СКЛЕИВАНИЕ МЕТАЛЛОВ

Зачистка клеевых соединений

Когда внешний вид или другие требования обязывают обеспе­чить отсутствие на готовом изделии избыточного клея, обычно реко­мендуется счищать этот. избыток до отверждения 'Клея тотчас после соединения собираемых частей, намазанных клеем. Удаление поте­ков термореактивных «леев особенно трудно после завершения про­цесса их отверждения. Однако до момента полного отверждения клея этот избыток можно легко удалить протиркой тряпкой, смочен­ной соответствующим растворителем, например, использованным в самом клее. Склеенные детали можно очищать также скребками вручную или с помощью механизированного инструмента.

Иногда может возникнуть необходимость полностью очистить металлическую поверхность детали или полуфабриката от отвердев­шего клея. Тогда одним из возможных мет-одов является механиче­ское соскабливание или обдувка песком Замачивание в горячих щелочных растворах размягчает большинство клеев и позволяет легко отодрать или соскоблить слой клея с металла. Для снятия с металлов отвердевших потеков или пленок эпоксидных клеев мож­но применять подогретую муравьиную кислоту. Некоторые фирмы, такие, как Турко Продактс и Оукайт Продактс, выпускают спе­циальные жидкости, растворяющие клеи или облегчающие отслаи вание клеевой пленки от поверхности металла.

Для сохранения клеевых соединений чистыми особенно эффек­тивны предупредительные меры. Слой защитной пленки, наклады васмый на поверхность металла, которая примыкает к склеиваемым участкам и ограничивает площадь склейки, устранит необходи­мость дальнейшей очистки. Для предупреждения образования на говерхности избытка клея полезно накладывать клей экономно. Не следует, однако, злоупотреблять этим, чтобы при недостаточной

опытности не получить после сборки и отверждения «лея «голод­ных» соединений. Клея всегда должно быть (вполне достаточно для того, чтобы он совершенно заполнил все пустоты и зазоры между оклеиваемыми[16] поверхностями. Многие производственники считают наличие слабого равномерного выдавливания в виде незначитель ного вытекания клея по кромкам клеевых швов одним из признаков качественной склейки.

§ 40. Меры предосторожности при работе с клеями

Большинство клеев содержит химикалии и растворители!, кото­рые могут быть вредными, если попадут па «незащищенные руки или лицо рабочего или будут вдыхаться им *. Раздражение кожных по­кровов и заболевание глаз могут быть результатом небрежного об ращения с клеевыми материалами, а также длительного действии паров растворителей и других компонентов клея. Формальдегид, ис­пользуемый в фенольных материалах, изоцианаты в полиуретановых клеях и большинство катализаторов могут вызвать дерматит — вос­палительные заболевания кожных покровов. Многие растворители растворяют жир на поверхности кожи, делая ее излишне сухой, что приводит к растрескиванию кожи.

Поэтому при работе с токсичными клеями, катализаторами или растворителями необходимо соблюдать меры предосторожности. Не­которые операции надо выполнять в резиновых перчатках. При ра­боте с большинством клеев усиленно рекомендуется соответствую­щая мощная вентиляция. Нели случайно вредный материал попа­дает на кожу, то немедленная тщательная промывка водой преду­предит нежелательные последствия. При соблюдении обычных мер предосторожности не может быть вреда.

Меры по технике безопасности должны приниматься на всех эта­пах работы с. клеями, начиная от их приготовления, включая онера-, ции нанесения клея,'отверждения н очистки клеевых соединений

Некоторые из используемых в «леях материалов, особенно рас­творители, являются легко воспламеняющимися. Поэтому при ра­боте с «ими необходимо выполнять общеизвестные требования по­жарной безопасности.

§ 41. Контроль качества склеивания

Многие считают склеивание ненадежным способом соединения по той причине, что в готовом клееном изделии трудно проконтролиро­вать качество клеевых соединений. Опыт промышленного примепе-

имя процесса склеивания металлов яс лает оснований полностью присоединиться к этой точке зрения

Некоторые авторы, например, Мосс [55], соглашаются с трудно­стью контроля клеевых соединений, то высказывают законное сом­нение в том, что контроль точечной сварки или заклепочных соеди­нений намного легче. Известный авторитет в области склеивания. металлов Де-Брюин говорит [45], что ситуация в отношении контро­ля Клеев 'III клеевых соединений не отличается - от существующей для других самолетных материалов: «Мы не требуем неразрушающих испытаний прочности для металлов и довольствуемся тем, что отдель­ные образцы, отобранные от партии металла, имеют требуемые каче­ства». Приведенные высказывания, однако, ни в коей мере не долж­ны умалить важности процесса контроля в производстве клееных изделий.

Широкие 'исследования при опытном производстве каждого ново­го клееного изделия, .всесторонняя проверка его в эксплуатационных условиях, тщательная отработка технологии производства и внима­тельный контроль за соблюдением установленной технологии склеи­вания — гарантии от - неприятных случаев. Контроль должен прони­зывать весь производственный цикл (начиная от исходных материа­лов п кончая готовым изделием.

Выбор марки клея делается в ходе экспериментальных работ что созданию нового изделия, после чего испытания клея в серийном производстве устанавливают лишь его кондиционность и соответ­ствие контрольно-приемочным требованиям. Для этой цели обычно применяют стандартные испытания на сдвиг в комнатных условиях, описанные в § 26 и 27.

Большое внимание следует уделять подготовке склеиваемых по­верхностей к склеиванию. Должны проверяться все операции этой і одготовки, включая проверку химического состава очистительных ванн, времени выдержки, температурных условий и т. д. Пробой на хорошо очищенную поверхность служит равномерное растекание воды по всей поверхности металла (эта проба выполняется, напри­мер, во время ополаскивания деталей шли листов после травления

II Т. II.).

Решающее значение имеет точное выполнение режима склеив а ния. особенно в период отверждения клея в клеевом соединении. Ре­комендуется автоматическая запись важнейших параметров режи ма — температуры, давления во времени.

Практикуют закладку в приспособление для склеивания изделия дополнительной панели шли. отдельных образцов для последующего их испытания. Эти образцы иногда отрезают из припусков детали нли, жертвуя изделием, из самого изделия. Испытания проводят «а сдвиг и на отдир (см. § 26—28). Последнее испытание, предложен­ное в 1947 г. английской фирмой Аэро Рисерч г50 , в процессе склеи­вания клеем ридакс является основным методом контроля очистки склеиваемых поверхностей и условий отверждения клея. Указывает ся, что испытание на сдвиг менее чувствительно к изменениям каче­ства подготовки склеиваемых поверхностей, режима отверждения.

толщины клеевого слоя, нежели испытание на отдирание («пиил-тест»).

Бывали случаи, когда образцы, не обнаруживающие сколько - нибудь заметной прочности на расслаивание, легко выдерживали испытание на сдвиг. Для получения сопоставимых данных по проч­ности на отдир испытания должны выполняться на образцах из одинакового металла и одинаковой толщины. Фирма Бристоль Аэроплейн, например, установила для стандартного образца из дуралюмина ДТД610 толщиной 0,9 мм минимальную норму вы дер живаемой нагрузки в 27,2 кг. Результаты этого испытания не имеют прямого значения в качестве расчетных критериев. Математический анализ испытания склейки на отдир. дал Спис [44]. Указанный ме­тод контроля применяется фирмами Де-Хэвилленд и Бристоль Аэро­плейн в Англии, Фоккер в Голландии и др.

Одним из показателей правильно осуществленного режима от­верждения клея служит цвет клеевого шва. Так, для клея ридакс красновато-коричневый цвет свидетельствует о качественном отверж­дении, слишком светлый — о недостаточной полимеризации, а темно - коричневый или черный — о пережоге и хрупкости.

.Иногда для того, чтобы определить момент достижения клеевым соединением оптимальной прочности, в состав клея в процессе склеи­вания. вводят специальные соединения, вызывающие изменение цве­та клеевого шва во время нагрева. Такие индикаторы вводят, на­пример, в клей «Кемотск». Этот клей, разработанный фирмой Эвтек - тнк Уэлдииг Элойз на основе эпоксидных смол и предназначенный для склеивания металлов, керамических и иных материалов [38], при «акессяии имеет темно-синюю окраску. После полимеризации и достижения соединением требуемой прочности темно-синяя окраска переходит в светло-зеленую. Она указывает на высококачественное'* клеевое соединение. Синяя окраска говорит о недостаточной степе­ни полимеризации, коричневая — указывает на перегрев. Это очень удобный способ контроля, имеющий важное значение при приемке склеенных деталей. Контролер по внешнему виду может тотчас опре­делить качество клеевого соединения.

Во многих случаях о качестве склеивания до некоторой степени можно судить по наличию и величине потеков клея. Обычно клей должен выжиматься по кромкам клеевых швов равномерно и не­много, свидетельствуя тем самым о достаточности нанесенного слоя, подведенного тепла и приложенного давления. Однако здесь нельзя дать общего рецепта, многое будет зависеть от рода клея и выра­ботанной технологии склеивания.

Американская фирма Валти Эйркрафт в производстве клееных металлических изделий придерживается следующих приемов кон­троля [33].

Каждую склеенную деталь осматривают. Особое внимание обра­щают на потеки клея у клеевых швов. С помощью тонкого инстру­мента — щупа пытаются «прозондировать» клеевые швы, отыскивая возможные краевые пустоты. Если обнаруживают, что более 5%

длины клеевых швов имеют краевые пустоты (зазоры, непроклей^ или иные дефекты, то такую деталь бракуют.

Ежедневно запрессовывают из алюминиевого сплава 24ST тол­щиной 1,6 мм клееные панели с длиной (нахлестки 12,7 мм для по­следующей разрезки на три образца для испытаний на сдвиг. Склеи­ваемый материал, клей и условия склеивания те же, что и для вы­пускаемых изделий. Предел прочности при сдвиге для применяемого фирмой клея метлбонд должен быть не менее 176 кг! см2 с когезион­ным разрушением по клею не менее чем на 75% склеенной площа­ди. Этот процесс проверки был регламентирован спецификацией № 20044 Военно-воздушных сил США.

Каждую неделю образцы, подобные образцам для ежедневного ■испытания на сдвиг, закладывают в соответствии с Федеральной спецификацией QQ M-151 на 30-суточнос обрызгивание соленой во­дой. Прочность при сдвиге также не должна быть ниже 176 кг! см?.

Первые производственные клееные детали и агрегаты и 1% по­следующих вскрываются по клеевому соединению дія визуального- осмотра. Клей должен оставаться по крайней мере на 75% всей площади оклейки.

В связи с контрольными испытаниями оклейки на сдвиг, выпол­няемыми при нормальной температуре, следует заметить, '.то в ли­тературе имеются указания [60], согласно которым влияние откло­нений в температурном режиме отверждения - клея и нарушения вре­мени отдельных операций сборки резче выявляется при испытаниях в условиях несколько повышенной температуры (например, 65е), чем при 20°.

Схема контроля, применяемого фирмой Гленн Мартин в произ­водстве клееных с сотовым заполнителем агрегатов управляемого летающего снаряда В-61А «Матадор», показана на фиг. 71.

Холбэк и Бэрридж отмечают [53], что вследствие прекрасной стабильности при хранении клея FM-47, используемого фирмой, он проверяется только один раз — при поступлении на завод.

Получение клееных крыльев и стабилизаторов хорошего каче­ства облегчалось тем, что наряду с жидким клеем FM-47 - в каче­стве грунта применялась пленка из этого же клея с марлевой тканью в качестве основы. Это позволило избавиться от сплошного - контро­ля прочности соединений обшивки с сотами. и ограничиться выбо­рочным контролем.

Другим фактором, благоприятным для инспекции, являлся боль­шой запас прочности качественных соединений на выбранном клее. Вместо 176 кг]см2 прн сдвиге согласно спецификации Мил-А-8331 клей FM-47 дает 280 кг/см2, т. е. на 60% больше.

Контроль процесса склеивания, практикуемый фирмой Гленн Мартин, основан на тщательной проверке операции каждого этапа технологического процесса (/, II, III по схеме па фиг. 71) и сопро­вождается некоторыми испытаниями готовой продукции (/V). Зна­чение инспектирования этапов / и II обусловлено тем, что склеи­ваемые детали здесь доступны для осмотра, в то время как после - сборки эта возможность почти полностью утрачивается. Следует, в

частности проверить, не слишком ли большой промежуток времени был после сушки очищенной поверхности перед нанесением на нее клея. При контроле этапа сборки «и отверждения клея следует обра щать внимание на то, чтобы требуемые давления и температуры были созданы именно в клеевых швах. Для этой цели используют термопары, иногда оставляемые в изделии, и указатели давления — тарировочные пружины н пр.. обычно вмонтированные в сборочно - прессовое оборудование. Первые экземпляры нового изделия под­вергают поверочным испытаниям для - выяснения иравилыгост і при­нятой технологии, подбора оснастки и пр. Обшивку сдирают и ос матривают клеевые соединения. Проводят прочностные испытания клеевых соединений на образцах, вырезанных из изделия, а также статические испытания. всего изделия.

Когда процесс -производства налажен, такие поверочные испыта­ния («тул квалифнкэйшн тест») выполняют лишь эпизодически при изменении конструкции изделия, оснастки, или технологического режима или периодически для I % изготовленных изделий.

Обычный систематический контроль готовой продукции (этап /I по схеме на фиг. 71) включает в себя наряду с визуальным осмот­ром, контролем формы и размеров изделия, просмотром фактиче­ских параметров режима склеивания, простукиванием и испытанием вакуумом также и испытания, связанные с местным повреждением изделия, — испытания на отрыв обшивки. Подробнее о последних видах испытаний, специфических для сэндвичевых конструкций и применяемых, в частности, фирмой Норт Америкэн, сказано в § 45. Если заіюд выпускает продукцию, устойчивую по качеству, то объем контрольных испытаний, особенно портящих изделие и требующих последующей заделки повреждений, сокращается.

В настоящее время еще не созданы удовлетворительные способы контроля прочнее I и. клеевых соединений без их разрушения, о чем уже упоминалось в § 29 Исследования к этом направлении продол­жаются

Значительно лучше обстоит дело с неразрушающ гми способами контроля качества склеивания, способами обнаружения такого рас­пространенного и опасного дефекта, как «пепроклей».

В печати сообщалось ЗЬ, что французское самолетостроитсль - кое общество SNCASO применяет ультразвуковой контроль « про­изводстве многоцелевого самолета «Вотур», в конструкции которо­го широко использовано склеивание металлов.

Нели оклейка качественная и: обеспечивает сплошность контак­та, поток ультразвуковых волн может беспрепятственно проходить через склеенные материалы и клеевой шов. Если в клеевом соеди - ении имеется дефект хотя бы в виде тончайшей прослойки воздуха, то попадающие туда волны будут отражаться, сигнализируя о на­личии дефекта.

При разработке метода кош роля и соответствующей аппаратуры необходимо подобрать конструкцию, а также расположение излуча­теля колебаний и устройств, воспринимающих ответные сигналы и частоту волн, так, чтобы получить их достаточную проницаемость, и

нужных случаях отражаемость, обеспечить возможность установ­ления размеров дефектного участка и отсутствие вредного воздей­ствия применяемых колебаний или волн на физико-механические свойства испытуемого изделия.

В технике широко применяются два рода ультразвукового кон­троля. Одни способы предназначены для обнаружения внутренних дефектов в однородных материалах. Они неудобны или непригод­ны для контроля клееных конструкций, так как требуют свободного доступа элементов испытательной аппаратуры с двух противополож­ных сторон обследуемой части конструкции и, кроме того, часто вы­зывают необходимость погружения в жидкость. Другие способы попользуются для проверки «глухих стсн» и изделий, к которым имеется доступ лишь с одной стороны. Такого рода инструменты основаны на принципе отражения импульсов энергии.

Именно на этом принципе работает созданный французской са - молетостронтельной компанией SNCASO совместно с обществом по применению ультразвука испытательный ультразвуковой резонанс­ный аппарат «Аэрозоник Тестер». Прибор позволяет определять де­фекты менее 2 см3 в склеенных металлах общей толщиной от 1,2 до 30 мм. Прибор питается переменным током напряжением 90/240 в и частотой 50/60 гц. Аппарат обладает достаточно широ­ким диапазоном частоты, причем последняя может изменяться не­прерывно без смены контактора {«щупа»). Точность работы прибора и его «избирательность» пе зависят от контактного давления щупа. Аппаратура действует безотказно в атмосфере повышенной влаж­ности и при температуре до 60°.

Для контроля качества приклейки обшивки к пластмассовым или металлическим сотам, а также для контроля клеевого соединения и сцепления металла с пенопластом в полых лопастях воздушных вин­тов самолетов и вертолетов физиками Исследовательского института в Стэнфорде в Калифорнии (США) разработан прибор «Стаб Me тер» [70].

Пьезоэлектрический вибратор, подключенный к измерительной аппаратуре, прикладывается к поверхности проверяемой сэндвичевой конструкции. Реакция изделия превращается прибором в электриче­ский сигнал, сообщающий о наличии или отсутствии на обследуемом участке хорошей связи между металлом обшивки и сердцевиной. Испытатель рассматривает изображение па экране осциллографа. Отклонение от картины, свойственной качественной панели, свиде­тельствует о неудовлетворительной склейке. Указывается, что данный прибор, помимо обнаружения «непроклея», сможет достаточно точно предсказывать механическую прочность соединения. Прибор может быть построен в форме, позволяющей использовать его не только в лабораторной обстановке, но и в полевых условиях.

Авиационная фирма Дуглас (Калифорния, США) установила возможность проверки качества приклейки обшивки к сотам в сэнд - Еичевых панелях с помощью резонансного испытания с применением зерен песка, насыпанных на поверхность клееной панели [37]. Была построена установка, состоящая из генератора звука (подобного электронной трубке электрического органа) и трубы с обращенным кверху широким раструбом или рупором, на который через спе­циальные опорные прокладки, кладется испытуемая панель. Частота волн, генерируемых источником звука, могла доходить до 50 ООО гц, что далеко выходит за пределы слышимости человеческого уха. В опытных работах зерна песка брались шести различных размеров и окрашивались в разные цвета, однако было установлено, что раз­мер зерен не сказывается существенно на результатах испытания. При включении генератора и постепенном изменении частоты зву­ковых волн (обычно лучше начинать с частоты порядка 20 ООО пе­риодов в сек.) зерна песка начинают двигаться по поверхности па­нели и «скатываются» с тех мест, под 'Которыми соты «е приклеены к обшивке панели. Когда эти области были очерчены мелом, а па­нель затем разрезана, то оказалось, что меловые пометки совпадали с границами «непроклея».

До сих пор в практике склеивания наряду с указанными объек­тивными методами контроля «непроклея» применяют. простой, IHO субъективный способ простукивания на слух приклеенных обшивок, полагаясь на искусность, внимательность и добросовестность контро­лера.