Creation of Industrial Equipment for High Frequency Mechanical Impact on Railway Car Building Products and Methods for Assessing the Quality of Treatment

Г.І. Прокопенко; Б.М. Мордюк; Т.А. Красовський; В.В.  Книш; С.О. Соловей

doi:10.15407/scine15.02.025

Автор(и)

Г.І. Прокопенко Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
Б.М. Мордюк Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
Т.А. Красовський Київський академічний університет НАН України
В.В. Книш Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
С.О. Соловей Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України

DOI:

https://doi.org/10.15407/scine15.02.025

Ключові слова:

високочастотна механічна проковка, втома металу, зварне з’єднання, мікротвердість, ультразвукове обладнання, якість і тривалість обробки.

Анотація

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, по в’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».

Посилання

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].

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].

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].

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.

https://doi.org/10.1007/s40194-017-0455-8

Prokopenko, G. I., Nedoseka, A. Ya., Gruzd, A. A., Krasovsky, T. A. (1995). Development and optimization of equipment and process of ultrasonic impact treatment of welded joints in order to reduce residual stresses. Technician Diagnostics and Nondestruction Control, 3, 14–22 [in Russian].

Patent of Ukraine N 108188. Prokopenko G. I., Mordyuk B. N., Vysokolyan M. V., Volochai V. V., Popova T. V. Method of ultrasonic impact treatment of welded joints of metalic structures [in Ukrainian].

Prokiĉ, M. (2004). Piezoelectric Transducers Modeling and Characterization. Switzerland. 266 p.

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].

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].

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].

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].

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].

https://doi.org/10.1007/s11223-011-9281-1

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.

https://doi.org/10.1007/s40194-013-0075-x

Roy, S., Fisher, J. W. (2005). Enhancing fatigue strength by ultrasonic impact treatment. Int. J. Steel Struct., 5, 241–252.

Lopez Martinez, L., Haagensen, P. J. Life extension of Class F and Class F2 details using ultrasonic peening. IIW Document XIII-2143-06.