Устройство для ультразвуковой обработки сварного соединения в процессе сварки
Владельцы патента RU 2469108:
Федеральное Государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) (RU)
Изобретение относится к области технологии сварки. Устройство содержит горелку с электродом, ультразвуковой магнитострикционный излучатель, ультразвуковой генератор и пьезоэлектрический ультразвуковой измерительный приемник. Ультразвуковой генератор соединен с ЭВМ и выполнен с возможностью обработки данных об амплитуде вошедшего в сварное соединение ультразвука. Пьезоэлектрический ультразвуковой измерительный приемник закреплен на поверхности сварного соединения и подключен к электронному блоку обработки сигнала. Блок обработки сигнала выполнен с возможностью передачи данных на ЭВМ об амплитуде ультразвука, вошедшего в сварное соединение. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности снятия остаточных напряжений в сварных соединениях металлов. 1 ил.
Предлагаемое изобретение относится к области технологии сварки и служит для снятия остаточных напряжений, возникающих в сварных соединениях в процессе сварки.
При сварке металлов, особенно сталей аустенитного класса, возникают высокие градиенты температур, которые приводят к возникновению остаточных напряжений как термических, так и структурных. Одним из основных источников возникновения остаточных сварных напряжений являются структурные превращения металла шва. Особенно большие остаточные напряжения возникают в тех случаях, когда в металле шва образуются структуры, имеющие высокую температуру превращения аустенита.
На величину образовавшихся при сварке напряжений оказывают влияние рациональный температурный цикл, последовательность проведения сварочных операций, подбор свойств свариваемого и электродного металлов, подогрев соединений перед сваркой. При подогреве металла в процессе сварки снижается тепловыделение при образовании сварного соединения. При этом уменьшается объем металла, в котором протекают пластические деформации и образуются растягивающие напряжения.
Для полного снятия остаточных напряжений температура подогрева должна быть близкой к температуре плавления металла, что практически невозможно. Кроме того, подогрев в процессе сварки требует больших затрат энергии, например электроэнергии, при подогреве с помощью электронагревателей в случае сварки трубопроводов больших диаметров.
Наиболее близким к предлагаемому устройству снятия остаточных напряжений является способ того же назначения, раскрытый в US 2281192 А, 27.08.2006. Согласно данному изобретению в процессе кристаллизации металла рядом с электродом (горелкой) устанавливается ультразвуковой магнитострикционный преобразователь, излучающий ультразвук, воздействие которого на расплав сварочной ванны приводит к практически полному снятию остаточных напряжений.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности снятия остаточных напряжений в сварных соединениях металлов, включающее воздействие ультразвука на металл ультразвуковым устройством.
Указанная задача решается за счет того, что рядом со свариваемым соединением на поверхности оборудования, рядом с ультразвуковым магнитострикционным преобразователем (излучателем), закреплен пьезоэлектрический ультразвуковой измерительный преобразователь (приемник), который в процессе обработки сварного соединения ультразвуком принимает ультразвуковые колебания, вошедшие в металл. Пьезоэлектрический ультразвуковой измерительный преобразователь (приемник) подключен к электронному блоку обработки сигнала, который передает данные об амплитуде ультразвука, вошедшего в сварное соединение в ЭВМ. Программное обеспечение ЭВМ, после обработки данных об амплитуде вошедшего в металл сварного соединения ультразвука, увеличивает или оставляет без изменения выходное напряжение на ультразвуковом генераторе, передаваемое на ультразвуковой магнитострикционный преобразователь (излучатель).
Эти явления приводят практически к полному снятию остаточных напряжений в сварных соединениях металлов.
Схема предложенного устройства представлена на рис.1.
В статическом режиме рядом со свариваемым соединением 1, на поверхности оборудования, на расстоянии 150-200 мм от сварочной головки (электрода) 2, закреплен пьезоэлектрический ультразвуковой измерительный преобразователь (приемник) 4, который в процессе обработки сварного соединения ультразвуком принимает ультразвуковые колебания, вошедшие в металл. Пьезоэлектрический ультразвуковой измерительный преобразователь (приемник) 4 подключен к электронному блоку обработки сигнала 7, который передает данные об амплитуде ультразвука, вошедшего в сварное соединение в ЭВМ 6. Программное обеспечение ЭВМ, после обработки данных об амплитуде вошедшего в металл сварного соединения ультразвука, увеличивает или оставляет без изменения выходное напряжение на ультразвуковом генераторе 5, передаваемое на ультразвуковой магнитострикционный преобразователь (излучатель) 3.
Ультразвуковой измерительный преобразователь (приемник) 4 не может быть расположен ближе 150 мм к свариваемому соединению 1 вследствие высокой температуры, приводящей к его расплавлению. Ультразвуковой измерительный преобразователь (приемник) 4 не может быть расположен дальше 200 мм от свариваемого соединения 1 вследствие затухания ультразвука в материале сварного соединения.
В динамическом режиме ультразвуковой магнитострикционный преобразователь 3 перемещается синхронно вместе с пьезоэлектрическим ультразвуковым измерительным преобразователем (приемником) 4, при перемещении сохраняется одинаковое расстояние от электрода (горелки) 2 до пьезоэлектрического ультразвукового измерительного преобразователя (приемника) 4.
Контроль величины ультразвуковых колебаний, вошедших в сварное соединение, повышает эффективность снятия остаточных напряжений в сварном соединении при его ультразвуковой обработке в процессе сварки.
Устройство для ультразвуковой обработки сварного соединения в процессе сварки, содержащее горелку с электродом, ультразвуковой магнитострикционный излучатель, ультразвуковой генератор, соединенный с ЭВМ, выполненный с возможностью обработки данных об амплитуде вошедшего в металл сварного соединения ультразвука и передаваемого на ультразвуковой магнитострикционный излучатель, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено пьезоэлектрическим ультразвуковым измерительный приемником, который закреплен на поверхности сварного соединения и подключен к электронному блоку обработки сигнала, который выполнен с возможностью передачи данных на ЭВМ об амплитуде ультразвука, вошедшего в сварное соединение.
