СКЛЕИВАНИЕ МЕТАЛЛОВ

Другие виды клеевых соединений и дополнительные конструктивные соображения

Когда два соосных полых цилиндра одинаковых размеров соеди­няют встык по диаметру и подвергают воздействию крутящего мо­мента. то в клеевом соединении получается очень однородное рас­пределение напряжений. Соединение подвергается воздействию юлько напряжений сдвига (чистый сдвиг). Возникающие при кру­чении. напряжения определяются выражением

М

~ 2T. RH '

где М — крутящий момент;

R — средний радиус; t — толщина стенки цилиндра.

Известно, что соединения клеем ридакс цилиндров из ннзкоугле - родистой стали дают разрушающее напряжение при сдвиге прибли - зитсльно 560 кг/см2. Это соответствует максимальной прочности на срез, которую можно было бы ожидать от соединения внахлестку, если бы напряжения распределялись равномерно.

Рассматриваемое соединение по конфигурации является в сущ­ности соединением встык, но нагруженным на сдвиг при кручении.

Соединения с очень толстыми клеевыми швами (свыше 0,75 мм) можно причислить к разряду соединений с зазорами, так как клей заполняет большой промежуток или зазор между склеиваемыми поверхностями. При этом важно избежать больших внутренних на­пряжений. В таких соединениях следует использовать клеи, густые с большим процентом наполнителей, чтобы снизить коэффициент тер­мического расширения, и нс содержащие летучих, чтобы предотвра­тить образование пустот или пористости.

В соединениях внахлестку толстые клеевые швы нежелательны вследствие увеличения эксцентриситета приложения нагрузки, что связано с возрастанием отрывающих напряжений и снижением прочности соединения на сдвиг. Вместе с тем «зазорозаполняющие» клеи обладают большими преимуществами. Их использование поз воляст выполнять соединения плохо подогнанных деталей, хотя и ослабленной прочности, в то время как другие клеи надежно не скрепляют их, давая почти сплошной «пепроклей» или растрескиваясь в толстой фуге.

Появление конструкций типа сэндвич с применением в качестве сердцевинного материала сот привело к возникновению нового вида клеевого соединения, так называемого «филлет джойнт». Тонкостен­ные металлические соты, например, ие алюминия толщиной от 0,02 до 0,35 мм, позволяют склеивать соты с обшивками по весьма не. болыйой площади их поперечного сечения. Если боковые поверх­ности! стенок ячеек сот не охвачены склейкой, то едва ли удастся получить прочные клеевые соединения обшивки с сотовым материа­лом. Клей должен войти внутрь ячеек, прочно прикрепляя обшивку к стенкам сот. Эффективными являются угловые клеевые швы тре­угольной формы в поперечном сечении (см. гл. VII).

Как было указано, прочность клеевого соединения в большой степени зависит от свойств склеиваемых металлов — модуля проч­ности, пределов текучести и прочности, коэффициента термического расширения, коэффициента Пуассона и т. п. Кроме того, как увидим е главе VI, сам характер подготовки поверхности перед склеива­нием может являться важным и решающим фактором. На практике часто оказывается желательным использование в конструкции спе­циально обработанного и чем-либо покрытого металла. В табл. 34 показаны изменения прочности соединения, которые происходят, когда перед склеиванием дуралюмнн анодируется, а сталь подвер­гается химическому воронению.

Следует иізбегать поверхностей сильно шероховатых. В углубле­ния могут попас ть пузырьки воздуха, что приведет к возникновению ненужных внутренних напряжений, особенно при повышенных тем­пературах.

Когда используют очень хрупкие клеи (с низкой прочностью на изгиб или отдирание) или склеивают очень тонкие металлические элементы, часто желательно механически скреплять края склеивае. мых деталей, чтобы предотвратить всякую возможность начала отрыва у наружных кромок во время сборочных операций или при эксплуатации. В большинстве случаев для этой цели применяют временные или постоянные заклепки и даже точечную сварку.

При выборе формы клеевого соединения следует помнить, что оно лучше всего ведет себя при сдвиге и хуже при неравномерном отрыве. При нагружении на чистый сдвиг вся или почти вся область клеевого соединения сопротивляется силе, которая стремится нару-

шить сцепление, срезать клеи и разъединить склеенные части. С другой стороны, отдирающее усилие концентрирует растягиваю­щее напряжение главным образом вдоль очень узкой полосы клея, расположенной перпендикулярно направлению силы. Таким обра­зом, инженер должен всегда про­ектировать свою конструкцию так, чтобы клеевое соединение ра­ботало (если это возможно) пре­имущественно на сдвиг.

Если же клеевым соединениям придется подвергаться неравно­мерному отрыву, отдиранию, то следует предусматривать меры по усилению этих соединений. Приме­нительно к соединению обшивки с элементом каркаса к числу этих мер относятся: ужесточение об­шивки за счет механических свойств материала или увеличения ее толщины приклеиванием мест­ных накладок, подкрепление заклепками или точечной сваркой, под­бор соответствующей формы поперечного сеченИя элемента кар­каса — смягчение перехода от полки профиля к обшивке.

На фиг. 60 показаны рекомендуемые соотношения геометриче­ских параметров соединения обшивки с элементами каркаса тавро­вой формы — стрингером, нервюрой, лонжероном. На фиг. 61 пока­заны различные профили, приклеенные к обшивке. Из них профили г и д дают прочное при отрыве соединение с обшивкой, остальные — менее прочное. Соединение обшивки с нервюрой типа а является примером конструкции, где не учитывают специфику клеевых соеди­нений.

В клепаных конструкциях обычно применяют стрингеры откры­тых профилей, например _j—-образные (фиг. 61,6), хотя известно, что закрытые профили, например, Y-образные (фиг. 61,с), более устойчивы при продольном сжатии. Препятствием к их использова­нию служили, с одной стороны, трудность обнаружения начала кор­розии в закрытой области, а главное — резкое увеличение числа потребных заклепок. Применение процесса оклеивания 'позволяет с успехом использовать такие профили. Однако при выборе формы профиля лучше сочетать возможность обеспечения устойчивости к продольному изгибу и экономии в весе с достаточно высокой прочностью - на отдирапие обшивки. В самолете «Комета», некото­рых вертолетах и бомбардировщике В-36 в качестве элементов жесткости применены профили типа, изображенного на фиг. 61,(5.

При расчете прочности клееных изделий следует учитывать влия­ние не только различных конструктивных факторов — тип соедине­ния, толщину склеиваемых металлов, длину нахлестки и др., по к производственных — характер обработки поверхности, отклонения от установленного режима склеивания, колебания в свойствах самого клея и т. д, а также с осторожностью назначать величину расчетного напряжения в клеевом соединении. Если провести мас­совые испытания образцов, склеенных клеем одной и той же марки, то полученные результаты обнаружат значительное рассеяние, обыч­но подчиняющееся закону нормального распределения Гаусса. Про­изводственные детали часто имеют клеевые соединения менее прочные, чем соединения, полученные та малых образцах в лабо­раторных условиях.

В табл. 35 приведено соотношение между фактическими значе­ниями прочности при сдвиге на стандартных образцах, склеенных клеем метлбонд, которые получены при испытаниях в различных условиях, минимальными приемочными (контрольными) требова­ниями к клею и расчетными величинами прочности при - сдвиге со­единений внахлестку на этом клее, принятыми авиационной компа­нией Валти (США).

На фиг. 62 показано влияние длительности нагружения на проч­ность клеевых соединений на клее метлбонд [33]. Чем дольше дей­ствует нагрузка и выше температура эксплуатации, тем меньше прочность клеевого соединения.

1 Испытание при температуре 23° и огпосительпой влажности 55+5%.

2 Испытание после выдержки в атмосфере повышенной влажности 95У» при температуре 49° в течение 33 суток.

3 Испытание после обрызгивания соленой водой в течение ЗО суто і.

Примечание. Таблица составлена по данным Ганторпа н Ногля [33].

Фиг 62. Прочность при сдвиге сосдине тип на «лее метлбонд в зависимости от длительности пребывания под нагрузкой в различных температурных уело и х [33 . Образцы ив дуралюміина 24ST толщиной 1,6 лип, длшга нахлестки 38 мм*

Указанные соображения всегда должны быть в поле зрения конструктора, когда он проектирует и рассчитывает конструкцию с применением клеевых соединений металлов