VSR 8а Передовая система снятия остаточных напряжений виброобработкой

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.

Подробное описание.

Смотрите также Система VSR7.5

Смотрите также Сварка при воздействии вибрации VDW

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

ЭКОНОМИЯ СРЕДСТВ

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.

 ЭКОНОМИЯ ВРЕМЕНИ

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.

ЭКОНОМИЯ ЭНЕРГИИ

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.

 УПРАВЛЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВОМ

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.

Области применения:

— основания и стойки станочных систем;

— оснастка в автомобильной и авиакосмической отраслях;

— корпуса насосов;

— гидротурбинное оборудование (особенно башмачные и разгрузочные кольца)

— целлюлозно-бумажное оборудование;

— горнодобывающее оборудование;

— подъемные скобы и другие компоненты кранов;

— вакуумные колпаки;

— 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.