RU2787285C1 - Method for restoring a metal product with surface cracks - Google Patents
Method for restoring a metal product with surface cracks Download PDFInfo
- Publication number
- RU2787285C1 RU2787285C1 RU2022113241A RU2022113241A RU2787285C1 RU 2787285 C1 RU2787285 C1 RU 2787285C1 RU 2022113241 A RU2022113241 A RU 2022113241A RU 2022113241 A RU2022113241 A RU 2022113241A RU 2787285 C1 RU2787285 C1 RU 2787285C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cracks
- product
- magnetic field
- pulsed magnetic
- micromelting
- Prior art date
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 38
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 38
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 16
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 9
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 6
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 5
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 claims description 3
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 claims description 3
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 claims description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 2
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 claims description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 abstract description 10
- 238000005555 metalworking Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 5
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 5
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000005755 formation reaction 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
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 238000007789 sealing 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
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000005712 crystallization 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
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлообработки и может быть использовано для восстановления металлических изделий с поверхностными трещинами. The invention relates to the field of metalworking and can be used to restore metal products with surface cracks.
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.Metal products, such as parts of machinery and equipment, pipelines are subjected to various operational loads during operation, leading to the formation of surface cracks, reducing their strength and service life, or making them completely unusable. For the possibility of further operation of the products, they are repaired, ensuring the elimination or sealing of cracks.
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.). The most common in practice methods of repairing such products is surfacing (Molodykh N.V., Zenkin A.S. Restoration of machine parts. - M .: Mashinostroenie, 1988 .; Gelberg B.T., Pekelis G.D. Repair of industrial equipment. - M .: Higher School, 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.).A known method of repairing cracks in metal structures, including sequential crack welding by local spot heating and remelting of the base metal along it. (Patent RF No. 2444425,
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.There is also known a method of induction surfacing of parts (RF patent for the invention No. 2138377, IPC B23K 13/01, B22D 19/00, publ. charge.
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.). There is also known a method including preparation of the surface of the product, thermal spraying of powder material on it and subsequent melting of the coating with a scanning laser beam (RF Patent No. 1822047, IPC V23K 26/00, 1996).
Недостатками известных способов является длительное высокотемпературное воздействие на восстанавливаемую поверхность изделия при применении наплавки, что не всегда приемлемо 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. The disadvantages of the known methods is a long-term high-temperature effect on the restored surface of the product when using surfacing, which is not always acceptable for the material of products that have a limit on the heating temperature, due to the need to preserve its operational properties. In addition, the need for intensive long-term heating of the product, with the formation of an extensive heat-affected zone, cannot be used to restore the surface when the product is in operation, for example, a pipeline at high pressure.
Наиболее близким решением по технической сути и достигаемому результату является способ восстановления металлического изделия с поверхностными трещинами, 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 .The closest solution in terms of technical essence and the achieved result is a method for restoring a metal product with surface cracks, including preliminary preparation of the surface of the product and subsequent exposure to it with a pulsed magnetic field that provides micromelting of the metal in the area of cracks (RF Patent No. 2695392, IPC C21D 1/04, published on July 23, 2019). In the known method, the workpiece is affected by a pulsed magnetic field in such a way that the eddy currents have a perpendicular direction to the formed fatigue cracks on the surface of the product, and the magnitude of the eddy currents when exposed to cracks is from 20 kA to 100 kA. In this case, the product is clamped with clamping rings in the inductor.
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.The disadvantage of the prototype method (RF Patent No. 2695392, IPC
Задачей изобретения является создание способа заделки и устранения трещин на поверхности изделия без перегрева его материала для сохранения эксплуатационных характеристик восстанавливаемого изделия. The objective of the invention is to create a method for sealing and eliminating cracks on the surface of the product without overheating its material in order to maintain the performance characteristics of the restored product.
Техническим результатом изобретения является обеспечение заварки поверхностных трещин на металлическом изделии без перегрева его материала.The technical result of the invention is to provide welding of surface cracks on a metal product without overheating of its material.
Технический результат достигается за счет того, что в способе восстановления металлического изделия с поверхностными трещинами, 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 упомянутые трещины заполняют металлическим порошком, составом близким к составу материала восстанавливаемого изделия.The technical result is achieved due to the fact that in the method of restoring a metal product with surface cracks, including preliminary preparation of the surface of the product and subsequent exposure to it with a pulsed magnetic field, which provides micromelting of the metal in the area of cracks, unlike the prototype, before the micromelting effect of the pulsed magnetic field, the said cracks filled with metal powder, the composition is close to the composition of the material of the restored product.
Кроме того возможны следующие дополнительные приемы способа: после заполнения трещин упомянутым металлическим порошком производят запрессовку упомянутого порошка в трещины; после заполнения трещин упомянутым металлическим порошком производят запрессовку упомянутого порошка в трещины; запрессовку упомянутого металлического порошка производят сжимающим воздействием импульсного магнитного поля; заполнение трещин упомянутым металлическим порошком производят газотермическим напылением, а в качестве предварительной подготовки поверхности изделия используют ультразвуковую промывку в растворителе с последующей пескоструйной обработкой; заполнение трещин упомянутым металлическим порошком производят лазерным спеканием, а в качестве предварительной подготовки поверхности изделия используют ультразвуковую промывку; после заполнения трещин упомянутым порошком производят его оплавление ТВЧ; 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 180 кА; в качестве упомянутого восстанавливаемого изделия используется трубопровод; предварительную подготовку поверхности осуществляют ультразвуковой очисткой, обеспечивающей удаление окисных пленок с поверхности трещин.In addition, the following additional methods of the method are possible: after filling the cracks with said metal powder, said powder is pressed into the cracks; after filling the cracks with said metal powder, said powder is pressed into the cracks; pressing said metal powder produced by compressive action of a pulsed magnetic field; the filling of cracks with said metal powder is carried out by thermal spraying, and as a preliminary preparation of the surface of the product, ultrasonic washing in a solvent is used, followed by sandblasting; the filling of cracks with said metal powder is carried out by laser sintering, and ultrasonic washing is used as preliminary preparation of the surface of the product; after filling the cracks with said powder, it is melted with HDTV; said micro-melting effect of a pulsed magnetic field is provided by the action of eddy currents on cracks in the direction transverse to cracks with the magnitude of said eddy currents from 80 kA to 180 kA; a pipeline is used as said recoverable product; preliminary surface preparation is carried out by ultrasonic cleaning, which ensures the removal of oxide films from the crack surface.
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.Exposure to a pulsed magnetic field with eddy currents induced in the product in the transverse direction to the cracks makes it possible to create microwelding pools of molten metal in the area of cracks and thus weld cracks on the product surface.
Величина вихревых токов должна быть регулируема таким образом, чтобы обеспечивать микрорасплавление металлического порошка-наполнителя, запрессованного в трещины, образования в них микросварочных ванн и заварку трещин на поверхности изделия. Поскольку микрорасплавление металлического порошка 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. The magnitude of eddy currents must be controlled in such a way as to ensure micromelting of the metal filler powder pressed into cracks, the formation of microwelding pools in them, and the welding of cracks on the surface of the product. Since the micromelting of the metal powder and the crystallization of the molten metal occur in the microregion in just a few seconds, the crack welding is ensured without overheating of the product material, which contributes to the preservation of its operational properties. To further minimize the heating of the material of the product, cracks can be sealed in separate sections, sequentially.
На фигуре представлен процесс заварки трещин на поверхности изделия импульсным магнитным полем. На фигуре представлено: фиг. а – изделие с трещинами до восстановления, фиг. b – изделие с трещинами, заполненными порошком-наполнителем, фиг. c – изделие с трещинами с запрессованным порошком-наполнителем, фиг. d – изделие при воздействии импульсного магнитного поля, вызывающего направленное воздействие вихревых токов, фиг. е – изделие с заваренными трещинами после восстановления. Фигура (фиг.) содержит: 1 – изделие, 2 – трещины, 3 – порошок-наполнитель, 4 – запрессованный порошок-наполнитель, 5 – устройство для прессования порошка, 6 – сварочная микрованна, 7 – область расположения заваренных трещин. Р - усилие запрессовки порошка в трещины.The figure shows the process of welding cracks on the surface of the product by a pulsed magnetic field. The figure shows: Fig. a - product with cracks before restoration, fig. b – product with cracks filled with filler powder, fig. c – product with cracks with pressed filler powder, fig. d - product under the influence of a pulsed magnetic field, causing a directed effect of eddy currents, fig. e - product with welded cracks after restoration. The figure (fig.) contains: 1 - product, 2 - cracks, 3 - filler powder, 4 - pressed filler powder, 5 - powder pressing device, 6 - welding microbath, 7 - welded cracks location area. P is the force of pressing the powder into cracks.
Реализация предлагаемого способа осуществляется следующим образом.The implementation of the proposed method is carried out as follows.
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 трещины заполняют металлическим порошком, составом близким к составу материала восстанавливаемого изделия (фиг.b) и производят его запрессовку в трещины (фиг. с). Запрессовка порошка в трещины может производится, например, сжимающим воздействием импульсного магнитного поля, посредством воздействия на оболочку устройства для прессования порошка 5 (фиг. с) (как это например, показано, в патенте РФ № 2651094, МПК B22F 3/20, опубл. 18.04.2018 г.) . Далее, на изделие 1 воздействуют импульсным магнитным полем, обеспечивающим микрорасплавление металла в области завариваемых трещин 2 (фиг. с, фиг. d). При этом микрорасплавляющее воздействие импульсного магнитного поля обеспечивается воздействием вихревых токов на трещины 2 в поперечном к трещинам 2 направлении (фиг. d). В зависимости от используемых составов металлических порошков подбирается энергия магнитно-импульсного воздействия, обеспечивающая величину вихревых токов от 80 кА до 180 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 180 кА. (Например, для порошкового материала типа АМГ6, при восстановлении изделия из того же материала, величина вихревых токов составляет от 80 кА до 90 кА, для сталей типа 16Х3НВФМБ, 30ХГСА, 38Х2МЮ величина вихревых токов составляет от 140 кА до 170 кА, для никелевых сплавов типа ЖС6У - 160 кА до 190 кА, для титановых сплавов от 120 кА до 150 кА, см. таблицу. Испытывались образцы разметами 300х200х40 мм. При магнитно-импульсном воздействии на испытуемые образцы изделий с трещинами температура образцов нагревалась не выше 70о С).One of the well-known methods, for example, sandblasting followed by ultrasonic washing, prepares the
Таблица. Результаты заварки трещин магнитно-импульсным воздействием на трещины, заполненные порошком металла Table. The results of crack welding by magnetic-pulse action on cracks filled with metal powder
(заварено «+» , непровар «-»)Note.
(brewed "+", lack of penetration "-")
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. Thus, the proposed method for the restoration of a metal product with surface cracks made it possible to achieve the technical result set in the invention - ensuring the welding of surface cracks on a metal product without overheating its material.
Claims (9)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2787285C1 true RU2787285C1 (en) | 2023-01-09 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 (en) * | 1998-04-21 | 1999-09-27 | Инженерный центр "Сплав" | Method of strengthening parts by induction welding deposition |
| US7748596B2 (en) * | 2003-10-08 | 2010-07-06 | Nippon Steel Corporation | Welded structure having excellent resistance to brittle crack propagation and welding method therefor |
| RU2444425C2 (en) * | 2010-04-06 | 2012-03-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method of repairing fractures in metal structures |
| RU2695392C1 (en) * | 2018-01-10 | 2019-07-23 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Method of increasing impact strength of metals |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 (en) * | 1998-04-21 | 1999-09-27 | Инженерный центр "Сплав" | Method of strengthening parts by induction welding deposition |
| US7748596B2 (en) * | 2003-10-08 | 2010-07-06 | Nippon Steel Corporation | Welded structure having excellent resistance to brittle crack propagation and welding method therefor |
| RU2444425C2 (en) * | 2010-04-06 | 2012-03-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method of repairing fractures in metal structures |
| RU2695392C1 (en) * | 2018-01-10 | 2019-07-23 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Method of increasing impact strength of metals |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Manikandan et al. | Investigation of microstructure and mechanical properties of super alloy C-276 by continuous Nd: YAG laser welding | |
| Angelastro et al. | Weldability of TWIP and DP steel dissimilar joint by laser arc hybrid welding with austenitic filler | |
| RU2787285C1 (en) | Method for restoring a metal product with surface cracks | |
| RU2787283C1 (en) | Method for filling cracks on the surface of a metal product | |
| El-Batahgy et al. | Nd-YAG laser beam and GTA welding of Ti-6Al-4V alloy | |
| Tuncel et al. | A comparison of tensile properties of single-sided and double-sided laser welded DP600 steel sheets | |
| RU2787284C1 (en) | Method for patching surface cracks in a metal product | |
| Chiong et al. | Effect of SMAW parameters on microstructure and mechanical properties of AISI 1018 low carbon steel joints: an experimental approach | |
| 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 | |
| Hiraga et al. | Nd: YAG laser welding of pure titanium to stainless steel | |
| Singh et al. | Filler powder free joining of SAF 2507 using selective microwave hybrid heating technique | |
| Moradi et al. | Nd: YAG Laser Welding of Ti 6-Al-4V: Mechanical and Metallurgical Properties. | |
| Ahmed et al. | Welding of titanium (Ti-6Al-4V) alloys: a review | |
| Singh et al. | Effect of groove design on the mechanical properties of shielded metal arc welded joints | |
| 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 | |
| Phogat et al. | Experimental study of effect of process parameter of GMAW welding on mechanical properties and microstructure of steel (SAILMA 350 HI) | |
| Al-Filfily et al. | Strength of resistance spot welding of aluminum alloy AA6061 to carbon steel using different filler materials | |
| Vietanti et al. | Analysis of welding position and current on mechanical properties of A36 steel using shield metal arc welding | |
| Rasouli et al. | The effect of chemical composition of filler metal on properties of dissimilar joint between AISI316 and AISI430 steels welded by GTAW | |
| Hendronursito et al. | Analysis of Shielded Metal Arc Welding (SMAW) on high manganese steel hammer-mill crusher | |
| Ramadan et al. | Laser Beam Welding Effect On The Microhardness Of Welding Area Of 304 Stainless Steel & Low Carbon Steel | |
| Purwaningrum et al. | An Experimental Study on Effect of T-Joint’s Root Gap on Welding Properties | |
| Hussien et al. | Evaluation of stainless steel 316L joints welded by laser | |
| Sivagurumanikandan et al. | Pulsed wave Nd: YAG laser welding of UNS S32750 super duplex stainless steel |