Как снять остаточное напряжение

Как снять остаточное напряжение

Запросить цену

Система для снятия остаточных механических напряжений в металлических конструкциях методом низкочастотной вибрационной обработки VSR 8а.

Вибрационный процесс снятия механических напряжений (VSR8) представляет собой метод уменьшения уровней остаточного напряжения в металлических компонентах, позволяющий повысить стабильность размеров и общую механическую целостность. Это позволяет выполнять последующие технологические операции, такие как механическая обработка, сборка, испытания, транспортировка, пусконаладочные работы и эксплуатация, с минимальными потерями качества. Метод реализует изгиб обрабатываемой детали с амплитудами, достаточными, чтобы вызвать в материале пластическую деформацию на слабо микроскопическом уровне.

При снятии остаточных напряжений виброобработкой VSR8 не меняются металлургические и физические свойства металлов, что делает данный процесс идеальным решением для материалов с низкой устойчивостью к термической обработке: аустенитных нержавеющих сталей, низкоуглеродистых высокопрочных сталей, а также биметаллических и полиметаллических деталей. При термической обработке сварных деталей из аустенитных или низкоуглеродистых сталей на них образуются трещины. Такие детали можно стабилизировать методом снятия остаточных напряжений виброобработкой.

Модель 8a — ПЕРЕДОВАЯ система VSR:

С помощью данной системы были сняты остаточные напряжения массивного волнолома (177 тонн) в Новом Орлеане.

Приводы Allen-Bradley мощностью 5 кВт с внешним теплоотводом (80% тепла выводится за пределы корпуса класса NEMA 4).

ЧПУ выполняется через промышленный ПК с сенсорным дисплеем диагональю 15”. Безвентиляторный ПК (не нагревается) с твердотельным накопителем. Алюминиевое шасси, выполненное литьем под давлением, обеспечивает максимальную защиту и надежность системы. Результаты снятия остаточных напряжений виброобработкой можно сохранить в формате PDF.

Данные графика снятия остаточных напряжений виброобработкой включают в себя график амплитуды детали и мощности двигателя относительно частоты вращения вибратора. На основе таких данных оператор может точно задать параметры процедуры и ускорить обработку деталей.

Двойной фланцевый вибратор скоростью вращения 100–8000 об./мин и силой до 7500 фунтов можно использовать в любой пространственной ориентации (в том числе на вертикальных валах). Устанавливаемые на гидравлические турбины крупные кольца необходимо обрабатывать на вертикальных валах. Перпендикулярные фланцы упрощают расположение вибратора относительно детали.

Регулируемый дисбаланс (настройка занимает около минуты) в диапазоне 20:1 обеспечивает поддержку системой различных деталей.

Регулировка частоты вращения шагом 0,02% и настраиваемая частота шагом 2 об./мин.

СИСТЕМЫ СНЯТИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ВИБРООБРАБОТКОЙ ADVANCED VSR8 ИМЕЮТ НЕСКОЛЬКО УНИКАЛЬНЫХ ПРЕИМУЩЕСТВ, КОТОРЫЕ ДЕЛАЮТ ИХ ЛУЧШИМИ ПРЕДЛОЖЕНИЯМИ НА РЫНКЕ:

​— В комплект поставки моделей с ЧПУ входит ПО Advanced VSR версии 5.3.1. Оно автоматизирует один из сложнейших этапов снятия остаточных напряжений виброобработкой: фиксирует схему резонансных вибраций детали и составляет по ней график. В ПО можно быстро создать предварительные сканы для оценки и корректировки базовых параметров процесса, записи схем базовых резонансных вибраций, быстрого изменения параметров вибратора относительно резонансных вибраций детали, а также мониторинга их изменений: роста, смещения до конечных положений, а также того и другого сразу. Эти этапы и формируют ПРОЦЕСС СНЯТИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ВИБРООБРАБОТКОЙ (VSR 8).

​— Корпуса со степенью защиты NEMA 4. Они защищают систему от попадания пыли, инородных тел, масел, воды и иных загрязнений, чем значительно повышают срок службы электронных компонентов.

​— БЕСЩЕТОЧНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА или синхронные электродвигатели переменного тока. Угольные щетки приводят к образованию высокопроводимой пыли (особенно в двигателях, находящихся под воздействием вибрации). Такая пыль оседает внутри двигателя и приводит к неисправностям. Кроме того, щетки снижают скорость вращения двигателей. Мы настоятельно рекомендуем не использовать оборудование с вибраторами с угольными щетками.

​— Датчики температуры. Такие датчики встроены в обмотку электродвигателя. Они отправляют сигналы выключения привода при избыточном нагреве. В моделях с ЧПУ (7.5 и 8a) температура двигателя отображается в ОС VSR, при этом при нагреве отображается соответствующее предупреждение, которое поможет оператору принять оптимальные меры.

— Приводы переменного тока Allen-Bradley. Многие представители отрасли считают такие приводы эталонами частотно-регулируемых приводов: они оснащены внешними теплоотводами, которые выводят за пределы консоли более 80% тепла, чем значительно сокращают ее нагрев и увеличивают срок службы компонентов и проводов.

​— Системы оснащены максимально защищенными и надежными компонентами — от разъемов вибраторов с алюминиевыми корпусами, изготовленными литьем под давлением, до кнопок с контактами с тонким золотым покрытием: они отвечают требованиям строгих стандартов, применимых к машинному оборудованию и промышленным приборным панелям. Более того, наш отдел изготовления панелей выпускает детали для различных отраслей, в том числе энергосистем общего пользования.

​— Ножки всех вибраторов оснащены вставками из закаленной стали. Они обеспечивают надежное стабильное крепление систем, а значит максимально точные данные вибрации и минимальный износ.

​— В комплект поставки всех систем входят уретановые изоляционные подушки, слесарные или мостовые зажимы вибраторов, малошумные акселерометры с предварительным усилением и полностью сбалансированным и экранированным линейным выходом, полный набор соединительных кабелей и исчерпывающее руководство по эксплуатации в пластиковой папке с тремя кольцами (защищает руководство в производственных условиях. Также поставляется цифровая версия руководства). Кроме того, в комплект поставки входит 2-летняя заводская гарантия на детали и изготовление.

ПРЕИМУЩЕСТВА РЕШЕНИЙ ADVANCED VSR8

Как правило, стоимость термической обработки зависит от веса детали или ее общего размера (если он велик). В течение многих лет стоимость данного процесса росла. Наиболее переменной тратой являются затраты на энергию, однако, должны учитываться и постоянные расходы: капитальные вложения, расходы на природоохранные мероприятия, расходы на оплату труда, расходы на транспортировку (включая расходы на получение разрешений на проезд транспортных средств, не соответствующих требуемым габаритам), а также расходы на страховку. Объем таких затрат также растет. Иными словами, при выборе метода снятия остаточных напряжений виброобработкой (VSR) вы показываете, что предпочитаете ЭКОЛОГИЧНУЮ ТЕХНОЛОГИЮ.

Термическая обработка стандартных сварных конструкций занимает от 8 до 24 часов, при этом она включает в себя дополнительные этапы по очистке деталей или удалению отходов (например, пескоструйную или дробеструйную очистку). Стандартная процедура снятия остаточных напряжений виброобработкой VSR занимает всего час, хотя некоторые детали необходимо обрабатывать дважды. Снять остаточные напряжения виброобработкой можно в производственном помещении, при этом сохраняется возможность переместить деталь к печи в помещении или вне помещения. Такой подход помогает сэкономить время — фактор, о котором многие забывают.

Для термической обработки требуется большой объем ископаемого топлива (как правило, природного газа). Согласно расчетам, только в США на термическую обработку уходит такой объем газа, которого хватило бы на отопление 8 миллионов домов. Объем газа, который уходит на термическую обработку 10-тонной конструкции, можно сопоставить с 240 литрами бензина. Для снятия остаточных напряжений виброобработкой VSR требуется небольшое количество электричества: около 1кВт⋅ч на одну процедуру.

Установка систем снятия остаточных напряжений виброобработкой VSR на объекте сокращает время обработки крупных деталей, что ускоряет производство. Также при наличии системы не требуется обращаться к сторонним вендорам и транспортировать детали: такой подход ускоряет время обработки заказа в 5–20 раз.

СОХРАНЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

Многие сплавы, в том числе аустенитная сталь (серия 300) и другие виды нержавеющей, низкоуглеродистой высокопрочной стали (T-1, ASTM 514, 709 и другие), теряют свои физические свойства или деформируются при термической обработке. Согласно недавним отчетам, термическая обработка (в том числе послесварочная) некоторых титановых сплавов приводит к ухудшению их усталостных свойств.

— Риск повреждения сигма-фазы нержавеющих сталей делает невозможной их термическую обработку, но выполненные из таких сталей конструкции должны отвечать строгим геометрическим требованиям.

— При обработке низкоуглеродистых и высокопрочных сталей снижается их прочность и упругость — их ключевые свойства. Для получения более подробных сведений изучите руководства по материалам вашего поставщика стали.

Процесс снятия остаточных напряжений виброобработкой не влияет на металлургические и физические свойства материалов.

Области применения процесса снятия остаточных напряжений виброобработкой и его ограничения

Как и у других промышленных процессов, у снятия остаточных напряжений виброобработкой есть целевые области применения и ограничения.

— основания и стойки станочных систем;

— оснастка в автомобильной и авиакосмической отраслях;

— гидротурбинное оборудование (особенно башмачные и разгрузочные кольца)

— подъемные скобы и другие компоненты кранов;

— ремонтные сварочные работы;

— детали подводных лодок;

— крупные компоненты со строгими требованиями к геометрии.

Два требования к процессу снятия остаточных напряжений виброобработкой определяют его ограничения:

1) пластичность: для пластического течения в ходе снятия остаточных напряжений виброобработкой требуются пластичные материалы. Необходимо отметить, что закаленные или нагартованные материалы (например, холоднокатаная сталь) подходят для снятия остаточных напряжений виброобработкой весьма относительно. Остаточные напряжения материалов твердостью 35 Rc нельзя снять виброобработкой, однако, многое зависит от геометрии детали;

2) геометрия детали: в ходе снятия остаточных напряжений виброобработкой механическая нагрузка усиливается резонансными вибрациями. Характеристики резонансных вибраций практически полностью зависят от геометрии детали (гораздо сильнее, чем от материала), поскольку значения отношения плотности к жесткости практически всех металлов находятся в достаточно малом диапазоне. Удобным способом определить пригодность материала является коэффициентом отношения — безразмерная величина, для получения которой общий размер или 3D-диаметр необходимо разделить на среднюю толщину стенок конструкции. Материалы с коэффициентом ниже 12 имеют множество ограничений, а с коэффициентом выше 30 подходят практически без ограничений.

Риски и ограничения, связанные с ТЕРМИЧЕСКОЙ обработкой (в том числе послесварочной)

Послесварочная термическая обработка наиболее распространенных сплавов (например, низкоуглеродистых сталей) весьма эффективна, однако, при термической обработке двух широких категорий легированных сталей могут ухудшаться их физические свойства. Кроме того, при термической обработке на них образуются трещины, и их диапазон температур эксплуатации составляет от –46 до +426 °C. Наконец, снижается их износостойкость, а также меняются фазы (сигма-фаза в нержавеющих сталях).

К ним относятся:

— различные классы низкоуглеродистых высокопрочных сталей (в том числе T-1, ASTM 514 и HY80);

— аустенитные стали (в том числе нержавеющая сталь серии 300).

По результатам исследований, при послесварочной термической обработке снижаются усталостные свойства сварочного титанового сплава Ti-6Al-4V. В работе Assessment of Structural Integrity of Titanium Weldments for U.S. Navy Applications («Оценка целостности титановых сварных элементов для ВМС США»)* автор работы Мор (Mohr) сообщает:

«Усталостные свойства образцов, не прошедших послесварочную термическую обработку, выше свойств образцов, прошедших обработку: срок их службы на 50% выше при одинаковой нагрузке».

Во избежание негативных воздействий необходимо использовать альтернативный способ снятия напряжений — метод виброобработки VSR.

Риск водородного охрупчивания сварочного сплава T-1 после термической обработки проанализирован металлургом Массачусетского технологического института и сооснователем Отдела исследований сварки в нем доктором К. Мелом Адамсом (C. Mel Adams). Кроме того, доктор Адамс выступал привлеченным экспертом в судебных делах, связанных с образованием трещин на конструкциях и разрушением конструкций. Производитель стали был оправдан, но мировое сообщество инженеров не оставило дело без внимания: в технические характеристики стальных листов (например, компании Arcelor Mittal) были добавлены ссылки на характеристики различных низкоуглеродистых высокопрочных сталей. В них имеются предупреждения о возможности ухудшения физических свойств при термической обработке.

Для ознакомления со списком низкоуглеродистых высокопрочных сталей с риском ухудшения свойств при обработке нажмите ТУТ.

Пример 1. Эта изогнутая мостовая балка величиной 12 × 30 × 18 м и весом 43 тонны выполнена из стали ASTM 710. После сварки габариты балки не отвечали требованиям, поэтому для изменения формы было выполнено выпрямление нагревом. Балка потеряла устойчивость к деформации: ее форма выходила за пределы допусков при перемещении (например, при установке вверх ногами). Последующий нагрев только ухудшил ситуацию.

После снятия остаточных напряжений виброобработкой форма балки осталась прежней, хотя для приведения ее размеров в полное соответствие требованиям были внесены незначительные изменения. Требования были соблюдены и на этапах опытной сборки и разборки, транспортировки, а также окончательной сборки в западной части Нью-Йорка.

Пример 2. Волнолом весом 177 тонн для Нового Орлеана построен в Норфолке (штат Вирджиния). Виброобработка была проведена сразу после сборки: она проводилась для укрепления общей механической целостности, а также обеспечения высокой устойчивости к деформации.

Несмотря на длинную консольную конструкцию при установке практически не потребовалась дополнительная оснастка: волнолом удерживается только верхним и нижним шарнирами, встроенным в литье из стали ASTM 104.

На снимке представлен вибратор VSR на вертикальном вале. На крупном снимке вибратор расположен рядом с лестницей. Для стабилизации конструкции потребовалось четыре процедуры виброобработки, при этом для каждой из них вибратор устанавливали в различные положения и ориентации.

Пример 3. Обработка сварной консольной балки из нержавеющей стали 304 длиной 7 м заняла меньше двух часов.

Для поднятия фланцев над полом под брусья были установлены изоляционные подушки. На фланцы были установлены акселерометры.

Вибратор выровнен относительно балки и расположен в пространстве оптимальным образом.

Снятие остаточных напряжений низкочастотной виброобработкой

В статье описана технология низкочастотной виброобработки, предназначенной для снижения уровня остаточных напряжений в различных конструкциях, позволяющая в ряде случаев отказаться от классической термической обработки. Эффективность метода подтверждена изучением распределения полей остаточных напряжений в различных конструкциях как до применения виброобработки, так и после ее применения.

А.П. Летуновский, генеральный директор ООО «МАГНИТ плюс», г. Санкт-Петербург
А.А. Антонов, д.т.н., профессор кафедры сварки и мониторинга нефтегазовых сооружений РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, г Москва
О.И. Стеклов, д.т.н., профессор кафедры сварки и мониторинга нефтегазовых сооружений РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, г Москва

Значительная часть металлоконструкций эксплуатируется в условиях сложного напряженно-деформированного состояния и воздействия природных и технологических сред, вызывающих необратимые физико-химические изменения в металле, снижающие эксплуатационную надежность конструкции.

Рис. 1. Пример дефектов металла, возникающих при содействии остаточных напряжений в металле

Суммарные напряжения от рабочих нагрузок и остаточные технологические в условиях воздействия коррозийно-активных сред в связи с механохимическим эффектом могут повышать скорость общей коррозии и вызывать наиболее опасные виды разрушения – коррозионное растрескивание под напряжением (КРП) и коррозийную усталость (рис.1). Например, около 70 % аварийных отказов магистральных газопроводов России вызваны КРН [1, 2].

По данным Международной ассоциации инженеров — коррозиционистов NACE ущерб от коррозии и затраты на борьбу с ней в США составили 3,1 % от ВВП (276 млрд дол. США). По оценкам специалистов различных стран, эти потери в промышленно развитых странах составляют от 2 до 4 % валового национального продукта. При этом потери металла, включающие массу вышедших из строя металлических конструкций, изделий, оборудования, составляют от 10 до 20 % годового производства стали [3].

Для предотвращения аварийных отказов важными являются оценки уровня остаточных напряжений и разработка технологических методов их устранения.

Для каждого металла и сплава существуют предельные (критические) напряжения, а также ряд других параметров, которые определяют стойкость материала к коррозии. Проблема возникновения остаточных механических напряжений в металле известна достаточно продолжительное время и возникает на каждой стадии изготовления металлоконструкции: проката, резки, рубки, мехобработки, штамповки, вальцовки, сварки, а также раскрое заготовительных и сборочных процессов (Рис.2).

Рис. 2. Пример увеличения внутренних напряжений
в металле на примере создания магистрального трубопровода

В связи с этим возникает необходимость в изучении и применении технологий, способных снизить остаточные напряжения в металле, уменьшая вероятность развития коррозии, предотвращая будущие разрушения еще на этапе строительства или проведения ремонтных работ. Одним из таких методов является низкочастотная виброобработка (НВО).

Сущность способа заключается в создании в сварных конструкциях после сварки переменных напряжений определенной величины с помощью механических вибраторов. Виброобработка осуществляется, как правило, на резонансных или близких к резонансным частотах в течение определенного промежутка времени. В ряде случаев виброобработку применяют взамен термической обработки, что экономичнее примерно в 10 раз, так как она имеет следующие преимущества [4]:

1. Необходимое для виброобработки оборудование является универсальным для различных конструкций, компактным и мобильным.
2. Стоимость этого оборудования, а также затраты на его обслуживание и уход за ним относительно невелики.
3. Процесс снятия напряжений, в том числе сварочных, протекает быстро (максимальное время обработки 50 тонной детали составляет 30 мин.).
4. Металл и поверхность деталей после обработки не претерпевает заметных физико-механических повреждений (нет окалины, шлака, цветов побежалости и т.п.).

Понижение остаточных напряжений в процессе вибрации достигается в результате сочетания напряжений (вибрационных и остаточных), при определенных значениях которых материал становится пластичным.

Необходимым условием, при котором наблюдается снижение остаточных напряжений, является достижение предела текучести при вибрации сочетанием остаточных и вибрационных напряжений. Предел текучести при циклическом нагружении для некоторых материалов может быть снижен в 2 раза по сравнению с пределом текучести при статическим нагружении, в связи с чем при пульсирующих напряжениях небольшого уровня наблюдается снижение остаточных напряжений. Наибольшее уменьшение остаточных напряжений происходит уже при первом цикле, последующее снижение напряжений происходит менее интенсивно на отрезке до 100 циклов с постепенным затуханием этого процесса при дальнейшем циклическом нагружении.

При проведении работ по снятию остаточных напряжений и изменению напряженно-деформированного состояния требуется обязательных приборных контроль полей остаточных напряжений, картины их распределения в сварных соединениях. Учитывая, что уровень механических напряжений в реальной конструкции может значительно отличаться даже в двух незначительно удаленных друг от друга точках, важно видеть картину напряженного состояния элемента конструкции в целом до и после проведения работ. Своевременный контроль позволяет подбирать требуемые режимы и контролировать качество проведенных работ.

Под термином «разрушение» подразумевают несколько разномасштабных явлений. Это и разделение куска вещества (на два или несколько), и образование и рост трещины в пределах одного элемента микроструктуры (например, в масштабах зерна 10. 100 мкм), и разрыв атомарных связей с образованием новой поверхности в масштабах кристаллической решетки металла. Разрушение – это факт образования микро- или макротрещины. Для зарождения трещины необходим соответствующий концентратор напряжений. Исследование примерно 150 тыс. сварных соединений на 1500 паропроводах ТЭС с макс. наработкой до 200…300 тыс. ч., показало, что в 1103 случаев повреждения отмечаются в сварных соединениях с повышенной концентрацией напряжений.

Для визуализации полей напряженного состояния исследуемой области металлоконструкции нами использовался аппаратно-программный комплекс «Сканер механических напряжений «Комплекс-2.05», основанный на магнитоанизотропии металла.

Данный прибор позволяет получить картограммы распределения параметров напряженного состояния исследуемой области конструкции – в основном металле, сварном шве и околошовной зоне – с представлением информации о наличии напряженных состояний в исследуемой зоне. Результаты документируются в виде картограмм разности главных механических напряжений (РГМН) и коэффициентов концентрации механических напряжений (КМН).

Рис. 3. Внешний вид диагностируемых труб (слева)
и сканера-дефектоскопа «Комплекс 2.05» (справа)

В качестве примера оценки напряженного состояния металла рассмотрим состояние участка трубы заводского изготовления (K65 Ø 1420 с толщиной стенки 40 мм., рис. 3).

На рис. 3 мы показана труба без изоляции с координатной сеткой, подготовленной для дефектоскопии. Проведя замеры, мы получили два вида карт: разности главных механических напряжений (РГМН, цветная градиентная) и концентраторов механических напряжений (КМН, черно-белая).

На карте РГМН (рис. 4) вдоль проекции сварного шва в области линии 9 линии по вертикали наблюдаются неоднородное распределение областей разности главных механических напряжений, которые варьируются от +40 до +30. В зонах от 7 до 9 и от 9 до 12 наблюдается резкое изменение напряженного состояния металла: знак РГМН меняется на противоположный с высоким градиентом перехода до -20 через нулевое значение. На карте КМН (см. рис. 4) в точках <5:8>, <7:4>, а также вдоль горизонтальной линии 9 присутствуют зоны концентраторов напряжений, что в сочетании с высоким градиентом является одним из основных факторов зарождения дефектов.

Рис. 4. Карты РГМН – разности главных механических напряжений
и КМН – концентраторов механических напряжений

В обе стороны сварного шва в зоне изгиба трубы на карте РГМН наблюдаются гармонические повторения напряженности металла, возникновение которых обусловлено деформацией металла во время пошаговой формовки.

На основании выявленных диагностических признаков можно сделать вывод о целесообразности применения способов обработки металла с целью снятия остаточных механических напряжений. При этом главной целью мероприятия должно быть снижение коэффициентов концентрации напряжений, что исключает вероятность возникновения трещин.

Однако, только контроля за распределением параметров напряженного состояния недостаточно, поэтому для получения достоверных данных о величине и направлении главных компонент напряженного состояния был применен метод физического измерения напряжений. В соответствии с ГОСТ Р 52891-2007 он называется методом лазерной интерферометрии.

Метод основан на упругой нагрузке, возникающей в локальной области исследуемого изделия, путем засверловки несквозного отверстия малого диаметра и глубины (2…5 и 1…2,5 мм соответственно). Регистрация возникающих деформаций в области засверленного отверстия проводится бесконтактным методом – с применение спекл-интерферометра. Точность определения деформации таким методом достигает ± 130 нм, что позволяет определить деформации, вызываемые наличием невысоких остаточных напряжений (5% от предела текучести).

В отличие от классического метода трепанации с фиксацией результатов с применением тензодатчиков метод лазерной интерферометрии позволяет получить точные данные по величине, знаку и направлению главных осей напряжений за 10…15 мин (в отличие от нескольких недель для метода трепанации) (рис. 5).

Рис. 5. Интерферометр «ДОН-5ЦЗ»
для определения остаточных напряжений
методом лазерной интерферометрии.

В настоящее время для снятия остаточных напряжений в металле можно применять технологию низкочастотной виброобработки на резонансных частотах (НВО). Технология применяется на предприятиях машиностроения, судоремонта, ТЭК и др. НВО как метод позволяет снизить напряжения во всей конструкции целиком, позволяя полностью или частично отказаться от термической обработки (рис. 6).

Рис. 6. Пример использования НВО
на металлоконструкциях различного назначения.
Пример использования НВО

Обработка газотранспортной трубы На рис. 7 показана газотранспортная труба без изоляции с диаметром 1420 мм и толщиной стенки 16,3 мм.

Металлоконструкцию размещают на виброгасителе, после чего на конструкцию (в данном случае на трубу), устанавливается вибратор с регулируемым дисбалансом. Определяют резонансные частоты данной трубы, и осуществляют виброобработку в течение 15…30 минут. В результате возникновения в металле знакопеременных нагрузок на уровне зерна происходит перераспределение остаточных механических напряжений, что подтверждают проводимые замеры.

Рис. 7. Газотранспортная труба
с установленным вибратором
и размещенными координатными сетками для дефектоскопии.

По результатам показаний прибора «Комплекс 2.05» до обработки в зоне сварного шва, расположенного по всей вертикальной длине линии 7, расположена зона разности главных механических напряжений c высоким градиентом от +50 до -70 (Рис. 8). После обработки — напряжения сняты, и металл равномерно стабилизирован.

Рис. 8. Карты РГМН – разности
главных механических напряжений и КМН –
концентраторов механических напряжений
до и после виброобработки газотранспортной трубы.

Схожую картину наблюдали и в отношении карт КМН до и после обработки. До обработки отчетливо видна полоса концентраторов механических напряжений, расположенных вдоль линии сварного шва. На карте КМН, полученной после обработки, концентраторы напряжений практически полностью отсутствуют, а все полученные числовые значения приближены к единице, что свидетельствует о снижении остаточных напряжений металла.

Обработка сваренного элемента конструкции шагающего экскаватора (рис.9)

Рис. 9. Элемент конструкции шагающего экскаватора
с установленным вибровозбудителем.

В данном примере в связи с идентичной НВО опустим методику обработки, сконцентрировав внимание на замерах, проведенных до и после обработки виброобработки. На рис. 10 видно, что до обработки на карте всей карте КМН присутствуют концентраторы механических напряжений. Основной объем концентраторов расположен в зоне между горизонтальными линиями 5 и 11. Концентраторы достигают в этой области пиковых значений 13…14, принимая в основном значения 7…9, что является значительной величиной концентрации механических напряжений на данном участке. В связи с этим необходимо обязательно применять методы снижения механических напряжений, либо проводить ремонтные работы на данном участке заново.

Карта РГМН подтверждает эту необходимость: между горизонтальными линиями 7 и 10 расположена зона разности главных механических напряжений c высоким градиентом от -100 до +50.

Было принято решение о применении НВО. Результат виден в правой части изображения рис. 10. Значения КМН снижены до 1, градиент РГМН равномерно распределен, что свидетельствует о напряжении, характерном для исходного основного металла, не подверженного дополнительной обработке.

Рис.10. Карты РГМН – разности
главных механических напряжений
и КМН – концентраторов механических напряжений
до и после виброобработки
элементов конструкции шагающего экскаватора

Данный метод снятия остаточных механических напряжений постепенно получает все большее распространение в судостроении, машиностроении и энергетической промышленности. В отличие от дорогостоящей термической обработки, которую можно применить не в любой ситуации НВО, не изменяя структуры металла при малых энергозатратах, способна с высокой степенью эффективности снизить остаточные напряжения в металлоконструкциях. Пример используемого оборудования приведен на рис. 11.

Рис. 11. Внешний вид технологического
комплекса виброобработки
металлоконструкций

Остаточные напряжения в металле нередко являются причиной изменения геометрии металлоконструкции, вызывая «поводку металла». Низкочастотная обработка на резонансных частотах снимает напряжения в металле, возвращая металлоконструкцию к исходному геометрическому состоянию. Вибростабилизация обрабатываемых деталей позволяет достичь высокой точности при механической обработке. Снимая остаточные напряжения на сборочных секциях, НВО позволяет избежать неточностей при сборке конструкций, что отражается на трудоемкости.

Таким образом, технология низкочастотной виброобработки для снятия остаточных механических напряжений на металлоконструкциях заслуживает дальнейшего изучения.