RU2446932C2

RU2446932C2 - Method of repairing metal structures with surface cracks and device to this end

Info

Publication number: RU2446932C2
Application number: RU2010105877/02A
Authority: RU
Inventors: Илья Александрович Осокин (RU); Илья Александрович Осокин; Анатолий Сергеевич Пермикин (RU); Анатолий Сергеевич Пермикин; Андрей Петрович Котельников (RU); Андрей Петрович Котельников; Раиса Шайхулловна Касимова (RU); Раиса Шайхулловна Касимова
Priority date: 2010-02-18
Filing date: 2010-02-18
Publication date: 2012-04-10
Also published as: RU2010105877A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention may be used in repair of metal structures with open surface defects by metallothermic welding. Cracks are detected by pickup made up of string crack metering device, strain gauge and tail pickup arranged on metal structure surface in zones of probable crack formation to transmit data by radio signals to central control station and, via controller, to movable welding device. Progressive crack is detected by the rate of its development and sizes, crack coordinates are defined and radio signals from appropriate pickups are used to move welding device to crack location. Metallothermic mix is fired and fused in welding device replaceable vessel. Said replaceable vessel emptied and crack filled with fused metal, data on operation of welding device is transmitted to central control station for said device to be returned to initial position.

EFFECT: automated defect detection and elimination.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к способам обнаружения трещин на металлических поверхностях и устройствам для их устранения с помощью металлотермитной сварки и может быть использовано при ремонте металлоконструкций с открытыми поверхностными трещинами.The invention relates to methods for detecting cracks on metal surfaces and devices for their elimination using metallothermic welding and can be used in the repair of metal structures with open surface cracks.

Известен способ ремонта деталей с открытыми поверхностными дефектами (RU 2182063, МПК В23Р 6/00, В23К 23/00. Ю.В.Казанов, В.А.Корнилов, Н.Н.Кувшинова. Способ ремонта деталей с открытыми поверхностными дефектами. - Опубл. 10.05.2002, Бюл. №13, ч. II), включающий ограждение участка с дефектом, засыпку на зону дефекта экзотермической смеси, подогрев зоны дефекта, поджиг экзотермической смеси и укрытие зоны дефекта крышкой с отверстием.A known method of repairing parts with exposed surface defects (RU 2182063, IPC V23P 6/00, V23K 23/00. Yu.V. Kazanov, V.A. Kornilov, NN Kuvshinova. Method of repairing parts with exposed surface defects. - Published on May 10, 2002, Bull. No. 13, part II), including fencing the area with the defect, backfilling the exothermal mixture onto the defect zone, heating the defect zone, igniting the exothermic mixture and covering the defect zone with a lid with a hole.

Недостатком данного способа является то, что дефект определяют визуально, большинство операций выполняют вручную, необходимость в предварительном подогреве зоны дефекта.The disadvantage of this method is that the defect is determined visually, most operations are performed manually, the need for preheating of the defect zone.

Известна беспроводная система (Заявка №RU 2008125939, МПК B61L. Ю.М.Финк, Л.А.Морозов, В.Н.Коваленко. Беспроводная система телеметрии и управления состояния средств, применяемых при строительных и ремонтно-восстановительных работах, а также обслуживании подвижного состава и контроля состояния рельсовых путей железнодорожного транспорта. - Опубл. 10.01.2010), включающая датчики, установленные в зоне возможного возникновения трещин на поверхности металлоконструкций, средство для приема радиосигналов от упомянутых датчиков и передачи информации на центральный пост управления, передвижное сварочное устройство.A known wireless system (Application No. RU 2008125939, IPC B61L. Yu.M. Fink, L. A. Morozov, V. N. Kovalenko. Wireless telemetry system and state control of means used in construction and repair work, as well as maintenance rolling stock and monitoring the state of rail tracks of the railway transport. - Publish. January 10, 2010), including sensors installed in the zone of possible cracks on the surface of metal structures, a means for receiving radio signals from these sensors and transmitting information on prices sweeping control station, mobile welding device.

Недостатком указанной системы является то, что она входит в состав ремонтно-восстановительного поезда, тем самым является средством периодического, а не постоянного мониторинга конструкций, может работать только на горизонтальных поверхностях.The disadvantage of this system is that it is part of the repair train, thereby being a means of periodic rather than constant monitoring of structures, it can only work on horizontal surfaces.

Задача предлагаемых способа и устройства - автоматизировать процесс обнаружения и устранения трещин на поверхности металлоконструкций.The objective of the proposed method and device is to automate the process of detecting and eliminating cracks on the surface of metal structures.

Задача решается путем применения датчиков, использования их показаний для управления процессом обнаружения и устранения трещин, а сварочное устройство выполнено передвижным, управляемым с помощью радиосигнала.The problem is solved by using sensors, using their readings to control the process of detecting and eliminating cracks, and the welding device is made mobile, controlled by a radio signal.

Сущность изобретения по п.1 заключается в том, что обнаружение трещины и определение ее размера, доставку, поджиг и плавление металлотермитной смеси осуществляют с помощью датчиков, обеспечивающих передачу сигналов с помощью радиоустройства на центральный пост управления, которые устанавливают на зону возможного возникновения трещин на поверхности металлоконструкций, производят опрос датчиков согласно разработанному алгоритму, а при поступлении на центральный пост управления информации о наличии трещины с помощью датчиков определяют ее координаты, размеры и скорость ее развития, по радиосигналу от соответствующего датчика включают двигатель расположенного в парковочном месте передвижного сварочного устройства с емкостью, заполненной металлотермитной смесью, и перемещают его к обнаруженной трещине, располагают над ней упомянутую емкость, по радиосигналу выключают двигатель сварочного устройства и осуществляют поджиг и плавление металлотермитной смеси, после опорожнения емкости и заполнения трещины расплавленным металлом передвижное сварочное устройство по радиосигналу возвращают в парковочное место, и заменяют порожнюю емкость на заполненную металлотермитной смесью, а сущность изобретения по п.2 заключается в том, что передвижное сварочное устройство содержит цельнометаллический корпус, размещенный на двух установленных на основании направляющих, двигатель с червячной передачей, состоящей из винта и гайки, емкость для металлотермитной смеси, имеющий цилиндрическую и конусную части, при этом емкость снабжена поршнем для выталкивания металлотермитной смеси, электромагнитом, приводящим в движение поршень, электрозапалом и контактными щупами, в корпусе выполнен канал для электрических проводов, обеспечивающих питание электромагнита, причем средство для приема радиосигналов от упомянутых датчиков и передачи информации на центральный пост управления расположено на корпусе передвижного сварочного устройства, датчики выполнены в виде струнного трещинометра, тензодатчика, и датчика-шлейфа, а передвижное сварочное устройство закрыто неметаллическим кожухом, закрепленным с помощью защелки на основании.The invention according to claim 1 is that the detection of a crack and the determination of its size, delivery, ignition and melting of the metal-thermite mixture is carried out using sensors that transmit signals using a radio device to the central control station, which are installed on the zone of possible occurrence of cracks on the surface metal structures, the sensors are polled according to the developed algorithm, and upon receipt of information about the presence of a crack using sensors, it is determined its coordinates, dimensions and speed of its development, using a radio signal from a corresponding sensor, turn on the engine of a mobile welding device located in a parking space with a tank filled with a metal-thermite mixture and move it to a detected crack, place the said container above it, turn off the welding device engine by a radio signal and carry out ignition and melting of the metallothermic mixture, after emptying the tank and filling the crack with molten metal, a mobile welding device the radio signal is returned to the parking place, and the empty tank is replaced with a filled metal-thermite mixture, and the essence of the invention according to claim 2 is that the movable welding device comprises an all-metal housing placed on two guides mounted on the base, a motor with a worm gear consisting of a screw and nuts, a container for metallothermic mixture having a cylindrical and conical part, while the container is equipped with a piston for pushing the metallothermic mixture, an electromagnet, leading to the movement of the piston, electric fuse and contact probes, a channel is made in the housing for electrical wires providing power to the electromagnet, and the means for receiving radio signals from the above sensors and transmitting information to the central control station is located on the housing of the mobile welding device, the sensors are made in the form of a string crackmeter, strain gauge , and a loop sensor, and the mobile welding device is closed by a non-metallic casing fixed with a latch on the base.

На фиг.1 представлен алгоритм осуществления способа обнаружения и устранения трещин на открытой поверхности металлоконструкций, на фиг.2 - схема работы устройства по обнаружению и устранению трещин, на фиг.3 - функциональная схема устройства, на фиг.4 - схема передвижного сварочного устройства.Figure 1 presents the algorithm for implementing the method for detecting and eliminating cracks on the open surface of metal structures, figure 2 is a diagram of the device for detecting and eliminating cracks, figure 3 is a functional diagram of the device, figure 4 is a diagram of a mobile welding device.

Алгоритм обнаружения и устранения трещин (фиг.1) включает «опрос» датчиков: струнного трещиномера 11, по изменению натяжения проволоки, полосы тензодатчиков 10, по изменению сопротивления, датчика-шлейфа 8, по его разрыву. Результаты опроса (фиг.2) с помощью радиосигнала через устройство 14 поступают на центральный пост управления. По сигналу разрыва датчика-шлейфа 8 включается питание двигателя передвижного сварочного устройства, которое посредством червячной передачи винт 3-гайка 2 перемещается к месту дефекта с определенными координатами. При достижении заданных координат по радиосигналу через устройство 14 выключается питание двигателя и работа червячной передачи винт 3-гайка 2, а включается питание электромагнита 12 и электрозапала 16 в емкости 17 для металлотермитной смеси 7, после чего осуществляется процесс устранения дефекта 32. После устранения дефекта 33, опять же по радиосигналу, выключается питание 31 электрозапала 16 и электромагнита 12, поступает сигнал об устранении дефекта 33 на центральный пост управления 22 и одновременно на передвижное сварочное устройство, которое возвращается в исходное положение 34, что является окончанием цикла 35.The algorithm for detecting and eliminating cracks (Fig. 1) includes a “survey” of sensors: a string crack gauge 11, by a change in wire tension, a strip of strain gauges 10, by a change in resistance, a loop sensor 8, by its break. The results of the survey (figure 2) using the radio signal through the device 14 are received at the Central control station. By the signal of the rupture of the sensor loop 8, the power of the motor of the mobile welding device is turned on, which, by means of a worm gear, the screw 3-nut 2 moves to the place of the defect with certain coordinates. Upon reaching the specified coordinates by radio signal through the device 14, the engine power is turned off and the worm gear screw 3-nut 2 is turned on, and the power of the electromagnet 12 and the electric fan 16 in the tank 17 for the metal-thermite mixture 7 is turned on, after which the process of eliminating the defect 32 is carried out. After eliminating the defect 33 , again by a radio signal, the power 31 of the electric valve 16 and the electromagnet 12 is turned off, a signal is received to eliminate the defect 33 to the central control station 22 and at the same time to a mobile welding device, which returns to its initial position 34, which is the end of cycle 35.

На фиг.3 представлена схема передвижного сварочного устройства, включающая цельнометаллический корпус 1, который опирается на две направляющие 6, установленные на основании 5. Устройство перемещается посредством червячной передачи, состоящей из винта 3 и гайки 2. В корпусе выполнен канал для электрических проводов 15, по которым осуществляется питание электромагнита 12 и электрозапала 16 металлотермитной смеси 7, загруженной в сменную емкость 17. Сменная емкость 17 состоит из цилиндрической и конической частей, причем последняя часть обеспечивает подачу металлотермитной смеси 7 точно к дефекту 9, а в цилиндрической части сменной емкости 17 расположен поршень 18, приводимый в движение электромагнитом 12, обеспечивающим регулируемую подачу металлотермитной смеси 7 в коническую часть сменной емкости 17. На корпусе 1 сварочного устройства (фиг.3) расположено устройство 14, для подачи радиосигнала на центральный пост управлениям 22 (фиг.1). Все сварочное устройство закрыто неметаллическим кожухом 4, закрепленным с помощью защелки 20 на основании 5.Figure 3 presents a diagram of a mobile welding device, including an all-metal casing 1, which is supported by two guides 6 mounted on the base 5. The device is moved by means of a worm gear consisting of a screw 3 and a nut 2. A channel for electric wires 15 is made in the casing, by which the electromagnet 12 and the electric valve 16 are fed with a metallothermic mixture 7 loaded into a replaceable container 17. The replaceable container 17 consists of a cylindrical and conical parts, the last part providing It feeds the metallothermitic mixture 7 exactly to the defect 9, and in the cylindrical part of the replaceable container 17 there is a piston 18, driven by an electromagnet 12, providing a controlled supply of metallothermal mixture 7 to the conical part of the replaceable container 17. On the body 1 of the welding device (Fig. 3) a device 14 is located for supplying a radio signal to a central control station 22 (FIG. 1). The entire welding device is closed by a non-metallic casing 4, fixed with a latch 20 on the base 5.

Предлагаемые способ и устройство работают следующим образом.The proposed method and device work as follows.

Принцип работы устройства для обнаружения и автоматического устранения дефектов на поверхности металлоконструкций заключается в следующем.The principle of operation of the device for the detection and automatic elimination of defects on the surface of metal structures is as follows.

При срабатывании струнного трещиномера 11 радиосигнал от устройства 14 поступает на центральный пост управления 22 (фиг.1) для вызова ремонтных бригад.When the string crack gauge 11 is activated, the radio signal from the device 14 is fed to the central control station 22 (Fig. 1) to call the repair crews.

Если трещина оказывается быстро прогрессирующей (в случае, например, очень низкой температуры окружающей среды), то с прилегающей полосы тензодатчиков 10 на контроллер 36 (фиг.2) поступает информация: координаты 28 трещины, скорость развития трещины и ширина раскрытия.If the crack proves to be rapidly progressing (in the case of, for example, a very low ambient temperature), then information comes from the adjacent strip of strain gauges 10 to the controller 36 (Fig. 2): coordinates of the crack 28, crack propagation rate, and opening width.

Для того чтобы избежать повреждения тензодатчика 10 на расстоянии 5 мм от него устанавливают на подложке датчик-шлейф 8, шириной 5 мм, вдоль полосы тензодатчиков 10. Датчик-шлейф 8 предназначен для определения места расположения сменной емкости 17 для металлотермитной сварки.In order to avoid damage to the strain gauge 10 at a distance of 5 mm from it, a sensor loop 8, 5 mm wide, is installed on the substrate along the strip of strain gauges 10. The sensor loop 8 is designed to determine the location of the replaceable tank 17 for metal heat welding.

Движение передвижного сварочного устройства начинается с поступления сигнала от тензодатчиков 10 об изменении сопротивления 25 на заданную пороговую величину, соответствующую появлению опасной трещины. Перемещение сменной емкости 17 осуществляется передачей винт 3-гайка 2. Сменная емкость 17 для металлотермитной смеси 7 расположена в цельнометаллическом корпусе 1, напрессованном на гайку 2, оснащена контактными щупами 21, касающимися датчика-шлейфа 8 и замыкающих питание двигателя 37. Во время движения передвижного сварочного устройства контактные щупы 21, контактируя с датчиком-шлейфом 8, определяют место повреждения датчика-шлейфа 8. При достижении сменной емкостью 17 соответствующих координат 28 подача питания на двигатель 27 прекращается. Запускается процесс сварки 39, при котором происходит расплавление металлотермитной смеси 7, путем подачи высокого напряжения 31 на электрозапал 16. Одновременно с контроллера 36 (фиг.2) поступает информация, усиленная усилительным элементом 38 активизирующая электрозапал 16 и электромагнит 12, передвигающий поршень 18 для впрыскивания расплавленной металлотермитной смеси 7 в дефект 9.The movement of the mobile welding device begins with the receipt of a signal from the strain gauges 10 to change the resistance 25 by a predetermined threshold value corresponding to the appearance of a dangerous crack. Moving the removable tank 17 is carried out by transferring the screw 3-nut 2. The removable tank 17 for the metal-thermite mixture 7 is located in the all-metal casing 1, pressed onto the nut 2, is equipped with contact probes 21, touching the sensor cable 8 and closing the motor power 37. During the movement of the mobile welding probe contact probes 21, in contact with the sensor loop 8, determine the location of damage to the sensor loop 8. When the removable tank 17 corresponding coordinates 28, the power supply to the motor 27 is stopped. The welding process 39 is started, in which the metallothermic mixture 7 is melted by applying a high voltage 31 to the electric valve 16. At the same time, information reinforced by the amplifying element 38 activating the electric valve 16 and the electromagnet 12 moving the piston 18 for injection is received from the controller 36 (figure 2) molten metallothermic mixture 7 to the defect 9.

В момент срабатывания передвижного сварочного устройства на центральный пост управления 22 (фиг.1) посылается оповещающий радиосигнал, сообщающий на какой конструкции или ее части сработало передвижное сварочное устройство.At the moment the mobile welding device is triggered, a warning radio signal is sent to the central control station 22 (Fig. 1), informing on which design or its part the mobile welding device worked.

После окончания работы передвижного сварочного устройства устройство движется в парковочное место, где рабочий заменяет порожнюю емкость для металлотермитной смеси 7 на заполненную.After the end of the work of the mobile welding device, the device moves to a parking place, where the worker replaces the empty tank for the metallothermic mixture 7 with a filled one.

Таким образом, предлагаемый способ обнаружения и устранения дефектов на открытой поверхности металлоконструкций позволяет определять не единичный дефект, а зону возможных дефектов, например у сварного шва, автоматизировать этот процесс, применяя датчики, специальный алгоритм «опроса» этих датчиков, используя радиосигнал в качестве связи между всеми функциональными узлами системы, а конструкция передвижного сварочного устройства позволяет автоматизировать процесс устранения дефектов, включая доставку, поджиг и плавление металлотермитной смеси.Thus, the proposed method for detecting and eliminating defects on the open surface of metal structures allows us to determine not a single defect, but a zone of possible defects, for example at a weld, to automate this process using sensors, a special algorithm for “polling” these sensors, using a radio signal as the connection between all functional units of the system, and the design of a mobile welding device allows you to automate the process of eliminating defects, including the delivery, ignition and melting of metal mitite mixture.

Claims

1. A method of repairing metal structures with open surface cracks, including detecting a crack, determining its size, delivering, igniting and melting the metal-thermite mixture with filling the crack, characterized in that the crack is detected by polling a sensor in the form of a string crack meter, a strain gauge and a loop sensor, respectively that are installed on the surface of the metal structure in the areas of possible cracks for transmitting information using radio signals to the central post and through the controller er on a mobile welding device, in this case, a progressive crack is detected by its development speed and size, its coordinates are determined and, using radio signals from the corresponding sensors, the mobile welding device is moved to the detected progressive crack, placed above it with a metal-thermite mixture of a replaceable capacity of the said device, ignited and melting of the metallothermic mixture, and after emptying the replaceable tank and filling the crack with molten metal, information on atyvanii mobile welding device to the central office to return it to its original position.

2. Device for repairing metal structures with open surface cracks, including sensors installed in the zone of possible cracks on the surface of metal structures, means for receiving radio signals from said sensors and transmitting information to a central post, a mobile welding device, characterized in that said sensors are made in in the form of a string crack meter, strain gauge and loop sensor, the mobile welding device is closed by a nonmetallic casing fixed to the base, and soda An all-metal housing located on two guides mounted on the base, a screw drive engine, a portable reaction crucible with a replaceable container for a metal-thermite mixture, having a cylindrical and conical part, is equipped with a piston for pushing out the metal-thermite mixture, an electromagnet driving the piston , an electric fuse and contact probes in contact with the loop sensor, and a means for receiving radio signals from the sensors and transmitting information about the operation A mobile welding device at a central post is located on its body.