Ультразвуковое воздействие

Ультразвуковая ударная обработка ( УИТ ) — это метод металлургической обработки, аналогичный наклепу , при котором ультразвуковая энергия воздействует на металлический предмет. Этот метод является частью процессов высокочастотного механического воздействия (ВЧМИ). Другие аббревиатуры также эквивалентны: ультразвуковая игольчатая обработка (UNP), ультразвуковая обработка (UP). Ультразвуковая ударная обработка может привести к контролируемому остаточному напряжению сжатия , измельчению зерна и уменьшению размера зерна . Усталость при низких и высоких циклах увеличивается, и было документально подтверждено, что она обеспечивает увеличение до десяти раз больше, чем у образцов без UIT.

Теория

В UIT ультразвуковые волны производятся электромеханическим ультразвуковым преобразователем и воздействуют на заготовку. Акустически настроенный стержень резонатора вызывает вибрацию при подаче на него питания магнитострикционного или пьезоэлектрического ультразвукового преобразователя. Энергия, генерируемая этими высокочастотными импульсами, передается обрабатываемой поверхности посредством контакта со специально разработанными стальными штифтами. Эти передаточные штифты могут свободно перемещаться в осевом направлении между резонирующим телом и обрабатываемой поверхностью.

Когда инструмент, состоящий из ультразвукового преобразователя, штифтов и других компонентов, вступает в контакт с заготовкой, он акустически соединяется с заготовкой, создавая гармонический резонанс . Этот гармонический резонанс осуществляется на тщательно откалиброванной частоте , на которую металлы очень хорошо реагируют, что приводит к остаточным напряжениям сжатия, снятию напряжений и улучшению зеренной структуры.

В зависимости от желаемого эффекта лечения применяется комбинация различных частот и амплитуд смещения. В зависимости от инструмента и производителя оригинального оборудования эти частоты находятся в диапазоне от 15 до 55  кГц [ ^1] с амплитудой смещения резонансного тела от 20 до 80 мкм (от 0,00079 до 0,00315 дюйма).

Приложение

UIT очень контролируем. Благодаря программируемому логическому контроллеру (ПЛК) или цифровому ультразвуковому генератору частота и амплитуда UIT легко устанавливаются и поддерживаются, тем самым устраняя значительную часть зависимости от оператора. UIT также может управляться механически, что обеспечивает повторяемость результатов от одного применения к другому. Примеры механического управления, используемого с UIT, включают:

• Фрезерные станки с ЧПУ
• токарные станки
• Роботизированное управление
• Сварочные тракторы

Благодаря этим типам контролируемых применений качество поверхности заготовки можно легко контролировать.

Во многих случаях UIT наиболее эффективно использовать вручную. Высокая мобильность системы UIT позволяет путешествовать в суровые и труднодоступные места. Гибкость, которой способствуют варианты конфигурации инструмента (например, головка с наклонной головкой), гарантирует возможность доступа к очень узким местам.

Эффективность UIT была проиллюстрирована, в частности, на следующих металлах:

• Алюминий (включая сенсибилизированный алюминий)
• Бронза
• Кобальтовые сплавы
• Никелевые сплавы
• Стали
  • Углеродистая сталь
  • Нержавеющая сталь
  • Высокопрочная низколегированная сталь
  • Марганцевая сталь
• Титан

История

UIT был первоначально разработан в 1972 году и с тех пор был усовершенствован группой российских ученых под руководством доктора Ефима Статникова. Первоначально разработанный и используемый для повышения усталостных и коррозионных свойств конструкций кораблей и подводных лодок, UIT использовался в аэрокосмической, горнодобывающей, морской буровой, судостроительной, инфраструктурной, автомобильной, энергетической и других отраслях промышленности. ^[2] В настоящее время существуют различные промышленные решения, которые коммерциализируются ограниченным числом производителей оригинального оборудования по всему миру.

Практическое применение

UIT позволяет продлить срок службы стальных мостов. ^[3] Этот метод использовался во многих штатах США, а также в других странах. Результатом является значительное снижение стоимости инфраструктуры. UIT сертифицирован для такого использования AASHTO .

Использование UIT на драглайнах и другом тяжелом оборудовании в горнодобывающей промышленности привело к увеличению производительности и снижению простоев и затрат на техническое обслуживание.

UIT применяется для приводных и коленчатых валов во многих отраслях промышленности. Результаты показывают, что UIT увеличивает срок службы вала более чем в 3 раза. ^[3]

ВМС США используют UIT для устранения трещин на некоторых алюминиевых палубах. Без UIT ремонт трещин приводил к почти немедленному повторному растрескиванию. Ремонт UIT показал, что он прослужит более восьми месяцев без трещин.

Смотрите также

• Высокочастотная ударная обработка
• Коррозионная усталость
• Коррозионное растрескивание под напряжением
• Сварка

Рекомендации

1. «Инструменты торговли». Appliedultrasonics.com. Архивировано из оригинала 31 мая 2008 г. Проверено 24 февраля 2012 г.
2. «Ультразвуковая наковка | Повышение характеристик металла» . Прикладной ультразвук . Проверено 24 февраля 2012 г.
3. «Ультразвуковая наковка | Повышение характеристик металла». Прикладной ультразвук . Проверено 24 февраля 2012 г.

дальнейшее чтение

• Хаагенсен, П.Дж., «Методы улучшения сварных швов – применение и реализация в нормах проектирования», приглашенный доклад на конференции по усталости сварных конструкций, Санлис, Париж, Франция, 12–14 июня 1996 г.
• Прокопенко Г.И., Лятун Т.А. Исследование условий поверхностного упрочнения с помощью ультразвука // Физика и химия обработки материалов, № 3, с 91, 1977.
• Блаха Ф., Б.Лангенекер. «Dehnung von Zink-Kristallen unter Ultraschalleinwirkung», Zeitschrift die Naturwissenschaften, 20, 556, 1955.
• Коновалов Е.Г., Дроздов В.М., Тявловский М.Д. Динамическая прочность металлов, Наука и техника, Минск, 1969.
• Казанцев В.Ф. Основы физики ультразвукового воздействия на обработку твердых тел. Докторская диссертация, АКИН, Москва, 1980, стр. 12–44.
• Статников Е.С. Разработка и исследование ультразвуковых устройств специального назначения. Дисс. Акустический институт им. академика Н. Н. Андреева АН СССР, 1982.
• Северденко, В.П., Коновалов Е.Г., Е.Ш. Статников и др. Исследование механических свойств новых материалов при ультразвуковых колебаниях. Отчет № 21-971, ФТИ акад. наук БССР, Минск (1966).
• Статников Е.Ш. Активация деформационного процесса под воздействием ультразвука. Научно-техническая конференция «XXX Ломоносовские чтения», Севмашвтуз, Северодвинск (2001).

ПУБЛИКАЦИИ МИВ:

• Повышение усталостной прочности сварных соединений при циклическом сжатии. 47-я ежегодная ассамблея Международного института сварки. IIW Док. XIII-1569-94, Пекин, 1994. Ю. Кудрявцев, В. И. Трюфяков, П. П. Михеев, Е. С. Статников.
• Повышение усталостной прочности сварных соединений (высокопрочных сталей и алюминиевых сплавов) методом ультразвуковой молотковой наклепа. 48-я ежегодная ассамблея Международного института сварки. IIW Док. XIII-1594-95, Стокгольм, 1995. Я.Янош, Х. Конечный, С. Дебье, Е.С. Статников, В.И. Трюфяков, П.П. Михеев.
• Ультразвуковая ударная обработка сварных соединений. 48-я ежегодная ассамблея Международного института сварки. IIW Док. XIII-1609-95, Стокгольм, 1995. В.И. Труфьяков, П.П. Михеев, Ю.В. Кудрявцев, Е.С. Статников.
• Технические условия на улучшение носка сварного шва методом ультразвуковой ударной обработки. 49-я ежегодная ассамблея Международного института сварки. IIW Док. XIII-1617-96, Будапешт, 1996. Е.С. Статников, В.И. Труфьяков, П.П. Михеев Ю.В. Кудрявцев.
• Ультразвуковая ударная обработка (УЗО) сварных соединений. 49-я ежегодная ассамблея Международного института сварки, Будапешт, 1996г., Е.С. Статников.
• Применение технологии оперативного ультразвукового ударного воздействия (УЗИ) при производстве сварных соединений. 50-я ежегодная ассамблея Международного института сварки. IIW Док. XIII-1667-97, Сан-Франциско, 1997. Е.С. Статников.
• Сравнение эффективности и технологичности методов послесварочного деформирования для повышения усталостной прочности сварных соединений. 50-я ежегодная ассамблея Международного института сварки. IIW Док. XIII-1668-97, Сан-Франциско, 1997. Е.С. Статников.
• Эффективность ультразвуковой ударной обработки (УЗО) для повышения усталостной прочности сварных соединений. 51-я Ежегодная Ассамблея Международного института сварки. IIW Док. XIII-1745-98, Гамбург, 1998. В.И. Троуфяков, Е.С. Статников, П.П. Михеев, А.З. Кузьменко.
• Вводные усталостные испытания сварных соединений высокопрочной стали и алюминия, обработанных различными методами улучшения, включая ультразвуковую ударную обработку (УЗО). 51-я ежегодная ассамблея Международного института сварки. IIW Док. XIII-1748-98, Гамбург, 1998. П.Дж. Хаагенсен, Е.С. Статников, Л. Лопес-Мартинес.
• Ремонт усталостных трещин. Рабочая группа 5. 51-я ежегодная ассамблея Международного института сварки. IIW Док. XIII-WG5-18-98, Гамбург, 1998. Е.С. Статников, Л. Кельнер, Дж. Бейкер, Х. Крофт, В. И. Дворецкий, В. О. Муктепавел.
• Руководство по применению ультразвуковой ударной обработки для повышения усталостной долговечности сварных конструкций. 52-я ежегодная ассамблея Международного института сварки. IIW Док. XIII-1757-99, Лиссабон, 1999. Е.С. Статников.
• Сравнение ультразвуковой ударной обработки (УЗО) и других методов повышения усталостной долговечности. 53-я ежегодная ассамблея Международного института сварки. IIW-Док. XIII-1817-00, Флоренция, 2000. Е.С. Статников, В.О. Муктепавел, А. Бломквист.
• Ремонт усталостных сварных конструкций. Пример ремонта. Рабочая группа 5. 54-я ежегодная ассамблея Международного института сварки. IIW Док. XIII-WG5-1873-01, Словения, 2001. Е.С. Статников, Л. Техини.
• Повышение усталостной прочности мостовых балок ультразвуковой ударной обработкой (UIT). 55-я ежегодная ассамблея Международного института сварки. IIW Doc.XIII-1916-02, Копенгаген, 2002. Дж. В. Фишер, Е. С. Статников, Л. Техини.
• Сравнение повышения коррозионной усталостной прочности гребных винтов из морской медной бронзы 3-го класса, отремонтированных сваркой, путем ультразвуковой ударной обработки (UIT) или термической обработки. 56-я ежегодная ассамблея Международного института сварки. ИИВ. Док. XIII-1964-03, Бухарест, 2003. Е.С. Статников, В.О. Муктепавел, В.Н. Витязев, В.И. Труфьяков, В.С. Ковальчук, П. Хаагенсен.
• Влияние ультразвуковой ударной обработки на усталостное поведение сварных соединений высокопрочных сталей. 56-я ежегодная ассамблея Международного института сварки, IIW-Doc. XIII-1976-03, Бухарест, 2003. Андре Галтье, Е.С. Статников.
• Усталостная прочность продольного крепления повышена за счет ультразвуковой ударной обработки. 56-я ежегодная ассамблея Международного института сварки. ИИВ. Док.XIII-1990-03, Бухарест, 2003. Вели-Матти Лихавайнен, Гари Маркиз, Е.С. Статников.
• Физика и механизм ультразвуковой ударной обработки. 57-я ежегодная ассамблея Международного института сварки. IIW Док. XIII-2004-04, Осака, 2004, Е.С. Статников.
• Сравнение эффективности инструментов UIT 27, 36 и 44 кГц. 57-я ежегодная ассамблея Международного института сварки. IIW Док. XIII-2005, Осака, 2004. Е.С. Статников, В.Н. Витязев, О.В. Корольков.
• Повышение качества и надежности конструкций с помощью UIT Esonix. 58-я ежегодная ассамблея Международного института сварки. IIW Док. XIII-2049-05, Прага, 2005. Е.С. Статников.
• Ультразвуковая ударная обработка против ультразвуковой закалки. 58-я ежегодная ассамблея Международного института сварки. IIW Док. XIII-2050-05. Прага, 2005. Е.С. Статников.
• Физика и механизм ультразвукового воздействия. 59-я ежегодная ассамблея Международного института сварки. IIW Док. XIII-2096-06, Квебек, 2006 г. Е.С. Статников, О.В. Корольков, В.Н.Витязев.
• Об оценке влияния ультразвуковой обработки на утомляемость (обсуждение некоторых экспериментальных результатов). 59-я ежегодная ассамблея Международного института сварки. IIW Док. XIII-2097-06, Квебек, 2006. Е.С. Статников, В.Ю. Коростель.
• Разработка методик ультразвукового воздействия Esonix. 59-я ежегодная ассамблея Международного института сварки. IIW Док. XIII-2098-06, Квебек, 2006. Е.С. Статников, В.Ю. Коростель, Н.Векшин, Г. Маркиз.
• Повышение усталостной прочности тонких образцов из нержавеющей стали с помощью UIT. 59-я ежегодная ассамблея Международного института сварки. IIW Док. XIII-2104-06, Квебек, 2006. Л. Хухтала, В.М. Лихавайнен, Г. Маркиз, Е.С. Статников, В.Ю. Коростел, С.Дж. Мэддокс.
• Об использовании ультразвука для ускорения усталостных испытаний. 59-я ежегодная ассамблея Международного института сварки. IIW Док. XIII-2106-06, Квебек, 2006. Е.С. Статников, В.Ю. Коростель.
• Применение UIT для компенсации угловых искажений в сварных Т-образных соединениях. 59-я ежегодная ассамблея Международного института сварки. IIW Док. XIII-2107-06, Квебек, 2006. Е.С. Статников, В.Я. Коростель, В. Фрике.
• Об определении в UIT Подготовка к сравнительным испытаниям и полевому применению. 60-я ежегодная ассамблея Международного института сварки. IIW Док. XIII-2180-07, Дубровник, 2007. Е.С. Статников, В.Я. Коростель, А.Д. Манелик.
• Использование ультразвука для ускорения усталостных испытаний при оценке эффективности UIT. 60-я ежегодная ассамблея Международного института сварки. IIW Док. XIII-2182-07, Дубровник, 2007. Е.С. Статников, В.Ю. Коростель.
• Применение UIT для компенсации угловых искажений в сварных Т-образных соединениях. 60-я ежегодная ассамблея Международного института сварки. IIW Док. X-1603-07, Дубровник, 2007 г. Е.С. Статников, Вольфганг Фрике.
• Изобретение технологии ультразвукового воздействия и ее влияние на промышленность. 63-я ежегодная ассамблея Международного института сварки, IIW Doc. XIII-2320-10, Стамбул, 2010. Л. Кельнер, Д. Шарман.

Внешние ссылки

• https://www.appliedultrasonics.com/
• http://www.sonats-et.com/page_23-needle-peening.html