УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМБИНИРОВАННОЙ УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ СВАРНЫХ СТЫКОВ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА

Полезная модель относится к области механической обработки материалов, а именно к отделочно-упрочняющей, и может быть использована в различных отраслях машиностроения и при прокладке труб большого диаметра в холодном состоянии.
Известно устройство для комбинированной обработки цилиндрических поверхностей совмещенной обработкой резанием и отделочно-упрочняющей обработкой, содержащее резцовую и деформирующую головки с инструментами (см. а.с. СССР №977139 кл. B24B 39/04, бюл. №44, 1982).
Признаками аналога, совпадающими с признаками заявляемой полезной модели, являются наличие корпуса с деформирующим инструментом и возможностью осуществлять совмещенную обработку поверхности детали.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются низкая коррозионная стойкость сварного шва, ограниченная длина обработки, определяемая расстоянием между передними и задними центрами станка, низкая производительность и невозможность использования устройства в непроизводственных условиях.
Известно устройство для упрочняющей обработки поверхностей деталей, содержащее корпус с деформирующими элементами в виде цилиндрических стержней и регулируемый нажимной механизм в виде плунжера с распределительным элементом, выполненным в виде шариков с диаметром, соизмеримым с диаметром стержней (см. а.с. СССР №1230808 кл. B24B 39/00, бюл. №18, 1986).
Признаком аналога, совпадающим с признаками заявляемого устройства для комбинированной упрочняющей обработки, является наличие корпуса с деформирующими элементами в виде цилиндрических стержней.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются низкая коррозионная стойкость сварного шва, а также то, что устройство не позволяет одновременно производить зачистку и упрочнение поверхности сварного шва и околошовной зоны, в связи с чем имеет низкую производительность и не обеспечивает требуемое качество сварных стыков металлических труб большого диаметра.
За прототип принято устройство для комбинированной упрочняющей обработки сварных стыков металлических труб большого диаметра, содержащее корпус, выполненный в виде разъемной обоймы, зачистное устройство в виде металлической щетки, многоконтактный виброударный инструмент с деформирующими элементами в виде цилиндрических стержней, диаметрально расположенные в указанном корпусе, который установлен на ролики тележки и выполнен с возможностью кругового перемещения относительно свариваемых труб за счет зубчатой передачи, а тележка выполнена с возможностью продольного перемещения относительно оси свариваемых труб (см. патент РФ на полезную модель №152028, МПК B24B 39/00, бюл. №12, 2015 г.).
Признаками прототипа, совпадающими с признаками заявляемой полезной модели, являются корпус, выполненный в виде разъемной обоймы, зачистное устройство в виде металлической щетки, многоконтактный виброударный инструмент с деформирующими элементами в виде цилиндрических стержней, диаметрально расположенные в указанном корпусе, который установлен на ролики тележки и выполнен с возможностью кругового перемещения относительно свариваемых труб за счет зубчатой передачи и продольного осевого перемещения относительно оси свариваемых труб.
Причиной, препятствующей достижению технического результата, является низкое качество сварного шва, вызванное неравномерным упрочнением материала сварного стыка и околошовной зоны, а также их высокая шероховатость, приводящая к концентрации напряжений и снижению коррозионной стойкости сварного соединения.
Технический результат полезной модели состоит в повышении качества сварного шва и увеличении его коррозионной стойкости.
Технический результат достигается тем, что корпус устройства установлен в направляющих каретки и при помощи кулачка, соединенного через коническую передачу с зубчатой передачей, и возвратной пружины совершает дополнительные колебательные перемещения, параллельные оси свариваемых труб.
Для достижения технического результата в устройстве для комбинированной упрочняющей обработки сварных стыков металлических труб большого диаметра, содержащем корпус, выполненный в виде разъемной обоймы, зачистное устройство в виде металлической щетки, многоконтактный виброударный инструмент с деформирующими элементами в виде цилиндрических стержней, диаметрально расположенные в указанном корпусе, который установлен на ролики тележки и выполнен с возможностью кругового перемещения относительно свариваемых труб за счет зубчатой передачи и продольного перемещения вдоль оси свариваемых труб, корпус устройства установлен в направляющих каретки и при помощи кулачка, соединенного через коническую передачу с зубчатой передачей, и возвратной пружины совершает дополнительные колебательные перемещения, параллельные оси свариваемых труб.
кр
Устройство для комбинированной упрочняющей обработки сварных стыков металлических труб большого диаметра представлено на фиг. 1 и 2 и состоит из корпуса 1, выполненного в виде разъемной обоймы, зачистного устройства 2 в виде металлической щетки и многоконтактного виброударного инструмента 3, диаметрально расположенных и закрепленных в корпусе 1. Корпус 1 опирается на ролики 4, установленные на тележке 5, и получает круговую подачу S от зубчатой передачи, состоящей из ведомого колеса 6 и ведущего колеса 7, соединенного с электродвигателем (на фиг. 1 и 2 не показан), а также имеет возможность совершать по направляющим каретки 8 под действием кулачка 9 и возвратной пружины 10 дополнительные колебательные перемещения, параллельные оси свариваемых труб 11. Ведомое колесо 6 соединено с конической передачей 12, благодаря которой вращение передается кулачку 9. Перемещение каретки 8 вдоль оси свариваемых труб 11 от стыка к стыку осуществляется при помощи роликов 13. Для удобства эксплуатации устройства обойма 1 выполнена разъемной; в рабочем состоянии обойма 1 замыкается при помощи стыкового винта 14. Подача сжатого воздуха к зачистному устройству 2 и виброударному инструменту 3 осуществляется шлангами 15 и 16.
кр
кр
Устройство работает следующим образом. Корпус 1 в виде обоймы, расположенный на тележке 5, установленной в каретке 8, перемещается вдоль оси свариваемой трубы 11 до места расположения сварочного шва, фиксируется в этом положении и с помощью зачистного устройства 2 и многоконтактного виброударного инструмента 3, установленных диаметрально в обойме 1, осуществляет одновременную зачистку и упрочнение сварного шва и околошовной зоны, поворачиваясь вокруг оси трубы с круговой подачей S. Величина круговой подачи S обоймы 1 устанавливается передаточным отношением зубчатых колес 6 и 7. Конструктивные исполнения многоконтактного инструмента 3 с деформирующими элементами в виде цилиндрических стержней даны в работе Бабичева А.П., Мотренко П.Д., Аксенова В.Н. и др. «Отделочно-упрочняющая обработка деталей многоконтактным виброударным инструментом. - Ростов-на-Дону: Изд-во ДГТУ, 2003. - 192 с. Шлангами 15 и 16 сжатый воздух от передвижного (полевого) компрессора подается к зачистному устройству 2 и виброударному инструменту 3. Одновременно от кулачка 9 тележке 5 сообщаются дополнительные колебательные перемещения, параллельные оси свариваемых труб 11. В результате повышается качество сварного шва за счет уменьшения в материале сварочного стыка и околошовной зоны неравномерности упрочнения и шероховатости поверхности шва, что снижает концентрацию напряжений и повышает коррозионную прочность сварного шва. При этом обойма 1 делает не менее двух оборотов вокруг оси свариваемой трубы и останавливается в исходном положении. Наличие в обойме 1 разъемного стыка в виде винта 14 обеспечивает удобный подвод и отвод устройства и последующее его перемещение (перекатывание) от стыка к стыку на роликах 13.
После обработки сварного шва и околошовной зоны свариваемой трубы устройство при помощи каретки 8 с расположенным на ней корпусом 5 перемещается к следующему свариваемому шву. Рекомендуется обработку проводить с частотой сообщаемых цилиндрическим стержням ударных импульсов 50…70 Гц и энергией 25 Дж при многопроходном (не менее двух) перемещений инструмента 3 вдоль зоны стыка свариваемой трубы, подвергаемой упрочнению и защите от коррозии.
z
кор
св.ш
Проведены производственные и лабораторные испытания двух видов устройств для комбинированной упрочняющей обработки сварных стыков стальных труб диаметром 80 см: с использованием устройства по прототипу (см. патент РФ на полезную модель №152028, МПК B24B 39/00, бюл. №12, 2015 г.) и предлагаемого устройства для комбинированной упрочняющей обработки сварных стыков металлических труб большого диаметра. Предварительно были проведены лабораторные испытания специальных образцов из стали 20ХН размерами L×B×H=120×50×8 мм, которые подвергались стыковой электродуговой сварке с последующей комбинированной упрочняющей обработкой сварного стыка и околошовной зоны. У испытываемых образцов определялись неравномерность упрочнения по величине разброса твердости ΔHRC по поверхности сварного шва и шероховатость поверхности по параметру R. Испытания сварных швов и околошовной зоны проводились на коррозионную стойкость T путем размещения испытываемых образцов в морской воде до появления сплошной коррозионной пленки на сварном шве и околошовной зоне и прочность σ на разрыв по стандартной методике. Результаты испытаний по пяти образцам сварных стыков стальных образцов и труб приведены в таблицах 1 и 2.
Анализ полученных результатов испытаний (см. таблицы 1 и 2) свидетельствуют о том, что использование предлагаемого устройства при зачистке
кор
св.ш.
и упрочнении сварного шва и околошовной зоны стыков труб большого диаметра в холодном состоянии позволяет увеличить коррозионную стойкость стыков сварного соединения T в 1,6-1,8 раза и до 10-15% повысить их прочность σ без нарушения общего технологического процесса сваривания металлических труб большого диаметра и независимо от их длины.