Ефективність ультразвукової обробки при збільшенні довговічності зварних з’єднань та конструкцій

Jacob Kleiman, Yuri Kudryavtsev, Oleksandr Luhovskyi

Анотація


Анотація. Ультразвукова ударна обробка (UIT) є відносно новим і перспективним процесом покращення втомної міцності зварних елементів та конструкцій. В більшості промислових застосувань цей процес відомий як ультразвукова обробка (UP). Сприятливий ефект UP досягається шляхом зняття залишкових напружень, що розтягують, і введення залишкових напружень, що стискають, в поверхневі шари матеріалу. Вторинними факторами підвищення втоми UP є зменшення концентрації напружень в зонах зварного шва і поліпшення механічних властивостей поверхневих шарів матеріалу. Втомні випробування зварних зразків показали, що UP є найбільш ефективним методом поліпшення довговічності в порівнянні з такими традиційними обробками як шліфування, термообробка, механічна ударна обробка і застосування електродів з низькотемпературними переходами (LTT). Розроблений комп'ютеризований комплекс для ультразвукової ударної обробки було успішно застосовано для продовження втомного терміну служби і корозійної стійкості зварних елементів, усунення спотворень, викликаних зварюванням та іншими технологічними процесами, зняття залишкових напружень, підвищення твердості поверхні матеріалів. Ультразвукова ударна обробка може ефективно застосовуватися для поліпшення втомної міцності при виробництві, відновленні і ремонті зварних елементів і конструкцій. Області / галузі, в яких ультразвукова ударна обробка була успішно застосована, включають: суднобудування, залізничні і шосейні мости, будівельне обладнання, гірнича справа, автомобілебудування, аерокосмічна промисловість. Результати втомних випробувань зварних елементів, проведених як відразу після зварювання, так і після застосування ультразвукової ударної обробки, розглянуті в цій статті. Показано, що UP є найбільш ефективним і економічним методом підвищення втомної міцності зварних елементів в матеріалах різної міцності. Ці результати також демонструють сильну тенденцію до збільшення втомної міцності зварних елементів після застосування ультразвукової ударної обробки зі збільшенням механічних властивостей матеріалу, що використовується.

Ключові слова


залишкові напруження; ультразвуковий метод збільшення; підводна ультразвукова ударна обробка; UltraPeen®; втомна міцність

Повний текст:

PDF (English)

Посилання


Trufyakov, V., Mikheev, P. and Kudryavtsev, Y. (1995), “Fatigue Strength of Welded Structures. Residual Stresses and Improvement Treatments”, Harwood Academic Publishers GmbH. London, p. 100.

Kudryavtsev, Y., Korshun, V. and Kuzmenko, A. (1989), Improvement of Fatigue Life of Welded Joints by Ultrasonic Impact Treatment. Paton Welding Journal, No. 7, pp. 24-28.

Trufyakov, V., Mikheev, P., Kudryavtsev, Y. and Reznik, D. (1993), “Ultrasonic Impact Peening Treatment of Welds and Its Effect on Fatigue Resistance in Air and Seawater”, Proceedings of the Offshore Technology Conference, OTC 7280 pp. 183-193.

Kudryavtsev, Y., Mikheev, P. and Korshun, V. (1995), “Influence of Plastic Deformation and Residual Stresses Created by Ultrasonic Impact Treatment on Fatigue Strength of Welded Joints”, Paton Welding Journal, No. 12. pp. 3-7.

Trufiakov, V., Mikheev, P., Kudryavtsev, Y. and Statnikov, E. (1995), “Ultrasonic Impact Treatment of Welded Joints”, International Institute of Welding, IIW Document XIII-1609-95.

Kudryavtsev, Y. and Kleiman, J. (2009), “Fatigue Improvement of Welded Elements and Structures by Ultrasonic Impact Treatment (UIT/UP)”, International Institute of Welding, IIW Document XIII-2276-09.

Kudryavtsev, Y. and Kleiman, J. (2010), “Increasing Fatigue Strength of Welded Elements and Structures by Ultrasonic Impact Treatment”, International Institute of Welding, IIW Document XIII-2318-10.

Patent of USA # 6467321. (2002), “Device for Ultrasonic Peening of Metals.

Kudryavtsev, Y., Kleiman, J., Lobanov, L. and dr. (2004), Fatigue Life Improvement of Welded Elements by Ultrasonic Peening”, International Institute of Welding, IIW Document XIII-2010-04, 20 p.

Kudryavtsev, Y., Kleiman, J., Lugovskoy, A. and dr. (2005), “Rehabilitation and Repair of Welded Elements and Structures by Ultrasonic Peening”, International Institute of Welding, IIW Document XIII-2076-05, 13 p.

Kudryavtsev, Y., Kleiman, J., Lugovskoy, A. and dr. (2006), “Fatigue Life Improvement of Tubular Welded Joints by Ultrasonic Peening”, International Institute of Welding, IIW Document XIII-2117-06, 24 p.

Kudryavtsev, Y., Kleiman, J. and Iwamura, Y. (2009), “Fatigue Improvement of HSS Welded Elements by Ultrasonic Peening”, Proceedings of the International Conference on High Strength Steels for Hydropower Plants, July 20-22, Takasaki, Japan.

Haagensen, P. (2005), “Progress Report on IIW WG2 Round Robin Fatigue Testing Program on 700 MPa and 350 MPa YS Steels”, International Institute of Welding, IIW Document XIII-2081-05.

Marquis, G. and Björk, T. (2008), “Variable Amplitude Fatigue Strength of Improved HSS Welds”, International Institute of Welding, IIW Document XIII-2224-08.

Kudryavtsev, Y. (2008), “Residual Stress”, Springer Handbook on Experimental Solid Mechanics, Springer – SEM., pp. 371-387.

Reo D. Grey and James R. Denison (1944), Scaling Tool, USA, Patent No. 2,356,314.

Joseph F. Niedzwiecki (1967), Descaling Tool, USA, Patent No. 3,349,461.

Krilov, N.A., Polishchuk, A.M. (1970), Using of ultrasonic apparatus for metal structure stabilization. Physical background of industrial using of ultrasound, LDNTP, Part 1, Leningrad, Russian.

Robert C., McMaster and Charles C. Libby (1971), Metal Working Apparatus and Process, USA, Patent No. 3,609,851.

Charles C. Libby and William J. White (1971), Intermediary Impact Device, USA, Patent No. 3,595,325.

Feng, C. and Graff, K. (1972), Impact of a Spherical Tool against a Sonic Transmission Line, The Journal of the Acoustical Society of America, Vol. 52, No. 1, Part 2, pp. 254-259.

Polozky, I. Nedoseka, A. Prokopenko, G. and dr. (1974), Relieving of welding residual stresses by ultrasonic treatment, The Paton Welding Journal, no. 5, pp. 74-75.

Statnikov, E., Zhuravlev, L., Alexeyev, A., Bobylev, Yu., Shevtsov, E., Sokolenko, V. and Kulikov, V. (1975), Ultrasonic head for strain hardening and relaxation treatment, Russian, Author’s Certificate (USSR), no. 472782.

Prokopenko, G. and Krivko, V. (1978), Ultrasonic multiple-strikers device, Russian, Author’s Certificate (USSR), no. 601143.

Langenecker, B. (1966), “Effects of Ultrasound on Deformation Characteristics of Metals”, IEEE Transactions on Sonics and Ultrasonics, Vol. SU-13, No. 1, March, pp. 1-8.

Kudryavtsev, Yuri, Kleiman, Jacob and Lugovskoy, Alexander (2013), “Underwater Ultrasonic Peening of Welede Elements and Structures”, Proceedings of the 4th International Conference on INTEGRITY, RELIABILITY and FAILURE (IRF2013), Funchal, Portugal, 23-27 June.

Tao, N.R., Wang, Z.B., Tong, W.P. and dr. (2002), “An investigation of surface nanocrystallization mechanism in Fe induced by surface mechanical attrition treatment”, Acta Materialia, no. 50, pp. 4603–4616.


Пристатейна бібліографія ГОСТ






DOI: https://doi.org/10.20535/2521-1943.2017.81.117489

Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.


________________

National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute" 

Address: 37, Prospect Peremohy, 03056, Kyiv-56, Ukraine

tel: +380 (44) 204-95-37

http://journal.mmi.kpi.ua/