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.

ЗАКЛЁПОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Они относятся к классу неразъёмных соединений. Заклёпка - это стержень круглого сечения с закладной головкой на конце. Замыкающая головка формируется при клёпке. Диаметр отверстия под заклёпку на 0,2-0,5 мм больше её стержня. При клёпке стержень осаживается и плотно заполняет отверстие. Наибольшее применение имеют сплошные стержневые заклёпки с закладными головками разной формы: полукруглой, плоской, потайной и т.п. Их замыкающую головку получают методом прессования или ударом. При прессовой клёпке она формируется за счёт равномерного сжатия стержня на полуавтоматических прессах или клепальных автоматах. Различают одиночную или групповую клёпку. Клёпка ударом выполняется с помощью пневматических молотков. Качество такой клёпки ниже, чем прессовой.

Для соединения деталей из композиционных материалов (стеклотекстолитов, углепластиков) применяют пустотелые и полупустотелые заклёпки.

На рис.28 показаны специальные типы заклёпок, применяемые в авиационной технике. Для повышения прочности на срез стержень заклёпки с шейкой выполняют из стали. Закладную головку получают за счёт обжатия кольца из Al сплава вокруг выступающей шейки. Такая же

технология применяется и в болт-заклёпках, где шейка имеет накатанный кольцевой рельеф.

Заклёпки с сердечником состоят из пистона с потайной или полукруглой головкой и сердечника. Образование замыкающей головки происходит при протягивании через отверстие в пистоне сердечника. Его выступающая часть отрывается. Гайки-пистоны состоят из тонкостенного пистона с внутренней резьбой на конце. При закручивании винта тонкая стенка пистона деформируется, образуя замыкающую головку.

Соединение группой заклёпок называется заклёпочным швом. Они выполняются внахлёст и в стык с одной, или двумя накладками. По числу сечений заклёпок, работающих на срез, соединения могут быть одно- или двух срезными. По назначению заклёпочные соединения разделяют на прочные и прочноплотные.

Расчёт на прочность заклёпочных соединений ведут после компоновки конструкции узла, когда известны материалы соединяемых деталей, их толщина и вид шва.

Диаметр заклёпки d= , где - суммарная толщина деталей. Величина d округляется до стандартного ряда.

Расстояние между рядами заклёпок h=3d; шаг между заклёпками t=3d для односрезного шва, t=5d – для 2-х срезного и при шахматном расположении заклёпок. Шаг t также стандартизован. Расстояние от оси заклёпки до края листа e>(2d+2) мм.

Условие прочности заклёпки на срез

где F-сила, действующая на одну заклёпку; d-диаметр заклёпки; k-число плоскостей среза; -допускаемые напряжения на срез, -предел прочности на срез; [n]=1,5-2 запас прочности.