Створення промислового обладнання для високочастотної механічної проковки виробів вагонобудування та методів оцінки якості обробки
Вступ. Технологія високочастотної механічної проковки (ВМП) зарекомендувала себе як надійний, ефективний і зручний метод для підвищення втомної міцності зварних конструкцій, що є одним з актуальних завдань машинобудівної галузі. Проблематика. Досвід експлуатації обладнання та технології ВМП, показ...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Наука та інновації |
|---|---|
| Datum: | 2019 |
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2019
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/173962 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Створення промислового обладнання для високочастотної механічної проковки виробів вагонобудування та методів оцінки якості обробки / Г.І. Прокопенко, Б.М. Мордюк, Т.А. Красовський, В.В. Книш, С.О. Соловей // Наука та інновації. — 2019. — Т. 15, № 2. — С. 27-40. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-173962 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Прокопенко, Г.І. Мордюк, Б.М. Красовський, Т.А. Книш, В.В. Соловей, С.О. 2020-12-27T15:36:49Z 2020-12-27T15:36:49Z 2019 Створення промислового обладнання для високочастотної механічної проковки виробів вагонобудування та методів оцінки якості обробки / Г.І. Прокопенко, Б.М. Мордюк, Т.А. Красовський, В.В. Книш, С.О. Соловей // Наука та інновації. — 2019. — Т. 15, № 2. — С. 27-40. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. 1815-2066 DOI: doi.org/10.15407/scin15.02.027 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/173962 Вступ. Технологія високочастотної механічної проковки (ВМП) зарекомендувала себе як надійний, ефективний і зручний метод для підвищення втомної міцності зварних конструкцій, що є одним з актуальних завдань машинобудівної галузі. Проблематика. Досвід експлуатації обладнання та технології ВМП, показав, що існує чимало проблем, пов’язаних із визначенням якості й завершеності процесу обробки. В Інституті металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України було започатковано роботи зі створення ультразвукового обладнання для ВМП з електромеханічними перетворювачами на п’єзокераміці. Протягом тривалого часу це обладнання застосовувалося як для наукових досліджень, так і для обробки різних виробів і конструкцій. Проте серійного випуску устаткування та широкого впровадження технології ВМП у промисловість не відбулося. Мета. Розробка нового ультразвукового надійного обладнання зі значним робочим ресурсом, придатного для використання в умовах виробництва, та створення інструментальних методів оцінки якості обробки методом ВМП зварних з’єднань певних деталей та виробів вагонобудівної галузі. Матеріали й методи. Низьколеговані конструкційні сталі Ст3сп і 09Г2С; методи вимірювання твердості та мікротвердості; оптична мікроскопія. Результати. Виготовлено макет ультразвукового обладнання, який пройшов різноспрямовані випробування на ПАТ «Крюківський вагонобудівний завод» (Кременчук, Україна). Виявлені в процесі випробувань недоліки було усунуто в новій моделі обладнання. Запропоновано методику визначення продуктивності та тривалості обробки зварних з’єднань методом вимірювання мікротвердості. Якість і завершеність обробки додатково визначається візуальним оглядом канавки, що утворюється під дією ударних елементів. Висновки. Виготовлено нове ультразвукове обладнання та надано технологічні рекомендації з вибору режимів обробки візків залізничних вагонів та інших виробів ПАТ «Крюківський вагонобудівний завод». Introduction. The technology of high-frequency mechanical impact (HFMI) has proved itself to be a reliable, efficient, and convenient method for increasing the fatigue strength of welded structures, which is one of the most priority tasks of the machine-building industry. Problem Statement. The experience of operating the HFMI equipment and technology has shown that there are ma ny problems associated with the determination of the process quality and completeness. The creation of ultrasonic equipment for HFMI with electromechanical piezo-ceramic transducers was initiated at the Kurdyumov Institute for Metal Physics of the NAS of Ukraine. Over the years, this equipment has been used both for scholarly research and for processing of various products and structures. However, neither the HFMI equipment and nor HFMI technology has been commercialized so far. Purpose. To create a new ultrasound equipment having a high reliability and a significant operation resource suitable for the use in the operating conditions and to develop tools for evaluating the HFMI process quality regarding welded joints of certain parts and railway-car building products. Materials and Methods. Low-alloy structural steels St3сp and 09G2S. Hardness / microhardness measurements and optical microscopy. Results. A mock-up of ultrasonic equipment has been made. It has has passed comprehensive industrial tests at Kriukov Railway Car Building Works, Public Joint-Stock Company (“KRCBW” PJSC), Kremenchuk, Ukraine. Some deficiencies of the equipment identified during the tests have been eliminated in a new model of the equipment. A method for determining the HFMI process productivity and the duration of treatment of welded joints has been suggested. It is based on simple microhardness measurements. The quality and completeness of the treatment has been additionally checked by visual inspection of a groove formed by impact elements. Conclusions. A new ultrasound equipment has been manufactured, and technological recommendations on choosing treatment regimes for railway carriage trolleys and other products of KRCBW PJSC have been proposed. Введение. Технология высокочастотной механической проковки (ВМП) зарекомендовала себя как надежный, эффективный и удобный метод для повышения усталостной прочности сварных конструкций, что является одной из актуальных задач машиностроительной отрасли. Проблематика. Опыт эксплуатации оборудования и технологии ВМП, показал, что существует множество проблем, связанных с определением качества и завершенности процесса обработки. В Институте металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины были начаты работы по созданию ультразвукового оборудования для ВМП с электромеханическими преобразователями на пьезокерамике. На протяжении многих лет это оборудование применялось как для научных исследований, так и для обработки различных изделий и конструкций. Однако серийного выпуска оборудования и широкого внедрения технологии ВМП в промышленность не произошло. Цель. Создание нового ультразвукового надежного оборудования со значительным рабочим ресурсом, пригодного для использования в условиях производства, и разработка инструментальных методов оценки качества обработки методом ВМП сварных соединений определенных деталей и изделий вагоностроительной отрасли. Материалы и методы. Низколегированные конструкционные стали Ст3сп и 09Г2С; методы измерения твердости и микротвердости; оптическая микроскопия. Результаты. Изготовлен макет ультразвукового оборудования, который прошел всесторонние испытания на ПАО «Крюковский вагоностроительный завод» (Кременчуг, Украина). Выявленные в процессе испытаний недостатки были устранены в новой модели оборудования. Предложена методика определения производительности и продолжительности обработки сварных соединений методом измерений микротвердости. Качество и завершенность обработки дополнительно определяется визуальным осмотром канавки, которая образуется под действием ударных элементов. Выводы. Изготовлено новое ультразвуковое оборудование и представлены технологические рекомендации по выбору режимов обработки тележек железнодорожных вагонов и других изделий ПАО «КВСЗ». uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Наука та інновації Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України Створення промислового обладнання для високочастотної механічної проковки виробів вагонобудування та методів оцінки якості обробки Creation of Industrial Equipment for High Frequency Mechanical Impact on Railway Car Building Products and Methods for Assessing the Quality of Treatment Создание промышленного оборудования для высокочастотной механической проковки изделий вагоностроения и методов оценки качества обработки Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Створення промислового обладнання для високочастотної механічної проковки виробів вагонобудування та методів оцінки якості обробки |
| spellingShingle |
Створення промислового обладнання для високочастотної механічної проковки виробів вагонобудування та методів оцінки якості обробки Прокопенко, Г.І. Мордюк, Б.М. Красовський, Т.А. Книш, В.В. Соловей, С.О. Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України |
| title_short |
Створення промислового обладнання для високочастотної механічної проковки виробів вагонобудування та методів оцінки якості обробки |
| title_full |
Створення промислового обладнання для високочастотної механічної проковки виробів вагонобудування та методів оцінки якості обробки |
| title_fullStr |
Створення промислового обладнання для високочастотної механічної проковки виробів вагонобудування та методів оцінки якості обробки |
| title_full_unstemmed |
Створення промислового обладнання для високочастотної механічної проковки виробів вагонобудування та методів оцінки якості обробки |
| title_sort |
створення промислового обладнання для високочастотної механічної проковки виробів вагонобудування та методів оцінки якості обробки |
| author |
Прокопенко, Г.І. Мордюк, Б.М. Красовський, Т.А. Книш, В.В. Соловей, С.О. |
| author_facet |
Прокопенко, Г.І. Мордюк, Б.М. Красовський, Т.А. Книш, В.В. Соловей, С.О. |
| topic |
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України |
| topic_facet |
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України |
| publishDate |
2019 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Наука та інновації |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Creation of Industrial Equipment for High Frequency Mechanical Impact on Railway Car Building Products and Methods for Assessing the Quality of Treatment Создание промышленного оборудования для высокочастотной механической проковки изделий вагоностроения и методов оценки качества обработки |
| description |
Вступ. Технологія високочастотної механічної проковки (ВМП) зарекомендувала себе як надійний, ефективний
і зручний метод для підвищення втомної міцності зварних конструкцій, що є одним з актуальних завдань машинобудівної галузі.
Проблематика. Досвід експлуатації обладнання та технології ВМП, показав, що існує чимало проблем, пов’язаних
із визначенням якості й завершеності процесу обробки. В Інституті металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
було започатковано роботи зі створення ультразвукового обладнання для ВМП з електромеханічними перетворювачами на п’єзокераміці. Протягом тривалого часу це обладнання застосовувалося як для наукових досліджень, так і
для обробки різних виробів і конструкцій. Проте серійного випуску устаткування та широкого впровадження технології ВМП у промисловість не відбулося.
Мета. Розробка нового ультразвукового надійного обладнання зі значним робочим ресурсом, придатного для
використання в умовах виробництва, та створення інструментальних методів оцінки якості обробки методом ВМП
зварних з’єднань певних деталей та виробів вагонобудівної галузі.
Матеріали й методи. Низьколеговані конструкційні сталі Ст3сп і 09Г2С; методи вимірювання твердості та мікротвердості; оптична мікроскопія.
Результати. Виготовлено макет ультразвукового обладнання, який пройшов різноспрямовані випробування на
ПАТ «Крюківський вагонобудівний завод» (Кременчук, Україна). Виявлені в процесі випробувань недоліки було усунуто в новій моделі обладнання. Запропоновано методику визначення продуктивності та тривалості обробки зварних з’єднань методом вимірювання мікротвердості. Якість і завершеність обробки додатково визначається візуальним оглядом канавки, що утворюється під дією ударних елементів.
Висновки. Виготовлено нове ультразвукове обладнання та надано технологічні рекомендації з вибору режимів
обробки візків залізничних вагонів та інших виробів ПАТ «Крюківський вагонобудівний завод».
Introduction. The technology of high-frequency mechanical impact (HFMI) has proved itself to be a reliable, efficient,
and convenient method for increasing the fatigue strength of welded structures, which is one of the most priority tasks of the
machine-building industry.
Problem Statement. The experience of operating the HFMI equipment and technology has shown that there are
ma ny problems associated with the determination of the process quality and completeness. The creation of ultrasonic equipment
for HFMI with electromechanical piezo-ceramic transducers was initiated at the Kurdyumov Institute for Metal
Physics of the NAS of Ukraine. Over the years, this equipment has been used both for scholarly research and for processing
of various products and structures. However, neither the HFMI equipment and nor HFMI technology has been commercialized
so far. Purpose. To create a new ultrasound equipment having a high reliability and a significant operation resource suitable
for the use in the operating conditions and to develop tools for evaluating the HFMI process quality regarding welded joints
of certain parts and railway-car building products. Materials and Methods. Low-alloy structural steels St3сp and 09G2S. Hardness / microhardness measurements and optical microscopy.
Results. A mock-up of ultrasonic equipment has been made. It has has passed comprehensive industrial tests at Kriukov
Railway Car Building Works, Public Joint-Stock Company (“KRCBW” PJSC), Kremenchuk, Ukraine. Some deficiencies
of the equipment identified during the tests have been eliminated in a new model of the equipment. A method for determining
the HFMI process productivity and the duration of treatment of welded joints has been suggested. It is based on
simple microhardness measurements. The quality and completeness of the treatment has been additionally checked by visual
inspection of a groove formed by impact elements.
Conclusions. A new ultrasound equipment has been manufactured, and technological recommendations on choosing
treatment regimes for railway carriage trolleys and other products of KRCBW PJSC have been proposed.
Введение. Технология высокочастотной механической проковки (ВМП) зарекомендовала себя как надежный,
эффективный и удобный метод для повышения усталостной прочности сварных конструкций, что является одной из
актуальных задач машиностроительной отрасли.
Проблематика. Опыт эксплуатации оборудования и технологии ВМП, показал, что существует множество
проблем, связанных с определением качества и завершенности процесса обработки. В Институте металлофизики
им. Г.В. Курдюмова НАН Украины были начаты работы по созданию ультразвукового оборудования для ВМП с
электромеханическими преобразователями на пьезокерамике. На протяжении многих лет это оборудование применялось как для научных исследований, так и для обработки различных изделий и конструкций. Однако серийного
выпуска оборудования и широкого внедрения технологии ВМП в промышленность не произошло.
Цель. Создание нового ультразвукового надежного оборудования со значительным рабочим ресурсом, пригодного для использования в условиях производства, и разработка инструментальных методов оценки качества обработки методом ВМП сварных соединений определенных деталей и изделий вагоностроительной отрасли. Материалы и методы. Низколегированные конструкционные стали Ст3сп и 09Г2С; методы измерения твердости и микротвердости; оптическая микроскопия.
Результаты. Изготовлен макет ультразвукового оборудования, который прошел всесторонние испытания на
ПАО «Крюковский вагоностроительный завод» (Кременчуг, Украина). Выявленные в процессе испытаний недостатки были устранены в новой модели оборудования. Предложена методика определения производительности и продолжительности обработки сварных соединений методом измерений микротвердости. Качество и завершенность обработки дополнительно определяется визуальным осмотром канавки, которая образуется под действием ударных элементов. Выводы. Изготовлено новое ультразвуковое оборудование и представлены технологические рекомендации по
выбору режимов обработки тележек железнодорожных вагонов и других изделий ПАО «КВСЗ».
|
| issn |
1815-2066 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/173962 |
| citation_txt |
Створення промислового обладнання для високочастотної механічної проковки виробів вагонобудування та методів оцінки якості обробки / Г.І. Прокопенко, Б.М. Мордюк, Т.А. Красовський, В.В. Книш, С.О. Соловей // Наука та інновації. — 2019. — Т. 15, № 2. — С. 27-40. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT prokopenkogí stvorennâpromislovogoobladnannâdlâvisokočastotnoímehaníčnoíprokovkivirobívvagonobuduvannâtametodívocínkiâkostíobrobki AT mordûkbm stvorennâpromislovogoobladnannâdlâvisokočastotnoímehaníčnoíprokovkivirobívvagonobuduvannâtametodívocínkiâkostíobrobki AT krasovsʹkiita stvorennâpromislovogoobladnannâdlâvisokočastotnoímehaníčnoíprokovkivirobívvagonobuduvannâtametodívocínkiâkostíobrobki AT knišvv stvorennâpromislovogoobladnannâdlâvisokočastotnoímehaníčnoíprokovkivirobívvagonobuduvannâtametodívocínkiâkostíobrobki AT soloveiso stvorennâpromislovogoobladnannâdlâvisokočastotnoímehaníčnoíprokovkivirobívvagonobuduvannâtametodívocínkiâkostíobrobki AT prokopenkogí creationofindustrialequipmentforhighfrequencymechanicalimpactonrailwaycarbuildingproductsandmethodsforassessingthequalityoftreatment AT mordûkbm creationofindustrialequipmentforhighfrequencymechanicalimpactonrailwaycarbuildingproductsandmethodsforassessingthequalityoftreatment AT krasovsʹkiita creationofindustrialequipmentforhighfrequencymechanicalimpactonrailwaycarbuildingproductsandmethodsforassessingthequalityoftreatment AT knišvv creationofindustrialequipmentforhighfrequencymechanicalimpactonrailwaycarbuildingproductsandmethodsforassessingthequalityoftreatment AT soloveiso creationofindustrialequipmentforhighfrequencymechanicalimpactonrailwaycarbuildingproductsandmethodsforassessingthequalityoftreatment AT prokopenkogí sozdaniepromyšlennogooborudovaniâdlâvysokočastotnoimehaničeskoiprokovkiizdeliivagonostroeniâimetodovocenkikačestvaobrabotki AT mordûkbm sozdaniepromyšlennogooborudovaniâdlâvysokočastotnoimehaničeskoiprokovkiizdeliivagonostroeniâimetodovocenkikačestvaobrabotki AT krasovsʹkiita sozdaniepromyšlennogooborudovaniâdlâvysokočastotnoimehaničeskoiprokovkiizdeliivagonostroeniâimetodovocenkikačestvaobrabotki AT knišvv sozdaniepromyšlennogooborudovaniâdlâvysokočastotnoimehaničeskoiprokovkiizdeliivagonostroeniâimetodovocenkikačestvaobrabotki AT soloveiso sozdaniepromyšlennogooborudovaniâdlâvysokočastotnoimehaničeskoiprokovkiizdeliivagonostroeniâimetodovocenkikačestvaobrabotki |
| first_indexed |
2025-11-27T04:49:06Z |
| last_indexed |
2025-11-27T04:49:06Z |
| _version_ |
1850796976979836928 |
| fulltext |
27
Г.І. Прокопенко 1, Б.М. Мордюк 1,
Т.А. Красовський 2, В.В. Книш 3, С.О. Соловей 3
1 Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України,
бульв. акад. Вернадського, 36, Київ, 03142, Україна,
+380 44 424 1005, +380 44 424 2561, metall@imp.kiev.ua
2 Київський академічний університет НАН і МОН України,
бульв. акад. Вернадського, 36, Київ, 03142, Україна,
+380 44 424 8250, +380 44 424 8250, taraskras@gmail.com
3 Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України,
вул. Казимира Малевича, 11, Київ, 03150, Україна,
+380 44 200 4779, +380 44 528 0486, office@paton.kiev.ua
СТВОРЕННЯ ПРОМИСЛОВОГО ОБЛАДНАННЯ
ДЛЯ ВИСОКОЧАСТОТНОЇ МЕХАНІЧНОЇ ПРОКОВКИ
ВИРОБІВ ВАГОНОБУДУВАННЯ ТА МЕТОДІВ
ОЦІНКИ ЯКОСТІ ОБРОБКИ
© ПРОКОПЕНКО Г.І., МОРДЮК Б.М., КРАСОВСЬКИЙ Т.А., КНИШ В.В., СОЛОВЕЙ С.О., 2019
Вступ. Технологія високочастотної механічної проковки (ВМП) зарекомендувала себе як надійний, ефективний
і зручний метод для підвищення втомної міцності зварних конструкцій, що є одним з актуальних завдань машино-
будівної галузі.
Проблематика. Досвід експлуатації обладнання та технології ВМП, показав, що існує чимало проблем, пов’язаних
із визначенням якості й завершеності процесу обробки. В Інституті металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
було започатковано роботи зі створення ультразвукового обладнання для ВМП з електромеханічними перетворюва-
чами на п’єзокераміці. Протягом тривалого часу це обладнання застосовувалося як для наукових досліджень, так і
для обробки різних виробів і конструкцій. Проте серійного випуску устаткування та широкого впровадження техно-
логії ВМП у промисловість не відбулося.
Мета. Розробка нового ультразвукового надійного обладнання зі значним робочим ресурсом, придатного для
використання в умовах виробництва, та створення інструментальних методів оцінки якості обробки методом ВМП
зварних з’єднань певних деталей та виробів вагонобудівної галузі.
Матеріали й методи. Низьколеговані конструкційні сталі Ст3сп і 09Г2С; методи вимірювання твердості та мікро-
твердості; оптична мікроскопія.
Результати. Виготовлено макет ультразвукового обладнання, який пройшов різноспрямовані випробування на
ПАТ «Крюківський вагонобудівний завод» (Кременчук, Україна). Виявлені в процесі випробувань недоліки було усу-
нуто в новій моделі обладнання. Запропоновано методику визначення продуктивності та тривалості обробки звар-
них з’єднань методом вимірювання мікротвердості. Якість і завершеність обробки додатково визначається візуаль-
ним оглядом канавки, що утворюється під дією ударних елементів.
Висновки. Виготовлено нове ультразвукове обладнання та надано технологічні рекомендації з вибору режимів
обробки візків залізничних вагонів та інших виробів ПАТ «Крюківський вагонобудівний завод».
К л ю ч о в і с л о в а: високочастотна механічна проковка, втома металу, зварне з’єднання, мікротвердість, ультра-
звукове обладнання, якість і тривалість обробки.
ISSN 1815-2066. Nauka innov., 2019, 15(2): 27—40 https://doi.org/10.15407/scin15.02.027
28 ISSN 1815-2066. Nauka innov., 2019, 15 (2)
Г.І. Прокопенко, Б.М. Мордюк, Т.А. Красовський, В.В. Книш, С.О. Соловей
Проблема підвищення втомної міцності, на-
дійності та довговічності деталей і виробів
машинобудування, насамперед зварних кон-
ст рукцій, що працюють в умовах циклічного
навантаження, є однією з актуальних проблем
машинобудівної галузі. Одним з напрямів під-
вищення строку служби деталей машин і ви-
робів є створення нових, високоефективних
методів модифікації поверхні, зокрема й ін-
тенсивною пластичною деформацією, шляхом
ультразвукової ударної обробки (УЗУО), яка
відома у вітчизняній літературі як високочас-
тотна механічна проковка (ВМП). Висока час-
тота ударів, їх значна питома потужність ро-
бить цей спосіб обробки максимально ефек-
тивним з точки зору коефіцієнта корисної дії,
якості поверхні та досягнення рекордних зна-
чень підвищення втомної міцності. Незначна
вага та габарити ультразвукового обладнання
дають змогу застосовувати його як у цехах за-
водів, так і в польових умовах. Низький рівень
енергоспоживання робить технологію ВМП лі-
дером серед інших традиційних методів зміц-
нення зварних з’єднань. Оптимізація техно ло-
гії шляхом розробки інструментальних мето-
дів оцінки параметрів якості зварних з’єд нань
призведе до підвищення ефективності об роб-
ки та покращення економічних показ ників че-
рез зменшення витрат робочого часу. Широке
впровадження розробленої ультра звукової апа -
ратури у різних галузях народ ного госпо-
дарст ва сприятиме підвищенню експ луата цій-
ної на дійності різноманітних конст рукцій, що,
в свою чергу, запобігатиме їх пе ред часному
руйнуванню, справляючи знач ний економіч-
ний і соціальний ефекти, а та кож відповідає
інноваційному напрямку роз витку промисло-
вості України в галузі ресурсозбереження.
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова
та Інститут електрозварювання ім. Є.О. Пато-
на Національної академії наук України розпо-
чали спільні роботи з вивчення впливу ВМП
на рівень залишкових напружень у зварних
з’єднаннях на початку 70-х років минулого
століття [1]. Згодом цей напрям наукових і
прикладних досліджень став базою для ство-
рення технології підвищення втомної міцнос-
ті відповідальних зварних конструкцій за до-
помогою ВМП.
Відомо, що міцність зварного з’єднання є
незначною, в першу чергу, внаслідок погір-
шення структури металу під час його розплав-
лення та твердіння, появи концентраторів на-
пружень, а також через виникнення значних
напружень розтягу в зоні шва. Якщо вони на-
кладаються на зовнішні циклічні напружен-
ня, настає передчасне втомне руйнування в
зоні з’єднання, що іноді призводить до катаст-
рофічних наслідків. Напруження розтягу мож-
на знизити нагріванням деталей, що є немож-
ливим для великогабаритних конструкцій,
тому в цьому випадку застосовують локаль-
ні методи обробки зварних з’єднань. Дослід-
ження, проведені в ІЕЗ ім. Є.О. Патона, пока-
зали, що ВМП призводить до найбільш сут-
тєвого підвищення втомної міцності зразків і
елементів конструкцій порівняно з іншими
методами обробки [2, 3]. Ця технологія за ре-
комендацією Міжнародного інституту зварю-
вання (МІЗ) отримала назву High Frequency
Mechanical Impact (HFMI). Вона зарекоменду-
вала себе в світі як надійний, ефективний та
зручний для використання метод підвищення
втомної міцності зварних конструкцій [4].
Зварювання листових конструкцій часто
призводить до зміни їх геометрії внаслідок
значних внутрішніх напружень. Ультразвуко-
ва обробка сприяє зменшенню цих напру-
жень або їх перерозподілу. Це ще одна з мож-
ливостей застосування зазначеної технології.
Водночас в Україні досі існують лише дослід-
ні ультразвукові прилади для обробки такого
типу. Попередні роботи, проведені на ПАТ «Крю-
ківський вагонобудівний завод», здійснюва-
лися на експериментальних установках, які
мали незначний строк експлуатації.
Таким чином, метою роботи та основним її
завданням було створення надійного промис-
лового ультразвукового обладнання для впро-
вадження технології ВМП у виробництво. Для
ISSN 1815-2066. Nauka innov., 2019, 15 (2) 29
Створення промислового обладнання для високочастотної механічної проковки виробів вагонобудування
цього необхідним є також визначення техніч-
но обґрунтованих та інструментально вимірю-
ваних критеріїв якості обробки.
СТВОРЕННЯ ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ВМП
ВИРОБІВ МАШИНОБУДУВАННЯ
Ультразвуковий ударний інструмент. За ми-
нулі роки було створено кілька способів і
пристроїв для ВМП зварних швів [5, 6], метою
яких було прагнення оптимізувати режими
об робки та отримати максимальне збільшен-
ня втомної міцності при високій продуктив-
ності процесу та зменшеному енергоспо-
живанні.
Найважливішим є також фактор високої на-
дійності обладнання, оскільки воно повинно
працювати тривалий час в складних виробни-
чих умовах, а іноді й на відкритому повітрі за
умови обробки зовнішніх зварних конструк-
цій. При розробці та реалізації будь-яких тех-
нологічних процесів з використан ням потуж-
ного ультразвуку (УЗ) одне з найважливіших
завдань полягає у виборі методу отримання
механічних ультразвукових коливань заданої
частоти, амплітуди та потужності. Від того, на-
скільки раціонально буде роз в’я зано це зав-
дання, залежить технологічна ефективність і
результат впровадження технології. До складу
типової ультразвукової установки входить:
ультразвуковий перетворювач з системою аку-
стично-механічних елементів та дже рело жив-
лення — електронний генератор. Ульт развуко-
ві перетворювачі — це пристрої, що перетво-
рюють електричну енергію в механічну. Коли-
вання ультразвукового діапазону частот здатні
генерувати переважно магнітост рикційні та
п’єзокерамічні перетворювачі. Ос танні знайш-
ли широке застосування для ге нерації потуж-
них ультразвукових коливань.
П’єзоелектричний перетворювач (ПЕП) ство-
рює ультразвукові коливання за допомогою
п’єзокераміки, до якої прикладається зовніш-
ня напруга змінного струму. Такі конструк-
тивні елементи складаються з двох металевих
нак ладок циліндричної форми (передньої та
зад ньої), між якими закріплені кільця п’єзо ке-
раміки з парною кількістю дисків, у зазна че-
ному випадку 4-х (рис. 1, а). Основна резонанс-
на частота таких дисків товщиною 6 мм дорів-
нює ~100 кГц. Металеві накладки забезпечують
зниження робочої частоти до низької ультра-
звукової, яка для промислових установок до-
рівнює ~20—30 кГц. При розрахунках геомет-
ричних розмірів ПЕП беруться до уваги швид-
кість розповсюдження ультразвукових хвиль
у матеріалах передньої та задньої накладок, в
п’єзоелементах, щільність та маса останніх [7].
На основі теоретичних розрахунків відомих
конструкцій [8] необхідно було створити уні-
версальний ПЕП для ударного інструменту,
що забезпечує мінімальне демпфування ульт-
развукової коливальної системи (УЗКС) за
значних віброударних навантажень на вихід-
ному кінці концентратора, якій підвищує амп-
літуду коливань. Відомі методики розрахунку
УЗКС дозволяють отримати тільки приблизні
параметри окремих конструктивних елемен-
тів. Крім того, використання емпіричних фор-
мул із залученням експериментальних резуль-
татів є трудомістким процесом та вимагає гро-
міздких обчислень. Слід зазначити, що переві-
рити розрахункові значення можливо лише
після виготовлення та складання коливальної
системи з наступним вимірюванням її пара-
метрів. Зазвичай, розробка й проектування
УЗКС відбувається в кілька етапів:
1) попередній розрахунок за заданими пара-
метрам (згідно з відомими методиками);
2) корегування геометричних розмірів скла-
дових ПЕП;
3) виготовлення деталей проектованої кон-
струкції та її складання;
4) вимірювання параметрів створеної УЗКС
окремо, а також з робочим інструментом;
5) остаточний розрахунок із корегуванням
параметрів з урахуванням результатів експе-
риментальних досліджень;
6) доопрацювання створеної УЗКС і робо-
чого інструменту для узгодження з основною
резонансною частотою.
30 ISSN 1815-2066. Nauka innov., 2019, 15 (2)
Г.І. Прокопенко, Б.М. Мордюк, Т.А. Красовський, В.В. Книш, С.О. Соловей
Під час виконання роботи було розроблено
УЗКС за допомогою системи автоматизовано-
го графічного проектування AutoCAD в 3D
форматі з наступним аналізом у середовищі
ANSYS [9]. Відповідно до запропонованої ме-
тодики виготовлено ПЕП, який працює на
частоті ~26 кГц (рис. 1, а). Його було допов-
нено й узгоджено з бустером і ступінчастим
концентратором ультразвукових коливань для
одержання необхідної амплітуди коливань.
Згідно вимог технічного завдання перетво-
рювач для ВМП виконано у закритому корпу-
сі. При амплітуді коливань на робочому кінці
концентратора 20—25 мкм, температура п’є-
зо елементів може перевищувати гранично до-
пустиму +80 °С. Оскільки обладнання буде
використовуватись в умовах навколишнього
середовища при температурах від —10 до +35 °С
і в заводських цехах протягом робочої зміни,
особливу увагу було приділено примусовому
охолодженню пристрою впродовж регламен-
тованої тривалості обробки залежно від амплі-
туди ультразвукових коливань і зовнішньої
температури.
Перетворювач, за рахунок ударної взаємодії
зі стрижневими елементами, які деформують
поверхню металу, отримує механічні наванта-
ження з частотами вібрацій від 40 до 1000 Гц
та прискореннями 15—300 м/с2. Для зменшен-
ня вібрацій корпусу, в якому розміщується пе-
ретворювач, було використано амортизатори й
пружини з достатньою податливістю та знач-
ним демпфуванням. В якості пружних елемен-
тів використано силіконову гуму і пружинну
сталь. Це значно знизило вібраційне наванта-
ження на руки оператора. Останнє не переви-
щує допустимих величин, наведених у відпо-
відних нормативних документах, що регла-
ментують техніку безпеки при роботі з вібра-
ційним інструментом.
Продуктивність та якість процесу ВМП, а
також тепловий режим ультразвукового ви-
промінювача та вузла ударного навантаження
значною мірою залежать як від конструкції
інструменту в цілому, так і від окремих його
складових. При конструюванні інструменту
за стосовували новітні 3D технології. Загаль-
ний вигляд розробленого пристрою показано
на рис. 1, б. Інструмент оснащено основною та
боковою ручками для зручності роботи опера-
тора. У задню частину корпусу вмонтовано
потужний вентилятор для примусового по-
вітряного охолодження всіх частин УЗКС. На
протилежному кінці інструменту розміщено
змінну ударну головку з високоміцними стриж-
невими бойками. Кількість ударних елементів
в головці та їх діаметр залежать від типу звар-
ного шва або від геометрії поверхні, що підда-
ється обробці.
Впродовж попередніх науково-дослідних
ро біт нами було розроблено та запатентовано
низку ультразвукових ударних інструментів,
зокрема й [10]. В процесі виконання науково-
технічного проекту НАН України в 2017 році
Рис. 1. Креслення п’єзоелектричного перетворювача на
~26 кГц (а) та складові ультразвукового ударного інст-
рументу в форматі 3D (б): 1 — передня накладка Д16Т;
2 — задня накладка сталь 40X13; 3 — п’єзокераміка
APC841 розміром 38×16×6 мм; 4 — мідні електроди (4 шт.);
5 — стягуючий болт М12×1,5; 6 — ізоляційна втулка
а
1 3 4 6 2 5
90,4
1846
Ø
3
6
Ø
3
8
б
ISSN 1815-2066. Nauka innov., 2019, 15 (2) 31
Створення промислового обладнання для високочастотної механічної проковки виробів вагонобудування
виготовлено макет ультразвукового облад-
нання, який проходив всебічні випробуван-
ня на Крюківському вагонобудівному заводі
(м. Кременчук) протягом 4-х місяців. За ре-
зультатами випробувань складено Акт, в яко-
му наведено виявлені недоліки та пропозиції
спеціалістів заводу щодо вдосконалення конст-
рукції приладу. Після цього було проведено
роботи з вдосконалення ультразвукового ге-
нератора та створено новий ручний ударний
інструмент з новими технічними рішеннями,
що враховували недоліки макетного зразка.
Ультразвуковий цифровий генератор. Для
живлення ПЕП використовується ультразву-
ковий електронний генератор, що забезпечує
перетворення електричної енергії промисло-
вої мережі в енергію коливань ультразвукової
частоти. Електронний генератор, ПЕП, а та-
кож приєднаний до нього ударний вузол і по-
верхня деталі (конструкції), що піддається
ультразвуковій обробці, повинні бути узго-
д жені між собою, оскільки вони впливають
безпосередньо один на одного. У зв’язку з цим
при проектуванні ультразвукового устатку-
вання виникає необхідність забезпечення оп-
ти мального узгодження параметрів генерато-
ра й ПЕП при будь-яких змінах режиму об-
робки або зовнішніх впливів.
Зважаючи на недоліки, виявлені при екс-
плуатації макету обладнання на ПАТ «КВБЗ»,
було поставлено завдання створення ультра-
звукового генератора (УЗГ) з новим програм-
ним забезпеченням і принципово новою кон-
струкцією корпусу, в якому електричні схеми
були б надійно захищені від впливу навко-
лишнього середовища.
В процесі виконання проекту виконано
роботи:
1. Модернізовано схему УЗГ із цифровим
фазовим автоматичним настроюванням часто-
ти, яка виконана шляхом прямого цифрового
синтезу з підвищеним діапазоном утримання
резонансного режиму при дії різних дестабілі-
зуючих чинників на п’єзокерамічний випромі-
нювач, що забезпечує високий рівень стабіль-
ності та повторюваності технічних характе-
ристик обладнання.
2. Розроблено повний комплект конструк-
торської документації — принципових схем,
друкованих плат та креслень усіх складових
частин конструкції УЗГ.
3. Розроблено та виготовлено апаратно-про-
грамний комплекс та методику налагод ження
УЗГ з ПЕП.
4. Створено нову конструкцію корпусу для
мобільних варіантів УЗГ з повітряним охоло-
дженням, що забезпечує довготривалу роботу
в штатному режимі на відкритому повітрі та в
умовах забруднення промисловим пилом.
Проведено лабораторні випробування ви-
готовленого ультразвукового обладнання, які
показали відповідність характеристикам, на-
ведених в Технічному завданні. З керівницт-
вом ПАТ «Крюківський вагонобудівний за-
вод» досягнуто домовленості про подальші
випробування вдосконаленого обладнання для
ВМП деяких виробів підприємства з метою
впровадження інноваційної технології у ваго-
нобудівній галузі.
ВИЗНАЧЕННЯ ПРОДУКТИВНОСТІ
ОБРОБКИ ЗВАРНИХ З’ЄДНАНЬ
МЕТОДОМ ВМП НА ОСНОВІ
ВИМІРЮВАНЬ МІКРОТВЕРДОСТІ
Найбільшим прогресом у розвитку техно-
логії ВМП було встановлення того факту, що
обробку зварного шва можна проводити тіль-
ки по лінії сплавлення його з основним мета-
лом однорядним багатобойковим інструмен-
том. Це підтвердили численні втомні випро-
бування на зразках, оброблених різними ре-
жимами в ІЕЗ ім. Е.О. Патона [1—3]. Водночас
немає єдиної методології відносно того, з якою
швидкістю та скільки часу необхідно оброб ля-
ти певні ділянки швів із різних ма теріалів. За-
вершення обробки зазвичай по в’я зують з фор-
муванням блискучої канавки, ширина якої до-
рівнює діаметру бойків (3—5 мм), а глибина
становить 0,2—0,6 мм залежно від міцності
матеріалу [4].
32 ISSN 1815-2066. Nauka innov., 2019, 15 (2)
Г.І. Прокопенко, Б.М. Мордюк, Т.А. Красовський, В.В. Книш, С.О. Соловей
Численні дослідження накопичення дефор-
мації впродовж ВМП показують, що структур-
ні зміни в поверхневому шарі відбуваються
за короткий проміжок часу в результаті висо-
кої частоти ударів. Це відображається на ча-
совій залежності механічних властивостей,
нап риклад, мікротвердості. Зміни мікротвер-
дості Hμ від часу ВМП показують, що такі за-
лежності мають практично однаковий харак-
тер для більшості конструкційних матеріалів
[6]. Протягом перших секунд обробки мікро-
твердість швидко зростає до певної величини,
а потім практично не змінюється або навіть
знижується. Потрібно зазначити, що тривала
обробка металів ударними методами спричи-
няє появу зайвого наклепу. Це, в свою чергу,
призводить до помітного руйнування поверх-
невого шару (лущення) і погіршення механіч-
них властивостей. Отже, існує оптимальний
час обробки методом ВМП одиниці довжини
або площі поверхні опт для кожного матеріалу
за постійних величин амплітуди коливань,
частоти ударів, діаметру та маси бойка. Таким
чином, вимірюючи твердість зварного шва до
та після ВМП та пов’язуючи її з основними па-
раметрами — рівнем залишкових напружень,
усуненням концентраторів напружень і втом-
ною міцністю, можна створити в умовах ви-
робництва прості інструментальні методи ви-
значення якості та завершеності обробки.
Дослідження проводили на зразках основ-
ного металу листового прокату сталей 09Г2С
і Ст3сп та на їх зварних з’єднаннях. Товщина
листового прокату сталі 09Г2С становила 12 мм,
а сталі Ст3сп — 16 мм. З основного металу ста-
лей вирізали зразки розміром 30 × 40 мм. Мік-
ротвердість основного металу та пластично
деформованого ВМП шару сталей вимірюва-
ли приладом ПМТ-3М за навантаження 50 г
(0,5 Н). Спочатку вимірювали мікротвердість
на боковій поверхні прямокутних вихідних
зразків. Встановлено, що вона істотно зміню-
ється з віддаленням від поверхні вглиб гаря-
чекатаного прокату. Так, мікротвердість по-
верхневого шару сталі 09Г2С (глибиною до
0,07 мм) складає HV0,5 = 460—548 МПа, але з
віддаленням від поверхні (до 0,4 мм і більше)
вона знижується до 243—278 МПа. Така ж за-
кономірність спостерігається і для зразків ста-
лі Ст3сп (таблиця). Суттєвий діапазон зна-
чень мікротвердості пояснюється неоднорід-
ністю структури сталей.
Видно, що листовий прокат має досить ви-
соку поверхневу мікротвердість, яка суттєво
знижується на глибині більше, ніж 0,4 мм від
поверхні. Це потрібно враховувати при по-
дальшій обробці зразків з листового прокату
методом ВМП. Вибір режимів і встановлення
продуктивності процесу ВМП сталевих зраз-
ків проводили спочатку на вихідних зразках.
Обробку за технологією ВМП здійснювали
новим обладнанням. Як ударний вузол ви-
Рис. 2. Загальний вигляд зони проковування основного
металу сталі 09Г2С після ВМП різної тривалості: 1 — 3 с;
2 — 6 с; 3 — 12 с; 4 — 30 с; швидкість виконання ВМП —
10, 5, 2,5 та 1,0 мм/с відповідно
3
4
2
1
Мікротвердість металу прокату сталей 09Г2С
і Ст3сп на різній відстані від поверхні
Відстань
від поверхні, мм
Значення мікротвердості HV0,5, МПа
сталь 09Г2С сталь Ст3сп
0,07 460—548 505—585
0,2 405—440 405—423
0,3 278—298 388—401
Понад 0,4 243—278 356—405
ISSN 1815-2066. Nauka innov., 2019, 15 (2) 33
Створення промислового обладнання для високочастотної механічної проковки виробів вагонобудування
користовували однорядну змінну насадку з
чотирма бойками діаметром 3 мм. Зміцнення
за технологією ВМП досліджуваного зразка
проводили вздовж чотирьох ліній довжиною
30 мм (на відстані 5—7 мм одна від одної) про-
тягом 3, 6, 12 та 30 с. Швидкість виконання
ВМП дорівнювала 10, 5, 2,5 та 1,0 мм/с відпо-
відно (рис. 2).
Встановлено, що після обробки основно-
го металу сталі 09Г2С технологією ВМП з
швидкістю виконання 10 мм/с мікротвердість
поверхнево пластично деформованого шару
металу (HV0,5) складає 505—674 МПа, з швид-
кістю 5 мм/с — 298—356 МПа, при 2,5 мм/с —
332—356 МПа, а при 1,25 мм/с — 674—812 МПа.
Аналогічний характер змін мікротвердості ос-
новного листового металу було отримано й
для сталі Ст3сп. Аналіз результатів показує,
що зі зменшенням швидкості мікротвердість
спочатку знижується, а потім різко зростає
при 1,0 мм/с. Такий немонотонний характер
змінення мікротвердості можна пояснити на-
ступним чином. Спочатку, при високій швид-
кості, утворюється неглибока канавка (рис. 2,
час обробки 3 с) і міцний поверхневий шар
прокатаного металу практично не руйнується.
Потім час обробки зростає, швидкість перемі-
щення інструменту зменшується, утворюється
більш глибока канавка, що свідчить про руйну-
вання поверхневого шару товщиною до 0,2 мм
(таблиця). Суттєве зростання мікротвердос-
ті спостерігається при швидкості виконання
ВМП 1,0 мм/с вже за рахунок зміцнення по-
верхні сталі. Цю граничну швидкість можна
прийняти за продуктивність обробки — Р (мм/с)
при заданих параметрах ВМП — амплітуді
ультразвукових коливань, діаметрі та кількос-
ті стрижневих бойків, а також механічних
властивостей матеріалу виробу. Вона пов’яза-
на з часом обробки опт, який визначає певну
оптимальну кількість ударів бойка на одини-
цю довжини деформованого матеріалу.
Дослідження залежності мікротвердості
плас тично деформованого методом ВМП ша-
ру металу зони проковування проводили та-
кож на зразках стикового зварного з’єднання
сталей 09Г2С та Ст3сп. На рис. 3 показано
стиковий шов зразка стали 09Г2С у вихідно-
му стані (а) і після ВМП (б). Стикові зварні
з’єднання сталей отримували двостороннім од-
но-дуговим автоматичним зварюванням плас-
тин під флюсом ОР 192 (виробник Oerlikon,
Швейцарія) дротом Св-08Г1НМА діаметром
4 мм. Режими зварювання пластин з сталі
09Г2С товщиною 12 мм: перший шов — нап-
руга U = 55 B, струм I = 650—700 A, швидкість
зварювання V = 26,7 м/г; другий шов (з про-
тилежної сторони) — U = 57 B, I = 760 — 780 A,
V = 26,7 м/г. Другий шов виконували після
повного охолодження першого. Із зварної
пластини розміром 600 × 350 мм вирізали зра-
зок стикового зварного з’єднання сталі 09Г2С
розміром 30 × 350 мм. Зміцнення зразка за
технологією ВМП проводили вздовж чоти-
рьох ліній сплавлення довжиною 30 мм про-
тягом 3, 6, 12 та 30 с, відповідно швидкість ви-
конання ВМП складала 10, 5, 2,5 та 1,0 мм/с.
Режими зварювання пластин із сталі Ст3сп
товщиною 16 мм: перший шов — U = 55 B,
I = 850—900 A, V = 26,7 м/г, другий шов (з про-
тилежної сторони): U = 56—57 B, I = 960—980 A,
V = 26,7 м/г. Другий шов виконували після
повного охолодження першого. Із зварної
пластини розміром 600 × 350 мм вирізали зра-
зок стикового зварного з’єднання розміром
40 × 350 мм. Зміцнення за технологією ВМП
Рис. 3. Стиковий зварний шов сталі 09Г2С у вихідному
стані після зварювання (а) та після ВМП (б)
а б
34 ISSN 1815-2066. Nauka innov., 2019, 15 (2)
Г.І. Прокопенко, Б.М. Мордюк, Т.А. Красовський, В.В. Книш, С.О. Соловей
досліджуваного зразка проводили вздовж чо-
тирьох ліній сплавлення довжиною 40 мм про-
тягом 4, 8, 16 та 40 с, швидкість виконання ВМП
складала 10, 5, 2,5 та 1,0 мм/с відповідно.
Після обробки технологією ВМП підсилен-
ня шва з обох сторін утвореного з’єднання зні-
мали механічним способом та шліфували до
рівня основного металу. Це дало можливість
проводити безпосередні вимірювання мікро-
твердості металу шва та пластично деформо-
ваного ВМП шару металу зони проковування
зварного з’єднання. Значення мікротвердості
металу шва після зняття підсилення в обох
зварних з’єднаннях знаходилися на рівні
HV0,5 = 228—268 МПа. Отримані залежності
мікротвердості пластично деформованого ВМП
шару металу зони проковування зразків сти-
кового зварного з’єднання сталей 09Г2С та
Ст3сп від швидкості виконання ВМП наведе-
но на рис. 4. Вони практично не відрізняються
від встановлених залежностей на основному
металі листового прокату. Тому вибір парамет-
рів зміцнення технологією ВМП зварних з’єд-
нань доцільно проводити на відповідних зраз-
ках основного металу.
Основною метою попередніх вимірювань
мікротвердості є встановлення продуктивнос-
ті обробки Р (мм/с), яка має розмірність швид-
кості обробки. За умов швидкості виконан-
ня ВМП 1,0 мм/с мікротвердість шару металу
зони проковування на 50 % перевищує значен-
ня мікротвердості вихідного шару металу лис-
тового прокату сталі 09Г2С і на 40 % листового
прокату сталі Ст3сп. Максимальні значення
мікротвердості на поверхні в зоні зміцнення
відповідають максимальній глибині пластич-
но деформованого за допомогою ВМП шару [2].
Отже, за критерій оцінки продуктивності Р,
тобто граничної швидкості обробки зварних
з’єднань технологією ВМП, може прийматися
досягнення максимальних значень мікротвер-
дості металу в зоні проковування. Встановлен-
ня оптимальної продуктивності обробки еле-
ментів зварних конструкцій технологією ВМП
рекомендовано виконувати за критерієм до-
сягнення значення мікротвердості металу в
зоні проковування, який перевищує відповід-
ні вихідні значення мікротвердості поверхне-
вого шару металу після прокатки. Широкий
спектр компактних і мобільних мікротвердо-
мірів дозволяє здійснювати вимірювання мік-
ротвердості деформованого шару металу в
будь-яких просторових положеннях на реаль-
них зварних металоконструкціях.
Оптимальна продуктивність обробки при-
зводить до формування максимального по гли-
бині деформованого шару металу й знач них
залишкових напружень стиснення, які сприя-
ють граничному підвищенню втомної міцнос-
ті. Треба наголосити, що знижувати продук-
тивність можна до певної межі, бо вона по-
в’язана з часом обробки, а оптимальна трива-
лість, в свою чергу, визначається насиченням
значень мікротвердості або стискуючих на-
пружень. Тобто, якщо й далі знижувати про-
дуктивність, то це призведе до надмірного
підвищення часу обробки, до появи перена к ле-
пу, лущення поверхневого шару та зниження
опору втомі.
Величина Р є основою для розрахунку за-
гального часу обробки Т ділянки шва дов-
жиною L:
Т = L/Р. (1)
Рис. 4. Зміна мікротвердості пластично деформованого
шару металу зони сплавлення зразків стикового зварно-
го з’єднання сталей 09Г2С і Ст3сп залежно від швидкості
виконання ВМП
700
900
800
600
500
400
300
200
0 2 4 6 8 10
Т
ве
рд
іс
ть
H
V
0,
5,
М
П
а
Швидкість виконання ВМП , мм/с
09Г2С
Ст3сп
ISSN 1815-2066. Nauka innov., 2019, 15 (2) 35
Створення промислового обладнання для високочастотної механічної проковки виробів вагонобудування
Наприклад, зварний шов сталі 09Г2С дов-
жиною 100 мм потрібно обробляти впродовж
1 хв 40 с. При ручному способі оператор вимі-
рює довжину шва та задає таймером на перед-
ній панелі УЗГ потрібний час обробки. По її
завершенні ультразвукові коливання автома-
тично відключаються. Але постає основне пи-
тання, з якою швидкістю V оператор повинен
переміщувати інструмент вздовж шва? Чис-
ленні експериментальні дослідження показа-
ли, що швидкість обробки V знаходиться у
межах 10—35 мм/с [11]. Але деякі автори на-
водять і значно вищі величини швидкості пе-
реміщення інструменту — до 60 мм/с [12]. Не
зважаючи на розбіжності у визначенні швид-
кості переміщення інструменту при ВМП різ-
ними дослідниками, головним параметром є
час обробки — Т, впродовж якого деформуючі
елементи (бойки) спричиняють задану кіль-
кість ударів на одиницю довжини шва або
одиницю площі поверхні виробу. При частоті
ультразвукових коливань F = 18—26 кГц се-
редня частота ударів стрижневих бойків ста-
новить fуд ~ 1,0—3 кГц. Тобто, за час обробки Т
загальна кількість ударів складатиме
Nзаг = fуд Т. (2)
При цьому обробка повинна бути відносно
рівномірною та здійснюватися зворотно-по-
ступальними проходами від початку до кінця
ділянки, що підлягає обробці.
Таким чином, необхідно відрізняти продук-
тивність обробки Р (мм/с) методом ВМП від
швидкості оброблення V (мм/с) оператором
певної ділянки шва довжиною L (мм). Зазви-
чай обробка виконується за декілька проходів
вздовж шва, але загальний час обробки Т (с)
розраховується за виразом (1). При цьому опе-
ратор може робити технологічні зупинки й від-
лік часу на таймері УЗГ припиняється та по-
новлюється з початком нового циклу обробки.
ВИЗНАЧЕННЯ ЯКОСТІ ОБРОБКИ МЕТОДОМ ВМП
Вище було надано практичні рекомендації
щодо визначення тривалості та завершеності
процесу ВМП інструментальними методами.
Заключним етапом цього процесу є оцінка
якості обробки за допомогою технології, яка
здійснюється переважно візуально та деталь-
но описана в [13], де підсумовано значну кіль-
кість робіт, виконаних різними дослідниками
та надрукованих в Документах МІЗ. Оцінку
якості канавки здійснюють, як правило, візу-
альним оглядом після обробки за рекоменда-
цією XIII-ї Комісії Міжнародного інституту
зварювання. Отримана після ВМП канавка по-
винна бути гладкою вздовж усіх визначених
зварних швів. У канавці не повинно бути ви-
димих дефектів зварювання. Для оцінки якос-
ті канавки корисно використовувати пенет-
рант або застосовувати огляд канавки за допо-
могою лупи зі збільшенням від ×3 до ×10. Якщо
буде виявлено дефекти у вигляді темних стрі-
чок або пористості, то для отримання гладкої
поверхні потрібно виконати додаткові прохо-
ди інструменту у цих місцях. Канавка після
ВМП повинна бути безперервною, без розри-
вів. Якщо обробка не може бути вико нана без
перерв, наприклад, з довгими звар ними шва-
ми або навколо кутів, рекоменду ється переза-
пустити її, відступивши принаймні на 10 мм
назад від положення зупинки.
Метод ВМП за короткий час призводить
до значної локальної деформації матеріалу в
області лінії зварювання. Якщо стрижневий
ударник спрямовано під малим кутом в одно-
му конкретному місці, то в результаті плас-
тичного зсуву металу може утворитися на -
п лив збоку канавки. Дефекти такого типу по -
т рібно вилучити шляхом легкого шліфування,
а канавка повинна бути додатково оброблена.
Такі додаткові прийоми покращення якості
ка навки призводять до суттєвого підвищення
втомної міцності. На рис. 5 наведено резуль-
тати втомних випробувань пласких зразків
сталі Ст3 з чотирма зварними швами, утво-
реними приварюванням поперечних пластин.
Циклічне навантаження зразків при коефі-
цієнті асиметрії циклу R = 0 виконували на
машині УРС-20 з частотою 12 Гц. З графіку
36 ISSN 1815-2066. Nauka innov., 2019, 15 (2)
Г.І. Прокопенко, Б.М. Мордюк, Т.А. Красовський, В.В. Книш, С.О. Соловей
видно, що первинна обробка перехідних зон
швів, прилеглих до зразку, по 1 хв ударною
головкою з чотирма ударниками Ø3 мм при-
зводить до зростання втомної міцності від
110 до 180 МПа. Після такої обробки на по-
верхні канавок було виявлено окремі темні
смужки довжиною 1—2 мм. Для їх усунення
було проведено додаткову обробку виявлених
дефектів головкою з одним ударником Ø4 мм
тривалістю 3—5 с. Випробування цих зразків
показали додаткове зростання втомної міц-
ності до 210 МПа.
Підготовка зварного шва. Зварне посилен-
ня і суміжний основний матеріал повинні бути
повністю очищені та піддані незначній меха-
нічній обробці металевими щітками або шлі-
фуванню, щоб видалити всі сліди окалини,
бризок та інших сторонніх об’єктів. Обробка
ВМП з опуклим профілем зварного шва, або
зварного шва з великим кутом зварювання,
може призвести до того, що пластично дефор-
мований метал зігнеться поверх початкового
зварного шва і залишить тріщіноподібний
дефект у канавці. Профіль зварного шва пе-
ред обробкою повинен відповідати гранич-
ним значенням для рівня якості B згідно з
ISO 5817 [13]. До дефектів шва належать під-
різи, надмірна переповненість, перекриття то-
що. Якщо профіль зварного шва не відповідає
цим критеріям якості, може знадобитися не-
значна механічна обробка перед ВМП. Слід
зазначити, що процедура ВМП є найефектив-
нішою у разі обробки виключно області (лінії)
зварного шва між розплавленим і основним ме-
талом. Таким чином, варто уникати операцій
шліфування, які ускладнюють роботу операто-
ра щодо визначення точного місця розташу-
вання зварного шва. Рішення про необхідність
механічної обробки швів перед ВМП повинно
узгоджуватися з досвідченим оператором.
Необхідність в належному профілі зварю-
вання перед ВМП обумовлена можливим ут-
воренням тріщиноподібного дефекту через
неправильний контакт між ударником і звар-
ним швом. Візуальний контроль такого де-
фекту по казує темну лінію, що нагадує ви-
тягнуту тріщину, яка знаходиться в середи-
ні гладенької канавки після обробки. Кінцеві
втом ні характеристики зварного з’єднання з
такими дефектами можуть бути навіть ниж-
чими, ніж у шва після зварювання. Такий же
дефект спостерігався у зварних швах і з адек-
ватними профілями, але з неправильним ви-
бором діаметру стрижневого ударника або за-
надто жорсткою обробкою, тобто з наявністю
надмірної кількості проходів по одній і тій же
ділянці [14]. Останнє підтверджує основний
результат виконаної роботи, що час обробки Т
потрібно визначати, спираючись на визначен-
ня продуктивності Р певного матеріалу при
заданих параметрах ударного навантаження.
Техніка безпеки (ТБ). Шум і вібрація від
ВМП, як показує досвід, є значно нижчими,
ніж для традиційного пневмодинамічного об-
ладнання. У той же час, процедура ВМП, за-
лежно від товщини й габаритів конструкції,
може бути досить шумною операцією, тому
Рис. 5. Результати втомних випробувань зварних зраз-
ків сталі Ст3сп шириною 50 мм у координатах «мак-
симальне напруження циклу зовнішнього змінного на-
вантаження — кількість циклів до руйнування N»:
1 — після зварювання; 2 — після обробки чотирьох
швів по лінії сплавлення ультразвуковим інструментом
(час обробки одного шва — 1 хв, бойки 4 шт. Ø3 мм,
швидкість обробки — V ~10 мм/с); 3 — додаткова оброб-
ка одним бойком Ø4 мм ділянок канавки з виявленими
дефектами
2
3
2
1
24 6 8 106105
N, циклів
250
200
150
100
, М
П
а
ISSN 1815-2066. Nauka innov., 2019, 15 (2) 37
Створення промислового обладнання для високочастотної механічної проковки виробів вагонобудування
важливо, щоб оператор та інші люди, що пра-
цюють поблизу, використовували навушни-
ки. Захисний одяг для роботи в цеху не вима-
гає спеціальних умов, але при цьому екіпіров-
ка оператора повинна містити встановлений
ТБ захист очей. Вібрація, яка передається на
руки оператора від інструменту під час ВМП,
зазвичай досить низька, тому робота дозво-
лена під час 8-годинної робочої зміни в легких
бавовняних рукавицях. Якщо вібрація конк-
ретного інструменту для ВМП не визначена
спеціальними випробуваннями, може знадо-
битися обмеження робочого часу загальної
обробки [13].
Кількісні вимірювання розмірів канавки.
Глибина канавки є відмінним показником
ступеня обробки методом ВМП. Залежно від
межі текучості сталі та розміру бійка оп ти-
мальна глибина канавки після ВМП зазвичай
становитиме 0,2—0,6 мм, а ширина 3—6 мм.
Однак, оптимальний розмір канавки залежить
від міцності сталі. Зокрема, канавки у високо-
міцних сталевих конструкціях, як правило,
будуть меншими за глибиною та вуж чими, ніж
канавки в низьколегованих сталях. Глибина
канавки може бути перевірена відносно легко
з використанням простих глибинних датчиків.
Центр канавки повинен відпо відати лінії зва-
рювання зварного шва [13].
Для обробки методом ВМП існує техноло-
гічна специфікація, яка рекомендована XIII-ю
комісією МІЗ. В роботі [15] наведено відпо-
відну специфікацію HFMI-PS, яку готують
для кожного зварного шва в конструкції.
HFMI-PS містить інформацію про оброблю-
ваний елемент конструкції, базовий і зварю-
вальний матеріал, тип обладнання та пара мет-
ри джерела живлення, кількість, розмір, фор-
му використовуваних бійків, спеціальні вимо-
ги до технічного контролю та інші відомості.
Специфікацію розробляють відповідні техно-
логічні служби підприємств спільно з вироб-
никами обладнання для кожного зварного шва
в конструкціях як документальний засіб за-
безпечення якості оброки.
Таким чином, результатом виконаного до-
слідження є розробка нового перетворювача
на п’єзокерамічних кільцях діаметром 38 мм і
товщиною 6 мм та створено методику розра-
хунків окремих його складових і ультразву-
кової коливальної системи загалом. Вдоскона-
лено узгодження акустичного й електричного
трактів, тобто перетворювача й ультразвуко-
вого генератора за рахунок застосування ос-
танніх досягнень в електроніці, з використан-
ням мікропроцесорів і цифрового керування
усіма процесами генерації коливань ультра-
звукової частоти.
Встановлено, що основним параметром для
автоматичного підтримання стабільної робо-
ти УЗКС при дії різноманітних зовнішніх
впливів є значення фази, визначене на резо-
нансній або на антирезонансній частоті. Для
підтримки заданої амплітуди механічних ко-
ливань УЗКС в УЗГ задіяно стабілізацію нап-
руги в режимі паралельного резонансу.
Дослідження впливу швидкості виконання
ВМП на характеристики мікротвердості мета-
лу зони проковування сталей 09Г2С та Ст3сп
з метою визначення продуктивності процесу
обробки показало, що оцінку продуктивності
обробки Р зварних з’єднань технологією ВМП
можна здійснювати за величинами мікротвер-
дості металу в зоні обробки, які перевищують
відповідні значення мікротвердості поверх-
невого шару металу після прокатки листових
напівфабрикатів.
Наведено практичні рекомендації з вико-
нання ВМП ручним ударним інструментом та
встановлено продуктивність Р для ВМП звар-
них з’єднань сталей 09Г2С і Ст3сп, яка дорів-
нює ~1,0 мм/с. За значенням продуктивності
можна розрахувати час обробки Т певної ділян-
ки шва довжиною L для досягнення максима-
льної мікротвердості деформованої поверхні.
Рекомендованою швидкістю переміщення удар-
ного інструменту вздовж шва є ~10—35 мм/с.
Варіювання цієї величини в межах встанов-
леного оптимального діапазону зумовлено спе-
цифікою «ручного» способу реалізації проце-
38 ISSN 1815-2066. Nauka innov., 2019, 15 (2)
Г.І. Прокопенко, Б.М. Мордюк, Т.А. Красовський, В.В. Книш, С.О. Соловей
су ВМП, що не впливає істотно на стабільність
параметрів зміцнення та якості поверхнево го
шару. Обробку області (лінії) зварного шва
між розплавленим і основним металом довжи-
ною L здійснюють рівномірними зворотно-по-
ступальними рухами в межах заданого часу Т.
Оцінка якості обробки зварних швів техноло-
гією ВМП здійснюють візуальними й інстру-
ментальними методами, які рекомендовані
відповідним Документом Міжнародного ін-
ституту зварювання. Запропоновано специфі-
кацію HFMI-PS, яку розробляють для кожно-
го зварного шва в різноманітних виробах і
конструкціях.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Лобанов Л.М., Кирьян В.И., Кныш В.В., Прокопенко Г.И. Повышение сопротивления усталости сварных
соединений металлоконструкций высокочастотной механической проковкой. Автоматическая сварка. 2006. № 9.
С. 3—11.
2. Кныш В.В., Соловей С.А., Богайчук И.Л. Оптимизация процесса упрочнения сварных соединений стали
09Г2С высокочастотной механической проковкой. Автоматическая сварка. 2011. № 5. С. 26—31.
3. Прокопенко Г.І., Книш В.В., Соловей С.О. Подовження залишкового ресурсу зварних з’єднань сталей Ст3сп і
09Г2С високочастотним механічним проковуванням. Вісник Тернопільського національного технічного університету.
2011. Спецвипуск, частина 2. С. 35—41.
4. Lefebvre F., Peyrac C., Elbel G., Revilla-Gomez C., Verdu C., Buffiere J. HFMI: understanding the mechanisms
for fatigue life improvement and repair of welded structures. Welding in the Word. 2017. V. 61, no. 4. Р. 789—799.
5. Прокопенко Г.И., Недосека А.Я., Грузд А.А., Красовский Т.А. Разработка и оптимизация оборудования и
процесса ультразвуковой ударной обработки сварных соединений с целью снижения остаточных напряжений. Тех-
нич. диагн. и неразр. контр. 1995. № 3. С. 14—22.
6. Патент України № 108188. Прокопенко Г.І., Мордюк Б.М., Високолян М.В., Волочай В.В, Попова Т.В. Спосіб
ультразвукової ударної обробки зварних з’єднань металоконструкцій.
7. Prokiĉ M. Piezoelectric Transducers — Modeling and Characterization. Switzerland: MPI, 2004. 266 p.
8. Киселев М.Г., Савицкий С.С. Исследование режимов работы технологической акустической системы с под-
вижным инструментом. Приборостроение. 1989. № 11. С. 41—46.
9. Дьяконов В.П., Пеньков А.А. Расчет регулировочной характеристики транзисторных преобразователей нап-
ряжения с резонансным контуром в системе MCAD. Электротехника. 1999. № 4. С. 54—59.
10. Патент України № 94051. Прокопенко Г.І., Красовський Т.А., Черепін В.Т., Мордюк Б.М. Ультразвуковий
ручний інструмент для деформаційного зміцнення і релаксаційної обробки металів.
11. Вагапов И.К., Ганиев М.М., Шинкарев А.С. Теоретическое и экспериментальное исследование динамики
ультразвуковой виброударной системы с промежуточным бойком. Известия высших учебных заведений. Маши но-
строение. 2008. № 5. С. 3—24.
12. Дегтярев В.А. Оценка влияния режимов высокочастотной механической проковки сварных соединений на
их сопротивление усталости. Проблемы прочности. 2011. № 2. С. 61—70.
13. Marquis G., Barsoum Z. Fatigue strength improvement of steel structures by high-frequency mechanical impact:
proposed procedures and quality assurance guidelines. Welding in the World. 2013. V. 57. Р. 803—822.
14. Roy S., Fisher J.W. Enhancing fatigue strength by ultrasonic impact treatment. Int. J. Steel Struct. 2005. V. 5.
Р. 241—252.
15. Lopez Martinez L., Haagensen P.J. Life extension of Class F and Class F2 details using ultrasonic peening. IIW
Document XIII-2143-06.
Стаття надійшла до редакції 21.05.18
REFERENCES
1. Lobanov, L. M., Kiryan, V. I., Knysh, V. V., Prokopenko, G. I. (2006). Increased fatigue resistance of welded joints of
metal structures by high-frequency mechanical forging. Automatic welding, 9, 3—11 [in Russian].
2. Knysh, V. V., Solovey, S. A., Bogaychuk, I. L. (2011). Optimization of the hardening process of 09G2S steel welded
joints by high-frequency mechanical forging. Automatic welding, 5, 26—31 [in Russian].
3. Prokopenko, G. I., Knysh, V. V., Solovey, S. O. (2011). Extension of residual resource of the welded joints of St3sp
and 09G2S steels by high-frequency mechanical forging. Bulletin of the Ternopil National Technical University. Spec. issue,
part 2, 35—41 [in Ukrainian].
ISSN 1815-2066. Nauka innov., 2019, 15 (2) 39
Створення промислового обладнання для високочастотної механічної проковки виробів вагонобудування
4. Lefebvre, F., Peyrac, C., Elbel, G., Revilla-Gomez, C., Verdu, C., Buffiere, J. (2017). HFMI: understanding the
mechanisms for fatigue life improvement and repair of welded structures. Welding in the Word, 61(4), 789—799.
5. Prokopenko, G. I., Nedoseka, A. Ya., Gruzd, A. A., Krasovsky, T. A. (1995). Development and optimization of equip-
ment and process of ultrasonic impact treatment of welded joints in order to reduce residual stresses. Technician Diagnos-
tics and Nondestruction Control, 3, 14—22 [in Russian].
6. Patent of Ukraine N 108188. Prokopenko G. I., Mordyuk B. N., Vysokolyan M. V., Volochai V. V., Popova T. V. Me-
t hod of ultrasonic impact treatment of welded joints of metalic structures [in Ukrainian].
7. Prokiĉ, M. (2004). Piezoelectric Transducers Modeling and Characterization. Switzerland. 266 p.
8. Kiselev, M. G., Savitsky, S. С. (1989). Investigation of operating modes of a technological acoustic system with a
movable tool. Priborostroenie, 11, 41—46 [in Russian].
9. Dyakonov, V. P., Penkov, A. A. (1999). Calculation of the control characteristic of transistor voltage transducers with
resonant circuit in the MCAD system. Electrical engineering, 4, 54—59 [in Russian].
10. Patent of Ukraine N 94051. Prokopenko G. I., Krasovsky T. A., Cherepin V. T., Mordyuk B. M. Ultrasonic hand tool
for deformation strengthening and relaxation treatment of metals [in Ukrainian].
11. Vagapov, I. K., Ganiyev, M. M., Shinkarev, A. S. (2008). Theoretical and experimental research of dynamics of an
ultrasonic vibro-impact system with intermediate pin. Proc. of Higher Educational Schools. Mech. Eng., 5, 3—24 [in Russian].
12. Degtyarev, V. A. (2011). Estimation of influence of modes of high-frequency mechanical welding of welded joints
on their resistance to fatigue. Strength of Mater., 2, 61—70 [in Russian].
13. Marquis, G., Barsoum, Z. (2013). Fatigue strengthening of steel structures by high-frequency mechanical impact:
proposed procedures and quality assurance guidelines. Welding in the World, 57, 803—822.
14. Roy, S., Fisher, J. W. (2005). Enhancing fatigue strength by ultrasonic impact treatment. Int. J. Steel Struct., 5,
241—252.
15. Lopez Martinez, L., Haagensen, P. J. Life extension of Class F and Class F2 details using ultrasonic peening. IIW
Document XIII-2143-06.
Received 21.05.18
Prokopenko, G.I.1, Mordyuk, B.M.1,
Krasovskii, T.A.2, Knish, V.V.3, and Solovey, S.O.3
1 Kurdyumov Institute for Metal Physics of the NAS of Ukraine,
36, аcad. Vernadski Boulevard, Kyiv, 03142, Ukraine,
+380 44 424 1005, +380 44 424 2561, metall@imp.kiev.ua
2 Kyiv Academic University of the NAS and MES of Ukraine,
36, аcad. Vernadski Boulevard, Kyiv, 03142, Ukraine,
+380 44 424 8250, +380 44 424 8250, taraskras@gmail.com
3 Paton Institute of Electric Welding of the NAS of Ukraine,
11, Kazimir Malevich St., Kyiv, 03150, Ukraine,
+380 44 200 4779, +380 44 528 0486, office@paton.kiev.ua
CREATION OF INDUSTRIAL EQUIPMENT FOR HIGH FREQUENCY
MECHANICAL IMPACT ON RAILWAY CAR BUILDING PRODUCTS
AND METHODS FOR ASSESSING THE QUALITY OF TREATMENT
Introduction. The technology of high-frequency mechanical impact (HFMI) has proved itself to be a reliable, efficient,
and convenient method for increasing the fatigue strength of welded structures, which is one of the most priority tasks of the
machine-building industry.
Problem Statement. The experience of operating the HFMI equipment and technology has shown that there are
ma ny problems associated with the determination of the process quality and completeness. The creation of ultrasonic equip-
ment for HFMI with electromechanical piezo-ceramic transducers was initiated at the Kurdyumov Institute for Metal
Physics of the NAS of Ukraine. Over the years, this equipment has been used both for scholarly research and for processing
of various products and structures. However, neither the HFMI equipment and nor HFMI technology has been commer-
cialized so far.
Purpose. To create a new ultrasound equipment having a high reliability and a significant operation resource suitable
for the use in the operating conditions and to develop tools for evaluating the HFMI process quality regarding welded joints
of certain parts and railway-car building products.
Materials and Methods. Low-alloy structural steels St3сp and 09G2S. Hardness / microhardness measurements and
optical microscopy.
40 ISSN 1815-2066. Nauka innov., 2019, 15 (2)
Г.І. Прокопенко, Б.М. Мордюк, Т.А. Красовський, В.В. Книш, С.О. Соловей
Results. A mock-up of ultrasonic equipment has been made. It has has passed comprehensive industrial tests at Kriu-
kov Railway Car Building Works, Public Joint-Stock Company (“KRCBW” PJSC), Kremenchuk, Ukraine. Some deficien-
cies of the equipment identified during the tests have been eliminated in a new model of the equipment. A method for deter-
mining the HFMI process productivity and the duration of treatment of welded joints has been suggested. It is based on
simple microhardness measurements. The quality and completeness of the treatment has been additionally checked by vi-
sual inspection of a groove formed by impact elements.
Conclusions. A new ultrasound equipment has been manufactured, and technological recommendations on choosing
treatment regimes for railway carriage trolleys and other products of KRCBW PJSC have been proposed.
Keywords : high-frequency mechanical impact, metal fatigue, welded joints, microhardness, ultrasonic equipment, and
quality and duration of treatment.
Г.И. Прокопенко 1, Б.Н. Мордюк 1,
Т.А. Красовский 2, В.В. Кныш 3, С.А. Соловей 3
1 Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины,
ул. акад. Вернадского, 36, Киев, 03142, Украина,
+380 44 424 1005, +380 44 424 2561, metall@imp.kiev.ua
2 Киевский академический университет НАН и МОН Украины,
ул. акад. Вернадского, 36, Киев, 03142, Украина,
+380 44 424 8250, +380 44 424 8250, taraskras@gmail.com
3 Институт электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины,
ул. Казимира Малевича, 11, Киев, 03150, Украина,
+380 44 200 4779, +380 44 528 0486, office@paton.kiev.ua
СОЗДАНИЕ ПРОМЫШЛЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ
ДЛЯ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПРОКОВКИ ИЗДЕЛИЙ
ВАГОНОСТРОЕНИЯ И МЕТОДОВ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ОБРАБОТКИ
Введение. Технология высокочастотной механической проковки (ВМП) зарекомендовала себя как надежный,
эффективный и удобный метод для повышения усталостной прочности сварных конструкций, что является одной из
актуальных задач машиностроительной отрасли.
Проблематика. Опыт эксплуатации оборудования и технологии ВМП, показал, что существует множество
проблем, связанных с определением качества и завершенности процесса обработки. В Институте металлофизики
им. Г.В. Курдюмова НАН Украины были начаты работы по созданию ультразвукового оборудования для ВМП с
электромеханическими преобразователями на пьезокерамике. На протяжении многих лет это оборудование приме-
нялось как для научных исследований, так и для обработки различных изделий и конструкций. Однако серийного
выпуска оборудования и широкого внедрения технологии ВМП в промышленность не произошло.
Цель. Создание нового ультразвукового надежного оборудования со значительным рабочим ресурсом, пригод-
ного для использования в условиях производства, и разработка инструментальных методов оценки качества обра-
ботки методом ВМП сварных соединений определенных деталей и изделий вагоностроительной отрасли.
Материалы и методы. Низколегированные конструкционные стали Ст3сп и 09Г2С; методы измерения твердо-
сти и микротвердости; оптическая микроскопия.
Результаты. Изготовлен макет ультразвукового оборудования, который прошел всесторонние испытания на
ПАО «Крюковский вагоностроительный завод» (Кременчуг, Украина). Выявленные в процессе испытаний недостат-
ки были устранены в новой модели оборудования. Предложена методика определения производительности и про-
должительности обработки сварных соединений методом измерений микротвердости. Качество и завершенность
обработки дополнительно определяется визуальным осмотром канавки, которая образуется под действием удар-
ных элементов.
Выводы. Изготовлено новое ультразвуковое оборудование и представлены технологические рекомендации по
выбору режимов обработки тележек железнодорожных вагонов и других изделий ПАО «КВСЗ».
Ключевые слова : высокочастотная механическая проковка, усталость металла, сварное соединение, микро-
твердость, ультразвуковое оборудование, качество и продолжительность обработки.
|