UA60390C2 - Method for treatment of steel-work welds by high-frequency forging - Google Patents
Method for treatment of steel-work welds by high-frequency forging Download PDFInfo
- Publication number
- UA60390C2 UA60390C2 UA2001064020A UA200164020A UA60390C2 UA 60390 C2 UA60390 C2 UA 60390C2 UA 2001064020 A UA2001064020 A UA 2001064020A UA 200164020 A UA200164020 A UA 200164020A UA 60390 C2 UA60390 C2 UA 60390C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- processing
- stresses
- treatment
- cycle
- compressive stresses
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000005242 forging Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 239000010953 base metal Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 46
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 20
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims description 7
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000013068 control sample Substances 0.000 claims 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 abstract description 11
- 238000003466 welding Methods 0.000 abstract description 6
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000306 recurrent effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 abstract 1
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 description 20
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 11
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 244000309464 bull Species 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000002635 electroconvulsive therapy Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 3
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 101150098533 SOST gene Proteins 0.000 description 2
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 2
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 2
- 241000251468 Actinopterygii Species 0.000 description 1
- 235000013499 Eleusine coracana subsp coracana Nutrition 0.000 description 1
- 241001426056 Eleusine coracana subsp. coracana Species 0.000 description 1
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005562 fading Methods 0.000 description 1
- 238000009527 percussion Methods 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 235000002079 ragi Nutrition 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Arc Welding In General (AREA)
Abstract
Description
Опис винаходуDescription of the invention
Винахід відноситься до технологічного застосування потужних ультразвукових коливань (УЗК) для 2 поверхневої зміцнюючої обробки металевих виробів і, насамперед, зварних з'єднань металоконструкцій ударними імпульсами, які слідують з високою частотою. Він може бути використаний в машинобудуванні, суднобудуванні, мостобудуванні та інших галузях промисловості і будівництва, які пов'язані з виробництвом і експлуатацією зварних конструкцій відповідального призначення, що працюють в умовах динамічного і особливо повторно-змінного навантаження, для запобігання передчасної появи втомних тріщин і руйнування в зоні 710 зварних з'єднань.The invention relates to the technological application of powerful ultrasonic vibrations (UZK) for 2 surface strengthening treatment of metal products and, first of all, welded joints of metal structures by shock pulses that follow at a high frequency. It can be used in machine-building, shipbuilding, bridge-building and other branches of industry and construction, which are related to the production and operation of welded structures of responsible purpose, working under conditions of dynamic and especially repeated-changing load, to prevent the premature appearance of fatigue cracks and destruction in the area of 710 welded joints.
Для зміцнення і релаксаційної обробки зварних з'єднань конструкцій використовують різноманітні ударні методи: магнітоїмпульсний, низькочастотна проковку пневмоінструментом, дробоструменеву обробку та інші (Данилов Г.ИМ., Леонов В.П., Золотое В.Ф. и др. Зффективность технологических методов повьішения циклического ресурса сварньїх оузлов ледос-тойких стационарньх буровьх установок // Вопрось материаловедения. - 1996.- Мо2.- С.15-22). Однак вони відрізняються значною енергоємністю, невеликою продуктивністю, створюють значний шум, який часто перевищує допустимі норми. З цією метою використовують також потужні ультразвукові коливання, які трансформуються в високочастотні ударні імпульси деформуючих елементів (кульок або стрижнів), що діють на поверхню деталей чи конструкцій (А.с. СССР Мо472782. Опубл. 05.06.75. Бюлл. Мо21). Сила удару цих елементів залежить від їх маси, амплітуди коливань вихідного торця ультразвукового перетворювача, радіусу їх заокруглення і від швидкості на момент контакту з поверхнею, що піддається обробці. Режими обробки того чи іншого матеріалу або зварного з'єднання регламентують способи ультразвукової ударної обробки (Пат. України Мо12741. Надрук. 28.02.97. Бюл. Мо1). У згаданому вище аналогу оптимальну тривалість обробки обчислюють за допомогою спеціального операційного технологічного комплексу.Various impact methods are used for strengthening and relaxation treatment of welded joints of structures: magnetic pulse, low-frequency forging with a pneumatic tool, shot blasting and others (G.I.M. Danilov, V.P. Leonov, V.F. Zolotoe, etc. cyclic resource of welding nodes of ice-resistant stationary drilling rigs // Vopros materialovedeniya. - 1996. - Mo2. - P.15-22). However, they are characterized by significant energy consumption, low productivity, and create significant noise that often exceeds permissible standards. For this purpose, powerful ultrasonic vibrations are also used, which are transformed into high-frequency shock pulses of deforming elements (balls or rods) acting on the surface of parts or structures (AS USSR Mo472782. Publ. 06.05.75. Bull. Mo21). The impact force of these elements depends on their mass, the amplitude of oscillations of the output end of the ultrasonic transducer, the radius of their rounding, and the speed at the moment of contact with the surface to be processed. Modes of processing this or that material or welded joint regulate methods of ultrasonic shock treatment (Pat. of Ukraine Mo12741. Print. 28.02.97. Bull. Mo1). In the analogue mentioned above, the optimal duration of processing is calculated using a special operational technological complex.
Для цього на магнітострикційний перетворювач подають знакозмінну електричну напругу в імпульсному режимі. сFor this purpose, the magnetostrictive converter is supplied with alternating electric voltage in pulse mode. with
При відсутності напруги перетворювач продовжує коливатись з деяким згасанням. При стабілізації цього Ге) згасання обробку закінчують. Проте очевидно, що такий спосіб можна застосовувати для обмеженої кількості матеріалів, механічні властивості яких суттєво змінюються у процесі обробки. Більш міцні матеріали, які потребують значної тривалості обробки, будуть оброблятися менше, ніж потрібно, бо згасання власних коливань перетворювача буде при цьому практично однаковим з початку обробки. Тому для кожного матеріалу та типу о зварного з'єднання необхідно створювати свою оптимальну технологію обробки, яка дає максимальний корисний /д) ефект при мінімальних енергетичних і трудових витратах. Основним критерієм що до збільшення циклічної довговічності зварних металоконструкцій є створення нормованих по величині і характеру розподілу залишкових о напружень стиснення у зоні, прилеглий до зварного шва, які виникають при пластичному деформуванні поверхні су металів. 3о Найбільш близьким до способу, який пропонується, є відомий спосіб обробки зварних металоконструкцій ее, переважно із сталі, який включає дію ультразвуковим ударним інструментом з заданою амплітудою зміщення вихідного торця ультразвукового перетворювача в зоні, яка прилягає до зварного шва, для збільшення циклічної довговічності зварних металоконструкцій шляхом створення нормованих по величині і характеру розподілу « залишкових напружень стиску в зоні біля шву (Пат. України. Мо23001. Надрук. 30.06.98. Бюл. Мо3). При цьому - 50 вибір амплітуди коливань вихідного торця ультразвукового перетворювача А здійснюється згідно з емпіричним с виразом: ;» 224 5 алаїтт зав З стК2 де ї - частота ударних імпульсів, т - маса ударника, ст - межа плинності матеріалу, що обробляється, К -In the absence of voltage, the converter continues to oscillate with some damping. When this (He) fading is stabilized, the processing is finished. However, it is obvious that this method can be used for a limited number of materials whose mechanical properties change significantly during processing. Stronger materials, which require a significant duration of processing, will be processed less than necessary, because the damping of the natural oscillations of the transducer will be practically the same from the beginning of processing. Therefore, for each material and type of welded joint, it is necessary to create its own optimal processing technology, which gives the maximum useful /d) effect with minimal energy and labor costs. The main criterion for increasing the cyclic durability of welded metal structures is the creation of normalized distribution of residual compressive stresses in the zone adjacent to the weld, which occur during plastic deformation of the surface of the metals. 3о The closest to the proposed method is a known method of processing welded metal structures, mainly made of steel, which includes the action of an ultrasonic impact tool with a given displacement amplitude of the output end of the ultrasonic transducer in the zone adjacent to the weld, to increase the cyclic durability of welded metal structures by creating standardized residual compressive stresses in the zone near the seam, normalized in terms of size and nature of distribution (Pat. of Ukraine. Mo23001. Print. 30.06.98. Bull. Mo3). At the same time - 50 the selection of the amplitude of oscillations of the output end of the ultrasonic transducer A is carried out according to the empirical expression: 224 5 alaitt zav Z stK2 where i - the frequency of impact pulses, t - the mass of the impactor, st - the yield strength of the material being processed, K -
Ге») радіус ударника. При цьому в зварних конструкціях із низько-вуглецевих сталей обробку здійснюють в зоні, обмеженій лінією, по якій пройшла первинна рекристалізація, а в конструкціях із легованих і високоміцних о сталей ця зона обмежена лінією, по якій пройшов низький відпуск. В якості оптимальної величини наведених (4) залишкових напружень стиску тут прийняті значення 1,2...1,5ст в поверхневому шарі товщиною 0,1...0,2мм при со 50 загальній глибині залягання залишкових напружень 1,0...1,2мм.Ge") radius of the impactor. At the same time, in welded structures made of low-carbon steels, processing is carried out in the zone limited by the line along which primary recrystallization took place, and in structures made of alloyed and high-strength steels, this zone is limited by the line along which low tempering took place. The values of 1.2...1.5c in the surface layer with a thickness of 0.1...0.2mm at a total depth of residual stresses of 1.0... 1.2 mm.
Одним з недоліків даного способу є те, що обробку зварних з'єднань різних сталей треба здійснювати в «2 зонах, обмежених відповідними ізотермами, які знаходяться на відстані 3...5мм для низько вуглецевих сталей та 9...15мм для легованих і високоміцних сталей від лінії сплавлення. В той же час нормовані по величині і характеру розподілу напруження стиску приймаються такими, що дорівнюють максимально досяжним їх значенням, які перевищують межу плинності 1,2...1,5 рази. Однак при цьому не враховуються умови подальшого циклічного навантаження, такі як коефіцієнт асиметрії циклу, концентрація напружень, яка обумовлена формою о зварного з'єднання і способом зварювання, а також інші фактори, що суттєво змінюють опір втомі зварних іме) з'єднань і ступінь впливу залишкових напружень на їх циклічну довговічність. Тому нормована величина створених ультразвуковою ударною обробкою залишкових напружень стиску в зонах концентраторів, при якій 60 досягається максимально можливе підвищення межі витривалості і збільшення циклічної довговічності з'єднання, повинна встановлюватися диференційовано, тобто в залежності від вище згаданих факторів.One of the disadvantages of this method is that the processing of welded joints of different steels must be carried out in "2 zones, limited by the corresponding isotherms, which are at a distance of 3...5 mm for low-carbon steels and 9...15 mm for alloyed and high-strength steels of steels from the fusion line. At the same time, normalized by the magnitude and nature of the distribution of compressive stresses are taken to be equal to their maximum achievable values, which exceed the yield strength by 1.2...1.5 times. However, this does not take into account the conditions of further cyclic loading, such as the coefficient of asymmetry of the cycle, the stress concentration, which is determined by the shape of the welded joint and the welding method, as well as other factors that significantly change the fatigue resistance of welded joints and the degree of influence residual stresses on their cyclic durability. Therefore, the normalized value of the residual compressive stresses created by ultrasonic shock treatment in the concentrator zones, at which the maximum possible increase in the endurance limit and increase in the cyclic durability of the connection is achieved, should be set differently, that is, depending on the above-mentioned factors.
Величина цих напружень залежить при інших рівних умовах від часу обробки одиниці площини, або продуктивності обробки. В відомому способі амплітуда А визначається із співвідношення (1), а час обробки не вказано. Але передбачається, що він повинен бути достатнім для створення напружень стиску на рівні 1,2...1,5ст 65 у відповідних зонах. Досвід показує, що для цього потрібні значні витрати часу, тому відомий спосіб відрізняється низькою продуктивністю. Вказані недоліки не дають можливості цілеспрямованого вибору технологічних параметрів ультразвукової ударної обробки, що ускладнює її оптимізацію і досягнення очікуваного технічного результату, який полягає в максимально можливому зростанню втомної міцності зварних з'єднань різноманітних матеріалів при значному скороченні часу їх обробки.The magnitude of these stresses depends, other things being equal, on the processing time of a unit of the plane, or the processing productivity. In the known method, the amplitude A is determined from relation (1), and the processing time is not specified. But it is assumed that it should be sufficient to create compressive stresses at the level of 1.2...1.5 st 65 in the corresponding zones. Experience shows that this requires a significant amount of time, so the known method is characterized by low productivity. These shortcomings do not allow for a purposeful selection of the technological parameters of ultrasonic impact treatment, which makes it difficult to optimize it and achieve the expected technical result, which consists in the maximum possible increase in the fatigue strength of welded joints of various materials with a significant reduction in their processing time.
Важливою задачею в розвитку технології ультразвукової ударної обробки, або високочастотної проковки, є більш обгрунтована оптимізація технологічних параметрів по критерію створюємих в зонах концентраторів залишкових напружень стиску. При цьому необхідно встановити такі значення нормуючих залишкових напружень стиску для металів різної міцності, які забезпечать при інших рівних умовах максимально досяжне підвищення межі витривалості і збільшення циклічної довговічності зварних з'єднань різних типів. 70 В основу винаходу поставлена задача вдосконалення і значного підвищення продуктивності способу обробки зварних з'єднань металоконструкцій із сталей і сплавів високочастотною проковкою, що включає дію ультразвуковим ударним інструментом в областях концентрації напружень, які розташовані уздовж льінії сплавлення шва з основним металом, шляхом створення нормованих по величині залишкових напружень стиску, при яких амплітуда циклічних напружень від зовнішнього навантаження досягає межі плинності матеріалу при ст 79 стиску - ст у цих областях. При цьому в залежності від асиметрії циклу, типу з'єднань, коефіцієнту концентрації напружень і механічних властивостей матеріалу необхідна величина залишкових напружень стиску ст при обробці суттєво змінюється і може бути значно меншою ніж сто. Окрім цього обробка зварних з'єднань сталей і сплавів будь-якої міцності провадиться за допомогою ультразвуку стрижневими ударними інструментами діаметром 2...5мм, розташованими в один ряд, кількістю від 1-го до 5-ти і більше (в залежності від конструкції і інструменту). Обробка здійснюється в області концентрації напружень, тобто по лінії сплавлення на ширину 1...2,5мм по обидві сторони від даної лінії. При цьому формується канавка вказаної ширини і глибиною від 0,2 до 1,О0мм.An important task in the development of the technology of ultrasonic shock treatment, or high-frequency forging, is a more reasonable optimization of technological parameters according to the criterion of the residual compressive stresses created in the zones of the concentrators. At the same time, it is necessary to establish such values of normalizing residual compressive stresses for metals of different strengths, which will ensure, other things being equal, the maximum achievable increase in the endurance limit and increase in the cyclic durability of welded joints of various types. 70 The invention is based on the task of improving and significantly increasing the productivity of the method of processing welded joints of metal structures made of steels and alloys by high-frequency forging, which includes the action of an ultrasonic impact tool in the areas of stress concentration located along the line of fusion of the seam with the base metal, by creating standardized the value of the residual compressive stresses, at which the amplitude of the cyclic stresses from the external load reaches the yield point of the material at 79 degrees of compression in these areas. At the same time, depending on the asymmetry of the cycle, the type of connections, the coefficient of stress concentration and the mechanical properties of the material, the required value of residual compressive stresses during processing changes significantly and can be significantly less than one hundred. In addition, processing of welded joints of steels and alloys of any strength is carried out with the help of ultrasound with rod impact tools with a diameter of 2...5 mm, located in one row, numbering from 1 to 5 or more (depending on the design and tool). Processing is carried out in the area of stress concentration, that is, along the fusion line 1...2.5 mm wide on both sides of this line. At the same time, a groove of the specified width and depth from 0.2 to 1.0 mm is formed.
Запропонований спосіб дозволяє забезпечити цілеспрямовану високочастотну проковку зварних з'єднань с різноманітних матеріалів в залежності від типу шва, асиметрії циклу зовнішнього навантаження та інших чинників. Для досягнення максимально можливого підвищення межі витривалості зварних з'єднань виключається і9) необхідність формування залишкових напружень стиску, які згідно з прототипом повинні дорівнювати 1,2...1,5 ст - межі плинності матеріалу. При цьому в області впливу знакозмінних напружень від зовнішнього навантаження ст необхідні рівні залишкових напружень, сформовані такою обробкою, можуть бути суттєво нижчі за ст металів і о 3о сплавів, а їх величина встановлюється розрахунковим методом. Ге)The proposed method allows for purposeful high-frequency forging of welded joints from various materials depending on the type of seam, asymmetry of the external load cycle, and other factors. In order to achieve the maximum possible increase in the endurance limit of welded joints, i9) the need for the formation of residual compressive stresses, which according to the prototype should be equal to 1.2...1.5 st - the yield strength of the material, is excluded. At the same time, in the area of influence of sign-changing stresses from the external load, the required levels of residual stresses formed by such processing can be significantly lower than those of metals and 3o alloys, and their value is determined by the calculation method. Gee)
Так, нормуючу величину залишкових напружень стиску в зоні концентратора, в залежності від згаданих факторів для зварних з'єднань, визначають згідно з наступним співвідношенням (Тгшуаком М.І., Мікпеєм Р.Р., ШкThus, the normalizing amount of residual compressive stresses in the concentrator zone, depending on the mentioned factors for welded joints, is determined according to the following ratio (Tgshuakom M.I., Mikpeim R.R., Shk
Кидгуамізвем Ми. Раїдце звігепо(йй ої УУеїдей Бігисіцге5. Кевзідца! Зігеззез ап Зігепоіпепіпу Тгеаійтепів. «зWe are Kidguamiz. Raidce zvigepo(yy oi UUeidei Bigisitsge5. Kevzidtsa! Zigezzez ap Zigepoipepipu Tgeaiitepiv. "from
Нагмоса асадетіс рибіїзНегв.- Мої. З, рагі 2.-1995,-100р.): (Се) « а 3 с 2 Кк п вї-- ч о ев СехNagmosa asadetis fish from Negv. - Mine. Z, ragi 2.-1995,-100 years): (Se) « a 3 s 2 Kk p vy-- ch o ev Seh
Б (о вето щі т к са йB (about veto schi t k sa y
ЯI
45 . я а (є) Г-з45 . I am (is) G-z
Ак, - Я - 2 (ав) ап я (95) о 50 пс й й щ й й й о де сост - нормовані залишкові напруження стиску, при яких мінімальні напруження циклу від зовнішнього ст навантаження в зоні концентратора досягають межі плинності матеріалу ст при стиску; св - межа міцності матеріалу; Ас - теоретичний коефіцієнт концентрації напружень; Кс - коефіцієнт асиметрії циклу; са - гранична амплітуда напружень циклу зварного з'єднання у вихідному стані з високими залишковими напруженнями о розтягу. ко Таким чином, на відміну від прототипу, ударна обробка зварних з'єднань металоконструкцій всіх типів провадиться не в зонах шириною 3...15мм, а лише по лінії сплавлення, де концентрація напруг найбільша. бо Ширина області, яка формується в процесі обробки, пов'язана виключно з діаметром ударних інструментів і дорівнює, як правило, 2...5мм. В ній локалізовані концентратори напружень і максимальні розтягуючи залишкові напруги 1-го роду, а також накопичуються різноманітні дефекти зварювання. Тому обробка більш широких зон, як у прототипі, не дає корисного ефекту, а тільки збільшує час обробки. Режими обробки (амплітуда коливань ультразвукового випромінювача, розмір і кількість ударників, швидкість переміщення інструменту уздовж шва, 65 сила притиснення інструменту до конструкції) добираються такими, щоб забезпечити необхідний рівень залишкових напружень стиснення ост,Ak, - I - 2 (av) ap i (95) o 50 ps y y sh y y y o de sost - normalized residual compressive stresses, at which the minimum cycle stresses from the external stage of the load in the concentrator zone reach the yield point of the material at compression; sv - strength limit of the material; Ac - theoretical coefficient of stress concentration; Ks - cycle asymmetry coefficient; sa - the limit stress amplitude of the cycle of the welded joint in the initial state with high residual tensile stresses. Thus, unlike the prototype, impact treatment of welded joints of metal structures of all types is not carried out in zones with a width of 3...15 mm, but only along the fusion line, where the stress concentration is the greatest. because the width of the area that is formed in the process of processing is exclusively related to the diameter of percussion instruments and is equal, as a rule, to 2...5 mm. Stress concentrators and maximum tensile residual stresses of the 1st kind are localized in it, and various welding defects accumulate. Therefore, the processing of wider areas, as in the prototype, does not give a useful effect, but only increases the processing time. Processing modes (amplitude of vibrations of the ultrasonic emitter, size and number of impactors, speed of movement of the tool along the seam, 65 force of pressing the tool against the structure) are selected in such a way as to ensure the required level of residual compressive stresses of the ost,
В той же час після обробки запишається канавка шириною 2...5 мм і глибиною від 0,2 до мм. Розміри канавки в різних матеріалах приблизно пов'язані з величиною напружень стиснення. Тому оцінка цих розмірів і візуальний огляд канавки значно спрощують аналіз якості і завершеності процесу обробки, що може бути використано для експрес-контролю її режимів замість вимірювань сост, які здійснюються переважно на контрольних зразках. Створення залишкових напружень стиску ост високочастотною проковкою в області концентрації напружень забезпечує максимально можливе підвищення межі витривалості зварних з'єднань при суттєвому скороченні часу обробки.At the same time, after processing, a groove with a width of 2...5 mm and a depth of 0.2 to mm is recorded. The dimensions of the groove in various materials are roughly related to the amount of compression stress. Therefore, the assessment of these dimensions and the visual inspection of the groove greatly simplify the analysis of the quality and completeness of the processing process, which can be used for express control of its modes instead of measurements of the contents, which are carried out mainly on control samples. The creation of residual compressive stresses by high-frequency forging in the area of stress concentration provides the maximum possible increase in the endurance limit of welded joints with a significant reduction in processing time.
На Фіг.1 показано графік залежності нормованих залишкових напружень стиску ост від коефіцієнту асиметрії циклу зовнішнього навантаження для стикових з'єднань сталей, згрупованих по трьом класам міцності: низько-вуглецева - ст 7 З00МпПа (1), легована - ст 7 400МПа (2), високоміцна - ст 7 600МПа. На Фіг.2 показано т5 такий самий графік залежності сост від Ко для сталей, розташованих у тому ж порядку: 1 - низько-вуглецева, 2 - легована і З - високоміцна, але для зварних з'єднань з поперечними кутовими швами. Наведені дані свідчать про суттєвий вклад асиметрії циклу на оптимальну величину залишкових напружень стиску, які треба сформувати в зонах концентраторів високочастотною проковкою. Вони повинні забезпечити максимально 20 можливе підвищення межі витривалості і збільшення циклічної довговічності зварних з'єднань. З графіків наFig. 1 shows a graph of the dependence of normalized residual compressive stresses on the asymmetry coefficient of the external load cycle for butt joints of steels grouped by three strength classes: low-carbon steel - grade 7 300MPa (1), alloyed - grade 7 400MPa (2) , high-strength - Article 7 600MPa. Fig. 2 shows the same graph of the dependence of sost on Ko for steels arranged in the same order: 1 - low-carbon, 2 - alloyed and Z - high-strength, but for welded joints with transverse corner seams. The given data indicate a significant contribution of the asymmetry of the cycle to the optimal value of the residual compressive stresses, which must be formed in the zones of the concentrators by high-frequency forging. They should provide the maximum possible increase in the endurance limit and increase the cyclic durability of welded joints. From the graphs on
Фіг.1 і Фіг2 видно, що необхідні рівні залишкових напружень, які треба досягти за допомогою поверхневої деформації, можуть бути значно нижчі межи плинності с відповідного матеріалу і лише при від нульовому (асиметричному) циклі при Ко-0 вони дорівнюють ст. На практиці такі залежності обраховуються за допомогою сч 25 комп'ютерних програм для конструкційних матеріалів різноманітних марок і різних типів зварних з'єднань і зберігаються в пам'яті комп'ютера. При потребі ці дані використовуються для вибору режимів високочастотної о) проковки зварних швів.Fig. 1 and Fig. 2 show that the required levels of residual stresses, which must be achieved by means of surface deformation, can be significantly lower than the yield strength of the corresponding material and only at zero (asymmetric) cycle at Ko-0 they are equal to Art. In practice, such dependencies are calculated with the help of 25 computer programs for structural materials of various brands and various types of welded joints and are stored in the computer memory. If necessary, these data are used to select modes of high-frequency o) forging of welds.
Реалізація способу обробки зварних з'єднань металоконструкцій базується в першу чергу на розрахунках нормованих залишкових напружень стиску сост, які треба створити в зоні концентраторів уздовж шва, щоб о то забезпечити максимально можливе підвищення межі втомної витривалості. Після визначення ост необхідно /Ф) вибрати оптимальний режим обробки за допомогою ультразвукового генератора і магнітострикційного або (З п'єзокерамічного перетворювачів, коливання яких трансформуються в високочастотні ударні імпульси за допомогою стрижнів-ударників різного діаметру. В залежності від міцності матеріалу, який обробляється, оThe implementation of the method of processing welded joints of metal structures is based primarily on the calculations of the normalized residual compressive stresses of the components, which must be created in the zone of concentrators along the seam in order to ensure the maximum possible increase in the fatigue endurance limit. After determining the ost, it is necessary /F) to choose the optimal processing mode using an ultrasonic generator and magnetostrictive or (Z piezoceramic transducers, the oscillations of which are transformed into high-frequency shock pulses using impact rods of different diameters. Depending on the strength of the material being processed, o
З5 провадиться вибір потужності ультразвукового обладнання Р у межах 0,25...1,0кКВт, амплітуди ультразвукових «я коливань (Л-А20-35мкм) і діаметру бойків (2-5мм). Потужність і амплітуда прямо пропорційні ст, а діаметр бойків потрібно вибирати більшим для менш міцних матеріалів. Основними параметрами режиму обробки є: діаметр бойків - а, кількість бойків - п, радіус заокруглення кінцевої частини бойків - К, продуктивність обробкиWith 5, the power of ultrasonic equipment P is selected within 0.25...1.0 kW, the amplitude of ultrasonic oscillations (L-A20-35μm) and the diameter of the punches (2-5mm). Power and amplitude are directly proportional to art, and the diameter of the strikers should be chosen larger for less strong materials. The main parameters of the processing mode are: the diameter of the punches - a, the number of punches - n, the radius of rounding of the final part of the punches - K, processing performance
О-ІЛ/Т, де Г. - довжина ділянки шва, яка обробляється, Т - час обробки, Е ст - зусилля притискання інструменту « 40 до деталі, М- швидкість просування інструмента уздовж шва. Е Ст дорівнює 40-50 Н і є постійною для всіх шщ с режимів обробки. Оптимізація режимів здійснюється експериментальне на зразках, щоб досягти заданих значень з» ост за найменший час. Ці залишкові напруги вимірюють рентгенівським, ультразвуковим, голографічним або іншим неруйнівним методом і визначають час обробки. Потім роблять виміри розмірів канавки, що утворюється уздовж лінії сплавлення шву з основним металом. Ширина і глибина канавки пов'язані зі ступенем деформації іO-IL/T, where H. is the length of the section of the seam that is processed, T is the processing time, E st is the force of pressing the tool « 40 to the part, M is the speed of advancement of the tool along the seam. E St is equal to 40-50 N and is constant for all processing modes. The optimization of the modes is carried out experimentally on samples in order to achieve the specified values of s»ost in the shortest time. These residual stresses are measured by X-ray, ultrasonic, holographic or other non-destructive methods and determine the processing time. Then measurements are made of the dimensions of the groove formed along the fusion line of the seam with the base metal. The width and depth of the groove are related to the degree of deformation and
Ге) відповідно з сост, тому в подальшому при обробці конструкцій орієнтуються на ці параметри. о Приклад. Для високочастотної проковки вибираємо сталь середньої міцності (наприклад 15ХСНД) і по формулі (2) розраховуємо ост для стикового з'єднання та симетричного циклу. Для цього випадку сост- 180МПа. о Дане напруження може бути визначене також за допомогою кривих (Фіг.1). Потім обираємо амплітуду коливань (се) 50 А-25мкм. Беремо діаметр бойків 4-Змм, їх кількість п-4 в один ряд, а радіус заокруглення К-Змм. Швидкість о обробки М підтримується постійною і складає приблизно 1м за хвилину. Довжина ділянок шва, які обробляються, складає І-0,28м. Обробці піддаються вузькі зони по лінії сплавлення шва з основним матеріалом за декілька проходів із швидкістю М і з послідовним вимірюванням сост. Коли ці значення співпадають з розрахованими, або дещо перевищують їх (на 3...590), обробку припиняють і фіксують загальну тривалість обробки Т. В даному о прикладі Т-1,12 хвилини, тоді продуктивність обробки даного зразка складає 0-0,25м/хв. В подальшому конструкції з цієї сталі обробляються з такою самою продуктивністю. Після обробки на поверхні зразка іме) залишається канавка шириною Б - Змм і глибиною й - 0О,Б5мм. її візуальний огляд дозволяє контролювати рівномірність і якість обробки і при необхідності дає можливість повторити обробку тієї ділянки, де канавка бо звужена, або де залишається якійсь дефект зварювання.Ge) in accordance with the composition, therefore, in the future, when processing structures, they focus on these parameters. o Example. For high-frequency forging, we choose medium-strength steel (for example, 15KHSND) and calculate the ost for butt joint and symmetrical cycle according to formula (2). For this case, the composition is 180 MPa. This stress can also be determined using curves (Fig. 1). Then we choose the amplitude of oscillations (se) 50 A-25μm. We take the diameter of the strikers 4-Zmm, their number is n-4 in one row, and the radius of rounding is K-Zmm. The processing speed M is kept constant and is approximately 1m per minute. The length of the seam sections that are processed is I-0.28m. Narrow zones along the line of fusion of the seam with the base material are processed in several passes at a speed of M and with successive measurement of the state. When these values coincide with the calculated ones, or slightly exceed them (by 3...590), the processing is stopped and the total processing time T is fixed. In the given example, T is 1.12 minutes, then the processing performance of this sample is 0-0, 25 m/min. In the future, structures made of this steel are processed with the same productivity. After processing, a groove with a width of B - 3mm and a depth of - 0О.Б5mm remains on the surface of the sample. its visual inspection allows you to control the uniformity and quality of processing and, if necessary, makes it possible to repeat the processing of the area where the groove is narrowed or where some welding defect remains.
Вихідні (після зварювання) і оброблені зразки випробовувались на вібраційній машині ЦДМ-10 по схемі знакоперемінного згину (Ке--1) з частотою 12Гц і при рівні напружень, який складав 0,25св. Середні значення довговічності для вихідних і оброблених зразків були 105 ї 7 105 циклів відповідно, тобто вона підвищилась у 7 разів. бо Техніко-економічна ефективність способу визначається підвищенням циклічної довговічності і збільшенням гарантованого строку служби зварних металоконструкцій при одночасній оптимізації процесу високочастотної проковки швів за рахунок суттєвого зниження часу обробки у порівнянні із відомим способом.The initial (after welding) and processed samples were tested on a vibration machine TsDM-10 according to the alternating sign bending scheme (Ke--1) with a frequency of 12 Hz and a stress level of 0.25 sv. The average values of durability for the original and processed samples were 105 and 7 105 cycles, respectively, that is, it increased by 7 times. because the technical and economic efficiency of the method is determined by increasing the cyclic durability and increasing the guaranteed service life of welded metal structures while simultaneously optimizing the process of high-frequency forging of seams due to a significant reduction in processing time compared to the known method.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UA2001064020A UA60390C2 (en) | 2001-06-12 | 2001-06-12 | Method for treatment of steel-work welds by high-frequency forging |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UA2001064020A UA60390C2 (en) | 2001-06-12 | 2001-06-12 | Method for treatment of steel-work welds by high-frequency forging |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA60390C2 true UA60390C2 (en) | 2003-10-15 |
Family
ID=74240188
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UA2001064020A UA60390C2 (en) | 2001-06-12 | 2001-06-12 | Method for treatment of steel-work welds by high-frequency forging |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| UA (1) | UA60390C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2752056C1 (en) * | 2020-07-31 | 2021-07-22 | Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ | Method for strengthening weld joints |
-
2001
- 2001-06-12 UA UA2001064020A patent/UA60390C2/en unknown
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2752056C1 (en) * | 2020-07-31 | 2021-07-22 | Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ | Method for strengthening weld joints |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7344609B2 (en) | Ultrasonic impact methods for treatment of welded structures | |
| Malaki et al. | A review of ultrasonic peening treatment | |
| Statnikov et al. | Physics and mechanism of ultrasonic impact | |
| US20040244882A1 (en) | Method for processing welded metal work joints by high-frequency hummering | |
| Shams-Hakimi et al. | Experimental study of transverse attachment joints with 40 and 60 mm thick main plates, improved by high-frequency mechanical impact treatment (HFMI) | |
| Roy et al. | Enhancing fatigue strength by ultrasonic impact treatment | |
| Fueki et al. | Prediction of fatigue limit improvement in needle peened welded joints containing crack-like defects | |
| Hacini et al. | Effect of impact energy on residual stresses induced by hammer peening of 304L plates | |
| Lefebvre et al. | HFMI: understanding the mechanisms for fatigue life improvement and repair of welded structures | |
| Bade et al. | Experimental investigation on influence of electrode vibrations on hardness and microstructure of 1018 mild steel weldments | |
| Lefebvre et al. | Understanding of fatigue strength improvement of steel structures by hammer peening treatment | |
| Rao et al. | Investigate the influence of mechanical vibrations on the hardness of Al5052 weldments | |
| UA60390C2 (en) | Method for treatment of steel-work welds by high-frequency forging | |
| JP4537622B2 (en) | Steel tube column base and method for strengthening steel tube column base | |
| SU1420035A1 (en) | Method of treating welded metal structures | |
| Lihavainen | A novel approachfor assessing the fatigue strength of ultrasonic impact treated welded structures. | |
| Jinu et al. | Investigation of the fatigue behaviour of butt-welded joints treated by ultrasonic peening process and compared with fatigue life assessment standards | |
| WO2020190122A1 (en) | A method for evaluating and improving material quality | |
| Manurung et al. | Structural life enhancement on friction stir welded AA6061 with optimized process and HFMI/PIT parameters | |
| JP2003001476A (en) | Steel column base part and reinforcing method therefor | |
| Prykhodko et al. | Creation of Ultrasonic Equipment for Strengthening and Relaxation Treatment of Welded Structures in Railcar Building | |
| Kudryavtsev et al. | Effect of Ultrasonic Peening on microhardness and residual stress in materials and welded elements | |
| Ghahremani et al. | Impact Treatment of Highway Bridge Welds to Enhance Durability of Steel Bridges: Mechanism, Limitations, and Design | |
| RU2379172C1 (en) | Hardening method of metallic vessels walls | |
| UA139777U (en) | METHOD OF ULTRASONIC IMPACT STRENGTHENING OF METAL SURFACES |