RU2787283C1 - Способ заделки трещин на поверхности металлического изделия - Google Patents
Способ заделки трещин на поверхности металлического изделия Download PDFInfo
- Publication number
- RU2787283C1 RU2787283C1 RU2022113259A RU2022113259A RU2787283C1 RU 2787283 C1 RU2787283 C1 RU 2787283C1 RU 2022113259 A RU2022113259 A RU 2022113259A RU 2022113259 A RU2022113259 A RU 2022113259A RU 2787283 C1 RU2787283 C1 RU 2787283C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cracks
- product
- metal
- magnetic field
- pulsed magnetic
- Prior art date
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 36
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 20
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 4
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 claims description 4
- 238000003466 welding Methods 0.000 abstract description 13
- 238000005555 metalworking Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 3
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 102200056926 OST4 V23K Human genes 0.000 description 2
- 102220375185 PSMD13 C21D Human genes 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 101700022255 V23K Proteins 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000005712 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000000994 depressed Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 1
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к области металлообработки и может быть использовано для восстановления металлических изделий с поверхностными трещинами. Способ включает предварительную подготовку поверхности изделия и последующее воздействие на него импульсным магнитным полем, обеспечивающим микрорасплавление металла в области трещин. Перед микрорасплавляющим воздействием импульсного магнитного поля на трещины накладывают металлическую пластину того же состава, что и состав материала изделия, и сжимающим воздействием импульсного магнитного поля деформируют пластину энергией по крайней мере одного магнитного импульса, обеспечивающего заполнение металла упомянутой пластины в трещины. В качестве предварительной подготовки поверхности изделия используют ультразвуковую промывку в растворителе. Микрорасплавляющее воздействие импульсного магнитного поля обеспечивается воздействием вихревых токов на трещины в поперечном к трещинам направлении при величине упомянутых вихревых токов от 80 кА до 200 кА. Изобретение обеспечивает заварку поверхностных трещин на металлических изделиях в виде трубопровода без перегрева его материала. 8 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.
Description
Изобретение относится к области металлообработки и может быть использовано для восстановления металлических изделий с поверхностными трещинами.
Металлические изделия, такие как детали машин и оборудования, трубопроводы в процессе работы подвергаются различным эксплуатационным нагрузкам, проводящим к образованию поверхностных трещин, снижающим их прочность и ресурс или приводящим в полную негодность для использования. Для возможности дальнейшей эксплуатации изделий они подвергаются ремонту, обеспечивающему устранение или заделку трещин.
Наиболее распространенным на практике способами ремонта таких изделий является наплавка (Молодых Н.В., Зенкин А.С. Восстановление деталей машин. - М.: Машиностроение, 1988.; Гельберг Б.Т., Пекелис Г.Д. Ремонт промышленного оборудования. - М.: Высшая школа, 1988.).
Известен способ ремонта трещин металлоконструкций, включающий последовательное заваривание трещины путем локального точечного нагрева и переплава основного металла вдоль нее. (Патент РФ №2444425, В23Р 6/04, В23К 11/00, 2012 г.).
Известен также способ индукционной наплавки деталей (патент РФ на изобретение №2138377, МПК В23K 13/01, B22D 19/00, опубл. 27.09.1999), включающий нанесение углублений на рабочие поверхности, заполнение их армирующим материалом и последующее нанесение на поверхность деталей порошковой шихты.
Известен также способ включающий подготовку поверхности изделия, газотермическое напыление на него порошкового материала и последующее оплавление покрытия сканирующим лазерным лучом (Патент РФ №1822047, МПК В23К 26/00, 1996 г.).
Недостатками известных способов является длительное высокотемпературное воздействие на восстанавливаемую поверхность изделия при применении наплавки, что не всегда приемлимо для материала изделий, имеющих лимит по температуре нагрева, обусловленный необходимостью сохранения его эксплуатационных свойств. Кроме того, необходимость интенсивного длительного нагрева изделия, с образованием обширной зоны термического влияния не может применяться для восстановления поверхности при работающем изделии, например, трубопроводе, находящимся при высоком давлении.
Наиболее близким решением по технической сути и достигаемому результату является способ заделки трещин на поверхности металлического изделия, включающий предварительную подготовку поверхности изделия и последующее воздействие на него импульсным магнитным полем, обеспечивающим микрорасплавление металла в области трещин (Патент РФ №2695392, МПК C21D 1/04, опубл. 23.07.2019 г.). В известном способе воздействие на деталь производят импульсным магнитным полем таким образом, чтобы вихревые токи имели перпендикулярное направление образовавшимся усталостным трещинам на поверхности изделия, причем величина вихревых токов при воздействии на трещины составляет величину от 20 кА до 100 кА. При этом изделие зажимают стяжными кольцами в индукторе.
Недостатком способа-прототипа (Патент РФ №2695392, МПК C21D 1/04, опубл. 23.07.2019 г.) является то, что способ не может быть использован для заделки трещин на поверхности изделия, поскольку происходит только микрорасплавление металла в вершинах этих трещин. Кроме того, наличие достаточно крупных трещин на поверхности изделия, например, на трубопроводе, требует восстановления поверхности изделия путем полного устранения на ней трещин.
Задачей изобретения является создание способа заварки и устранения трещин на поверхности изделия без перегрева его материала для сохранения эксплуатационных характеристик восстанавливаемого изделия.
Техническим результатом изобретения является обеспечение заварки поверхностных трещин на металлическом изделии без перегрева его материала.
Технический результат достигается за счет того, что в способе заделки трещин на поверхности металлического изделия, включающем предварительную подготовку поверхности изделия и последующее воздействие на него импульсным магнитным полем, обеспечивающим микрорасплавление металла в области трещин в отличие от прототипа перед микрорасплавляющим воздействием импульсного магнитного поля на упомянутые трещины накладывают металлическую пластину составом близким к составу материала упомянутого изделия и сжимающим воздействием импульсного магнитного поля деформируют пластину энергией по крайней мере одного. магнитного импульса, обеспечивающего заполнение металла упомянутой пластины в трещины.
Кроме того, возможны следующие дополнительные приемы способа: в качестве предварительной подготовки поверхности изделия используют ультразвуковую промывку в растворителе; после заполнения трещин упомянутым металлом пластины производят его оплавление ТВЧ; микрорасплавляющее воздействие импульсного магнитного поля обеспечивается воздействием вихревых токов на трещины в поперечном к трещинам направлении при величине упомянутых вихревых токов от 80 кА до 200 кА; в качестве упомянутого восстанавливаемого изделия используется трубопровод; предварительную подготовку поверхности осуществляют ультразвуковой очисткой, обеспечивающей удаление окисных пленок с поверхности трещин.
Воздействие импульсным магнитным полем с наведенными в изделии вихревыми токами в поперечном направлении к трещинам позволяет создать в области трещин микросварочные ванны расплавленного металла и заварить таким образом трещины на поверхности изделия.
Величина вихревых токов должна быть регулируема таким образом, чтобы обеспечивать микрорасплавление металлического наполнителя, запрессованного в трещины, образования в них микросварочных ванн и заварку трещин на поверхности изделия. Поскольку микрорасплавление металлического наполнителя и кристаллизация расплавленного металла происходит в микрообласти всего за несколько секунд, то заварка трещины обеспечивается без перегрева материала изделия, что способствует сохранению его эксплуатационных свойств. Для еще большей минимизации нагрева материала изделия заделка трещин может производится отдельными участками, последовательно.
На фигуре (фиг.) представлен процесс заварки трещин на поверхности изделия импульсным магнитным полем. На фигуре представлено: фиг. а - изделие с трещинами до восстановления, фиг. b - изделие с пластиной, наложенной на область трещин; фиг. c - изделие с трещинами с запрессованным металлом пластины под воздействием магнитного импульса, фиг. d - изделие с заполненными металлом пластины трещинами после выравнивания поверхности изделия; фиг. е - заварка трещин при воздействии импульсного магнитного поля, вызывающего направленное воздействие вихревых токов, фиг. f - изделие с заваренными трещинами после восстановления. Фигура (фиг.) содержит: 1 - изделие, 2 - трещины, 3 - металлическая пластина, 4 - запрессованный в трещины материал металлической пластины, 5 - материал пластины покрывающий область трещин (покрытие), 6 - заваренные трещины. МИ П - усилие запрессовки материала пластины в трещины, МИ С - магнитно-импульсное сварочное воздействие. Полые стрелки - направление действия магнитных импульсов, линии со стрелками - направление действия вихревых токов.
Реализация предлагаемого способа осуществляется следующим образом.
Одним из известных способов, например, пескоструйной обработкой с последующей ультразвуковой промывкой подготавливают изделие 1 к восстановлению путем микрозаварки трещин воздействием импульсного магнитного поля (фиг. a). После этого над областью завариваемых трещин 2 располагают пластину 3, плотно прижимая ее в поверхности изделия 1 (фиг.b). На пластину 3 воздействуют сжимающим магнитным импульсом (МИ П ), обеспечивающим заполнение трещин 2 материалом пластины 4 (фиг. с). При этом, после интенсивной деформации пластины 3 воздействием, по крайней мере одного, сжимающего магнитного импульса МИ П часть пластины 3 остается на поверхности изделия 1 в виде покрытия 5 с вдавленными углублениями, расположенными над трещинами 2 (фиг. с). При необходимости восстановления размеров изделия излишки материала покрытия 5 могут быть удалены (фиг. d). Далее, на изделие 1 воздействуют импульсным магнитным полем МИ С обеспечивающим микрорасплавление металла в области завариваемых трещин 2 (фиг. e). При этом микрорасплавление в области трещин 2 обеспечивается вихревыми токами, образующимися в результате воздействия на изделие 1 импульсного магнитного поля МИ С (фиг. e). В результате действия на изделие 1 вихревых токов на трещины 2, заполненные материалом пластины 4 в поперечном к трещинам 2 направлении происходит их заварка (фиг. f). В зависимости от используемых составов металлических пластин, их площади и толщины подбирается энергия магнитно-импульсного воздействия, запрессовки МИ П , обеспечивающим заполнение трещин и сваривающим магнитным импульсом МИ С обеспечивающим величину вихревых токов от 80 кА до 200 кА. При этом, для таких материалов, как алюминиевые сплавы используются вихревые токи в диапазоне от 80 до 100 кА, а при восстановлении изделий из легированных сталей и никелевых сплавов от 100 до 200 кА. Верхний предел значений вихревых токов ограничивается возможностью перегрева материала изделия, что может привести к снижению его эксплуатационных свойств. (Например, для сталей типа 16Х3НВФМБ, 30ХГСА, 38Х2МЮ величина вихревых токов составляет от 140 кА до 170 кА, для никелевых сплавов типа ЖС6У - 160 кА до 200 кА, для титановых сплавов от 120 кА до 160 кА, см. таблицу. Испытывались образцы разметами 300х200х40 мм. При магнитно-импульсном воздействии на испытуемые образцы изделий с трещинами температура образцов нагревалась не выше 70°С).
Таблица. Результаты заварки трещин магнитно-импульсным воздействием на трещины, заполненные металлом пластины | |||||
№ | Материал образца | Материал пластины | Величина тока, кА | Глубина трещин, мм | Примеч. (заварено «+», непровар «-») |
1 | 16Х3НВФМБ | 16Х3НВФМБ | 100 | 2,1 | - |
140 | 2,1 | + | |||
160 | 2,2 | + | |||
180 | 2,6 | + | |||
200 | 3 | + | |||
2 | 30ХГСА | 30ХГСА | 100 | 2,1 | - |
140 | 2,1 | + | |||
160 | 2,4 | + | |||
180 | 2,7 | + | |||
200 | 3,2 | + | |||
3 | 38Х2МЮ | 38Х2МЮ | 100 | 2,2 | - |
140 | 2,2 | + | |||
160 | 2,5 | + | |||
180 | 2,8 | + | |||
200 | 3,3 | + | |||
4 | ЖС6У | ЖС6У | 100 | 2,2 | - |
140 | 2,2 | + | |||
160 | 2,4 | + | |||
180 | 2,8 | + | |||
200 | 3,3 | + | |||
5 | ЖС32 | ЖС32 | 100 | 1,9 | - |
140 | 2,1 | + | |||
160 | 2,5 | + | |||
180 | 2,7 | + | |||
200 | 3,1 | + | |||
6 | ВТ-6 | ВТ-6 | 80 | 1,9 | - |
120 | 2,1 | + | |||
140 | 2,4 | + | |||
160 | 2,7 | + | |||
170 | 3,1 | + |
Таким образом, предложенный способ восстановления металлического изделия с поверхностными трещинами позволил достигнуть поставленного в изобретении технического результата - обеспечение заварки поверхностных трещин на металлическом изделии без перегрева его материала.
Claims (9)
1. Способ заделки трещин на поверхности металлического изделия, включающий предварительную подготовку поверхности изделия и последующее воздействие на него импульсным магнитным полем, обеспечивающим микрорасплавление металла в области трещин, отличающийся тем, что перед микрорасплавляющим воздействием импульсного магнитного поля на упомянутые трещины накладывают металлическую пластину того же состава, что и состав материала упомянутого изделия, и сжимающим воздействием импульсного магнитного поля деформируют пластину энергией по крайней мере одного магнитного импульса, обеспечивающего заполнение металла упомянутой пластины в трещины.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве предварительной подготовки поверхности изделия используют ультразвуковую промывку в растворителе.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после заполнения трещин упомянутым металлом пластины производят его оплавление токами высокой частоты.
4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что упомянутое микрорасплавляющее воздействие импульсного магнитного поля обеспечивается воздействием вихревых токов на трещины в поперечном к трещинам направлении при величине упомянутых вихревых токов от 80 кА до 200 кА.
5. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что в качестве упомянутого восстанавливаемого изделия используется трубопровод.
6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что в качестве упомянутого восстанавливаемого изделия используется трубопровод.
7. Способ по любому из пп. 1-3, 6, отличающийся тем, что предварительную подготовку поверхности осуществляют ультразвуковой очисткой, обеспечивающей удаление окисных пленок с поверхности трещин.
8. Способ по п. 4, отличающийся тем, что предварительную подготовку поверхности осуществляют ультразвуковой очисткой, обеспечивающей удаление окисных пленок с поверхности трещин.
9. Способ по п. 5, отличающийся тем, что предварительную подготовку поверхности осуществляют ультразвуковой очисткой, обеспечивающей удаление окисных пленок с поверхности трещин.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2787283C1 true RU2787283C1 (ru) | 2023-01-09 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3417223A (en) * | 1964-05-06 | 1968-12-17 | Steigerwald Karl Heinz | Welding process using radiant energy |
US5735448A (en) * | 1994-02-07 | 1998-04-07 | United Technologies Corporation | Method of repairing surface and near surface defects in superalloy articles such as gas turbine engine components |
RU2138377C1 (ru) * | 1998-04-21 | 1999-09-27 | Инженерный центр "Сплав" | Способ упрочнения индукционной наплавкой деталей |
RU2375165C1 (ru) * | 2008-03-18 | 2009-12-10 | Институт физики прочности и материаловедения Сибирское отделение Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Способ восстановления стального изделия с поверхностными трещинами |
US7748596B2 (en) * | 2003-10-08 | 2010-07-06 | Nippon Steel Corporation | Welded structure having excellent resistance to brittle crack propagation and welding method therefor |
RU2695392C1 (ru) * | 2018-01-10 | 2019-07-23 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Способ повышения ударной вязкости металлов |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3417223A (en) * | 1964-05-06 | 1968-12-17 | Steigerwald Karl Heinz | Welding process using radiant energy |
US5735448A (en) * | 1994-02-07 | 1998-04-07 | United Technologies Corporation | Method of repairing surface and near surface defects in superalloy articles such as gas turbine engine components |
RU2138377C1 (ru) * | 1998-04-21 | 1999-09-27 | Инженерный центр "Сплав" | Способ упрочнения индукционной наплавкой деталей |
US7748596B2 (en) * | 2003-10-08 | 2010-07-06 | Nippon Steel Corporation | Welded structure having excellent resistance to brittle crack propagation and welding method therefor |
RU2375165C1 (ru) * | 2008-03-18 | 2009-12-10 | Институт физики прочности и материаловедения Сибирское отделение Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Способ восстановления стального изделия с поверхностными трещинами |
RU2695392C1 (ru) * | 2018-01-10 | 2019-07-23 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Способ повышения ударной вязкости металлов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Avula et al. | Tensile properties of friction stir welded joints of AA 2024-T6 alloy at different welding speeds | |
JPH01315603A (ja) | タービン構成要素摩耗表面の補修法 | |
CN102500906A (zh) | 一种异质奥氏体不锈钢板材的焊接方法 | |
JPH11156559A (ja) | 硬化可能なニッケルベース合金を溶接する方法 | |
Hirose et al. | CO 2 laser beam welding of 6061-T6 aluminum alloy thin plate | |
Angelastro et al. | Weldability of TWIP and DP steel dissimilar joint by laser arc hybrid welding with austenitic filler | |
RU2787283C1 (ru) | Способ заделки трещин на поверхности металлического изделия | |
RU2787284C1 (ru) | Способ заделки поверхностных трещин металлического изделия | |
RU2787285C1 (ru) | Способ восстановления металлического изделия с поверхностными трещинами | |
Chiong et al. | Effect of SMAW parameters on microstructure and mechanical properties of AISI 1018 low carbon steel joints: an experimental approach | |
Tuncel et al. | A comparison of tensile properties of single-sided and double-sided laser welded DP600 steel sheets | |
El-Batahgy et al. | Nd-YAG laser beam and GTA welding of Ti-6Al-4V alloy | |
US4527040A (en) | Method of laser welding | |
Chennaiah et al. | Influence of heat input and PWHT on the microstructure and mechanical properties in dissimilar (IS2062-EN8) welded joints | |
RU2368481C2 (ru) | Способ устранения дефектов, преимущественно трещин, в толстостенных стальных деталях | |
Moradi et al. | Nd: YAG Laser Welding of Ti 6-Al-4V: Mechanical and Metallurgical Properties. | |
Kügler et al. | Influence of joint configuration on the strength of laser welded presshardened steel | |
Mishra et al. | Effect of groove designs on residual stress and transverse shrinkage in GMAW and PGMAW of A333 seamless steel pipes | |
Kumar et al. | Effect of microstructure and mechanical properties of austenitic stainless steel 1.6 mm butt welded by plasma arc welding | |
Vakili Tahami et al. | Effect of welding parameters on dissimilar pulsed laser joint between nickel-based alloy Hastelloy X and austenitic stainless steel AISI 304L | |
Łomzik | Mechanical properties of joints made in steel S1300QL using various welding methods | |
Hendronursito et al. | Analysis of Shielded Metal Arc Welding (SMAW) on high manganese steel hammer-mill crusher | |
Chennaiah et al. | Effect of Heat Input and Heat Treatment on the Mechanical Properties of Is2062-Is103 Cr 1Steel Weldments | |
Sivagurumanikandan et al. | Pulsed wave Nd: YAG laser welding of UNS S32750 super duplex stainless steel | |
Sathiya et al. | Mechanical and metallurgical investigation on gas metal arc welding of super austenitic stainless steel |