×
20.11.2014
216.013.07d2

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

Вид РИД

Изобретение

№ охранного документа
0002533403
Дата охранного документа
20.11.2014
Аннотация: Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в различных отраслях промышленности для повышения надежности сварных соединений стальных конструкций и увеличения срока их службы. Способ включает пропускание знакопеременных импульсов электрического тока через шов и зону термического влияния. Пропускают импульсы тока в зоне остывания шва, в которой температура металла меньше температуры точки Кюри на 50-100 градусов по шкале Цельсия. При этом импульсы электрического тока пропускают перпендикулярно сварному шву. Длительность импульсов электрического тока составляет 1,5-2,5 секунды и паузы между импульсами 1-3 секунды. Изобретение позволяет снизить затраты энергии и рабочего времени при снятии остаточных сварных напряжений, в основном, электросварных прямошовных труб большого диаметра. 2 ил.
Основные результаты: Способ электрофизической обработки сварных соединений металлических конструкций, включающий пропускание знакопеременных импульсов электрического тока через шов и зону термического влияния, отличающийся тем, что импульсы тока пропускают в зоне остывания шва, в которой температура металла меньше температуры точки Кюри на 50-100 градусов по шкале Цельсия, при этом импульсы электрического тока длительностью 1,5-2,5 секунды с паузами между импульсами 1-3 секунды пропускают перпендикулярно сварному шву.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в различных отраслях промышленности для повышения надежности сварных соединений стальных конструкций и увеличения срока их службы.

Известен способ повышения несущей способности деталей машин, при котором разогрев дефектных зон осуществляют импульсным током в течение 0,01-0,5 секунд (авторское свидетельство СССР № 1015561, Кл. B23P 6/04). За счет концентрации тока в области дефектов создается температурный градиент, обуславливающий термоупругие напряжения сжатия. При этом происходит локализация дефектов кристаллического строения, являющихся концентраторами напряжений.

Однако существующий способ снижения напряжений рассчитан на обработку областей металла, размеры которых несоизмеримо меньше поперечного сечения, через которое проходит ток. Решить вопрос снижения остаточных напряжений в сварных соединениях труб большого диаметра или других конструкций известным способом практически невозможно.

Известен способ снижения остаточных напряжений в сварных соединениях больших металлических конструкций, включающих электрофизическую обработку (ЭФО) участков с повышенными остаточными напряжениями путем пропускания пакета знакопеременных импульсов тока через эти участки, причем импульсы тока имеют форму равнобедренной трапеции и паузы между импульсами тока 4-6 секунд (декларационный патент на изобретение Украины №53559А, Кл. B23P 6/04, С21Д 1/8).

Недостатком известного способа является значительные затраты энергии и времени, необходимых для снижения остаточных напряжений.

Целью настоящего изобретения является уменьшение затрат энергии и сокращение рабочего времени, необходимых для снижения остаточных напряжений в сварных соединениях, особенно электросварных прямошовных труб большого диаметра.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе снижения остаточных напряжений в сварных соединениях, включающем ЭФО участков с повышенными остаточными напряжениями, в процессе выполнения сварки через нагретый электродуговой сваркой участок шва и зону термического влияния (ЗТВ) пропускают знакопеременные импульсы электрического тока длительностью (2,0±0,5) секунды и паузой между импульсами 1-3 секунды.

Другое отличие состоит в том, что импульсы электрического тока пропускают перпендикулярно сварному шву.

Третье отличие состоит в том, что импульсы тока пропускают в зоне остывания шва, где температура металла меньше температуры точки Кюри на 50-100 градусов по шкале Цельсия.

Каждый из перечисленных признаков отличается от признаков известных решений, применяемых для снижения остаточных напряжений, поэтому предлагаемое техническое решение соответствует критерию «существенные отличия».

Перечисленная совокупность существенных признаков предлагаемого способа снижения остаточных напряжений в сварных соединениях позволяет создать положительный эффект и поэтому обуславливает соответствие предлагаемого технического решения критерию «новизна».

Действительно, в результате пластических деформаций при остывании сварного шва возникают внутренние напряжения и остаточные деформации. Согласно принципу термодинамического равновесия система всегда стремится к состоянию с минимумом полной свободной энергии, поэтому внутренние напряжения и остаточные деформации стремятся к равновесному статическому состоянию. Любое нарушение приводит к перераспределению напряжений, которое вновь приводит систему к равновесному состоянию.

Начиная с кристаллизации в металлах возникают дефекты (дислокации) различных типов. Все воздействия при обработке металла (тепловые, механические, химические и др.) связаны с преобразованием его дислокационной структуры. Пластическая деформация металлов имеет термофлуктуационную природу и является результатом элементарных сдвигов в кристаллах при перемещении дислокации в плоскости скольжения, которое может застопориться на закрепляющих центрах (потенциальных или энергетических барьерах). Возрастание внутренних напряжений сопровождается увеличением плотности дислокации за счет их скопления на стопорах.

Способность металла к деформированию лимитируется исчерпанием пластичности в отдельных микрообъемах, где и происходит зарождение очагов разрушения. Дальнейшее деформирование металла без разрушения возможно только после термической обработки (отжиг). При температурах рекристаллизационного отжига термофлуктуации всегда превышают высоту энергетических барьеров в решетке и дислокации преодолевают стопоры. Микропластическая деформация осуществляется за счет потенциальной упругой энергии, накопленной в процессе предварительной пластической деформации металла, и происходит структурная перестройка релаксационного характера (уменьшение плотности дислокации и остаточных напряжений).

В отличие от термообработки при ЭФО происходит нетермическое преобразование дислокационной структуры за счет снижения высоты энергетических барьеров в результате взаимодействия электромагнитного поля электрического тока с электромагнитным полем реальной кристаллической решетки металла. Это взаимодействие происходит, прежде всего, на головных дислокациях неравновесных групп дислокации (в скоплениях), которые находятся накануне срыва со стопора, а импульс тока инициирует их разрядку. Происходит срыв дислокации со стопоров и плотность дислокации уменьшается (релаксация остаточных напряжений).

Если ЭФО выполняется при повышенной температуре металла, то преобразование дислокационной структуры будет происходить: а) термическое - за счет увеличения термофлуктуации при повышении температуры металла; б) нетермическое - за счет снижения высоты энергетических барьеров в решетке при воздействии электрического тока. Очевидно, что при повышении термофлуктуаций срыв дислокации со стопоров обеспечивается при меньшем снижении высоты энергетических барьеров, то есть при уменьшенной плотности тока ЭФО. Кристаллизация ферромагнитных металлов (с возникновением магнитных свойств) характеризуется температурой точки Кюри, выше которой магнитные свойства исчезают. Следовательно, при температуре остывающего металла, близкой к температуре точки Кюри, эффективность воздействия электрического тока будет выше, чем на металл при низкой температуре.

Предлагаемое изобретение, включающее ЭФО металла, кристаллизующегося при остывании сварного шва, позволяет снизить плотность электрического тока, необходимого для уменьшения плотности дислокации и создания равновесной структуры металла с целью уменьшения остаточных напряжений.

Экспериментальная проверка

Проверка способа снижения остаточных напряжений производилась путем экспериментальных исследований.

Проверка производилась путем сравнительной оценки формирующихся остаточных сварочных напряжений (ОСИ): а) без ЭФО; б) при ЭФО в процессе электродуговой сварки. Уровень формирующихся остаточных напряжений контролировался с помощью переносного прибора неразрушающего контроля ПКОН SMF (ТУ У 33.2-30976520-002:2008). Заданные параметры тока ЭФО обеспечивались при помощи установки DS10D (ТУ У 31.6-30976520-001-2001).

Исследования выполнялись на цилиндрической трубе внешним диаметром 270 мм, толщиной стенки 7 мм, длиной 1,2 м, материал - сталь 20. По длине трубы (вдоль оси) механическим способом был выполнен продольный разрез. Контроль уровня ОСН в ЗТВ выполнялся в 13 точках, равномерно распределенных по длине шва. Измерения выполнялись с помощью прибора ПКОН SMF в относительных единицах. За единицу принимался уровень ОСН, измеренный в сварном образце стали 20 после термообработки (калибровка прибора).

Сварной шов по длине условно разбивался на три участка:

участок шва 1 - точки контроля 0-4;

участок шва 2 - точки контроля 4-8;

участок шва 3 - точки контроля 8-13.

Электродуговая сварка продольного шва трубы выполнялась в направлении от точки 0 к точке 13, ток сварки 150-180 А (рисунок 1).

Сварка участка шва 1 выполнялась без ЭФО. Сварка участков шва 2 и 3 выполнялась при воздействии тока ЭФО. Ток ЭФО подводился с помощью специальной оснастки и пропускался поперек шва так, чтобы обрабатывалась зона шва и ЗТВ. Параметры тока ЭФО: амплитудное значение импульса тока 980 А, длительность импульса тока (2,0±0,5) с, длительность паузы между импульсами 1-3 с, полярность импульсов тока - знакочередующаяся. Повышение эффективности ЭФО достигалось за счет локального увеличения плотности тока в зоне шва и ЗТВ. Для этого при сварке участка шва 3 для повышения эффективности ЭФО точки подключения тока приближались к оси шва.

После остывания шва в точках контроля (1-13) производились измерения уровня ОСН в ЗТВ. Результаты представлены на рисунке 2.

Экспериментально установлено:

1. Снижение уровня остаточных напряжений на 50-60% получено при ЭФО импульсами электрического тока длительностью (2,0±0,5) секунды и паузой между импульсами 1-3 секунды.

2. Повышение эффективности ЭФО и наименьшее значение уровня остаточных напряжений получено при минимальных расстояниях до точки подвода тока, что подтверждает необходимость пропускать токи ЭФО перпендикулярно шву.

3. Наименьшее значение остаточных напряжений получено при ЭФО зоны остывания и кристаллизации металла сварного шва, где температура приблизительно на 50-100°C меньше температуры точки Кюри.

Использование предлагаемого способа снижения остаточных напряжений в сварных соединениях металлических конструкций, включающего ЭФО сварного шва и ЗТВ при остывании, обеспечивает по сравнению с существующими способами значительную экономию энергетических затрат и рабочего времени.

Предлагаемый способ снижения остаточных напряжений в сварных соединениях является эффективным методом повышения надежности сварных конструкций и увеличения срока их службы. Позволяет без послесварочной температурной обработки снизить уровень остаточных напряжений и улучшить механические свойства металла сварных соединений.

Предлагаемый способ наиболее эффективен для локальной обработки сварных швов крупногабаритных конструкций, что невозможно другими способами. Зона сварного соединения обрабатывается непосредственно в процессе электродуговой сварки металлических конструкций.

Способ электрофизической обработки сварных соединений металлических конструкций, включающий пропускание знакопеременных импульсов электрического тока через шов и зону термического влияния, отличающийся тем, что импульсы тока пропускают в зоне остывания шва, в которой температура металла меньше температуры точки Кюри на 50-100 градусов по шкале Цельсия, при этом импульсы электрического тока длительностью 1,5-2,5 секунды с паузами между импульсами 1-3 секунды пропускают перпендикулярно сварному шву.
СПОСОБ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ
СПОСОБ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 131-140 из 173.
10.06.2015
№216.013.552a

Способ прошивки заготовок и слитков-заготовок электрошлакового переплава в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы-заготовки и прошивки-раскатки гильз-заготовок в гильзы

Изобретение относится к трубопрокатному производству на трубопрокатных установках. Способ включает нагрев заготовок и слитков-заготовок ЭШП до температуры пластичности, прошивку заготовок и слитков-заготовок ЭШП в гильзы-заготовки, нагрев гильз-заготовок с холодного или горячего посада до...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002553323
Дата охранного документа: 10.06.2015
20.06.2015
№216.013.56b5

Способ производства бесшовных горячедеформированных механически обработанных труб размером вн.489+3,0/-0×19,5+3,0/-0×4090+40/-0 и вн.489+3,0/-0×19,5+3,0/-0×2500+40/-30 мм из стали марки 38хн3мфа для изготовления баллонов

Изобретение относится к трубопрокатному производству. Заготовки размером 630×100×1360 мм нагревают до температуры пластичности. Прошивают их в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы-заготовки размером 650×вн.340×1660 мм и нагревают до температуры пластичности. Прошивают-раскатывают...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002553727
Дата охранного документа: 20.06.2015
20.06.2015
№216.013.56b7

Способ производства бесшовных горячедеформированных механически обработанных труб размером 530х16 мм повышенной точности из стали марки 08х18н10т для объектов атомной энергетики

Изобретение относится к трубопрокатному производству. Способ включает отливку полых слитков электрошлакового переплава. Повышение точности геометрических размеров труб, качества их поверхности и механических свойств обеспечивается за счет того, что отливают слитки размером 680×вн495×2600±100...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002553729
Дата охранного документа: 20.06.2015
27.06.2015
№216.013.58b1

Валок стана поперечно-винтовой прокатки

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к рабочему инструменту станов поперечно-винтовой прокатки. Валок содержит входной и выходной конусы и цилиндрическую часть с винтовой нарезкой. Снижение кривизны гильз, поперечной и продольной разностенности труб, исключение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002554246
Дата охранного документа: 27.06.2015
27.06.2015
№216.013.58b4

Биметаллическая заготовка из сталей марок (10гн2мфа+08х18н10т) и способ ее изготовления для производства холоднокатаных биметаллических труб размером вн.279×36 и вн.346×40 мм с внутренним плакирующим слоем толщиной 7±2 мм из стали марки 08х18н10т для объектов атомной энергетики

Изобретение относится к трубопрокатному производству. Биметаллическая заготовка содержит торцевое кольцо из углеродистой марки стали и цилиндрическую вставку из стали марки 08Х18Н10Т. Рубашка заготовки выполнена из стали марки 10ГН2МФА в форме цилиндра размером 570±1,0×вн. 260+1,0/-0×1750±25...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002554249
Дата охранного документа: 27.06.2015
27.06.2015
№216.013.58b5

Способ производства бесшовных горячедеформированных механически обработанных труб размером 530х16 мм повышенной точности из стали марки 08х18н10т для объектов атомной энергетики

Изобретение относится к трубопрокатному производству. Слитки ЭШП размером 620×1500±25 мм обтачивают в слитки-заготовки размером 600±5×1500±25 мм и сверлят с них сквозное центральное отверстие диаметром 100±5 мм. Растачивают их на размер 600±5,0×вн.200±5,0×1500±25 мм и нагревают до температуры...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002554250
Дата охранного документа: 27.06.2015
20.07.2015
№216.013.64ec

Способ производства шестигранных труб-заготовок размером "под ключ" 255±2,0×5,0+1,5/-1,0×4300+80/-30 мм для уплотненного хранения и транспортировки отработанного ядерного топлива

Изобретение относится к трубному производству, в частности к способу производства шестигранных труб-заготовок. Способ включает прокатку на пилигримовом стане отлитых электрошлаковым переплавом полых биметаллических по высоте слитков с донной и усадочной частями из пластичных углеродистых марок...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002557383
Дата охранного документа: 20.07.2015
20.07.2015
№216.013.64f1

Способ производства шестигранных труб-заготовок размером "под ключ" 252,6±1,8×5,0+1,5/-1,0×4300+80/-30 мм для хранения и транспортировки отработанного ядерного топлива

Изобретение относится к способам прокатки шестигранных труб. Способ включает отливку электрошлаковым переплавом полых слитков из низкопластичной стали, расточку и обточку их в полые слитки-заготовки. Снижение расходного коэффициента металла, массы шестигранных труб, их стоимости обеспечивается...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002557388
Дата охранного документа: 20.07.2015
20.07.2015
№216.013.64f3

Способ производства бесшовных горячедеформированных механически обработанных труб размером 630×16 мм повышенной точности из стали марки 08х18н10т для объектов атомной энергетики

Изобретение относится к трубопрокатному и металлургическому производствам. Полые слитки электрошлакового переплава размером 740×вн490×2650±50 мм растачивают и обтачивают в слитки-заготовки размером 720×вн510×2650±50 мм. Слитки-заготовки нагревают до температуры 1260-1270°C и продувают сжатым...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002557390
Дата охранного документа: 20.07.2015
27.07.2015
№216.013.66b1

Способ производства бесшовных горячедеформированных механически обработанных труб размером 630×16 мм повышенной точности из стали марки 08х18н10т для объектов атомной энергетики

Изобретение относится к трубопрокатному и металлургическому производствам. Слитки электрошлакового переплава размером 620×1700±25 мм обтачивают в слитки-заготовки размером 600×1700±25 мм. Сверлят сквозное центральное отверстие диаметром 100±5 мм. Растачивают слитки-заготовки на размер...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002557842
Дата охранного документа: 27.07.2015
Показаны записи 131-140 из 209.
10.06.2015
№216.013.552a

Способ прошивки заготовок и слитков-заготовок электрошлакового переплава в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы-заготовки и прошивки-раскатки гильз-заготовок в гильзы

Изобретение относится к трубопрокатному производству на трубопрокатных установках. Способ включает нагрев заготовок и слитков-заготовок ЭШП до температуры пластичности, прошивку заготовок и слитков-заготовок ЭШП в гильзы-заготовки, нагрев гильз-заготовок с холодного или горячего посада до...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002553323
Дата охранного документа: 10.06.2015
20.06.2015
№216.013.56b5

Способ производства бесшовных горячедеформированных механически обработанных труб размером вн.489+3,0/-0×19,5+3,0/-0×4090+40/-0 и вн.489+3,0/-0×19,5+3,0/-0×2500+40/-30 мм из стали марки 38хн3мфа для изготовления баллонов

Изобретение относится к трубопрокатному производству. Заготовки размером 630×100×1360 мм нагревают до температуры пластичности. Прошивают их в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы-заготовки размером 650×вн.340×1660 мм и нагревают до температуры пластичности. Прошивают-раскатывают...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002553727
Дата охранного документа: 20.06.2015
20.06.2015
№216.013.56b7

Способ производства бесшовных горячедеформированных механически обработанных труб размером 530х16 мм повышенной точности из стали марки 08х18н10т для объектов атомной энергетики

Изобретение относится к трубопрокатному производству. Способ включает отливку полых слитков электрошлакового переплава. Повышение точности геометрических размеров труб, качества их поверхности и механических свойств обеспечивается за счет того, что отливают слитки размером 680×вн495×2600±100...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002553729
Дата охранного документа: 20.06.2015
27.06.2015
№216.013.58b1

Валок стана поперечно-винтовой прокатки

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к рабочему инструменту станов поперечно-винтовой прокатки. Валок содержит входной и выходной конусы и цилиндрическую часть с винтовой нарезкой. Снижение кривизны гильз, поперечной и продольной разностенности труб, исключение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002554246
Дата охранного документа: 27.06.2015
27.06.2015
№216.013.58b4

Биметаллическая заготовка из сталей марок (10гн2мфа+08х18н10т) и способ ее изготовления для производства холоднокатаных биметаллических труб размером вн.279×36 и вн.346×40 мм с внутренним плакирующим слоем толщиной 7±2 мм из стали марки 08х18н10т для объектов атомной энергетики

Изобретение относится к трубопрокатному производству. Биметаллическая заготовка содержит торцевое кольцо из углеродистой марки стали и цилиндрическую вставку из стали марки 08Х18Н10Т. Рубашка заготовки выполнена из стали марки 10ГН2МФА в форме цилиндра размером 570±1,0×вн. 260+1,0/-0×1750±25...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002554249
Дата охранного документа: 27.06.2015
27.06.2015
№216.013.58b5

Способ производства бесшовных горячедеформированных механически обработанных труб размером 530х16 мм повышенной точности из стали марки 08х18н10т для объектов атомной энергетики

Изобретение относится к трубопрокатному производству. Слитки ЭШП размером 620×1500±25 мм обтачивают в слитки-заготовки размером 600±5×1500±25 мм и сверлят с них сквозное центральное отверстие диаметром 100±5 мм. Растачивают их на размер 600±5,0×вн.200±5,0×1500±25 мм и нагревают до температуры...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002554250
Дата охранного документа: 27.06.2015
20.07.2015
№216.013.64ec

Способ производства шестигранных труб-заготовок размером "под ключ" 255±2,0×5,0+1,5/-1,0×4300+80/-30 мм для уплотненного хранения и транспортировки отработанного ядерного топлива

Изобретение относится к трубному производству, в частности к способу производства шестигранных труб-заготовок. Способ включает прокатку на пилигримовом стане отлитых электрошлаковым переплавом полых биметаллических по высоте слитков с донной и усадочной частями из пластичных углеродистых марок...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002557383
Дата охранного документа: 20.07.2015
20.07.2015
№216.013.64f1

Способ производства шестигранных труб-заготовок размером "под ключ" 252,6±1,8×5,0+1,5/-1,0×4300+80/-30 мм для хранения и транспортировки отработанного ядерного топлива

Изобретение относится к способам прокатки шестигранных труб. Способ включает отливку электрошлаковым переплавом полых слитков из низкопластичной стали, расточку и обточку их в полые слитки-заготовки. Снижение расходного коэффициента металла, массы шестигранных труб, их стоимости обеспечивается...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002557388
Дата охранного документа: 20.07.2015
20.07.2015
№216.013.64f3

Способ производства бесшовных горячедеформированных механически обработанных труб размером 630×16 мм повышенной точности из стали марки 08х18н10т для объектов атомной энергетики

Изобретение относится к трубопрокатному и металлургическому производствам. Полые слитки электрошлакового переплава размером 740×вн490×2650±50 мм растачивают и обтачивают в слитки-заготовки размером 720×вн510×2650±50 мм. Слитки-заготовки нагревают до температуры 1260-1270°C и продувают сжатым...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002557390
Дата охранного документа: 20.07.2015
27.07.2015
№216.013.66b1

Способ производства бесшовных горячедеформированных механически обработанных труб размером 630×16 мм повышенной точности из стали марки 08х18н10т для объектов атомной энергетики

Изобретение относится к трубопрокатному и металлургическому производствам. Слитки электрошлакового переплава размером 620×1700±25 мм обтачивают в слитки-заготовки размером 600×1700±25 мм. Сверлят сквозное центральное отверстие диаметром 100±5 мм. Растачивают слитки-заготовки на размер...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002557842
Дата охранного документа: 27.07.2015
+ добавить свой РИД