Эффективность упрочнения высокочастотной механической проковкой стыковых сварных соединений с длительной наработкой
Исследована циклическая долговечность стыковых сварных соединений низколегированной стали 09Г2С, упрочненных технологией высокочастотной механической проковки (ВМП) на различных стадиях усталостного разрушения: в исходном после сварки состоянии, при накоплении 70 % усталостных повреждений, при обра...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Дата: | 2014 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2014
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102734 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Эффективность упрочнения высокочастотной механической проковкой стыковых сварных соединений с длительной наработкой / В.В. Кныш, С.А. Соловей, А.З. Кузьменко // Автоматическая сварка. — 2014. — № 11 (737). — С. 46-49. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859717059452076032 |
|---|---|
| author | Кныш, В.В. Соловей, С.А. Кузьменко, А.З. |
| author_facet | Кныш, В.В. Соловей, С.А. Кузьменко, А.З. |
| citation_txt | Эффективность упрочнения высокочастотной механической проковкой стыковых сварных соединений с длительной наработкой / В.В. Кныш, С.А. Соловей, А.З. Кузьменко // Автоматическая сварка. — 2014. — № 11 (737). — С. 46-49. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Исследована циклическая долговечность стыковых сварных соединений низколегированной стали 09Г2С, упрочненных технологией высокочастотной механической проковки (ВМП) на различных стадиях усталостного разрушения: в
исходном после сварки состоянии, при накоплении 70 % усталостных повреждений, при образовании поверхностных
трещин усталости. Цель данных исследований — установление эффективности применения обработки ВМП стыковых сварных соединений с длительной наработкой в условиях переменного нагружения. Показано, что упрочнение
технологией ВМП стыковых сварных соединений сразу после сварки повышает предел ограниченной выносливости
(база 2 млн циклов) на 50 % — со 180 до 270 МПа, а циклическую долговечность — в 5…10 раз. Экспериментально
подтверждено, что эффективность упрочнения сварных соединений с 70 % накопленными усталостными повреждениями зависит от уровней прикладываемых максимальных напряжений до упрочнения. Так, остаточная циклическая
долговечность образцов, испытанных в диапазоне максимальных напряжений 240…260 МПа, находится в пределах
разброса экспериментальных данных для сварных соединений в неупрочненном состоянии, а испытанных в диапазоне
максимальных напряжений 280…300 МПа — в пределах разброса экспериментальных данных для сварных соединений, упрочненных технологией ВМП сразу после сварки. Установлено, что применение технологии ВМП повышает
остаточную циклическую долговечность сварных соединений с поверхностными трещинами усталости (глубиной до
2 мм) в 2,5 раза по сравнению с долговечностью до образования трещины.
|
| first_indexed | 2025-12-01T08:12:57Z |
| format | Article |
| fulltext |
46 11/2014
УДК 621.791.052:539.43
эффеКтиВность Упрочнения ВысоКочастотной
механичесКой проКоВКой стыКоВых
сВарных соеДинений с Длительной наработКой
В. В. КНЫШ, С. А. СОЛОВЕЙ, А. З. КУЗЬМЕНКО
иэс им. е. о. патона нанУ. 03680, г. Киев-150, ул. боженко, 11. E-mail: otdel3@ukr.net
исследована циклическая долговечность стыковых сварных соединений низколегированной стали 09Г2с, упрочнен-
ных технологией высокочастотной механической проковки (Вмп) на различных стадиях усталостного разрушения: в
исходном после сварки состоянии, при накоплении 70 % усталостных повреждений, при образовании поверхностных
трещин усталости. цель данных исследований — установление эффективности применения обработки Вмп стыко-
вых сварных соединений с длительной наработкой в условиях переменного нагружения. показано, что упрочнение
технологией Вмп стыковых сварных соединений сразу после сварки повышает предел ограниченной выносливости
(база 2 млн циклов) на 50 % — со 180 до 270 мпа, а циклическую долговечность — в 5…10 раз. экспериментально
подтверждено, что эффективность упрочнения сварных соединений с 70 % накопленными усталостными поврежде-
ниями зависит от уровней прикладываемых максимальных напряжений до упрочнения. так, остаточная циклическая
долговечность образцов, испытанных в диапазоне максимальных напряжений 240…260 мпа, находится в пределах
разброса экспериментальных данных для сварных соединений в неупрочненном состоянии, а испытанных в диапазоне
максимальных напряжений 280…300 мпа — в пределах разброса экспериментальных данных для сварных соедине-
ний, упрочненных технологией Вмп сразу после сварки. Установлено, что применение технологии Вмп повышает
остаточную циклическую долговечность сварных соединений с поверхностными трещинами усталости (глубиной до
2 мм) в 2,5 раза по сравнению с долговечностью до образования трещины. библиогр.11, рис. 5.
К л ю ч е в ы е с л о в а : высокочастотная механическая проковка, повышение циклической долговечности, усталость,
сварное соединение, накопленные усталостные повреждения
применение методов поверхностного пластиче-
ского деформирования (ппД) металла позволяет
значительно повысить характеристики сопротив-
ления усталости сварных соединений. эффектив-
ным способом упрочнения сварных конструкций,
работающих в условиях переменного нагружения,
является высокочастотная механическая проковка
(Вмп). применение данного способа обработки
сварных соединений на стадии изготовления кон-
струкций достаточно хорошо изучено: установле-
ны основные закономерности повышения цикли-
ческой долговечности и пределов выносливости
сварных соединений в зависимости от класса
прочности стали, типа соединения, характеристик
цикла переменного нагружения; определены его
преимущества сравнительно с другими способа-
ми поверхностного пластического деформирова-
ния металла [1–6]. В этом комплексе исследова-
ний ряд работ посвящен оценке эффективности
упрочнения сварных узлов и элементов эксплуати-
руемых металлоконструкций, выполненных угло-
выми швами [7–11]. показано, что увеличение
остаточной долговечности сварных соединений с
накопленными усталостными повреждениями по-
сле упрочнения технологией Вмп существенно
зависит от уровня и длительности прикладывае-
мых максимальных напряжений до упрочнения.
что касается экспериментальных данных по эф-
фективности применения технологии Вмп для
повышения характеристик сопротивления устало-
сти стыковых сварных соединений эксплуатиру-
емых конструкций, то такие данные в известной
литературе отсутствуют.
цель настоящей работы — установить эффек-
тивность упрочнения Вмп стыковых сварных со-
единений с длительной наработкой в условиях пе-
ременного нагружения.
Материал и методика исследований. экс-
периментальные исследования проводили на об-
разцах стыковых соединений низколегированной
стали 09Г2с (σт = 375 мпа, σв = 510 мпа) тол-
щиной 12 мм. Заготовки под образцы 600×180 мм
вырезали из горячекатаного листового проката 12
категории. Двухстороннюю автоматическую свар-
ку под флюсом оК Flux 10.71 осуществляли без
разделки проволокой 08Га диаметром 4 мм. па-
раметры сварки: сварочный ток 590…620 а, сва-
рочное напряжение 30…32 В, скорость сварки
28,2 м/ч. после сварки с каждой пластины выреза-
ли 8 образцов. форма и геометрические размеры
образцов приведены на рис. 1. толщина образца
обусловлена широкой применимостью в сварных
конструкциях проката толщиной 12 мм, а шири-
на рабочей части образца выбиралась исходя из
мощности испытательного оборудования. изго-© В. В. Кныш, с. а. соловей, а. З. Кузьменко, 2014
4711/2014
тавливали четыре серии образцов для испытаний
на усталость: исходное состояние (первая серия),
Вмп сразу после сварки (вторая), Вмп после на-
копления 70 % усталостных повреждений (тре-
тья) и Вмп после образования поверхностных
усталостных трещин заданной длины (четвертая
серия). при упрочнении соединений технологией
Вмп поверхностному пластическому деформи-
рованию подвергали узкую зону перехода металла
шва к основному металлу. Упрочнение произво-
дили ручным ударным инструментом с пьезокера-
мическим преобразователем, соединенным с уль-
тразвуковым генератором выходной мощностью
500 Вт. В качестве упрочнителя использовали
однорядную четырехбойковую насадку, диаметр
бойков 3 мм. скорость выполнения Вмп 3 мм/с,
амплитуда колебаний торца волновода ручного
ударного инструмента 25 мкм. Усталостные испы-
тания образцов проводили на испытательной ма-
шине Урс 20 при одноосном переменном растя-
жении с асимметрией цикла Rσ = 0. В качестве
критериев завершения испытаний принимали пол-
ное разрушение образца и превышение базы ис-
пытаний 2·106 циклов перемен напряжений.
Результаты исследований. первоначально по
результатам испытаний образцов первой и второй
серий были установлены кривые усталости сты-
ковых сварных соединений стали 09Г2с в исход-
ном и в упрочненном технологией Вмп сразу по-
сле сварки состояниях, соответственно (рис. 2).
Упрочнение технологией Вмп повышает предел
ограниченной выносливости (база 2 млн циклов)
стыковых сварных соединений на 50 % — со 180
до 270 мпа, а циклическую долговечность — в
5…10 раз. при этом существенно уменьшается
разброс экспериментальных данных.
образцы третьей серии подвергали предвари-
тельному циклическому нагружению до наработ-
ки 70 % долговечности от установленной кривой
усталости сварных соединений в неупрочненном
состоянии, а затем обрабатывали технологией
Вмп. после упрочнения технологией Вмп уста-
лостные испытания продолжали при тех же уров-
нях нагружения, что и до упрочнения. результа-
ты усталостных испытаний приведены на рис. 2.
Упрочнение технологией Вмп стыковых сварных
соединений с 70 % накопленными усталостными
повреждениями повышает предел ограниченной
выносливости (база 2 млн циклов) на 22 % — со
180 до 220 мпа. при этом остаточная цикличе-
ская долговечность образцов, испытанных в ди-
апазоне максимальных напряжений 240… 260
мпа, находится в пределах разброса эксперимен-
тальных данных для сварных соединений в неу-
прочненном состоянии, а испытанных в диапа-
зоне максимальных напряжений 280…300 мпа
— в пределах разброса экспериментальных дан-
ных для сварных соединений, упрочненных тех-
нологией Вмп сразу после сварки. следует от-
метить, что большинство образцов третьей серии
разрушились по основному металлу вдали от ли-
нии сплавления (рис. 3). аналогичное повышение
характеристик сопротивления усталости сварных
соединений было получено при исследовании вли-
яния предварительного циклического нагружения
на эффективность упрочнения технологией Вмп
тавровых сварных соединений [8, 10]. полученные
экспериментальные данные на стыковых сварных
соединениях подтверждают, что при предваритель-
ном циклическом нагружении сварных соединений
с максимальными напряжениями цикла, отвеча-
ющими соотношению σт > σт/ασ (где σт — предел
текучести материала, ασ — коэффициент кон-
центрации напряжений), последующее упрочне-
ние технологией Вмп приводит к более высо-
кому повышению характеристик сопротивления
рис. 1. форма и размеры образца стыкового сварного соеди-
нения стали 09Г2с
рис.2. результаты усталостных испытаний стыковых сварных
соединений стали 09Г2с в исходном (1), упрочненном тех-
нологией Вмп после сварки (2) и в упрочненном техноло-
гией Вмп при накоплении 70 % усталостных повреждений
(3) состояниях
48 11/2014
усталости соединений в сравнении с упрочнени-
ем сразу после сварки. это вызвано тем, что при
уровнях максимальных напряжений, отвечающих
указанному выше неравенству, в зонах концен-
траторов сварных соединений происходит полная
релаксация остаточных сварочных напряжений
растяжения. способ повышения характеристик
сопротивления усталости сварных соединений
предварительным нагружением более высокими
уровнями напряжений получил в научной лите-
ратуре название «перегрузка». полученные ре-
зультаты показывают высокую эффективность
применения технологии Вмп для повышения
циклической долговечности стыковых сварных
соединений с длительной наработкой.
четвертую серию образцов упрочняли тех-
нологией Вмп после образования поверхност-
ных усталостных трещин длиной 5 мм (2 образ-
ца), 20 мм (2 образца) и 50 мм (2 образца). Для
определения фронта трещины сварное соедине-
ние в исходном состоянии смазывали индикатор-
ной жидкостью, состоящей из керосина и тоне-
ра. после образования трещины заданной длины
(все трещины образовывались по линии перехода
металла шва на основной металл) остатки инди-
каторной жидкости удаляли продувкой сжатым
воздухом. Упрочнению технологией Вмп подвер-
гали не только линию сплавления, содержащую
трещину, а все четыре линии перехода металла
шва на основной металл. после упрочнения Вмп
индикаторную жидкость не применяли. таким
образом, на изломах образцов после испытаний
на усталость четко виден фронт трещины, кото-
рую обрабатывали технологией Вмп. результа-
ты усталостных испытаний приведены на рис. 4, а
фотографии разрушенных образцов на рис. 5.
обработка технологией Вмп образцов свар-
ных соединений с трещинами длиной 50 мм (глу-
биной до 5 мм) не привела к увеличению цикли-
ческой долговечности. образцы разрушились в
пределах разброса экспериментальных данных
неупрочненных сварных соединений. Упрочнение
рис. 3. Внешний вид образцов стыкового соединения стали
09Г2с, упрочненных при накоплении 70 % усталостных по-
вреждений, после испытаний на усталость
рис. 4. Кривые усталости стыковых соединений стали 09Г2с
в исходном и упрочненном технологией Вмп состояниях, а
также результаты усталостных испытаний образцов: 1–3 —
до образования трещины длиной 5, 20 и 50 мм соответствен-
но; 1'–3' — после упрочнения Вмп трещин длиной 5, 20 и
50 мм соответственно
рис. 5. Усталостные изломы образцов стыкового соединения
стали 09Г2с, упрочненных при образовании усталостных
трещин длиной 5 (а), 20 (б) и 50 мм (в)
4911/2014
сварных соединений с усталостными трещинами
длиной 5 мм (глубиной 0,5 мм) и 20 мм (глубиной
2 мм) увеличило их остаточную долговечность в
2,5 раза по сравнению с долговечностью до обра-
зования трещины. при этом один из образцов с
трещиной длиной 5 мм после упрочнения техно-
логией Вмп не разрушился в пределах базы ис-
пытаний 2·106 циклов перемен напряжений (уве-
личение остаточной циклической долговечности
более чем в 10 раз по сравнению с долговечно-
стью до образования трещины). аналогичное по-
вышение технологией Вмп остаточной долго-
вечности сварных соединений с поверхностными
усталостными трещинами незначительной глуби-
ны было получено на тавровых сварных соедине-
ниях [11]. таким образом, подтверждена высокая
эффективность применения технологии Вмп для
повышения циклической долговечности сварных
соединений с трещинами усталости до 2 мм.
Выводы
1. Установлено, что упрочнение технологией
Вмп стыковых сварных соединений стали 09Г2с
с 70 % накопленными усталостными поврежде-
ниями (трещины усталости отсутствовали) повы-
шает предел ограниченной выносливости (база
2 млн циклов) на 22 % — со 180 до 220 мпа. при
этом циклическая долговечность образцов, испы-
танных в диапазоне максимальных напряжений
240… 260 мпа, находится в пределах разброса экс-
периментальных данных для сварных соединений в
неупрочненном состоянии, а испытанных в диапазо-
не максимальных напряжений 280…300 мпа — в
пределах разброса экспериментальных данных
для сварных соединений, упрочненных техноло-
гией Вмп сразу после сварки.
2. показано, что упрочнение технологией Вмп
всех четырех околошовных зон стыковых свар-
ных соединений с поверхностными усталостными
трещинами длиной 5…20 мм (глубиной от 0,5 до
2 мм) в 2,5 раза увеличивает их остаточную долго-
вечность по сравнению с долговечностью до обра-
зования трещины.
1. Verlängerung der lebensdauer von schweißkonstruktion aus
höher festen baustählen durch Anwendung der UIT-technologie
/ U. Kuhlmann, A. Dürr, P. Günther et al. // Schweißen und
Schneiden. – 2005. – Vol. 57, № 8. – P. 384–391.
2. Повышение сопротивления усталости сварных соеди-
нений металлоконструкций высокочастотной механиче-
ской проковкой (обзор) / л. м. лобанов, В. и. Кирьян,
В.В. Кныш, Г. и. прокопенко // автомат. сварка. – 2006.
– № 9. – C. 3–11.
3. The effects of ultrasonic peening treatment on the ultra-long
life fatigue behavior of welded joints / D. Yin, D. Wang, H.
Jing, L. Huo // Materials & Design. – 2010. – Vol. 31, № 7.
– P. 3299–3307.
4. Martines L. L. Fatigue life extension procedure by ultrasonic
peening. – [2010]. – 14 p. – (Intern. Inst. of Welding; Doc.
XIII-2316–10).
5. Yildirim H. C., Marquis G. B. Overview of fatigue data for
high frequency treated welded joints. – [2011].– 22 p. –
(Intern. Inst. of Welding; Doc. XIII-2362r1–11).
6. Abdullah A., Malaki M., Eskandari A. Strength enhancement
of the welded structures by ultrasonic peening // Materials &
Design. – 2012. – Vol. 38. – P. 7–18.
7. Гарф Э. Ф., Литвиненко А. Е., Смирнов А. Х. оценка дол-
говечности трубчатых узлов, подвергнутых ультразвуко-
вой ударной обработке // автомат. сварка. – 2001. – № 2.
– с. 13–16.
8. Fatigue life improvement of tubular welded joints by
ultrasonic peening / Y. Kudryavtsev, J. Kleiman, A. Lugov-
skoy, G. Prokopenko. – [2006]. – 15 p. – (Intern. Inst. of
Welding; Doc. XIII-2117–06.)
9. Zhao X., Wang D., Huo L. Analysis of the S–N curves of
welded joints enhanced by ultrasonic peening treatment //
Materials & Design. – 2011. – Vol. 32, № 1. – P. 88–96.
10. Кныш В. В., Кузьменко А. З., Соловей С. А. Влияние пред-
варительного циклического нагружения на эффектив-
ность упрочнения сварных соединений высокочастотной
проковкой // автомат. сварка. – 2011. – №10. – с. 44–48.
11. Кныш В. В., Кузьменко А. З., Соловей С. А. повышение
циклической долговечности сварных тавровых соедине-
ний с поверхностными трещинами // там же. – 2009. –
№ 1. – с. 38–43.
поступила в редакцию 04.04.2014
НОВАЯ КНИГА
Г. А. Цыбулькин. Адаптивное управление в дуговой сварке. – Киев: Сталь, 2014.
– 171 с.
Монография посвящена вопросам построения систем специального
класса — электродуговых адаптивных систем, главное назначение кото-
рых заключается в том, чтобы придать сварочному автомату или роботу
способность самостоятельно, без вмешательства человека-оператора,
корректировать свое поведение в зависимости от изменения условий ду-
говой сварки и геометрических параметров свариваемых изделий. Изло-
жение теоретических положений иллюстрируется примерами и результа-
тами компьютерного моделирования. Даны практические рекомендации
по выбору и расчету основных характеристик рассматриваемых систем.
Адресована широкому кругу инженеров и научных работников, ин-
тересующихся вопросами автоматизации и роботизации сварочных про-
цессов.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102734 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T08:12:57Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Кныш, В.В. Соловей, С.А. Кузьменко, А.З. 2016-06-12T12:43:22Z 2016-06-12T12:43:22Z 2014 Эффективность упрочнения высокочастотной механической проковкой стыковых сварных соединений с длительной наработкой / В.В. Кныш, С.А. Соловей, А.З. Кузьменко // Автоматическая сварка. — 2014. — № 11 (737). — С. 46-49. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102734 621.791.052:539.43 Исследована циклическая долговечность стыковых сварных соединений низколегированной стали 09Г2С, упрочненных технологией высокочастотной механической проковки (ВМП) на различных стадиях усталостного разрушения: в исходном после сварки состоянии, при накоплении 70 % усталостных повреждений, при образовании поверхностных трещин усталости. Цель данных исследований — установление эффективности применения обработки ВМП стыковых сварных соединений с длительной наработкой в условиях переменного нагружения. Показано, что упрочнение технологией ВМП стыковых сварных соединений сразу после сварки повышает предел ограниченной выносливости (база 2 млн циклов) на 50 % — со 180 до 270 МПа, а циклическую долговечность — в 5…10 раз. Экспериментально подтверждено, что эффективность упрочнения сварных соединений с 70 % накопленными усталостными повреждениями зависит от уровней прикладываемых максимальных напряжений до упрочнения. Так, остаточная циклическая долговечность образцов, испытанных в диапазоне максимальных напряжений 240…260 МПа, находится в пределах разброса экспериментальных данных для сварных соединений в неупрочненном состоянии, а испытанных в диапазоне максимальных напряжений 280…300 МПа — в пределах разброса экспериментальных данных для сварных соединений, упрочненных технологией ВМП сразу после сварки. Установлено, что применение технологии ВМП повышает остаточную циклическую долговечность сварных соединений с поверхностными трещинами усталости (глубиной до 2 мм) в 2,5 раза по сравнению с долговечностью до образования трещины. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Производственный раздел Эффективность упрочнения высокочастотной механической проковкой стыковых сварных соединений с длительной наработкой Efficiency of strengthening by high-frequency mechanical peening of butt welded joints at long-time service Article published earlier |
| spellingShingle | Эффективность упрочнения высокочастотной механической проковкой стыковых сварных соединений с длительной наработкой Кныш, В.В. Соловей, С.А. Кузьменко, А.З. Производственный раздел |
| title | Эффективность упрочнения высокочастотной механической проковкой стыковых сварных соединений с длительной наработкой |
| title_alt | Efficiency of strengthening by high-frequency mechanical peening of butt welded joints at long-time service |
| title_full | Эффективность упрочнения высокочастотной механической проковкой стыковых сварных соединений с длительной наработкой |
| title_fullStr | Эффективность упрочнения высокочастотной механической проковкой стыковых сварных соединений с длительной наработкой |
| title_full_unstemmed | Эффективность упрочнения высокочастотной механической проковкой стыковых сварных соединений с длительной наработкой |
| title_short | Эффективность упрочнения высокочастотной механической проковкой стыковых сварных соединений с длительной наработкой |
| title_sort | эффективность упрочнения высокочастотной механической проковкой стыковых сварных соединений с длительной наработкой |
| topic | Производственный раздел |
| topic_facet | Производственный раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102734 |
| work_keys_str_mv | AT knyšvv éffektivnostʹupročneniâvysokočastotnoimehaničeskoiprokovkoistykovyhsvarnyhsoedineniisdlitelʹnoinarabotkoi AT soloveisa éffektivnostʹupročneniâvysokočastotnoimehaničeskoiprokovkoistykovyhsvarnyhsoedineniisdlitelʹnoinarabotkoi AT kuzʹmenkoaz éffektivnostʹupročneniâvysokočastotnoimehaničeskoiprokovkoistykovyhsvarnyhsoedineniisdlitelʹnoinarabotkoi AT knyšvv efficiencyofstrengtheningbyhighfrequencymechanicalpeeningofbuttweldedjointsatlongtimeservice AT soloveisa efficiencyofstrengtheningbyhighfrequencymechanicalpeeningofbuttweldedjointsatlongtimeservice AT kuzʹmenkoaz efficiencyofstrengtheningbyhighfrequencymechanicalpeeningofbuttweldedjointsatlongtimeservice |