Способ обработки сварных металлоконструкций

Изобретение относится к обработкестали вибрацией и может быть исполь,зовано в машиностроении, строительстве, на транспорте и других отраслях,ф 5ри изготовлении крупных дорогостояих сварных конструкций, испытываюцих при эксплуатации переменные изнакопеременные нагрузки: подъемных;кранов, мостов, корпусов судов и т.п. 10Цель изобретения - увеличение циклической долговечности сварных метал,локонструкций путем создания нормированных по величине и характеру распределения остаточных напряжений 15в околошовной зоне.На фиг.1 дана зависимость глубиныдеформированного слоя от амплитудыколебаний выходного торца ультразвукового преобразователя (корпусная 20,распределение остаточных напряженийсжатия по глубине деформированного,слоя при ультразвуковой ударной(корпусная сталь средней прочности);на фиг.З - результаты испытаний стыковых соединений ниэкоуглеродистойстали 1 - в исходном состоянии, 2 после ультразвуковой обработки; 30на фиг.4 - результаты усталостныхиспытаний тавровых соединений, высокопрочной стали: 1 - в исходном состоянии, 2 - после ультразвуковой обработки,Сущность изобретения заключаетсяв том, что обработку ведут при амплитуде колебаний выходного торца ультразвукового преобразователя, назначаемой с учетом предела текучести обрабатываемого материала, а также частоты ударных импульсов, массы и площадипоперечного сечения ударника в соответствии с соотношением:А 4 пй ш 452,24 с г3 36 (1)тгде А - амплитуда колебаний выходноготорца ультразвукового преобразователя; 506 - предел текучести обрабатываемого материала",К - 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 изотермой структурных превращений, чем полностью исключают их неблагоприятное влияние на циклическую долговечность сварного соединения.В сварных 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.П р и м е р. 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.1, Видно, что увеличение амплитуды сопровождается пропорциональным ростом глубины деформированного слоя, Кривая имеет участок насьпцения, начиная с амплитуд, приблизительно равных 20- 25 мкм. Рост амплитуды вьппе 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 снижениюА 4 дй шод где остаточных напряжений сжатия у поверхности на 403 от максимальной ве. личины. Обработка амплитудой 45 мкмсоздает в тонком поверхностном слоенапряжения растяжения, причиной кото 5рых является переупрочнение металлаи локальные температурные воздействия в лоне контакта индентора с обрабатываемой поверхностью. Повышениециклической долговечности по сравнению с исходным состоянием составляетсоответственно: 953 для обработки самплитудой 25 мкм, 607 - для обработтки с амплитудой 35 мкм. Образцы, обработанные при амплитуде 45 мкм имеютциклическую долговечность на уровнеисходной. Следовательно, оптимальной в описанном примере является обработка с амплитудой, равной 25 мкм,т.е. приблизительно на 25-30% меньшейамплитуды, обеспечивающей максимальную глубину деформирования.Как показали выполненные исследования, ультразвуковая обработка по 25предложенному способу увеличила циклическую долговечность стыковых соединений низкоуглеродистой стали в средне- и многоцикловой области в 4-5 рази повысила предел выносливости на З 054 Е (фиг.3).Усталостные испытания сварных об. разцов из высокопрочной стали с тавровым соединением показали, что вусловиях знакопеременного симметричного цикла нагружения ультразвуковая,обработка по предлагаемому способуобеспечивает трехкратное повышениепредела выносливости (фиг.4) и неменее, чем 15-кратное увеличение цик Олической долговечности,При проведении усталостных испытаний образцов с тавровым соединениемочаги возникновения усталостных трещин располагались вдали от соединения 45и обработанной зоны - на поверхностиметалла с прокатной коркой. Это обстоятельство свидетельствует о том,что ультразвуковая обработка обеспечивает повышение сопротивления усталости сварного соединения до уровняосновного металла,Технико-экономическая эффективность способа определяется повышениемциклической долговечности и увеличе 55нием гарантированного срока службысварных металлоконструкций, исключе/ нием потерь, обусловленных перерывамив экплуатации.ответственных сварныхметаллоконструкций типа мостов, кранов и т,п. в случаях, когда перерывнеобходим для проведения ремонтныхработ по устранению усталостных повреждений, а также снижением трудоемкости ремонта конструкций за счетпрофилактики усталостных разрушенийпо предложенному методу. Формула изобретения 1. Способ обработки сварных метал локонструкций преимущественно из стали, включающий воздействие ультразвуковым ударным инструментом с заданной амплитудой смещения выходно го торца преобразователя в зоне, прилегающей к сварному шву, о т л и ч аю щ и й с я 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 соот- ношения предел текучести сталисварной конструкции;частота ударных импульсов;масса ударного инструмента;радиус наконечника ударногоииструмента в зоне, ограниченной линией сплавления сварного шва с основныммеханизмом и линией, по которой прошли структурныепревращения,.2. Способ по п.1, о т л и ч а -ю щ и й с я тем, что в сварныхметаллоконструкциях из низкоуглеродистых сталей воздействие осуществляют в зоне, ограниченной линией, покоторой прошла первичная рекристаллизация.3. Способ по п.1, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что в сварных металлоконструкциях из низколегированных ивысокопрочных сталей воздействие осу ществляют в зоне, ограниченной линией,по которой прошел низкий отпуск.