СКЛЕИВАНИЕ МЕТАЛЛОВ

Подсушивание нанесенного клея перед соединением склеиваемых деталей

Многие клеи содержат значительное количество растворителей,! особенно клеи, которые' наносят пульверизацией, намазывают кистью или наносят обмакиванием. Если растворитель остается в клеевом слое во время сборки склеиваемых частей и последую­щего отверждения, он часто может привести к образованию соеди-J нения с недостаточной прочностью. При разрушении таких деталей по склейке можно увидеть внутри клеевого шва маленькие углуб­ления и поры, обязанные своим происхождением летучим состав­ляющим клея. Эти полости являются местами концентраций внут­ренних напряжений, особенно если давление паров летучих компонентов, преимущественно растворителей, относительно высоко. Таким образом, перед сборкой детали желательно удалить из клее­вого слоя большую часть растворителя.

Обычно для этого нужен короткий период сушки <на воздухе. Технологи рекомендуют время сушки на воздухе в один час или меньше. Опыт работы с клеями, содержащими растворители, напри­мер, НАА «Хай-Темп», и другими клеями на основе фенольных смол показал, что сушка она воздухе клеевых покрытий, нанесенных на сочленяемые детали, в течение нескольких недель не ухудшает характеристик клеевых соединений изделия. Диалогичное положение имеет место и при нанесении эпоксидных клеев, например, клея аральдит 1.

§ 38. Отверждение клея в соединении

Температура, давление и время, необходимые для отверждения клеевого шва, будут различными для разных клеев (см., например, табл. 2 и 37). Для данного типа клея эти параметры будут зависеть от системы примененных катализаторов и конфигурации соединения

Указанные параметры режима склеивания, конечно, в большой степени зависят друг от друга. Более низкая температура отверж цения потребует более длитель­ного времени нагрева и т. п.

Эта зависимость иллюстрирует­ся на примере клея аральдит I в табл. 39. Обычно рекоменду­ют оптимальные условия от­верждения для данного кон­кретного случая.

Применяемые методы нагре­ва и давления в процессе склеи­вания металлов весьма разно­образны. Производственные возможности и конфигурация (размер и форма) склеиваемых фиг (55 Печь для полимеризации клея

элементов, несомненно, являют - аральдит 1, применяемая и производстве

ся ограничивающими фактора - клееных агрегатов самолета «Вшур».

ми. Самые удобные источники

тепла — нагревательная камера или печь, обогреваемая газом или электричеством (фиг. 65). Для деталей больших габаритов имеющие­ся печи могут не подойти по размерам. В таких случаях используют инфракрасные лампы, контактные нагреватели, горячие утюги, похо­жие на портновские, или даже паяльные лампы и кислородные го­релки.

Инфракрасные (тепловые) лампы особенно выгодны в производ­ственных процессах, где применяют ленточный конвейер. Детали могут в этом случае проходить с заданной скоростью через туннель, , обогреваемый инфракрасными лампами.

При контактном электронагревс ленту нагревателя из металла* обладающего высоким электросопротивлением, уложенную сплошь зигзагообразно или по контуру склейки, помещают в непосредствен­ной близости к соединению и нагревают переменным током. Этот, метод очень прост и удобен: его можно применять при ремонте в полевых условиях н при склеивании в местах, не доступных для нагревательных ламп или других источников тепла.

Примечание. Перечисленные клеи как типичные исследовались в Мэдиссонской Лаборатории лесных материалов совместно с НАКА при установлении влияния температур на прочность клеевых соединений метал­лов (см. § 19).

Встречается небольшое видоизменение в описанном методе кон­тактного иагрева, которое заключается в замене полосы металла проволоками высокого сопротивления, например, нихромовыми, хро - мелевыми и т. п. Очень тонкую проволочку можно заделать в клее­вой шов соединения и после завершения отверждения выступающие концы отрезать заподлицо. Известно, что в Германии перед второй мировой войной применяли для этих целей очень тонкую проволоч­ную сетку, обрезанную до нужных размеров л заделанную в клее­ной шов.

Иногда применяют в качестве источника тепла накидки или чехлы с элсктрообогревом, но они относительно дороги. Диэлектрик
ческий или высокочастотный нагрев --широко используют при прессо вании слоистых пластиков и при склеивании древесины, но известно только несколько случаев применения его при оклеивании металлов. Высокочастотные генераторы очень дороги. Для получения хороших результатов обязательно требуется солидный опыт работы я слож­ные зажимные устройства.

Возможность использования этого метода для приклеивания силовым клеем металлических распознавательных пластинок к тру­бам разного диаметра рассматривается в настоящее время отрасля­ми промышленности, нуждающимися в идентификации •конструкций, работающих при температурах порядка 120° в выше, при 'которых не, конст-рукционные клеи, упо­треблявшиеся їв подобных слу­чаях, становятся неприемлемы­ми.

Портативный высокочастот­ный прибор для склеивании, пи­таемый переменным током на­пряжением 110 е, был усовер­шенствован американской фир­мой «Плайвуд». Применение этого прибора для отверждения клея напоминает процесс точеч ной сварки, так как оклеивание осуществляется не сразу но всей площади склейки, а отдельны­ми, сравнительно небольшими, участками.

Большинство из этих методов нагрева требуют применения внешнего давления

Зажимание склеиваемых деталей струбцинами, пружинными за­жимами, болтами с установкой прокладок для равномерного рас­пределения давления, запрессовка естественными грузами — вое эти способы обычно приемлемы. На фиг. 66 показано приспособление для приклеивания стрингеров к обшивке с «механическим» зажим пым устройством, загружаемое в нагревательную печь. Указывает­ся [36], что в этом случае сборочные приспособления должны быть максимально легкими, чтобы свести к минимуму нагреваемую массу. Кроме того, они должны быть сконструированы так, чтобы не пре­пятствовать термическому расширению склеиваемых деталей. Фор­ма зажимных устройств определяется конструктивными особенно стями соединяемых частей изделия.

Вакуумный метод наложения давления при склеивании широко практикуется в отраслях промышленности, занимающихся изготов­лением сложных деталей. На собранную деталь, которая должна отверждаться под давлением, надевают резиновый или винипласто - р. ый мешок, затем воздух из метка выкачивают вакуумным насо­сом через обод прикрепленного к мешку клапана. Вместо мешков или камер используют также «одеяла» или нак їдкиї.

Соответствующим вакуумным насосом можно достичь перепада давления в 0,9—1,0 кг/см2. Применяя специальные приемы передачи атмосферного давления на склеиваемую поверхность — локализацию давления, добиваются более высокого удельного давления запрес­совки. Определенным недосгатком этого метода является относи­тельно короткий срок службы гибких резиновых или пластмассовых мешков, камер и накидок, особенно при высоких температурах отверждения.

Можно применять автоклаїв одни или сочетая его с. вакуумным мешком (фиг. 67). В последнем случае создаются лучшие ус ювия

для удаления летучих, чем когда применяют только внешнее давло нис от сжатого воздуха. На фиг. 68 изображена схема приклеивания гофра к обшивке комбинированным (вакуумно-автоклавным) спосо бом на заводе английской фирмы Бристоль Аэроплейн. Пар или горячий воздух пропускают в автоклав; давление его регулируют. Автоклавы, используемые для отверждения клеев и пластиков, напоминают автоклавы, применяемые. в больницах для стерилиза­ции. по имеют большие габариты и более сложную конструкцию.

На фиг. 69 показан внешний вид автоклавов, используемых для склеивания металлических агрегатов размерами до 1200X3000 мм. Фирма Фостер, Уэтс энд Том в Блэкборнс (Англия) приступила к выпуску новых автоклавов, предназначенных для склеивания крупногабаритных агрегатов [71]. Склеиваемые агрегаты на тележке или монорельсе могут загружаться с одного , конца автоклава, а склеенные агрегаты выгружаться с другого конца.

Общая длина автоклаиа.......................................... ......................... 12,4 м

Внешний диамеїр................................... . 2,8 „

Наибольшая ширина автоклава в двери. . . 3,7 „

Длина внутреннего рабочего пространства 10,7 „

Диаметр рабочего пространства............................................................. ‘>,4. „

Іолішй вес......................................................... .............................. 59 т

Максимальное рабочее давление сжатого воздуха. . 14 am

1—-автоклав, наполненный сжитым воздухом, 2—вакуум год резиновой диафраг­мой. 3—внешняя обшивка, 4—ограничительная установочная планка, 5—участки поверхности обшивки, приклеиваемой к гофру, 6—резиновая диафрагма. 7—гофр, Я—термопара, 9—винтовой зажим. 10—прижимная полоса. II—вкладыши, передаю­щие давление диафрагмы на гофр и предотвращающие искажение его формы. 12—криволинейная опорная пластина. 13—элекгронагрсв.

Фиг. G9. Автоклавы1, применяемые фирмой Бристоль Аэроилейн для склеи­вания металли іеоких панелей.

Прессы с плоскими плитами и пресс-формы, нагреваемые элек­тричеством или паром, часто очень полезны, особенно когда нужно изготовить большое число плоских или с небольшой кривизной дета­лей. Различные типы таких прессов широко используются для 4 склеивания плоских панелей довольно тонкого поперечного сечения.

Гидравлический пресс с плитами, обогреваемыми паром и охлаж­даемыми водой, показан на фиг. 70. С помощью таких прессов [59J можно склеивать и детали, выходящие за границы плит пресса, при­меняя последовательно операцию склеивания с некоторым перекры-

тисм по длине, что, попиди-мому, в случае, например, использования клея ридакс, не ухудшает качества соединения. Помимо прессов с широкими плитами, имеются и так называемые «кромочные» прес­сы для приклеивания длинных узких деталей (например, длиной до 5,5 м).

Лист резины, лучше всего силиконовой, помещаемый межд де­талью и по крайней мере одной из двух нагретых плит, выравнн вает давление по всей поверхности склейки.

Там, где используют сравнительно низкие температуры отверж­дения, например, ниже 100°, можно применять запрессовку с по­мощью резиновых полос, обтягивающих деталь, особенно если тре­буется только малое или контактное давление. Можно воспользо­ваться также обклеиванием липкими лентами (скотч тэип), если требуется лишь контактное давление, как, например, для большин­ства клеев на эпоксидной основе, и если хотя бы одна из склеивае­мых частей имеет небольшие размер и все. Усадка во время нагре-

ваыия целлофана — подложки липкой пленки — дает требуемое не­большое давление.

По свидетельству Де-БрюИ'На, английского специалиста в обла­сти склеивания, побывавшего в 1953 г. более чем на 40 авиацион­ных заводах и институтах США, в американской практике наиболь­шее распространение получили вакуумный и автоклавный способы склеивания, в то время как в английской практике широко приме­няются гидравлические прессы [45 .

Сравнительные данные, приведенные в табл. 40 л 41, показы­вают, что при условии хорошо отработанной технологии склеивания различные способы приложения давления дают близкие, практиче­ски равноценные результаты.

Из возможных методов контроля температуры при склеивании одним из самых распространенных является измерение термометра­ми, особенно когда склеиваемые детали находятся внутри нагрева­тельной камеры, лечи, автоклава. Термопары, расположенные в не­посредственной близости1 к клеевому шву, иногда даже заделанные в - него, также применяют в сочетании е потенциометрами. Самопис цы потенциометров обеспечивают непрерывную запись фактическою температурного режима при склеивании. Пирометры, термометры на поверхности и даже температурочувствительные краски и мелки полезны для измерения температуры поверхностей склеиваемых ме­таллических элементов, плит прессов, форм и другого *клсилыто-за - нрессовочного оборудования.

В заключение приведем несколько советов, касающихся техники склеивания в том случае, когда применяют клеи, выделяющие в про цессе нагрева при отверждении летучие, и когда соединяют детали из материалов с неодинаковыми коэффициентами термического рас­ширения.

Фирма Гленн Мартин при склеивании агрегатов управляемого снаряда «Матадор» применяет клей FM-47, содержащий раствори тели и летучие компоненты. Клей, нанесенный на соединяемые по­верхности, - предварительно подсушивают при комнатной температуре

и затем при температуре 107° в течение одного часа [53]. В со­бранных деталях клей отверждается при температуре 150°. Идеаль пый цикл отверждения должен состоять -из:

1) нагрева до 150° при контактном давлении;

2) операции мгновенного спуска давления («дыхания»), способ­ствующей удалению всех остатков летучих;

3) наложения вновь давления, достаточного для обеспечения сплошности клеевого слоя in получения клеевого шва требуемой толщины;

4) выдержки при этом давления и температуре 150° в течение 30 мин.

Практически применяют одинаковое давление в начале и конце цикла склеивания (1 кг/см2 для приклеивания обшивки к сотам и 7 кг/см - для склеивания монолитных деталей), но с сохранением операции «дыхания». Для осуществления этой операции удобен ва­куумный способ запрессовки.

Если склеиваемое изделие состоит из материалов с различными коэффициентами линейного расширения, а необходимо получить из­делие с минимально возможным искажением формы, то лучше при­менять клеи, не требующие подогрева, .или проводить процесс от­верждения при невысокой температуре за счет более длительного времени склеивания (разумеется, не в ущерб требуемой прочности соединения) Если все-таки приходится употреблять клеи с высокой температурой отверждения, то распрессовку изделия — снятие дав­ления — следует производить после охлаждения изделия до извест­ной степени, например, до 90° в случае склеивания клеем ри дакс [57]. Эта рекомендация имеет значение и с точки зрения пре­дотвращения повреждения склеенного изделия — при охлаждении до комнатной температуры прочность клеевого соединения, почти как правило, возрастает.

Даже в том случае, когда в клееном изделии применены мате­риалы с одинаковыми коэффициентами линейного расширения, иногда при охлаждении приходится принимать меры предосторож ности против искажения формы или повреждения изделий. Эти меры заключаются в основном в замедлении охлаждения склеенного изделия. В противном случае части изделии, имеющие более тон­кое поперечное сечешга, меньшую массу и большую поверхность, остынут скорее, чем другие. В результате в клеевых швах возник­нут внутренние напряжения и нарушатся контуры изделия, анало­гично тому, как это может иметь место при оклеивании материа­лов с различными коэффициентами термического расширения.