×
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 141-150 из 173.
27.07.2015
№216.013.6768

Способ производства бесшовных длинномерных труб размером 325×46-60 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из стали марки 10х9мфб-ш

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства бесшовных длинномерных труб размером 325×46-60 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из стали марки 10Х9МФБ-Ш из слитков-заготовок ЭШП и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558025
Дата охранного документа: 27.07.2015
27.07.2015
№216.013.688e

Способ производства бесшовных горячедеформированных котельных и паропроводных труб размером 530×30-75 мм из жаропрочной стали марки 10х9к3в2мфбр-ш для энергетического оборудования с суперсверхкритическими параметрами пара

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства труб для энергетического оборудования с суперсверхкритическими параметрами пара. Способ производства бесшовных горячедеформированных котельных и паропроводных труб размером 530×30 - 75 мм из жаропрочной стали...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558319
Дата охранного документа: 27.07.2015
10.10.2015
№216.013.8084

Способ производства бесшовных горячедеформированных котельных и паропроводных труб размером 465×25-75 мм из жаропрочной стали марки 10х9к3в2мфбр-ш для энергетического оборудования с суперсверхкритическими параметрами пара

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства бесшовных горячедеформированных котельных и паропроводных труб размером 465×25-75 мм из стали 10Х9К3В2МФБР-Ш для энергетического оборудования с суперсверхкритическими параметрами пара. Способ характеризуется...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564497
Дата охранного документа: 10.10.2015
10.10.2015
№216.013.8085

Способ производства бесшовных труб размером 325×26-45 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из стали марки 10х9мфб-ш

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства бесшовных труб размером 325×26-45 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из стали марки 10Х9МФБ-Ш. Способ включает выплавку полых слитков...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564498
Дата охранного документа: 10.10.2015
10.10.2015
№216.013.8088

Трубопрокатная установка для производства длинномерных многослойных металлических труб большого диаметра для транспортировки углеводородов

Изобретение относится к производству длинномерных многослойных труб большого диаметра. Установка содержит устройство для размотки штрипсовых рулонов, подающий рольганг с правильно-натяжным роликовым устройством, станки для нанесения фаски на торцы труб-заготовок, установку для металлического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564501
Дата охранного документа: 10.10.2015
10.10.2015
№216.013.808a

Валок пилигримового стана для прокатки труб диаметром от 273 до 630 мм

Изобретение относится к области калибровки валков пилигримовых станов для прокатки труб диаметром от 273 до 630 мм. Валок содержит по окружности бочки ручей круглого сечения с тангенциальными выпусками, состоящий из последовательно расположенных бойка, образованного увеличивающимся радиусом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564503
Дата охранного документа: 10.10.2015
10.10.2015
№216.013.808b

Способ лазерной сварки труб большого диаметра

Изобретение относится к способу лазерной сварки труб большого диаметра. Перед сваркой продольного шва выполняют прихваточный шов, во время сварки которого с наружной стороны трубы, непосредственно перед зоной сварки упомянутым лазерным датчиком фиксируют через определенное расстояние по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564504
Дата охранного документа: 10.10.2015
10.10.2015
№216.013.808c

Способ производства бесшовных горячекатаных гладких, нарезных, котельных, толстостенных и труб специального назначения диаметром от 273 до 630 мм на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами

Изобретение относится к трубопрокатному производству. Непрерывно-литые заготовки, кованые заготовки, сплошные и полые слитки-заготовки ЭШП размером от 400 до 650 мм нагревают до температуры пластичности. Прошивают их в станах поперечно-винтовой прокатки на короткой оправке в гильзы или...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564505
Дата охранного документа: 10.10.2015
10.11.2015
№216.013.8bd8

Способ производства бесшовных труб размером 325×16-25 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из стали марки 10х9мфб-ш

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства бесшовных труб размером 325×16-25 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из стали марки 10Х9МФБ-Ш. Способ включает выплавку полых слитков...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002567407
Дата охранного документа: 10.11.2015
10.11.2015
№216.013.8be5

Биметаллическая заготовка из сталей марок 10гн2мфа и 08х18н10т для производства горячекатаных, механически обработанных, биметаллических труб размером вн.279х36 мм для объектов атомной энергетики

Изобретение относится к трубопрокатному производству. Биметаллическая заготовка содержит рубашку из стали марки 10ГН2МФА, торцевое кольцо из углеродистой марки стали и цилиндрическую вставку из стали марки 08Х18Н10Т. Рубашка выполнена в форме цилиндра размером 520±1,0хвн.265+1,0/-0×1300 мм....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002567420
Дата охранного документа: 10.11.2015
Показаны записи 141-150 из 209.
27.07.2015
№216.013.6768

Способ производства бесшовных длинномерных труб размером 325×46-60 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из стали марки 10х9мфб-ш

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства бесшовных длинномерных труб размером 325×46-60 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из стали марки 10Х9МФБ-Ш из слитков-заготовок ЭШП и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558025
Дата охранного документа: 27.07.2015
27.07.2015
№216.013.688e

Способ производства бесшовных горячедеформированных котельных и паропроводных труб размером 530×30-75 мм из жаропрочной стали марки 10х9к3в2мфбр-ш для энергетического оборудования с суперсверхкритическими параметрами пара

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства труб для энергетического оборудования с суперсверхкритическими параметрами пара. Способ производства бесшовных горячедеформированных котельных и паропроводных труб размером 530×30 - 75 мм из жаропрочной стали...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558319
Дата охранного документа: 27.07.2015
10.10.2015
№216.013.8084

Способ производства бесшовных горячедеформированных котельных и паропроводных труб размером 465×25-75 мм из жаропрочной стали марки 10х9к3в2мфбр-ш для энергетического оборудования с суперсверхкритическими параметрами пара

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства бесшовных горячедеформированных котельных и паропроводных труб размером 465×25-75 мм из стали 10Х9К3В2МФБР-Ш для энергетического оборудования с суперсверхкритическими параметрами пара. Способ характеризуется...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564497
Дата охранного документа: 10.10.2015
10.10.2015
№216.013.8085

Способ производства бесшовных труб размером 325×26-45 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из стали марки 10х9мфб-ш

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства бесшовных труб размером 325×26-45 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из стали марки 10Х9МФБ-Ш. Способ включает выплавку полых слитков...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564498
Дата охранного документа: 10.10.2015
10.10.2015
№216.013.8088

Трубопрокатная установка для производства длинномерных многослойных металлических труб большого диаметра для транспортировки углеводородов

Изобретение относится к производству длинномерных многослойных труб большого диаметра. Установка содержит устройство для размотки штрипсовых рулонов, подающий рольганг с правильно-натяжным роликовым устройством, станки для нанесения фаски на торцы труб-заготовок, установку для металлического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564501
Дата охранного документа: 10.10.2015
10.10.2015
№216.013.808a

Валок пилигримового стана для прокатки труб диаметром от 273 до 630 мм

Изобретение относится к области калибровки валков пилигримовых станов для прокатки труб диаметром от 273 до 630 мм. Валок содержит по окружности бочки ручей круглого сечения с тангенциальными выпусками, состоящий из последовательно расположенных бойка, образованного увеличивающимся радиусом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564503
Дата охранного документа: 10.10.2015
10.10.2015
№216.013.808b

Способ лазерной сварки труб большого диаметра

Изобретение относится к способу лазерной сварки труб большого диаметра. Перед сваркой продольного шва выполняют прихваточный шов, во время сварки которого с наружной стороны трубы, непосредственно перед зоной сварки упомянутым лазерным датчиком фиксируют через определенное расстояние по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564504
Дата охранного документа: 10.10.2015
10.10.2015
№216.013.808c

Способ производства бесшовных горячекатаных гладких, нарезных, котельных, толстостенных и труб специального назначения диаметром от 273 до 630 мм на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами

Изобретение относится к трубопрокатному производству. Непрерывно-литые заготовки, кованые заготовки, сплошные и полые слитки-заготовки ЭШП размером от 400 до 650 мм нагревают до температуры пластичности. Прошивают их в станах поперечно-винтовой прокатки на короткой оправке в гильзы или...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564505
Дата охранного документа: 10.10.2015
10.11.2015
№216.013.8bd8

Способ производства бесшовных труб размером 325×16-25 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из стали марки 10х9мфб-ш

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства бесшовных труб размером 325×16-25 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из стали марки 10Х9МФБ-Ш. Способ включает выплавку полых слитков...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002567407
Дата охранного документа: 10.11.2015
10.11.2015
№216.013.8be5

Биметаллическая заготовка из сталей марок 10гн2мфа и 08х18н10т для производства горячекатаных, механически обработанных, биметаллических труб размером вн.279х36 мм для объектов атомной энергетики

Изобретение относится к трубопрокатному производству. Биметаллическая заготовка содержит рубашку из стали марки 10ГН2МФА, торцевое кольцо из углеродистой марки стали и цилиндрическую вставку из стали марки 08Х18Н10Т. Рубашка выполнена в форме цилиндра размером 520±1,0хвн.265+1,0/-0×1300 мм....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002567420
Дата охранного документа: 10.11.2015
+ добавить свой РИД