Лако-красочные материалы — производство

Клеесварные соединения получаются при совмещении процес­сов контактной сварки и склеивания металлов. Клеесварные со­единения обеспечивают герметичность клеевого шва и возможность применения обычного сернокислотного анодированного для анти­коррозионной защиты поверхности изделия [5, 6, 42—44]. Кроме того, в комбинированных соединениях клеи можно использовать для защиты внутренней полости нахлестки от коррозии, заполняя ими зазор. При нагружении комбинированного соединения клее­вая прослойка воспринимает значительную часть напряжений, разгружая сварную точку и способствуя повышению долговечно­сти соединения. Такое распределение напряжений уменьшает их концентрацию у границ сварной точки и приводит к повышению прочности соединения. Наличие сварных точек, в свою очередь, увеличивает прочность клеевого шва при неравномерном отрыве и при циклических нагрузках.

По конструкции клеесварные соединения аналогичны соедине­ниям, выполненным контактной точечной сваркой. Наличие клея позволяет разгрузить сварные точки, несколько увеличить шаг между ними и уменьшить их размеры, в связи с чем влияние сварки на свойства металла сказывается значительно меньше, и прочность соединения возрастает [47, 48].

При получении клеесварных соединений применяют три спосо­ба нанесения клея: внутришовное (капиллярный способ), поверх­ностное и внутришовное с поверхностной герметизацией. В первом и третьем способах применяют жидкий или пленочный клей, во втором — только жидкий.

Жидкий клей наносят на сопрягаемые поверхности жесткой кистью с длиной ворса 10—15 мм. Для предотвращения непро — клеев суммарная толщина слоя клея на обеих поверхностях долж­на быть не меньше ширины зазора между деталями после сварки. При сварке материалов толщиной до 1—1,2 мм клей можно на­носить только на одну из соединяемых поверхностей. Клеи, содер­жащие растворитель, необходимо предварительно выдерживать на воздухе для испарения растворителя. Для клеев без растворителя открытая выдержка не нужна.

При сварке соединений, склеенных пленочными клеями, в клее­вой пленке предварительно просекают отверстия и совмещают их с предполагаемыми местами сварных точек. Подготовленную плен­ку укладывают на соединяемые поверхности деталей, которые за­тем собирают и сваривают. Сварку осуществляют по шаблонам из текстолита или фанеры, которые крепят на свариваемых дета­лях струбцинами или фиксаторами. Отверстия в шаблоне и клее­вой пленке должны совпадать. Толщина клеевой пленки должна быть несколько больше зазора между листами после сварки.

Сущность капиллярного метода заключается в том, что на кромки сварного точечного соединения внахлестку с помощью
шприца, который имеет сменные насадки с различным диаметром выходного канала, наносят клей небольшой вязкости (рис. 111.22).

Описан метод, заключающийся в том, что эпоксидный клей на­носят на соединяемые поверхности, которые сваривают точечной сваркой через клеевой слой до его отверждения, после чего клей отверждают при нагревании [44].

Процессы сварки и склеивания можно механизировать, при­меняя рольганги, специаль­ные стенды или полуавтома­тические выравнивающие устройства.

Для удаления окисной пленки, препятствующей процессу сварки, и создания на поверхности металла ис­кусственной фосфатно-окис — ной пленки, детали из алю­миниевых сплавов перед то­чечной сваркой обрабатыва­ют ортофосфорной кислотой. При выполнении клеесвар­ных соединений капилляр­ным метопом кромки нахлестки перед нанесением клея обезжири­вают обычными способами.

В клеесварных соединениях применяют клеи с невысокой вяз­костью, выделяющие при нагревании в зоне сварки минимальное количество летучих, не загрязняющие неметаллическими включе­ниями литое ядро сварных точек, нечувствительные к изменениям давления при склеивании и спо­собные образовывать прочные со­единения при давлениях, не пре­вышающих 1 кгс/см2. Кроме то­го, жидкие клеи должны иметь большую жизнеспособность, не должны вызывать коррозии алю­миниевых сплавов, обладать стой­костью к действию кислот и ще­лочей в пределах концентраций, используемых при сернокислот­ном анодном оксидировании.

Для изготовления клеесвар­ных конструкций могут приме­няться клеи ВК-1, ВК-1М, ВК-1МС, К-4С, КС-609, ФЛ-4С, ВК-32-ЭМ, КЛН-1, Л-4, а также ВК-32-200 и МПФ-1. Данные о прочности клеесварных соединений на некоторых из этих клеев представлены на рис. 111.23 и 111.24. Прочность клеесварных со­единений при толщине листов 1—1,5 мм на 50% и более выше
прочности сварных и клепаных, при толщине 3—4 мм на.15—25% выше прочности сварных соединений. Эластичные клеи (например, МПФ-1) лучше упрочняют клеесварные соединения, чем хрупкие.

За рубежом для получения клеесварных соединений исполь­зуются эпоксидные, модифицированные эпоксидные и полиурета­новые клеи. Эпоксидные клеи могут быть двухкомпонентными, жидкими, пастообразными, а также в виде армированных или не — армированых пленок. В качестве наполнителей эти эпоксидные клеи содержат обычно двуокись кремния, асбест или порошки

Токопроводящих металлов. Самым удобным для клеесварных со­единений является однокомпонентный пастообразный эпоксидный клей, содержащий токопроводящий металлический наполнитель [57]. При изготовлении клеесварных конструкций для военных самолетов применяются теплостойкие цианакрилатные клеи [53].

Прочность клеевой прослойки в клеесварном соединении мень­ше прочности конструктивно аналогичного клеевого соединения, ее нельзя подсчитать как сумму прочностей сварной точки и клеевой прослойки на остальной площади нахлестки. Клеевая прослойка на концах нахлестки ослаблена действием отрывающих усилий, проявляющихся в большей степени в клеесварных соединениях из-за большой толщины слоя клея в них. С повышением толщины склеиваемых элементов напряжение при сдвиге клеевой прослойки в клеевом соединении возрастает, а в клеесварном — падает (рис. 111.23). На характер изменения напряжений влияет толщи­на клеевого слоя в клеесварных соединениях, а также повышение доли изгибающих нагрузок в краевых зонах нахлестки за счет увеличения эксцентриситета приложения нагрузки с повышением толщины испытываемых образцов.

На рис. 111.24. показано изменение прочности при сдвиге в за­висимости от величины нахлестки в клеевом и клеесварном одно­точечных соединениях дуралюмина, выполненных с применением клеев ВК-1, ФЛ-4С и МПФ-1. Ширина испытываемых образцов 25 мм, длина нахлестки от 10 до 50 мм. Наименьшей прочностью обладают те участки клеевой прослойки, которые находятся за границей сварных точек у краев нахлестки. Ослабленные участки охватывают почти всю площадь нахлестки тогда, когда соединение имеет один ряд точек; площадь этих участков относительно неве­лика, если точки расположены в два ряда.

Влияние размера шага между точками в однорядном клеевом шве на прочность соединений исследовалось на образцах из алю­миниевого сплава Д16Т толщиной 1,5 мм при длине нахлестки 20 мм (рис. 111.25). Клеи, которые отверждаются при высоком давлении (например, ВК-31-200), более чувствительны к увели­чению шага между сварными точками по сравнению с эпоксидны­ми клеями ВК-1, ВК-32-ЭМ и др. Данные о прочности при равно­мерном отрыве клеесварных соединений на различных клеях при­ведены ниже:

Разрушающая нагрузка, кгс

Стойкость клеесварных соединений к термическому старению в основном зависит от свойств применяемого клея. Так, клеесвар — ные соединения на клее Л-4 при 60 °С обладают сравнительно не­высокой прочностью; соединения, выполненные с применением клея ФЛ-4С, при 100 °С утрачивают работоспособность. Прочность клеесварных соединений на клее ВК-1 почти в 3 раза больше прочности сварных соединений. Эти соединения могут работать при температуре 100 °С и выше (рис. 111.26).

При циклических нагрузках большое влияние на прочность сварных и клеесварных соединений оказывают размеры деталей, концентрация напряжений в них, состав и структура металла, состояние поверхностных слоев и др. В клеевом соединении на­пряжения концентрируются в основном у самого края нахлестки, и усталостная прочность клеевого соединения при циклических нагрузках выше, чем сварного. Следовательно, уменьшение кон­центрации напряжений по рабочему сечению клеесварного соеди­нения способствует повышению работоспособности соединения при вибрационных нагрузках.

Несмотря на очевидное снижение концентрации напряжений около сварной точки, приводящее к значительному увеличению предела усталости клеесварного соединения за счет перераспреде­ления нагрузки на клеевую прослойку, разрушение клеесварных соединений с однорядным швом происходит в зоне термического влияния сварной точки. В однорядном клеесварном соединении ослабленная зона клеевой прослойки, испытывающая наиболее опасные для нее напряжения неравномерного отрыва, распростра­няется почти на всю площадь нахлестки. Клеесварные соединения внахлестку примерно в 2 раза выносливее, чем сварные, а клее­сварные, выполненные встык с жесткой накладкой, на 45—60% выносливее сварных. Прочность клеесварного соединения при

Рис. 111.26. Зависимость прочности при сдвиге клеесварных и сварных соедине­ний от температуры:

/ — клей ВК-1; 2 — клей ВК-32-ЭМ; 3 — клей ФЛ-4С; 4 — клей Л-4; 5 — сварное соединение.

Ударных нагрузках в 2,5 раза выше прочности сварного и в 4,7 ра­за выше прочности клеевого соединения. Этот факт говорит о том, что снижение концентрации напряжений и более равномерное рас­пределение их по сечению клеесварного соединения положительно влияют на работоспособность соединений при ударных нагрузках.

Испытания, проведенные фирмой «Lockheed», показали, что прочность клеесварных соединений на эпоксидных клеях выше прочности сварных соединений и что применение клеесварных соединений представляет интерес в экономическом отношении [45, 46]. Сочетание эпоксидных клеев с точечной сваркой деталей [51] позволяет повысить усталостную прочность некоторых частей самолета в 13 раз.

При конструировании клеесварных соединений следует учиты­вать, что прочность сварных точек при отрыве относительно неве­лика, а разрушающее напряжение при отрыве клеевого слоя почти в 2 раза превышает разрушающее напряжение <лри сдвиге. Поэто­му клеесварные соединения рационально использовать в каркас­ных конструкциях. Наибольший эффект клеесварное каркасное соединение дает в конструкции, подверженной действию сжимаю­щих нагрузок, направленных вдоль оси жесткости профильного набора. Клеевая прослойка предотвращает местную потерю устой­чивости обшивки и повышает прочность панели. При конструиро­вании клеесварных каркасных соединений следует учитывать тех­нологические особенности их изготовления; в частности, необходи­мо обеспечить возможность подвода прямых электродов на ста­ционарных сварочных машинах, т. е. применять конструктивные элементы открытого типа (рис. 111.27).

В ряде случаев соединения могут иметь удобные подходы для сварки, но односторонний подход для нанесения клея после свар­ки, поэтому следует производить сварку по слою жидкого клея или по клеевой пленке. Симметричные профили коробчатого сечения создают благоприятные условия для работы клеесварного соеди­нения.

Клеесварные соединения рекомендуется использовать для крепления ответственных силовых конструкций из алюминиевых, магниевых и титановых сплавов, а также низколегированных угле­родистых нержавеющих теплостойких сталей в виде листов или профилей. В частности, клеесварные соединения использованы в конструкциях космических кораблей и ракеты-носителя «Кентавр» [49, 50] и при сборке головного обтекателя для ракеты «Титан-3- Кентавр» [51, 52].