WO2014031089A1 - Method for ultrasonic impact treatment of surfaces of components and welded joints - Google Patents
Method for ultrasonic impact treatment of surfaces of components and welded joints Download PDFInfo
- Publication number
- WO2014031089A1 WO2014031089A1 PCT/UA2013/000002 UA2013000002W WO2014031089A1 WO 2014031089 A1 WO2014031089 A1 WO 2014031089A1 UA 2013000002 W UA2013000002 W UA 2013000002W WO 2014031089 A1 WO2014031089 A1 WO 2014031089A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- ultrasonic
- impact
- tool
- elements
- welded joints
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K15/00—Acoustics not otherwise provided for
- G10K15/04—Sound-producing devices
- G10K15/043—Sound-producing devices producing shock waves
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P9/00—Treating or finishing surfaces mechanically, with or without calibrating, primarily to resist wear or impact, e.g. smoothing or roughening turbine blades or bearings; Features of such surfaces not otherwise provided for, their treatment being unspecified
- B23P9/04—Treating or finishing by hammering or applying repeated pressure
-
- 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
- B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
- B24B1/04—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes subjecting the grinding or polishing tools, the abrading or polishing medium or work to vibration, e.g. grinding with ultrasonic frequency
-
- 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
- B24B39/006—Peening and tools 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
- C21D7/04—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the surface
- C21D7/06—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the surface by shot-peening or the like
Definitions
- the invention relates to the field of engineering, shipbuilding, construction and maintenance of oil and gas production platforms, the construction of artificial islands and runways located on the water, namely, the finishing of the surfaces of metal products and welded joints, which are subjected to significant alternating load.
- the prior art includes a method of ultrasonic impact processing of parts and welded joints (A.S. USSR Ne 1278182, IPC V24V 1/04, 1986), in which the processing is carried out using an ultrasonic vibrating tool, the moving impact element of which is normalized pressed against the surface to be machined, the tool is moved relative to the machined surface, and the necessary intensity of vibrations of the shock element is provided using an ultrasonic transducer, with the output end of which the shock elements are in contact. In this case, bending vibrations of the shock element of the ultrasonic instrument are used.
- the use in the known method of bending vibrations that are easily damped leads to a sharp change in the amplitude of the vibrations during processing while trying to increase the force of pressing the tool to the work surface. This leads to instability in the quality of processing.
- the named method does not provide for the possibility of impact treatment of the surfaces of parts and welded joints under water. This need arises in the case of impact treatment of metal structures under water after welding repair work. Thanks to sea waves, such structures are subjected to significant alternating loads and are rapidly destroyed.
- the use of a traditional ultrasonic shock vibrating tool in this case even if its tightness is ensured, will be ineffective due to the damping by the liquid of vibrational vibrations of a large shock area tool surface.
- the prior art also includes a method of ultrasonic impact processing of parts and welded joints (A.S. USSR N ° 1821342, IPC V24V 39/00, 1/04, 1993), in which the ultrasonic working tool is normalized pressed against the machined surface and moved relative to this surface.
- the axial movement of the shock elements in contact with the output end of the transformer of the vibrational velocity of the ultrasonic transducer and oscillating with an amplitude of 5-10 microns is used.
- the ultrasonic instrument in the specified method carries out additional circular movements, requires the presence of structural elements of mechanization, which excludes the use of this method under water.
- the indicated method similarly to the previous ones, will not allow to obtain high productivity and processing quality when immersed under water, since the initial working end of the transformer of vibrational velocity and movable shock elements will be forced to move the fluid and move overcoming viscous friction, which leads to a decrease in the amplitude of oscillations, lower quality and impact performance.
- the invention is presented and characterized in the main formula.
- the purpose of the invention is to create a method of ultrasonic impact processing of parts and welded joints, in which it will be possible to carry out effective and high-quality ultrasonic impact processing of parts and welded joints located under water.
- Acoustic impedance As a complex resistance, has an active and reactive component.
- the active component is associated with energy losses due to sound emission and energy dissipation in the acoustic system itself.
- the reactive component is due to the reaction of inertia forces and elastic forces, i.e. the reactive component reflects the energy spent on the fluctuations of the attached mass of liquid.
- the acoustic impedance is proportional to the speed of sound and the density of the medium into which the radiation is emitted.
- the value of sound pressure which makes it possible for the phenomenon of ultrasonic cavitation, is associated with the intensity of ultrasonic vibrations, which for a given speed of sound in the medium and medium density depends on the frequency and amplitude of the oscillations.
- the acoustic impedance is essential and a significant part of the energy consumed by the instrument is consumed to overcome it. In this case, only the residual part of the energy supplied to the vibrating tool is transferred to the moving shock elements. In this case, the impact processing of parts and welded joints will be carried out under water with low efficiency and low quality.
- a two-phase cavitation layer is formed on the surface of the vibrating output end of the speed transformer.
- the speed of sound in a two-phase cavitation medium decreases sharply, which leads to a sharp decrease in acoustic impedance.
- the percussion instrument will spend less energy on fluid vibrations, and will transfer more energy to the moving percussion elements.
- a further increase in the intensity of oscillations will make it possible to reach the state of developed cavitation and expand the cavitation region to the possibility of covering mobile shock elements.
- the oscillatory movement of the shock elements in a two-phase cavitation medium will significantly reduce fluid friction and increase the energy impact of the shock elements on the surface that is being processed. As a result, high efficiency and quality of impact processing of metal subsea structures will be ensured.
- An ultrasonic vibrating tool is immersed in water to a depth of the processing location. Movable percussion elements of the tool are normalized pressed against the work surface. Ultrasonic electric vibrations are fed to the ultrasonic transducer of the instrument, which turn into mechanical vibrations of the output end a transformer of vibrational velocity and, in contact with it, moving shock elements.
- An ultrasonic vibrating instrument is a resonant oscillatory system, i.e. has a fixed oscillation frequency, and therefore, to control the intensity of the oscillations, the possibility of changing the amplitude of the oscillations by changing the amplitude of the electric oscillations is used.
- the amplitude of the oscillations reach the level of developed cavitation when the output end of the speed transformer and moving shock elements are covered by a two-phase cavitation medium.
- the intensity of vibrations is additionally coordinated with the results of the technological impact of the shock elements on the surface that is being processed. After that, the tool is moved relative to the surface.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
The invention relates to ultrasonic impact treatment of components arranged underwater. An ultrasonic vibratory instrument is submerged in water. Movable impact elements of the ultrasonic vibratory instrument are pressed against a surface being treated and said instrument is moved relative to the surface being treated. The impact elements are in contact with an outlet end of an ultrasonic oscillating-speed transformer. Ultrasonic vibrations of the outlet end of the ultrasonic oscillating-speed transformer are excited at an intensity exceeding the threshold at which extensive cavitation arises on said surface and in the area in which the movable impact elements are arranged.
Description
Способ ультразвуковой ударной обработки поверхностей деталей и сварных соединений Method of ultrasonic impact treatment of surfaces of parts and welded joints
Область изобретения Field of Invention
Изобретение относится к области машиностроения, кораблестроения, строительства и обслуживания нефте и газодобывающих платформ, строительства искусственных островов и взлетно-посадочных полос, размещенных на воде, а именно к финишной обработке поверхностей металлических изделий и сварных соединений, которые подвергаются значительной знакопеременной нагрузке. The invention relates to the field of engineering, shipbuilding, construction and maintenance of oil and gas production platforms, the construction of artificial islands and runways located on the water, namely, the finishing of the surfaces of metal products and welded joints, which are subjected to significant alternating load.
Поверхностное упрочнение металлических изделий, как заключительная технологическая операция, значительно увеличивает работоспособность сварных конструкций, деталей и машин, повышает их качество и срок службы. На сегодняшний день широкое распространение получили методы поверхностной обработки с помощью пластической деформации, такие как обработка шариками роликами и другие. Значительно повысился в промышленности интерес и к высокоэнергетическим видам обработки поверхности, к которым относится и поверхностное упрочнение с помощью ультразвуковых колебаний. Результаты испытаний и практика эксплуатации показывают, что при обработке изделий из металлов ультразвуковой способ является достаточно эффективным и позволяет качественно провести релаксационную обработку конструкций, осуществить укрепляющий поверхностный наклеп и снять остаточные напряжения в сварных соединениях в металлических конструкциях.
Предпосылки создания изобретения Surface hardening of metal products, as a final technological operation, significantly increases the performance of welded structures, parts and machines, increases their quality and service life. To date, widespread methods of surface treatment using plastic deformation, such as ball treatment with rollers and others. The interest in high-energy types of surface treatment, which includes surface hardening using ultrasonic vibrations, has significantly increased in industry. The test results and operating practice show that when processing metal products, the ultrasonic method is quite effective and allows you to qualitatively carry out relaxation processing of structures, carry out strengthening surface hardening and relieve residual stresses in welded joints in metal structures. BACKGROUND OF THE INVENTION
Уровень техники включает способ ультразвуковой ударной обработки деталей и сварных соединений (А. с. СССР Ne 1278182, МПК В24В 1/04, 1986), при котором обработку проводят используя ультразвуковой вибрационный инструмент, движущийся ударный элемент которого нормировано прижимают к обрабатываемой поверхности, инструмент перемещают относительно обрабатываемой поверхности, а необходимую интенсивность колебаний ударного элемента обеспечивают с помощью ультразвукового преобразователя, с выходным торцом которого контактируют ударные элементы. При этом используются изгибные колебания ударного элемента ультразвукового инструмента.The prior art includes a method of ultrasonic impact processing of parts and welded joints (A.S. USSR Ne 1278182, IPC V24V 1/04, 1986), in which the processing is carried out using an ultrasonic vibrating tool, the moving impact element of which is normalized pressed against the surface to be machined, the tool is moved relative to the machined surface, and the necessary intensity of vibrations of the shock element is provided using an ultrasonic transducer, with the output end of which the shock elements are in contact. In this case, bending vibrations of the shock element of the ultrasonic instrument are used.
Использование в известном способе изгибных колебаний, которые легко демпфируются, приводит к резкому изменению амплитуды колебаний в процессе обработки при попытке увеличить усилие прижима инструмента к обрабатываемой поверхности. Это приводит к нестабильности качества обработки. Названый способ не предусматривает возможность ударной обработки поверхностей деталей и сварных соединений под водой. Эта необходимость возникает в случае ударной обработки металлических конструкций под водой после проведения сварочных ремонтных работ. Такие конструкции подвергаются благодаря морским волнам значительным знакопеременным нагрузкам и быстро разрушаются. Применение традиционного ультразвукового ударного вибрационного инструмента в этом случае, даже в случае обеспечения его герметичности, будет малоэффективным вследствие демпфирования жидкостью вибрационных колебаний большой по площади ударной
поверхности инструмента. Такая большая вибрирующая рабочая поверхность, в случае погружения под воду, вынуждена будет двигать значительные массы воды, что приведет при ограниченной мощности инструмента к уменьшению амплитуды колебаний и, как следствие, к недопустимому нарушению технологических параметров ударной обработки. The use in the known method of bending vibrations that are easily damped leads to a sharp change in the amplitude of the vibrations during processing while trying to increase the force of pressing the tool to the work surface. This leads to instability in the quality of processing. The named method does not provide for the possibility of impact treatment of the surfaces of parts and welded joints under water. This need arises in the case of impact treatment of metal structures under water after welding repair work. Thanks to sea waves, such structures are subjected to significant alternating loads and are rapidly destroyed. The use of a traditional ultrasonic shock vibrating tool in this case, even if its tightness is ensured, will be ineffective due to the damping by the liquid of vibrational vibrations of a large shock area tool surface. Such a large vibrating working surface, in the case of immersion under water, will have to move significant masses of water, which will lead to a decrease in the amplitude of oscillations with a limited power of the tool and, as a result, to an unacceptable violation of the technological parameters of impact processing.
Таким образом, указанный способ ультразвуковой ударной обработки деталей и сварных соединений при применении под водой теряет свою эффективность. Thus, the specified method of ultrasonic impact treatment of parts and welded joints when used under water loses its effectiveness.
Уровень техники также включает способ ультразвуковой ударной обработки деталей и сварных соединений (А. с. СССР N° 1821342, МПК В24В 39/00, 1/04, 1993), при котором ультразвуковой рабочий инструмент нормировано прижимают к обрабатываемой поверхности и перемещают его относительно этой поверхности. При этом применяют осевое перемещение ударных элементов, контактирующих с выходным торцом трансформатора колебательной скорости ультразвукового преобразователя и колеблющихся с амплитудой 5-10 мкм. The prior art also includes a method of ultrasonic impact processing of parts and welded joints (A.S. USSR N ° 1821342, IPC V24V 39/00, 1/04, 1993), in which the ultrasonic working tool is normalized pressed against the machined surface and moved relative to this surface. In this case, the axial movement of the shock elements in contact with the output end of the transformer of the vibrational velocity of the ultrasonic transducer and oscillating with an amplitude of 5-10 microns is used.
В этом способе ультразвуковой ударной обработки перемещается уже существенно меньшая поверхность и поэтому, в случае применения этого способа при ударной обработке под водой, потери мощности колебаний уже будут меньше. Однако указанная в способе малая амплитуда колебаний, при условии дополнительного ее уменьшения под водой, не позволит получить желаемой большой производительности и эффективности ударной обработки. Поэтому такой способ тоже будет малоэффективным при ударной обработке под водой. In this method of ultrasonic impact treatment, a substantially smaller surface moves and therefore, if this method is applied during impact processing under water, the oscillation power loss will already be less. However, the small oscillation amplitude indicated in the method, provided that it is additionally reduced under water, does not allow the desired high productivity and impact processing efficiency to be obtained. Therefore, this method will also be ineffective in impact processing under water.
Ультразвуковой инструмент в указанном способе осуществляет
дополнительные круговые перемещения, требует наличия конструктивных элементов механизации, что исключает применение этого способа под водой. The ultrasonic instrument in the specified method carries out additional circular movements, requires the presence of structural elements of mechanization, which excludes the use of this method under water.
Наиболее близким к предложенному способу по совокупности признаков и техническому результату является способ ультразвуковой ударной обработки поверхностей деталей и сварных соединений (Патент Украины 60390, МПК В24В 39/00, C21D 1/04, опубл. 15.10.2003 в Бюл. N° 10 ), который заключается в том, что обработку проводят используя ультразвуковой вибрационный инструмент, движущиеся ударные элементы которого нормировано прижимают к обрабатываемой поверхности, инструмент перемещают относительно обрабатываемой поверхности, а необходимую интенсивность колебаний ударных элементов обеспечивают с помощью ультразвукового трансформатора колебательной скорости, с выходным торцом которого контактируют ударные элементы. Указанный способ, аналогично предыдущим, не позволит получить высокую производительность и качество обработки при погружении под воду, так как исходный рабочий торец трансформатора колебательной скорости и подвижные ударные элементы будут вынуждены двигать жидкость и двигаться преодолевая вязкое трение, что приводит к уменьшению амплитуды колебаний, снижению качества и производительности ударной обработки. Closest to the proposed method in terms of features and technical result is a method of ultrasonic impact treatment of surfaces of parts and welded joints (Patent of Ukraine 60390, IPC B24V 39/00, C21D 1/04, published on October 15, 2003 in Bull. N ° 10), which consists in the fact that the processing is carried out using an ultrasonic vibrating tool, the moving impact elements of which are normalized pressed against the surface to be machined, the tool is moved relative to the surface to be machined, and the necessary intensity of vibration s impact elements provided by a transformer ultrasonic vibrational rate at which the output end contact elements drums. The indicated method, similarly to the previous ones, will not allow to obtain high productivity and processing quality when immersed under water, since the initial working end of the transformer of vibrational velocity and movable shock elements will be forced to move the fluid and move overcoming viscous friction, which leads to a decrease in the amplitude of oscillations, lower quality and impact performance.
Изложение сущности изобретения SUMMARY OF THE INVENTION
Изобретение представлено и охарактеризовано в основной формуле. Цель изобретения - создать способ ультразвуковой ударной обработки деталей и сварных соединений, при котором можно будет
осуществить эффективную и качественную ультразвуковую ударную обработку деталей и сварных соединений, расположенных под водой. Для решения поставленной задачи в способе ультразвуковой ударной обработки поверхностей деталей и сварных соединений, при котором обработку проводят используя ультразвуковой вибрационный инструмент, движущиеся ударные элементы которого нормировано прижимают к обрабатываемой поверхности, инструмент перемещают относительно обрабатываемой поверхности, а необходимую интенсивность колебаний ударных элементов обеспечивают с помощью ультразвукового трансформатора колебательной скорости, с выходным торцом которого контактируют ударные элементы, ударную обработку проводят погружая вибрационный ультразвуковой инструмент в воду на глубину расположения места обработки, а ультразвуковые колебания выходного торца ультразвукового трансформатора колебательной скорости инструмента возбуждают с интенсивностью, превышающей порог возникновения развитой кавитации на этой поверхности и в зоне расположения движущихся ударных элементов при заданной глубине погружения. The invention is presented and characterized in the main formula. The purpose of the invention is to create a method of ultrasonic impact processing of parts and welded joints, in which it will be possible to carry out effective and high-quality ultrasonic impact processing of parts and welded joints located under water. To solve the problem in the method of ultrasonic impact treatment of surfaces of parts and welded joints, in which the treatment is carried out using an ultrasonic vibrating tool, the moving impact elements of which are normalized pressed against the surface to be machined, the tool is moved relative to the surface to be machined, and the necessary vibration intensity of the shock elements is provided using ultrasonic vibrational transformer, with the output end of which the shock is in contact nd elements, impact processing is carried out by immersing a vibrating ultrasonic tool in water to a depth of the location of the treatment place, and ultrasonic vibrations of the output end of the ultrasonic transformer of the vibrational velocity of the instrument are excited with an intensity exceeding the threshold for developed cavitation on this surface and in the zone of location of the moving shock elements at a given depth immersion.
При погружении ударного инструмента в воду выходной торец ультразвукового трансформатора скорости и подвижные ударные элементы контактируют с водой. Поэтому при колебаниях выходной торец трансформатора скорости будет передавать колебания в жидкость. При этом в жидкости будут возникать периодические сжатия и разрежения, которые создают дополнительное давление по отношению к статическому давлению, которое в данном случае задается глубиной погружения инструмента в воду. Эти колебания давления в жидкости определяются звуковым давлением, которое
создает погруженный ультразвуковой вибрационный инструмент с вибрирующим выходным торцом трансформатора колебательной скорости. В случае падения давления в жидкости до уровня давления насыщенного пара, целостность жидкости нарушается и образуются кавитационные полости. Это явление называется ультразвуковой кавитацией. При создании колебаний в жидкости ультразвуковой преобразователь инструмента вынужден будет терять энергию на деформацию жидкости. В акустике возникновение этих потерь объясняется наличием акустического импеданса. Акустический импеданс, как комплексное сопротивление, имеет активную и реактивную составляющие. Активная составляющая связана с потерями энергии на излучение звука и диссипацией энергии в самой акустической системе. Реактивная составляющая обусловлена реакцией сил инерции и сил упругости, т.е. реактивная составляющая отражает энергию, расходуемую на колебания присоединенной массы жидкости. Акустический импеданс пропорционален скорости звука и плотности среды, в которую осуществляется излучение. Величина звукового давления, которая обусловливает возможность возникновения явления ультразвуковой кавитации, связана с интенсивностью ультразвуковых колебаний, которая при заданных скорости звука в среде и плотности среды зависит от частоты и амплитуды колебаний. В докавитационном режиме при малой интенсивности колебаний акустический импеданс имеет существенное значение и на его преодоление расходуется значительная часть потребляемой инструментом энергии. При этом в подвижные ударные элементы передается только остаточная часть от подведенной к вибрационному инструменту энергии. В этом случае ударная обработка деталей и сварных соединений будет
осуществляться под водой с малой эффективностью и низким качеством. Но в случае постепенного увеличения интенсивности колебаний можно достичь порога возникновения кавитации. При этом на поверхности вибрирующего выходного торца трансформатора скорости образуется двухфазный кавитационный слой. Скорость звука в двухфазной кавитационной среде резко уменьшается, что приводит к резкому уменьшению акустического импеданса. При этом ударный инструмент будет меньше тратить энергии на колебания жидкости, а больше энергии будет передавать в подвижные ударные элементы. When the percussion instrument is immersed in water, the output end of the ultrasonic speed transformer and movable percussion elements come in contact with water. Therefore, during oscillations, the output end of the speed transformer will transmit oscillations to the liquid. In this case, periodic compression and rarefaction will occur in the liquid, which create additional pressure relative to the static pressure, which in this case is determined by the immersion depth of the instrument in water. These fluid pressure fluctuations are determined by sound pressure, which creates an immersed ultrasonic vibrating instrument with a vibrating output end of the vibrational transformer. In the event of a drop in pressure in the liquid to the level of saturated vapor pressure, the integrity of the liquid is violated and cavitation cavities are formed. This phenomenon is called ultrasonic cavitation. When creating vibrations in a liquid, the ultrasonic transducer of the instrument will be forced to lose energy on the deformation of the liquid. In acoustics, the occurrence of these losses is due to the presence of acoustic impedance. Acoustic impedance, as a complex resistance, has an active and reactive component. The active component is associated with energy losses due to sound emission and energy dissipation in the acoustic system itself. The reactive component is due to the reaction of inertia forces and elastic forces, i.e. the reactive component reflects the energy spent on the fluctuations of the attached mass of liquid. The acoustic impedance is proportional to the speed of sound and the density of the medium into which the radiation is emitted. The value of sound pressure, which makes it possible for the phenomenon of ultrasonic cavitation, is associated with the intensity of ultrasonic vibrations, which for a given speed of sound in the medium and medium density depends on the frequency and amplitude of the oscillations. In the pre-cavitation mode, at a low intensity of oscillations, the acoustic impedance is essential and a significant part of the energy consumed by the instrument is consumed to overcome it. In this case, only the residual part of the energy supplied to the vibrating tool is transferred to the moving shock elements. In this case, the impact processing of parts and welded joints will be carried out under water with low efficiency and low quality. But in the case of a gradual increase in the intensity of oscillations, it is possible to reach the threshold for the occurrence of cavitation. In this case, a two-phase cavitation layer is formed on the surface of the vibrating output end of the speed transformer. The speed of sound in a two-phase cavitation medium decreases sharply, which leads to a sharp decrease in acoustic impedance. In this case, the percussion instrument will spend less energy on fluid vibrations, and will transfer more energy to the moving percussion elements.
Дальнейшее увеличение интенсивности колебаний позволит достичь состояния развитой кавитации и расширить кавитационную область до возможности охвата подвижных ударных элементов. Колебательное движение ударных элементов в двухфазной кавитационной среде значительно уменьшит жидкостное трение и повысит энергетическое воздействие ударных элементов на поверхность, которая обрабатывается. Вследствие этого будет обеспечена высокая эффективность и качество ударной обработки металлических подводных сооружений. A further increase in the intensity of oscillations will make it possible to reach the state of developed cavitation and expand the cavitation region to the possibility of covering mobile shock elements. The oscillatory movement of the shock elements in a two-phase cavitation medium will significantly reduce fluid friction and increase the energy impact of the shock elements on the surface that is being processed. As a result, high efficiency and quality of impact processing of metal subsea structures will be ensured.
Реализуется способ ультразвуковой ударной обработки поверхностей деталей и сварных соединений, который предлагается, следующим образом. A method of ultrasonic impact processing of the surfaces of parts and welded joints is implemented, which is proposed as follows.
Ультразвуковой вибрационный инструмент погружают в воду на глубину расположения места обработки. Подвижные ударные элементы инструмента нормировано прижимают к обрабатываемой поверхности. На ультразвуковой преобразователь инструмента подают ультразвуковые электрические колебания, которые превращаются в механические колебания выходного торца
трансформатора колебательной скорости и, контактирующих с ним, движущихся ударных элементов. Ультразвуковой вибрационный инструмент является резонансной колебательной системой, т.е. имеет фиксированную частоту колебаний, и поэтому для регулирования интенсивности колебаний используют возможность изменения амплитуды колебаний за счет изменения амплитуды электрических колебаний. Изменяя амплитуду колебаний, достигают уровня развитой кавитации, когда выходной торец трансформатора скорости и подвижные ударные элементы будут охвачены двухфазной кавитационной средой. При этом дополнительно согласовывают интенсивность колебаний с результатами технологического воздействия ударных элементов на поверхность, которая обрабатывается. После этого осуществляют перемещение инструмента относительно поверхности. An ultrasonic vibrating tool is immersed in water to a depth of the processing location. Movable percussion elements of the tool are normalized pressed against the work surface. Ultrasonic electric vibrations are fed to the ultrasonic transducer of the instrument, which turn into mechanical vibrations of the output end a transformer of vibrational velocity and, in contact with it, moving shock elements. An ultrasonic vibrating instrument is a resonant oscillatory system, i.e. has a fixed oscillation frequency, and therefore, to control the intensity of the oscillations, the possibility of changing the amplitude of the oscillations by changing the amplitude of the electric oscillations is used. Changing the amplitude of the oscillations, they reach the level of developed cavitation when the output end of the speed transformer and moving shock elements are covered by a two-phase cavitation medium. At the same time, the intensity of vibrations is additionally coordinated with the results of the technological impact of the shock elements on the surface that is being processed. After that, the tool is moved relative to the surface.
В результате применения указанного способа ультразвуковой ударной обработки поверхностей деталей и сварных соединений удается эффективно и качественно обработать громоздкие металлические сооружения, расположенные под водой и подъем которых на поверхность невозможен или экономически нецелесообразен.
As a result of using this method of ultrasonic impact treatment of surfaces of parts and welded joints, it is possible to efficiently and efficiently process bulky metal structures located under water and the rise of which to the surface is impossible or economically inexpedient.
Claims
Формула изобретения Claim
Способ ультразвуковой ударной обработки поверхностей деталей и сварных соединений, заключающийся в том, что обработку проводят используя ультразвуковой вибрационный инструмент, подвижные ударные элементы которого нормировано прижимают к обрабатываемой поверхности, инструмент перемещают относительно обрабатываемой поверхности, а необходимую интенсивность колебаний ударных элементов обеспечивают с помощью ультразвукового трансформатора колебательной скорости, с выходным торцом которого контактируют ударные элементы, отличающийся тем, что ударную обработку проводят погружая вибрационный ультразвуковой инструмент в воду на глубину расположения места обработки, а ультразвуковые колебания выходного торца ультразвукового трансформатора колебательной скорости инструмента возбуждают с интенсивностью, превышающей порог возникновения развитой кавитации на этой поверхности и в зоне расположения подвижных ударных элементов при заданной глубине погружения.
The method of ultrasonic impact treatment of surfaces of parts and welded joints, which consists in the fact that the processing is carried out using an ultrasonic vibrating tool, the movable impact elements of which are normalized pressed against the surface to be machined, the tool is moved relative to the surface to be machined, and the necessary vibration intensity of the impact elements is provided using an ultrasonic vibration transformer speed, with the output end of which the shock elements contact, distinguishing The fact is that impact processing is carried out by immersing a vibrating ultrasonic tool in water to a depth of the location of the treatment place, and the ultrasonic vibrations of the output end of the ultrasonic transformer of the vibrational velocity of the tool are excited with an intensity exceeding the threshold for the development of cavitation on this surface and in the zone of location of the moving impact elements for a given depth of immersion.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA201210124A UA105414C2 (en) | 2012-08-23 | 2012-08-23 | Method of ultrasonic impact treatment of surfaces of parts and welded joints |
| UAA201210124 | 2012-08-23 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2014031089A1 true WO2014031089A1 (en) | 2014-02-27 |
Family
ID=50150252
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/UA2013/000002 WO2014031089A1 (en) | 2012-08-23 | 2013-01-11 | Method for ultrasonic impact treatment of surfaces of components and welded joints |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| UA (1) | UA105414C2 (en) |
| WO (1) | WO2014031089A1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2387531C2 (en) * | 2002-07-31 | 2010-04-27 | Ю.Ай.Ти., Л.Л.С. | Procedure for ultra-sonic impact machine treatment of body surfaces to correct defects and to strengthen working surfaces |
| DE102009018988A1 (en) * | 2009-04-25 | 2010-10-28 | Mtu Aero Engines Gmbh | Hardening a surface of a complex thin-walled component with varying cross-section by hardening critical surface area using an ultrasonic vibrator and a tool, comprises delivering high-frequency local mechanical impulse to the component |
-
2012
- 2012-08-23 UA UAA201210124A patent/UA105414C2/en unknown
-
2013
- 2013-01-11 WO PCT/UA2013/000002 patent/WO2014031089A1/en active Application Filing
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2387531C2 (en) * | 2002-07-31 | 2010-04-27 | Ю.Ай.Ти., Л.Л.С. | Procedure for ultra-sonic impact machine treatment of body surfaces to correct defects and to strengthen working surfaces |
| DE102009018988A1 (en) * | 2009-04-25 | 2010-10-28 | Mtu Aero Engines Gmbh | Hardening a surface of a complex thin-walled component with varying cross-section by hardening critical surface area using an ultrasonic vibrator and a tool, comprises delivering high-frequency local mechanical impulse to the component |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| UA105414C2 (en) | 2014-05-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6993948B2 (en) | Methods for altering residual stresses using mechanically induced liquid cavitation | |
| US7431779B2 (en) | Ultrasonic impact machining of body surfaces to correct defects and strengthen work surfaces | |
| JP2005002475A5 (en) | ||
| US20180354003A1 (en) | Device and method for deburring components ultrasound | |
| RU2387531C2 (en) | Procedure for ultra-sonic impact machine treatment of body surfaces to correct defects and to strengthen working surfaces | |
| US20200270712A1 (en) | Method and device for reducing and homogenizing residual stress of a component | |
| US6017398A (en) | Immersed metal cleaning by subjecting object to natural resonant frequency | |
| CA2601050A1 (en) | Method of generation of pressure pulsations and apparatus for implementation of this method | |
| CN109423550A (en) | Component manufacturing method and component | |
| WO2014031089A1 (en) | Method for ultrasonic impact treatment of surfaces of components and welded joints | |
| RU2394919C1 (en) | Procedure for ultrasonic treatment of welded metal structures | |
| JP4509714B2 (en) | Surface modification method and surface modification apparatus | |
| Nag et al. | MAXIMIZATION OF WEAR RATES THROUGH EFFECTIVE CONFIGURATION OF STANDOFF DISTANCE AND HYDRAULIC PARAMETERS IN ULTRASONIC PULSATING WATERJET | |
| WO2014031088A1 (en) | Ultrasonic instrument for the impact treatment of surfaces of components | |
| JP4460981B2 (en) | Dimple processing method and dimple processing apparatus | |
| Biddell et al. | The development of oscillatory metal-drawing equipment—an engineer's view | |
| RU2418671C2 (en) | Method of flat grinding with application of ultrasound oscillations | |
| RU2447162C2 (en) | Method of ultrasonic processing of welded metal structures | |
| RU2252859C1 (en) | Ultrasonic tool for releasing residual stresses and strengthening surfaces of metals | |
| RU2137587C1 (en) | Device for surface strengthening of parts ("spring") | |
| KR102541835B1 (en) | Apparatus for treating inner surface of pipe | |
| RU2550684C1 (en) | Method for ultrasonic surface strengthening of parts from structural steels in liquid medium | |
| RU2129942C1 (en) | Apparatus for finishing and strengthening surface of parts | |
| RU2719673C1 (en) | Ultrasonic treatment of glass ceramics articles | |
| RU2266805C1 (en) | Working ultrasonic tool |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 13831362 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 13831362 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |