Способ обработки сварных металлоконструкций

 

Изобретение относится к обработке стали вибрацией и может быть ис- .. пользовано в машиностроении, строительстве, на транспорте и других отраслях при изготовлении крупных рогостоящих сварных конструкций, испытывающих при эксплуатации переменные и знакопеременные нагрузки: подъемных кранов, мостов, корпусов судов и т.д. Цель изобретения - увеличение циклической долговечности сварных металлоконструкций путем создания нормированньис по величине и характеру распределения остаточных напряжений в околошовной зоне. Область, прилегающую к сварному шву, подвергают обрабо.тке с помощью ультразвукового ударного инструмента, при этом амплитуду колебаний выходного торца А преобразователя задают из соотношения 2,24 i A4ff -m/io R 3,36, где 6,,, предел текучести стали; f - частота ударных импульсов; m - масса ударника; R - радиус ударника. 2 з.п. ф-лы, -4 ил. а сл

СОЮЗ СОВЕТСКИ%

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ%

РЕСПУБЛИК

5 4 С 21 D 1/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2»

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4199130/31-02 (22) 23.02.87 (46) 30.08.88. Бюл,9 32 (72) Е.Ш.Статников, В.И.Труфяков, П.П.Михеев, В.Л.Сенюков, А.З.Кузьменко и А.В.Слободчиков (53) 621 ° 785.79(088.8) (56) Кудрявцев В.И. Исследования по упрочнению деталей машин. Кн. III, М.: Машиностроение, 1977, с.151-157.

Статников Е.Ш. и др. Коррозионноусталостная прочность стали 3 при упрочнении ультразвуковым инструментом. — Технология судостроения, 1975, М 1, сь70"74 ° (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ СВАРНЫХ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ (57) Изобретение относится к обработке стали вибрацией и может быть ис-.у пользовано в машиностроении, строи тельстве, на транспорте и других от„„SU„„1420035 A 3 раслях при .изготовлении крупных долг рогостоящих сварных конструкций, испы ° тывающих при эксплуатации переменные и знакопеременные нагрузки . подъемных кранов, мостов, корпусов судов и т.д. Цель изобретения — увеличение циклической долговечности сварных металлоконструкций путем создания нормированных по величине и характеру распределения остаточных напряжений в околошовиой зоне. Область, прилегающую к сварному шву, подвергают обработке с помощью ультразвукового ударного инструмента, при этом амплитуду колебаний выходного торца А преобразователя задают из соотношения

2,24 Ñ А4ИЕ m/ R - 3,36, где 6д, предел текучести стали; f — частота ударных импульсов; m — масса ударни-. ка; R — радиус ударника. 2 э.п. ф-лы, 4 ил.

1420035

Изобретение относится к обработке стали вибрацией и может быть исполь, зовано в машиностроении, строитель-! стве, на транспорте и других отраслях, э5 ри изготовлении крупных дорогостояих сварных конструкций, испытываю щих при эксплуатации переменные и знакопеременные нагрузки: подъемных кранов, мостов, корпусов судов и т.п. 10

Цель изобретения - увеличение циклической долговечности сварных метал,локонструкций путем создания нормиро-! ванных по величине и характеру рас-! пределения остаточных напряжений 15 в околошовной зоне. (На фиг. l дана зависимость глубины ,деформированного слоя от амплитуды колебаний выходного торца ультразву» кового преобразователя (корпусная 20 ;сталь средней прочности); на фиг.2 -,,распределение остаточных напряжений

,сжатия по глубине деформированного ,.слоя при ультразвуковой ударной ,обработке с различной амплитудой 25 (корпусная сталь средней прочности);

:на фиг.З - результаты испытаний стыковых соединений ниэкоуглеродистой стали l — в исходном состоянии, 2, после ультразвуковой обработки; 30

: на фиг.4 — результаты усталостных испытаний тавровых соединений, высокопрочной стали: 1 ° — в исходном состоянии, 2 — после ультразвуковой обработки, Сущность изобретения заключается в том, что обработку ведут при амплитуде колебаний выходного торца ультI развукового преобразователя, назначаемой с учетом предела текучести обра- 40 батываемого материала, а также часто ты ударных импульсов, массы и площади поперечного сечения ударника в соответствии с соотношением:

А4ИЕ ш 45

2 24 с г 3,36, (1) т где А - амплитуда колебаний выходного торца ультразвукового преобразователя; 50

6 - предел текучести обрабатывае» мого материала;

f - частота ударных импульсов; ш - масса ударника;

В - радиус ударника.

Экспериментально установлено, что выполнение укаэанного соотношения гарантирует получение остаточных напряжений сжатия на уровне 1,2-1,5 предела текучести обрабатываемого материала в поверхностном слое толщиной 0,1.0,2 мм при общей глубине залегания оста-, точных сжимающих напряжений, равной 1,0-

1, 2 мм для сталей средней прочности.

Обработке подвергают область сварочного нагрева, ограниченную иэотермой структурных превращений, чем полностью исключают их неблагоприятное влияние на циклическую долговечность сварного соединения.

В cBapHbLK соединениях низкоуглеродистых сталей обработке подвергают область сварочного нагрева, ограниченную изотермой первичной рекристаллизации.

В сварных соединениях низколегированных и высокопрочных сталей обра" ботке подвергают область сварочного нагрева, ограниченную иэотермой низкого отпуска.

Пример. На практике амплитуду смещения назначают из условия получения максимальной для данного материала глубины деформирования. При этом, для каждого материала эксперименталь» ным путем строят зависимость глубины деформированного слоя от амплитуды колебаний выходного торца ультразвуко.вого преобразователя., Пример такой зависимости для корпусной стали средней прочности приведен на фиг.l.

Видно, что увеличение амплитуды сопровождается пропорциональным ростом глубины деформированного слоя. Кривая имеет участок насыщения, начиная с амплитуд, приблизительно равных 2025 мкм. Рост амплитуды выше указанных значений вызывает лишь незначи-< тельное увеличение глубины слоя. Максимальная глубина деформирования, в частности, достигается обработкой при амплитуде, равной 35 мкм,и составляет 1,2 мм. Обработке подвергается область, прилегающая к сварному шву на ширину эоны действия ратягивающих остаточных напряжений. Пример изменения остаточных напряжений по глубине деформированного слоя при увеличении амплитуды до предельных значений приведен на фиг.2. Видно, что максимальные остаточные напряжения сжатия на поверхности металла дос» тигаются при амплитуде, равной 25 мкм, Повышение амплитуды до величины, обеспечивающей максимальную глубину деформирования (для данного материаала — 35 мкм), приводит к снижению

1420035

< А 4дй m од где (ш—

R— остаточньи напряжений сжатия у поверхности на 40% от максимальной ве. личины. Обработка амплитудой 45 мкм создает в тонком поверхностном слое напряжения растяжения, причиной кото-5 рых является переупрочнение металла и локальные температурные воздействия в доне контакта индентора с обрабатываемой поверхностью. Повьппение .циклической долговечности по сравнению с исходным состоянием составляет соответственно: 95% для обработки с амплитудой 25 мкм, 60% — для обработ". ки с амплитудой 35 мкм. Образцы, обработанные при амплитуде 45 мкм имеют циклическую долговечность на уровне исходной. Следовательно, оптимальной в описанном примере является обработка с амплитудой, равной 25 мкм, т.е. приблизительно на 25-30% меньшей амплитуды, обеспечивающей максимальную глубину деформирования.

Как показали выполненные исследования, ультразвуковая обработка по 25 предложенному способу увеличила циклическую долговечность стыковых соединений низкоуглеродистой стали в средне- и многоцикловой области в 4-5 раз и повысила предел выносливости на щ

54% (фиг.3).

Усталостные испытания сварных об. разцов из высокопрочной стали с тавровым соединением показали, что в условиях знакопеременного симметричного цикла нагружения ультразвуковая ,обработка по предлагаемому способу обеспечивает трехкратное повышение предела выносливости (фиг.4) и не менее чем 15-кратное увеличение цик- 4р лической долговечности, При проведении усталостных испыта ний образцов с тавровым соединением очаги возникновения усталостных трещин располагались вдали от соединения 45 и обработанной зоны — йа поверхности металла с прокатной коркой. Это обстоятельство свидетельствует о том, что ультразвуковая обработка обеспечивает повышение сопротивления усталости сварного соединения до уровня основного металла.

Технико-экономическая эффективность способа определяется повышением циклической долговечности и увеличе55 нием гарантированного срока службы сварных металлоконструкций, исключе(нием потерь, обусловленных перерывами в экплуатации.ответственных сварных металлоконструкций типа мостов, кранов и т,п. в случаях, когда перерыв необходим для проведения ремонтных работ по устранению усталостньи повреждений, а также снижением трудо емкости ремонта конструкций за счет профилактики усталостных разрушений по предложенному методу.

Формула изобретения

1. Способ обработки сварных металлоконструкций преимущественно из стали, включающий воздействие ультразвуковым ударньпч инструментом с заданной амплитудой смещения выходно го торца преобразователя в зоне, прилегающей к сварному шву, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью увеличения циклической долговечности сварных металлоконструкций путем создания нормированных по величине и характеру распределения остаточных на пряжений сжатия в околошовной зоне, воздействие осуществляют с амплитудой смещения А, определяемой из соотношения предел текучести стали сварной конструкции; частота ударных импульсов; масса ударного инструмента; радиус наконечника ударного ииструмента в зоне, ограниченной линией сплавления сварного шва с основным механизмом и линией, по которой прошли структурные превращения. .2. Способ по п.1, о т л и ч а— ю шийся тем, что в сварных металлоконструкциях из низкоуглеродистых сталей воздействие осуществляют в зоне, ограниченной линией, по которой прошла первичная рекристаллизация.

3. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что в сварньи металлоконструкциях из низколегированньи и высокопрочных сталей воздействие осу! ществляют в зоне, ограниченной линией, по которой прошел низкий отпуск.

1420035

f,2

/О

Од

80

100

160

180

0,8

02

0 OCN (% ат 6

f0 Ю г0 25 5О 35 Ю ккм

gue. 7

1420035 бо, МЛа

280

260

220

180

16Р

N, ЦУ п б-р, Нди

24О

220

zoo

1ВО

160

r4D

r2o

roo

2 . д 7 89 цииклоЬ

4 S67

Редактор И.Сегляник

Корректор Л.Пилипеико

Заказ 4292/26 Тираж 545 Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

f20

r.ц5

9 Ф 36

r.roo 1 °

Фаз. rr

Составитель А. Кулемин

Техред M.Õîäàíè÷

В11ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

6 8

1, 10