Ультразвуковая ударная обработка металлоконструкций

А. А. Новик
ООО «Ультразвуковая техника – ИНЛАБ»
т. (812) 329-4961, факс 329-4962
E-mail: inlab@utinlab.ru

Ультразвуковая ударная обработка металлоконструкций

Наступил век пластических материалов, век композитных материалов» - такие лозунги мы неоднократно слышали и слышим в ХХ и ХХI веке. Но железный век продолжается: мосты и акведуки, газопроводы и нефтепроводы, морские нефтедобывающие платформы, корпуса судов и танкеров, рамы электровозов и тепловозов, каркасы высотных зданий и корпуса машин, водогрейные и паровые котлы - без металлоконструкций из стали невозможно представить ни одно направление человеческой деятельности.

Существуют разные способы соединений стальных деталей в металлоконструкцию:

• склеивание металлоконструкций - достаточно экзотическое соединение и его применение пока ограничено;
• пайка - имеет ряд технологических ограничений;
• болтовое соединение - вид соединения, подразумевающий возможную разборку. В сложных металлоконструкциях болтовое соединение требует большого количества ручного труда;
• клепаное соединение - образует неразрывное соединение деталей. С точки зрения прочностных параметров одно из лучших соединений, но мало технологично и, опять же, значительные затраты ручного труда;

Самый прогрессивный метод соединения стальных деталей - сварка: прочное неразъемное соединение деталей из стали. Наибольшее распространение при изготовлении металлоконструкций получила электросварка.

Практика изготовления сварных конструкций из разных марок сталей и сплавов показывает, что получаемые сварные соединения часто имеют иные прочностные характеристики, чем основной металл. Кроме того, образование собственных напряжений изменяет запас пластичности сварных соединений, а остаточные деформации, вызванные сваркой, искажают размеры сварных изделий. Перечисленные факторы являются основными специфическими недостатками, свойственными в той или иной мере всем известным процессам сварки.

С целью уменьшения влияния указанных недостатков на качество сварных конструкций применяются разные технологические приемы, осуществляемые в процессе сварки или после нее. Применяется подогрев, используется определенная последовательность наложения швов, вводятся ультразвуковые колебания в сварочную ванну и т.д.

После сварки, для улучшения качества структуры металла и ее стабилизации, снижения деформаций и собственных напряжений, применяется термическая или иная обработка сварных изделий или сварных соединений (теплом или холодом, обкатка сварных соединений роликами, проковка сварных швов и др.)

Все перечисленные виды обработки усложняют технологию изготовления металлоконструкций и, кроме того, не всегда являются допустимыми, особенно в конструкциях, выполняемых из термически обработанных металлов или металлов, склонных к образованию хрупких структур. Помимо этого, указанные виды обработки не устраняют всех недостатков сварочного соединения.

Ультразвуковые колебания оказывают сильное воздействие на металл в твердом состоянии. Известно, что ультразвуковая проковка швов специальным инструментом позволяет снизить собственные напряжения и стабилизировать структуру металла в сварном соединении. На основании этого была разработана и изготавливается ультразвуковая установка для обработки сварных изделий.

Установка ИЛ100-16 «Технологический комплекс «Шмель» предназначена для упрочняющей обработки сварных соединений металлоконструкций и трубопроводов, эксплуатируемых при переменных нагрузках, методом ударного деформирования на ультразвуковой частоте.

 Метод ультразвуковой обработки сварных соединений, позволяет:

• улучшить структуру металла и стабилизировать ее;
• создать на обрабатываемой поверхности упрочняющий слой с повышенной сопротивляемостью к образованию трещин;
• уменьшить деформации вызванные сваркой;
• снизить концентрации напряжений нагрузки в соединении;
• уменьшить деформации протекающие со временем и стабилизировать свойства металла и соединения (искусственное старение);
• создать выгодное перераспределение остаточных сварочных напряжений в сварном шве и околошовной зоне;
• уменьшить собственные напряжения в соединении;
• повысить циклическую долговечность сварного соединения до уровня основного металла.

Применение ультразвуковой ударной обработки оказывает комплексное воздействие на сварное соединение и значительно увеличивает применяемость сварных соединений при изготовлении металлоконструкций.

Установка состоит из ультразвукового инструмента, блока электроники и соединительных элементов.

Для обеспечения работы в цеховых и полевых условиях, установка оснащена встроенной системой охлаждения.

Базовая поставка инструмента - четыре иглы-ударника диаметром 3 мм в один ряд. Возможны другие варианты комплектации инструмента по желанию заказчика. Глубина поверхностно-пластического деформирования (ППД) до 1,5 мм (создание сжимающих напряжений), взаимодействие на уровне дислокаций - до уровня эффективного прохождения ультразвуковой волны, т.е. практически на всю толщину обрабатываемого металла. Возможна обработка любых металлов и сплавов.

Применение установки ИЛ100-16 «Технологический комплекс «Шмель» позволяет не только улучшить свойства сварных соединений традиционных металлоконструкций и трубопроводов, но и применять сварные соединения там, где ранее они были неприменимы: при изготовлении станин, рам и корпусов ответственных агрегатов и машин; при изготовлении рам автомобильной, железнодорожной и строительной техники; при обработке сварных швов не только сталей на основе железа, но и для обработки сварных швов высокотехнологичных сплавов на основе титана, молибдена, алюминия и др.

Рисунок. Ультразвуковая ударная обработка сварного шва.

Установка выпускается на основании патентов РФ на полезную модель № 43491, № 41649 и на изобретение № 2266805.