Способ торможения и предотвращения образования усталостных трещин

Способ относится к области мостостроения и может быть использован для предотвращения возникновения и торможения развития усталостных трещин в стенках металлических главных балок пролетных строений и продольных балок проезжей части пролетных строений мостов. Эффект торможения трещины в металлическом элементе пролетных строений мостов достигается путем создания напряжений сжатия и структурного барьера на пути развития трещины, для чего с одной стороны стенки балки в вершине трещины производится индукционный нагрев локальной зоны диаметром 50 мм на всю толщину стенки до температуры 800-850°С; одновременно с нагревом после достижения температуры нагрева 750°С с другой стороны стенки балки выполняется механическая проковка зоны диаметром 30 мм возле устья трещины электромеханическим или пневматическим инструментом с круглым бойком. После выполнения операции с одной стороны операцию повторяют с другой стороны стенки балки. Местный разогрев стенки балки в зоне трещины частично снимает поля остаточных напряжений вблизи трещины, что снижает вероятность дальнейшего распространения трещины по металлу стенки. Индукционный нагрев зоны на пути развития трещины не только создает зону сжимающих напряжений, но и позволяет произвести проковку (создать зону пластических деформаций, препятствующих развитию трещины) на значительно большую глубину, чем при высокочастотной механической проковке. Метод позволяет затормозить дальнейший рост трещины на ранней стадии ее появления. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области мостостроения и может быть использовано для предотвращения возникновения и торможения развития усталостных трещин в стенках металлических главных балок пролетных строений и продольных балок проезжей части пролетных строений мостов.

Известен способ торможения трещин методом высокочастотной механической проковки (ВМП) (см. авт. св. №111494, 1955 г.),

Данный способ является эффективным только для предотвращения появления усталостных трещин и торможения развития поверхностных трещин (глубиной до 1 мм, длиной до 5 мм) и не эффективен для сквозных трещин длиной более 5 мм.

Известен метод торможения трещин путем обработки зоны перед трещиной и с обеих сторон от трещины при помощи проковки пневмомолотком (патент CN 103952984 А, Китай, 2014 г.).

Данный способ является эффективным только для предотвращения появления усталостных трещин и торможения развития поверхностных трещин и не эффективен для сквозных трещин длиной более 5 мм.

Известен способ торможения трещин методом последовательной наплавки путем локального точечного нагрева (патент RU 2466843, 2012 г. Переплав основного металла и присадочного материала вдоль поверхностной трещины контактной точечной или шовной сварочной машиной с формированием монолитного наплавленного ядра). Наплавку ведут с вершины по всей длине поверхностной трещины. Недостатком данного способа является то, что производится расплавление основного металла и изменение его структуры, как при сварке, что может привести к образованию новых трещин.

Известен способ торможения роста усталостных трещин в тонколистовом материале из конструкционных мало- и среднеуглеродистых сталей, включающий создание структурного барьера на пути роста трещины, при этом создание структурного барьера осуществляют на вершине трещины путем ее локального нагрева, плавления, охлаждения на воздухе до образования ядра с монолитной структурой остывшего металла, перекрывающего трещину как минимум на величину 1/2 своего диаметра, импульсного термообрабатывающего нагрева остывшего ядра малым током и его проковки для снятия сварочных напряжений, при этом весь технологический процесс осуществляют на контактной точечной или шовной сварочной машине (патент RU №2384396, МПК: В23Р 6/00).

Недостатком данного способа является то, что производится расплавление основного металла и изменение его структуры, как при сварке, что может привести к образованию новых трещин.

Техническая задача заключается в расширении технологической возможности и повышении остаточной долговечности металлических элементов пролетных строений мостов из конструкционных сталей.

Для решения указанной задачи в способе торможения и предотвращения образования усталостных трещин в металлическом элементе, включающем создание структурного барьера на пути роста трещины путем локального нагрева зоны устья трещины и механической проковки, создание структурного барьера (сжимающих напряжений) осуществляют на вершине трещины путем ее локального индукционного нагрева до температуры 800-850°С диаметром до 50 мм и при достижении температуры нагрева 750°С осуществляют высокочастотную проковку зоны диаметром 30 мм возле устья трещины электромеханическим или пневматическим инструментом с энергией удара не менее 4 кДж для создания зоны пластических деформаций.

После выполнения операции с одной стороны операцию повторяют с другой стороны стенки балки.

При этом происходит торможение образования трещины за счет создания напряжений сжатия на пути развития трещины и снятия поля остаточных напряжений, что снижает вероятность дальнейшего распространения трещины по металлу стенки.

На фиг. 1 показан способ локального нагрева на пути развития трещины; на фиг. 2 показан способ механической проковки пневматическим инструментом. На фиг. 3 показана схема способа усиления, имеющего трещину металлического элемента (стенки балки), включающего индукционный прогрев с механической проковкой зоны на пути развития трещины.

Способ осуществляется следующим образом.

Первоначально выполняется местный разогрев локальной зоны диаметром 50 мм с одной стороны стенки балки в зоне трещины при помощи индукционной установки на всю толщину стенки до температуры 800-850°С; одновременно с нагревом после достижения температуры нагрева 750°С с другой стороны стенки балки выполняется механическая проковка зоны диаметром 30 мм возле устья трещины электромеханическим или пневматическим инструментом с круглым бойком. После выполнения операции с одной стороны операцию повторяют с другой стороны стенки балки. При возможности двухстороннего доступа к конструкции нагрев выполняется с одной стороны, а проковка с другой стороны стенки балки. Затем процедура повторяется со сменой сторон нагрева и проковки. В случае если доступ возможен только с одной стороны, или трещина не вышла на вторую сторону, нагрев и проковка выполняются с одной стороны балки. Проковка выполняется пневматическим молотком с энергией удара не менее 4 кДж (фиг. 2).

Пример 1. Осуществляли усиление опытного образца балки пролетного строения с выращенной трещиной (фиг. 3 а) методом локального прогрева с механической проковкой. Выносной индуктор при помощи магнитной площадки-держателя устанавливали на расстоянии 1-1,5 мм от поверхности металла таким образом, чтобы центр индуктора находился в вершине трещины. Луч лазерного пирометра (для контроля температуры) наводили на металл в центре индуктора. Скорость нагрева составила 70-80°С в секунду, температура нагрева - 800-850°С. После прогрева до 750°С выполнили механическую проковку. Время между окончанием нагрева и началом проковки не превысило 10 секунд. Общий вид трещины после торможения способом локального индукционного прогрева с механической проковкой показан на фиг. 3б.

1. Способ торможения роста усталостных трещин в металлическом элементе пролетных строений мостов, включающий создание структурного барьера на пути роста трещины путем локального нагрева зоны устья трещины и механическую проковку, отличающийся тем, что создание структурного барьера осуществляют на вершине трещины путем ее локального индукционного нагрева до температуры 800-850°С и при достижении температуры нагрева 750°С осуществляют высокочастотную проковку зоны возле устья трещины.

2. Способ торможения и предотвращения образования усталостных трещин по п. 1, отличающийся тем, что локальный индукционный нагрев осуществляют зоны диаметром до 50 мм, а высокочастотную проковку зоны - диаметром до 30 мм электромеханическим или пневматическим инструментом с энергией удара не менее 4 кДж.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области строительства и предназначено для усиления и восстановления функциональных параметров железобетонных пролетных строений ребристой структуры.

Изобретение относится к области мостостроения и может быть использовано для предотвращения развития усталостных трещин и усиления стенок металлических главных балок пролетных строений и продольных балок проезжей части пролетных строений мостов.

Изобретение относится к области мостостроения, а именно к способу реконструкции и укрепления существующего пролетного строения моста. Способ усиления пролетного строения моста включает бурение как минимум двух отверстий в диафрагмах смежных балок пролетного строения вдоль всего усиливаемого участка; установку пучков прядей в пробуренные в диафрагмах отверстия; натяжение и крепление пучков прядей анкерными элементами на крайних диафрагмах; пробуривание в верхних плитах в местах стыков смежных балок, в районе пустот между диафрагмами отверстий, количество которых зависит от количества пустот между диафрагмами; сооружение опалубки под диафрагмами смежных балок; заполнение пустот между диафрагмами бетоном через отверстия в верхних плитах смежных балок и демонтаж опалубки после застывания бетона.

Изобретение относится к области мостостроения и может быть использовано для предотвращения развития усталостных трещин и усиления стенок металлических главных балок пролетных строений и продольных балок проезжей части пролетных строений мостов, имеющих трещины.

Изобретение относится к области мостостроения, а именно к способу реконструкции и укрепления существующего пролетного строения моста. Способ реконструкции мостового сооружения включает в себя установку временных опор на временные сваи, установку упорных и поддерживающих траверс.

Изобретение относится к способам реконструкции железобетонного пролетного строения железнодорожного моста путем наращивания продольных бортов плиты балластного корыта бетонированием.

Изобретение относится к устройству (1) для создания преднапряжения в стяжных элементах (2), выполненных из армированных волокном пластиковых плоских полосовых пластин, содержащему зажимный элемент (3), который расположен на стяжном элементе (2) и имеет по меньшей мере одну контактную поверхность, взаимодействующую со стяжным элементом (2), а также по меньшей мере одну жесткую втулку (4), которая расположена по меньшей мере вокруг одного зажимного элемента (3) и стяжного элемента (2) и таким образом посредством зажимного элемента (3) прикладывает зажимающее давление к стяжному элементу (2).Зажимный элемент (3) выполнен из пластика, который имеет модуль упругости в диапазоне 1000-5000 МПа, прочность на растяжение при изгибе ≥25 МПа и предел прочности при сжатии ≥25 МПа.

Изобретение относится к области строительства, а именно к способу усиления железобетонных массивных опор мостовых сооружений. Способ увеличения несущей способности тела опоры мостового сооружения включает пробуривание углублений по внешней окружности усиливаемого объекта, установку стержней, установку обхватывающих прядей, стягивание их и нанесение полимерного раствора.

Изобретение может быть использовано для реконструкции и усиления существующих разрезных сталежелезобетонных пролетных строений с пролетами до 63,0 м. Технический результат заключается в более полном использовании резервов прочности материалов, уменьшении ограничений для транспорта, движущегося под мостом, и улучшении условий работы и повышении безопасности проведения работ по усилению металлоконструкций.

Изобретение относится к области мостостроения и может быть использовано для предотвращения развития трещин и усиления стенок металлических главных балок и продольных балок проезжей части пролетных строений мостов.

Способ относится к области мостостроения и может быть использован для предотвращения возникновения и торможения развития усталостных трещин в стенках металлических главных балок пролетных строений и продольных балок проезжей части пролетных строений мостов. Эффект торможения трещины в металлическом элементе пролетных строений мостов достигается путем создания напряжений сжатия и структурного барьера на пути развития трещины, для чего с одной стороны стенки балки в вершине трещины производится индукционный нагрев локальной зоны диаметром 50 мм на всю толщину стенки до температуры 800-850°С; одновременно с нагревом после достижения температуры нагрева 750°С с другой стороны стенки балки выполняется механическая проковка зоны диаметром 30 мм возле устья трещины электромеханическим или пневматическим инструментом с круглым бойком. После выполнения операции с одной стороны операцию повторяют с другой стороны стенки балки. Местный разогрев стенки балки в зоне трещины частично снимает поля остаточных напряжений вблизи трещины, что снижает вероятность дальнейшего распространения трещины по металлу стенки. Индукционный нагрев зоны на пути развития трещины не только создает зону сжимающих напряжений, но и позволяет произвести проковку на значительно большую глубину, чем при высокочастотной механической проковке. Метод позволяет затормозить дальнейший рост трещины на ранней стадии ее появления. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх