Лако-красочные материалы — производство

К закрытым клеевым соединениям относят соединения типа лист — лист, лист — подкрепляющий элемент и труба — труба (соединения по цилиндру и конусу). В зависимости от направ­ления действующих главных нагрузок (по отношению к плоско­сти клеевого соединения) несущая способность такого соедине­ния существенно изменяется. На рис. IV. 1 показаны примеры типовых клеевых соединений листовых материалов, предназна-

А

3

Рис. IV. 1.

Соединение листовых материалов:

А—встык; б—одинарная нахлестка; в—одинарная нахлестка с подсечкой; г—одинарная нахлестка с накладкой; д—двойная нахлестка; є — на ус; ж—ступенчатая нахлестка.

Ченных для работы при действии в основном растягивающих нагрузок.

Из-за малой толщины склеиваемых элементов, более низкой прочности клеев по сравнению со склеиваемыми материалами (металлами) соединение листовых материалов встык (см. рис. IV. 1а, ) трудно осуществимо и нерационально, так как при воздействии незначительного изгибающего напряжения оно разрушается. Достаточно Надежно ведут себя подвергающиеся сдвигу при растяжении соединения внахлестку — одинарная, одинарная с накладкой или подсечкой и двойная. Несущая способность таких соединений определяется многими парамет­рами: длиной нахлестки, соотношением и толщиной склеиваемых элементов и их модулем упругости, концентрацией напряжений по концам нахлестки (определяемой в основном эластичностью клея, модулем упругости склеиваемых материалов, толщиной листов и длиной нахлестки). Из соединений, показанных на рис. IV. 1, наиболее эффективным с точки зрения несушей спо­собности является соединение внахлестку (рис. IV. 1, е) или его модификация — ступенчатая нахлестка (рис. IV. ,ж). В таком соединении растягивающая нагрузка действует практически в •плоскости клеевого соединения и концентрация напряжений по концам нахлестки минимальна — отсутствует изгиб, за счет уменьшения толщины увеличивается деформационная способ­ность основного материала и т. д.

Представленные на рис. IV. 1 типы соединений пригодны для склеивания практически любых листовых материалов.

Очевидно, что сам по себе лист не способен противостоять сжимающим нагрузкам ввиду преждевременной потери устой­чивости. Поэтому для повышения жесткости листа в промыш­ленности используют различные способы подкрепления (рис. IV. 2), выполняемые с использованием клеев. При этом соединение элемента жесткости и листа осуществляется обычно заклепками или точечной сваркой. Однако известно, что конст­рукция способна работать длительное время при воздействии вибрационных и повторно-статических нагрузок при условии

Устранения концентратов напряжений. В то же время в клепа­ном соединении (обшивка — подкрепляющий элемент) созна­тельно проделывается большое число отверстий (ино’гда в несколько рядов) с шагом 15—40 мм. Таким образом, в клепа­ной конструкции в момент ее изготовления закладывается большое количество дефектов в виде отверстий — концентрато­ров напряжений — источников усталостного разрушения.

В отличие от клепаной конструкции клеевое соединение по­зволяет получить идеальную (т. е. без концентраторов напря­жений в несущих элементах) конструкцию. Благодаря отсут­ствию концентраторов напряжений соединение подкрепляющих элементов с помощью клеев имеет неоспоримое преимущество перед клепкой или точечной сваркой.

В ряде конструкций, например в крыле самолета, изгибаю­щие нагрузки от несущей обшивкн воспринимают лонжероны. Изготовление клееной конструкции лонжерона обеспечивает существенное повышение долговечности и ресурса. Это подтверждается почти тридцатилетним успешным опытом экс­плуатации самолета Фоккер F-27 (фирма «Fokker», Голландия), лонжероны крыла которого изготовлены по варианту, показан­ному на рис. IV. З, Д [55]. Первые самолеты этого типа начали эксплуатироваться. еще в 1948 г. Никаких, замечаний к клееной конструкции лонжерона за это время не было.

Весьма эффективным оказалось совмещение склеивания с механическими способами крепления —• заклепками [56], точеч­ной сваркой [57] и др. Оно существенно повышает несущую способность таких соединений (см. рис. IV. 3).

Т

Zsi

-23—

Рис. IV. 3

Соединения типа обшивка—лонжерон:

С—обшивка—штампованный из листа швеллер; б—обшивка—клепаный лонжерон; в, г, д. Є—обшивка—клееный лонжерон.

67

Рис. IV. 4.

Соединения трубопровода:

А—встык; б, ж—внахлестку с развальцовкой; в, г, д—внахлестку; Є—по конусу.

Естественно, что использование в клеевом соединении меха­нического подкрепления приводит к снижению ресурса конст­рукции (вследствие введения в силовые элементы концентрато­ров напряжений). Тем не менее такие комбинированные соединения имеют значительно больший ресурс (в 1,5—5 раз), чем чисто механические, например клепаные соединения [58]. Это объясняется тем, что клеевое соединение при появлении в одном из элементов, усталостной трещины тормозит ее распро­странение за счет некоторого увеличения напряжений в другом элементе.

Подход к разработке конструкции цилиндрических соедине­ний (труба — труба) во многих отношениях аналогичен подходу к разработке соединений листовых материалов. Например, со­единение цилиндрических элементов встык (рис. IV. 4, с) так же недопустимо, как и в случае склеивания лист — лист. Однако есть и существенные отЛичия: соединения внахлестку (рис. IV. 4, б—д) могут выполняться только при использований клеев, способных затекать в зазор, так как невозможно создать давление на клеевой шов при отверждении клея. Поэтому при изготовлении таких конструкций рекомендуется использовать анаэробные клеи на основе акрилатов, эпоксидные и другие не содержащие растворителя клеи. При изготовлении соединений, показанных на рис. IV, е, ж, могут применяться любые клеи, так как имеется возможность за счет осевого перемещения элемен­тов создать необходимое при отверждении клея давление, обес­печивающее получение герметичного прочного клеевого соедине­ния без пор и дефектов.

При разработке конструкции клеевых соединений труба — труба для трубопроводов, работающих под-большим давлением, следует избегать применения такого соединения, как соедине­ние, представленное на рис. IV. 4,г; рекомендуется применять только соединения типа б, в, д, е, ж. Дело в том, что при боль­ших давлениях, когда происходят заметные деформации элемен­тов, зона клеевого соединения имеет повышенную жесткость. В результате этого внутренний элемент прижимается к наруж­ному и в клеевом соединении наряду со сдвигом вдоль оси дей­ствуют сжимающие напряжения. Исследования этого явления, выполненные на цилиндрических образцах (рис. IV. 4,из не­ржавеющей стали Х18Н9Т (внутренний диаметр 50 мм, толщина стенки 2 мм), показали, что прочность клея (ВК-1) при сдвиге в условиях действия внутреннего давления, вызывающего сжа­тие клеевого слоя, и наличия даже пластических деформаций в металле (т. е. в условиях сдвига со сжатием), возрастает до 45— 50 МПа при комнатной температуре (исходная прочность 15 — 20 МПа).