Научное обоснование применения ультразвуковой ударной обработки для управления остаточными напряжениями и обеспечения долговечности сварных соединений северного исполнения

Исследована эффективность ультразвуковой ударной обработки (УУО) для управления остаточными напряжениями в сварных соединениях из низколегированной стали 10ХСНД-3, полученных сваркой при комнатной и отрицательной (‒35°С) температурах. Методология включала ручную дуговую сварку с УУО в различных режимах мощности (340, 420 и 500 Вт), применяемой как в горячем состоянии, так и после полного остывания соединения. Остаточные напряжения измерялись рентгеновским методом. Установлено, что УУО трансформирует растягивающие остаточные напряжения в сжимающие. Наиболее эффективной является послесварочная обработка полностью остывшего сварного соединения на мощности 500 Вт, обеспечивающая формирование сжимающих напряжений до ‒337 МПа. Результаты применимы для повышения долговечности сварных металлоконструкций северного и арктического исполнения.

1. Голиков Н. И. Остаточные напряжения при сварке конструкций в условиях низких климатических температур // Сварочное производство. – 2018. – № 11. С. 31–34.

2. Кулиев В. Д., Бакуменко Н. А., Константинова Н. Е., Гудкова Н. Н. Влияние остаточных напряжений на прочность и долговечность сварных элементов конструкции // Проблемы машиностроения и автоматизации. – 2006. – № 2. – С. 56–59.

3. Палаев А . Г. , Красников А . А . Анализ причин возникновения остаточных сварочных напряжений и методов их выявления и снижения // Территория Нефтегаз. – 2023. – № 11–12. – С. 72–85.

4. Прокопьев Л . А., Голиков Н . И., Сараев Ю . Н . Развитие трещин в поле остаточных напряжений сварных соединений трубопроводов, эксплуатирующихся в условиях холодного климата // Diagnostics, Resource and Mechanics of Materials and Structures. – 2024. – № 5. – С. 159–169. DOI: 10.17804/2410-9908.2024.5.159-169

5. Леонов В. П., Мизецкий А. В. Влияние локальных остаточных сварочных напряжений на начальную стадию развития трещин в сварных соединениях // Вопросы материаловедения. – 2008. – № 4 (56). – С. 54–65.

6. Yoshitani N . Optimal Control of Steel Strip Temperature in Continuous Annealing Processes // Materials Science and Engineering Serving Society. – 1998. – P. 303–308. DOI: 10.1016/B978-044482793-7/50069-2

7. Zhi M., Xiaohong P. Research and Application on Two-Stage Fuzzy Temperature Control System for Industrial Heating Furnace // Journal of Computers. – 2009. – N 7 (2). – P. 756–759. DOI: 10.1109/ICICTA.2009.418

8. Hazel Br., Boudreault E., Côté J., Godin S. Robotic post-weld heat treatment for in situ repair of stainless-steel turbine runners // Proceedings of the 3rd International Conference on Applied Robotics for the Power Industry, CARPI – 2014. DOI: 10.1109/CARPI.2014.7030051

9. Новиков И. А., Ножницкий Ю. А., Шибаев С. А. Мировой опыт в исследовании и применении технологического процесса лазерной ударной обработки металлов (обзор) // Авиационные двигатели. – 2022. – № 2 (15). – С. 59–82. DOI: 10.54349/26586061_2022_1_59

10. Пономарев К. Е., Стрельников И. В., Антонов А. А., Капустин О. Е. Анализ различных видов вибрационной обработки алюминиевых сварных конструкций // Сварочное производство. – 2021. – № 2. – С. 45–49. DOI: 10.34641/SP.2021.1035.2.007

11. Pandya N. M., Kalyankar V. D., Naik H. V. Influence of Post-Welding Heat Treatment on the Impact Toughness of Welded Joints of P91 Steel // Metal Science and Heat Treatment. – 2021. – V. 63. – No 5–6. – P. 269–279. – DOI: 10.1007/s11041-021-00682-w

12. Горбач В. Д., Михайлов В. С. Поверхностное упрочнение сварных соединений с целью повышения коррозионно-усталостной долговечности судовых конструкций // Судостроение. – 2000. – № 4 (731). – С. 45–48.

13. Макаров В . Ф . , Белобородов В . С . Повышение надежности и долговечности деталей ГТД методами упрочняющей обработки // Упрочняющие технологии и покрытия. – 2020. – Т. 16, № 1 (181). – С. 9–14.

14. Блюмин А. А., Пазиков А. А., Боркин П. И., Шевченко В. Г. Опыт индукционной термической обработки сварных соединений трубопроводов из аустенитной стали в составе эксплуатируемого оборудования // Индукционный нагрев. – 2008. – № 4 (6). – С. 20–26.

15. Rezanov V. A., Fedin V. M., Bashlykov A. V. et al. Differential hardening of welded rail joints // VNIIZhT Bulletin (Railway Research Institute Bulletin). – 2013. – No 2. – P. 32–36

16. Слепцов О. И., Шульгинов Б. С., Михайлов В. Е. и др. Повышение прочности сварных металлоконструкций горнодобывающей и транспортной техники в условиях Севера. – Новосибирск: Наука – 2012. – 183 с.

17. Сараев Ю. Н., Каманцев И. С., Григорьева А. А. и др. Численная оценка усталостного разрушения сварных соединений, полученных дуговой сваркой с управляемым и неуправляемым тепловложением и ударно-механической обработкой // Динамика систем, механизмов и машин. – 2020. – Т. 8. – № 4. – С. 162–170.

18. Антонов А. А., Летуновский А. П. Снижение остаточных сварочных напряжений методом ультразвуковой ударной обработки // Трубопроводный транспорт: теория и практика. – 2012. – № 2(30). – С. 21–26.

19. Лобанов Л. М., Кирьян В. И., Кныш В. В., Прокопьенко Г. И. Повышение сопротивления усталости сварных соединений металлоконструкций высокочастотной механической проковкой (обзор) // Автоматическая сварка. – 2006. – № 9. – С. 3–11.

20. Пичугин С. С., Шитиков В. С., Головков А. Н. Неразрушающие методы оценки остаточных напряжений // Труды ВИАМ. – 2024. – № 1 (131). – С. 101–112. DOI: 10.18577/2307-6046-2024-0-1-101-112

21. Сидоров М. М. Влияние ультразвуковой ударной обработки на механические свойства и перераспределение остаточных напряжений сварных соединений трубопроводов, эксплуатируемых в условиях Сибири и Крайнего Севера: дис. ... канд. техн. наук. Якутск, 2014. – 132 с.

22. Сидоров М. М., Голиков Н. И., Сараев Ю. Н., Тихонов Р. П. Управление уровнем остаточных сварочных напряжений в стыковых соединениях труб из низколегированных сталей ударно-механический обработкой // Тяжелое машиностроение. – 2023. – № 10. – С. 23–28.

23. Golikov, N . I . , Sidorov, M . M . , Investigation of the redistribution of residual stresses in cyclic loading of welded joints // Welding International. – 2014. – V. 28. – No. 12. P. 970–972. DOI: 10.1080/09507116.2014.884328