Размещено на http://www.allbest.ru/

Проектирование сварных, клеевых и клеесварных соединений

Сварные соединения

С появлением стальных и титановых конструкций каркаса толщины обшивок значительно уменьшились. Для того чтобы такая обшивка не теряла устойчивости между точками ее соединения с каркасом, необходимо значительно увеличить число заклепок. Расчеты показали, что при замене панелей из Д16Т на равнопрочные им по устойчивости панели из титанового сплава ВТ14 потребное число точек соединения на 1 м² поверхности панели увеличивается примерно в 100 раз, а при замене на панели из стали СН4 - в 200 раз. Если на обычном пассажирском самолете с обшивкой из сплава Д16Т число точек соединения обшивки с каркасом составляет примерно 900 тыс., то при переходе на титановые сплавы и стали их количество может дойти до десятков и сотен миллионов на изделие, что совершенно недопустимо из-за роста затрат и уменьшения надежности.

сварной шов клеевой

Поэтому в титановых и стальных конструкциях неизбежен переход с точечных (заклепочных) соединений на сплошные, выполняемые аргонно-дуговой сваркой, в том числе со сквозным проплавом, плазменной и электроннолучевой, а также находящейся в стадии освоения диффузионной сваркой в вакууме.

Недостатком сварки являются остаточные напряжения в сварном шве. При сварке сложных узлов эти напряжения приводят к поводке конструкции. Рассчитать заранее величину поводок невозможно. Напряжения снимаются последующей термообработкой, но форма остается искаженной, и конструкцию надо править. Учитывая вышеизложенное, при проектировании сварных конструкций надо соблюдать следующие требования:

1) сварные швы должны быть симметричными. Для этого два сварщика сваривают изделие одновременно с двух сторон;

2) не следует применять одновременно различные виды сварки на одном и том же узле;

3) во избежание появления трещин нельзя допускать концентрацию нескольких сварных швов;

4) необходимо предусматривать технологические зазоры на расширение материала при нагреве (рис.12.1);

5) при сварке встык следует предусматривать меры предосторожности для предотвращения протекания материала при проплавах. На рис 12.2, б показан способ сварки с применением медного кольца, которое потом может быть сточено. На рис 12.1, б приведено конструктивное решение, при котором проплав предотвращается буртом на цилиндре;

6) из условия равнопрочности необходимо увеличивать сечение в зоне шва. Так как _в.ш=(0,7…0,9)_в.осн, то F_ш/F_осн=_в.осн /_в.ш. Расчет на прочность в зоне сварного шва можно проводить как для обычного материала, но с учетом ослабления;

7) не следует размещать отверстия вблизи шва, так как это ведет к дополнительной концентрации напряжений и к появлению трещин;

8) необходимо учитывать возможность подхода для сварки (12.3, а), предусматривать расстояние от свариваемых деталей до болтов и гаек, как

показано на рис. 12.3, б; расстояние от оси болта (гайки) до свариваемой детали должно быть не меньше диаметра гайки;

9) из-за поводок конструкции окончательную механическую обработку мест сопряжения сварного узла с другими элементами конструкции надо

Рис.12.5. Усиление сварного узла: а - плоской косынкой; 6 - двойной криволинейной косынкой; в - прорезной косынкой

проводить после сварки (рис. 12.4). Резьбу нарезают до сварки, после сварки ее калибруют, что должно быть отмечено на сварочном чертеже. Антикоррозийное покрытие проводится после сварки;

10) при сварке узлов из труб, а также форменных трубчатых конструкций для усиления соединения рекомендуется приваривать косынки (рис. 12.5). (С помощью косынок увеличивают длину сварного шва, работающего на срез.);

11) при сварке труб, сечения которых нельзя увеличить в зоне сварного шва, рекомендуется делать косой шов (рис. 12.6, б и в) для уменьшения ослабления сечения и увеличения длины шва, работающего на срез;

12) размеры и форма подготавливаемых к сварке деталей, а также выполненных швов должны соответствовать указанным в руководящих технологических материалах;

13) сварные швы на чертеже обозначают по ГОСТу в соответствии с ЕСКД.

Материалы сварных конструкций

Материалы, применяемые в самолетостроении, обладают различной свариваемостью. Хорошо свариваются малоуглеродистые стали 20 и 25, легированные стали ЗОХГСА и ЗОХГСНА, жаропрочные стали, алюминиевые сплавы АК, АМц, АМг, АЛ9, титановые сплавы ВТ14, ВТ22, никелевые сплавы типа ЭП99 и др.

Удовлетворительной свариваемостью обладают магниевые сплавы, алюминиевый сплав АЛ8. Не сваривается сталь 45.

Сварные узлы из легированной стали ЗОХГСНА, нашли широкое применение в таких элементах конструкции шасси, как цилиндры и штоки амортизаторов, траверсы, рычаги, вилки и полувилки, подвески колес, тележки и др. В настоящее время в этих конструкциях начали широко использоваться титановые сплавы ВТ14 и ВТ22. Эти сплавы обладают хорошей свариваемостью и, обеспечивая такую же прочность и жесткость, как детали из 30ХГСНА, позволяют уменьшить массу на 15…20 %. Это объясняется высокими значениями их удельной прочности _в и удельной жесткости . Но так как у 30ХГСНА _в=160 даН/мм², а у ВТ22 _в=110…120 даН/мм², то сечения элементов из ВТ22 получаются больше и требуют больших объемов для размещения.

Условия прочности сварного шва

Условие прочности сварного шва, выполненного встык (рис.12.8), имеет вид

(12.1)

где b - длина сварного шва; - толщина свариваемых материалов; Р - растягивающая сила; = 0,9.

Сварной шов, выполненный под углом = 45⁰ (см.рис.12.8, б) имеет одинаковую прочность с основным материалом. Напряжение в сечении I - I определяют, принимая = 1, т.е. =P/(b)_в.

Соединение внахлестку (рис.12.9) выполняют угловыми швами. Недостатком таких соединений является повышения концентрация напряжений, обусловленная моментом М=Ра, возникающим из-за искривления потока действующих сил. Это ограничивает применение швов внахлестку в особо ответственных узлах с высоким уровнем напряжений. Величина нахлестки должна быть не менее 4. Лобовые и фланговые швы при растяжении (сжатии) рассчитывают из условия среза шва по гипотенузе, длину которой принимают равной 0,7k, где k - длина катета сварного шва (рис.12.10). Условие прочности соединения записывается в виде

(12.2)

где l - суммарная длина швов (l = l₁ + l₂ +….+ l_n); _в=0,6_в - временное сопротивление срезу для основного материала; = 0,7….0,8.

При расчете величину катета сварного шва можно принимать k = . При сварке деталей разной толщины за принимается наименьшая толщина. Из условия прочности при сварке выпуклых днищ с телом бака, работающего на внутреннее давление, на днище рекомендуется выполнять цилиндрическую часть высотой h (рис.12.11, а). При соединении днища и оболочки корпуса разной толщины встык предпочтительно, чтобы их срединные поверхности являлись одна продолжением другой (рис.12.11, б); хотя и допускается также смещение внешних и внутренних поверхностей.

Клеевые соединения

В современных авиационных конструкциях клеевые соединения находят все более широкое применение, этому способствует появление новых высокопрочных, термо- и влагостойких клеев.

Параметры клеевого соединения

Основные параметры клеевого соединения выбирают из условия равнопрочности склеиваемого листа и клеевой пленки (рис. 12.12.). При работе клеевого соединения на разрыв условие равнопрочности запишется в виде Р_кл=Р_л

(12.3)

где b - ширина листа; - толщина листа; а - длина склейки (длина нахлестки); _в.кл - временное сопротивление клея сдвигу; _в.л. - временное сопротивление разрыву.

Из записанного равенства получаем следующее соотношение

(12.4)

При работе склеиваемых листов на сдвиг на длине b под действием распределенных сдвигающих усилий q (рис. 12.13) условие равнопрочности запишется в виде

_в.л b = _в.кл bа,

где _в.л - временное сопротивление сдвигу листа; _в.кл - временное сопротивление сдвигу клея, или

(12.5)

При склейки внахлест передача сил происходит с эксцентриситетом , это снижает сопротивление усталости соединения. Возникающий в зоне передачи сил местный момент М = Р снижает прочность клеевого соединения, особенно при циклических нагрузках. Чтобы избежать этого, применяют склейку на ус, при которой сила передается более равномерно, а также увеличивается длина склейки.

Расчет клеевых соединений

Рассмотрим работу соединения на ус при растяжении силой Р (рис. 12.14). Разложим силу Р_кл на касательную к плоскости склейки Т и нормальную к плоскости склейки N

Т = Р_кл cos; N = P_кл sin. (12.6)

Выражения для силы Т и N можно записать в виде

(12.13)

Из двух условий (12.11) и (12.13) выбирают наименьшее значение угла для получения равнопрочной конструкции.

Клеесварные соединения

Клеесварные соединения - это соединения, выполненные точечной электросваркой, у которых в промежутках между сварными точками находится клей. Клей наносят до сварки или после нее (сварка по клеевой пленке стала возможной только в последние годы, после получения клея, не препятствующего прохождению тока).

Ключевые слова и выражения

Сварные конструкции, остаточное напряжение, поводка конструкции, косынка, свариваемость, соединение встык, соединение внахлестку, клеевые соединения, герметичность соединения, условие равнопрочности, клеесварные соединения.

Литература

Войт Е.С., Ендогур А.И., Мелик-Саркисян З.А., Алявдин И.М. Проектирование конструкций самолетов. М.: Машиностроение, 1987. Стр. 50-58.

Размещено на Allbest.ru