structures | |
RU2752056C1 (en) | Method for strengthening weld joints | |
Turichin et al. | Laser-Arc hybrid welding perspective ultra-high strength steels: influence of the chemical composition of weld metal on microstructure and mechanical properties | |
KR100676333B1 (en) | Method of increasing strength of cold worked part by ultrasonic shock treatment, and metal product with high fracture toughness and fatigue strength | |
Lefebvre et al. | Understanding of fatigue strength improvement of steel structures by hammer peening treatment | |
WO2008031210A1 (en) | Method for manufacturing a welded assembly | |
Knysh et al. | Increase of fatigue resistance of sheet welded joints of aluminum alloys using high-frequency peening | |
Balos et al. | Gas metal arc welding of metal-polymer-metal sheets | |
RU2711284C1 (en) | Method of obtaining wear-resistant coatings on surfaces of plates from copper and aluminum alloy | |
RU2688792C1 (en) | Method of producing wear-resistant coatings on surfaces of titanium plate | |
RU2701699C1 (en) | Method of obtaining wear-resistant coatings on surfaces of plates from aluminum alloy and copper | |
Tomków et al. | The influence of welding heat input on the quality and properties of high strength low-alloy dissimilar steel butt joints | |
RU2750602C1 (en) | Method for steel hardening using combined technology | |
Steimbreger | Fatigue of Welded Structures | |
Balakrishnan et al. | Microstructural analysis on ballistic tested armour steel joints fabricated using low hydrogen ferritic consumables for capping pass | |
Čabrilo | Influence of Heat Input on the Ballistic Performance of Armor Steel Weldments | |
Manurung et al. | Structural life enhancement on friction stir welded AA6061 with optimized process and HFMI/PIT parameters | |
RU2742844C1 (en) | Multi-layered heterogeneous reinforced armor | |
Kosturek | The concept of improvement high-strength aluminum alloys FSW joint properties via post-weld explosive treatment |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner |