Соединения сваркой, пайкой и склеиванием

При сварке получают неразъёмные соединения деталей при их местном или общем нагреве, а также пластической деформации. Сварка – один из наиболее производительных методов получения неразъёмных соединений с высоким уровнем механизации и автоматизации. Недостатком сварки является выгорание легирующих элементов и появление остаточных напряжений растяжения, а также деформация деталей. Это приводит к снижению несущей способности и усталостной прочности соединения. В настоящее время освоена сварка легированных сталей, а также некоторых медных, алюминиевых и титановых сплавов.

Различают термический, термомеханический и механический вид сварки. В ЛА применяется дуговая сварка (ручная и автоматическая), микроплазменная, электронно-лучевая и контактная (точечная и роликовая).

При ручной дуговой сварке источником тепла для местного расплава металла является электрическая дуга между электродом и деталями. Для швов большой длины применяют дуговую автоматическую сварку под флюсом, при которой подача электрода и перемещение дуги механизированы.

Для защиты деталей от насыщения газами из атмосферы применяется дуговая сварка в аргоне или вакууме.

При контактной сварке разогрев соединяемых деталей происходит за счёт тепла при прохождении через них электрического тока. К ней относится стыковая, точечная и роликовая сварка. Роликовая сварка применяется для получения герметичных швов в тонкостенных конструкциях с высокой степенью механизации и автоматизации. На рис.23-26 показаны различные типы сварных соединений:

стыковые (23), внахлёст (24), прорезные, проплавные, угловые и тавровые (25). Соединения внахлёст, угловые и тавровые выполняют угловыми швами. Для повышения прочности применяют прорезные и проплавные соединения.

Проплавные - получают проплавлением одного элемента, наложенного на другой. При точечной сварке детали собираются внахлёст и свариваются по точкам касания.

При роликовой сварке точки частично перекрывают друг друга, образуя непрерывный шов.

Расчёт на прочность сварных швов в ЛА ведётся по разрушающей нагрузке F<F_р/f, где F-эксплуатационная нагрузка; f-коэффициент безопасности; F_р - разрушающая нагрузка, определяемая в результате испытаний.

В машиностроении расчёт сварных швов проводят по допускаемым напряжениям. Если стыковой шов работает на растяжение и изгиб в плоскости соединения, то

,

где F-сила; M_и-изгибающий момент; δ-наименьшая толщина свариваемых деталей; l-длина шва.

Угловые швы всех видов рассчитываются на срез. При нагружении шва силой F и изгибающим моментом М_и в плоскости сварки

,

где k-катет шва, расчётная высота шва m=k/sin45^о.

При нагружении на кольцевого шва крутящим моментом Т

.

Условие статической прочности на срез для точечной

сварки (26) ,

где d-диаметр сварной точки; z-число точек.

Для роликовой сварки (26) .

При пайке места соединений нагреваются до температуры плавления припоя, которая должна быть ниже температуры плавления соединяемых материалов. Расплавленный припой растекается по нагретым поверхностям стыка, образуя при охлаждении шов, диффузионно и химически связанный с материалом деталей. Пайка позволяет соединять детали из однородных и разнородных металлов, а также тонкостенные узлы, например, сильфоны.

В плоских паяных конструкциях применяют соединения внахлёстку и встык. Зазор между деталями зависит от вида припоя и паяемых материалов и определяет прочность соединения. Уменьшение зазора до некоторого предела увеличивает прочность, т.к. процесс растворения припоя и материалов деталей распространяется на всю толщину шва, а диффузионный слой и слой раствора – прочнее самого припоя.

Припои бывают низкотемпературные и высокотемпературные на основе меди, никеля, серебра.

Для уменьшения вредного влияния окисления металла в зоне пайки применяются специальные флюсы, которые не только защищают, но и растворяют окисные плёнки, повышая текучесть припоя.

Прочность паяных соединений оценивают по формулам:

,

где l-ширина пайки; δ-толщина детали; b-длина нахлёстки

[σ],[τ]-допускаемые напряжения растяжения для стыкового шва и допускаемые касательные напряжения при работе на срез для соединения внахлёст.

Благодаря высококачественным клеям на основе полимеров, склеиванию подвергаются практически любые материалы. На рис.27 представлены клеевые соединения: внахлёст, врезные, стыковые по косому срезу, а также с накладками. Для повышения прочности соединения внахлёст выполняют так, чтобы плоскость клеевого слоя находилась в плоскости приложения нагрузки, а само соединение работало бы на сдвиг.

Прочность клеевых соединений зависит от толщины слоя клея 0,05-0,15 мм, вязкости клея и давления при склеивании. Находят широкое применение клеи на основе органических полимерных смол: фенольно-каучуковые, эпоксидные и полиуретановые. Расчёт на прочность этих соединений аналогичен расчёту сварных соединений.

К основным преимуществам относится возможность соединения деталей из разнородных материалов, в том числе тонколистовых не поддающихся сварке и пайке; равномерное распределение напряжений и снижение их концентрации; высокая коррозионная стойкость; низкая стоимость и герметичность. Недостатками является старение; ограниченный диапазон рабочих температур -60^о

+300^о; малая прочность при неравномерном отрыве, сложность оснастки и т.п.

Успешно применяются клеи для стопорения резьб, повышения прочности соединений зубчатых колёс с валами

и при установке наружных колец подшипников в корпус.