Преимущества клеесварных конструкций

Клеесварные конструкции можно изготовлять из магниевых, алюминиевых и титановых сплавов, а также из сталей всех типов. Анализ применения клеесварных конструкций в различных отраслях за период 1960…1980 гг. показал, что наибольшее применение находят конструкции из алюминиевых сплавов. Они составляют более 95% общего объема клеесварных конструкций.

Из всех методов изготовления клеесварных конструкций наиболее широко применяют контактную точечную сварку.

Клеесварные соединения, выполняемые методом контактной точечной сварки, практически равноценны сварным по производительности, степени механизации процесса и его экономичности. Кроме того, они сохраняют такие положительные качества клеевых соединений, как герметичность и равномерное распределение напряжений по сечению сварного соединения. При нагружении клеесварного соединения клеевая прослойка воспринимает часть напряжений, разгружая сварную точку. Такое перераспределение напряжений уменьшает их концентрацию у границ сварной точки, что приводит к повышению прочности конструкций.

В то же время наличие в клеевом шве местных, достаточно часто расположенных жестких связей в виде сварных точек, устраняет серьезный недостаток клеевых соединений — низкую работоспособность при неравномерном отрыве.

Клеесварные соединения по сравнению с обычными методами соединения, например, механическим креплением, сваркой или склеиванием, имеют следующие преимущества:

1) более высокую циклическую прочность, что объясняется более равномерным распределением напряжений вокруг сварных точек благодаря наличию клея;

2) снижение стоимости производства по сравнению с процессом склеивания, так как не требуется применение дорогостоящих автоклавов. Сварные точки в клеесварном соединении выполняют роль прижимов, фиксирующих соединение, поэтому не требуется применение чрезвычайно сложной и дорогостоящей оснастки;

3) обеспечиваются более благоприятные условия труда по сравнению с операциями сверловки и клепки;

4) коррозионная стойкость клеесварных соединений значительно выше, чем точечных сварных соединений;

5) автоматически достигается герметизация сварных швов, тогда как при механическом креплении необходима дополнительная операция герметизации;

6) легко обеспечивается требование получения аэродинамически гладких поверхностей, в то время как при механическом креплении обеспечение этого требования часто является сложной проблемой;

7) напряжения в соединениях меньше и распределяются более равномерно.

Эффективность применения клеесварных соединений обусловлена рациональной конструкцией узла с клеесварными соединениями, выполненного с учетом конкретного назначения и режима эксплуатации; обоснованным выбором клея для данной конкретной конструкции с учетом технологии ее изготовления; применением оптимальных методов подготовки поверхности под сварку и склеивание; обеспечением строгого контроля всех технологических процессов изготовления клеесварных соединений (подготовки поверхности, сборки, сварки, склеивания, нанесения защитных покрытий).

Затруднения в процессе внедрения в производство клеесварных соединений и их эксплуатации были вызваны тем, что часть из перечисленных требований отвергалась или не учитывалась в должной мере при проектировании изделий. Причем основная часть затруднений была вызвана применением принципиально неправильной технологии подготовки поверхности и нерациональным выбором клеев. Клеесварные соединения в конструкциях можно принципиально выполнять тремя способами:

сваркой по ранее нанесенному на сопрягаемые поверхности жидкому или пастообразному клею;

нанесением жидкого клея после сварки в зазор сварного соединения;

сваркой по пленочному клею.

Первый способ изготовления клеесварных соединений обеспечивает возможность применения практически всех клеевых композиций (за исключением пленочных и небольшой части других), облегчает механизацию нанесения клеев и исключает образование непроклеев. Недостатки этого способа связаны с тем, что клеевая прослойка обычно выдавливается с контактной площадки деталь-деталь неравномерно. В центре контакта она остается и при пропускании импульса тока сгорает, что приводит очень часто к образованию таких дефектов, как поры, рыхлоты, трещины и т.д. Кроме того, в процессе изготовления узла свойства нанесенного под нахлестку клея меняются, в частности резко повышается вязкость клея, растет контактное сопротивление и соответственно ухудшаются условия сварки, что обусловливает необходимость жестких ограничений допустимого времени сварки узла. Последнее обстоятельство часто исключает возможность применения сварки по клею для крупногабаритных конструкций.

Второй способ изготовления клеесварных соединений более технологичен, особенно при изготовлении крупногабаритных конструкций, поэтому нашел наибольшее применение при изготовлении клеесварных конструкций. Однако нанесение клея под нахлестку после сварки под действием капиллярных сил не является универсальным способом изготовления клеесварных соединений для конструкций любой геометрической формы. Этот способ может быть применен только для соединений, величина нахлестки у которых не превышает 30 мм и, как исключение, до 40 мм. Кроме того, для заливки можно применять лишь строго ограниченное число клеев, имеющих низкую вязкость в момент приготовления. Обычно допустимое время нанесения клеев под нахлестку не превышает 30 мин с момента их приготовления. После этого срока клеи для нанесения после сварки не пригодны.

В 1978 г. в США предложен новый способ нанесения клеев под нахлестку после сварки [Пат. 3.967.091 (США)], характеризующийся тем, что после точечной сварки слой клея наносят вдоль края нахлестки и для интенсификации процесса деталь (или узел) помещают в печь. При нагреве клей растекается и под действием капиллярных сил заполняет зазор под нахлесткой. Применение нагрева для снижения вязкости клеев перед нанесением позволяет расширить номенклатуру клеев, используемых при этом методе изготовления клеесварных соединений. Клеи, которые невозможно ввести под нахлестку после сварки традиционными методами нанесения при использовании кратковременного подогрева до 60…100 с, вполне удовлетворительно заполняют нахлестки шириной до 18 мм. При этом процесс введения клеев с подогревом совмещается с последующей полимеризацией клея.

Некоторые клеи могут быть получены только в виде пленки. Пленочные клеи имеют значительные преимущества, такие, как возможность полимеризации клея в любом пространственном положении, отсутствие выделения каких-либо газообразных составляющих при отверждении, равномерность толщины клеевого слоя, удобство и чистота при работе с клеем.

Однако при сварке по пленочным клеям встречаются определенные сложности. Пленочные клеи не выдавливаются с контактной площадки деталь—деталь при сжатии деталей между сферическими электродами. Клей является электроизоляционным материалом, поэтому для обеспечения возможности сварки необходима предварительная операция просечки отверстий в клеевой пленке. Сварку проводят только в местах просечек в клеевой пленке. Изготовление клеесварных соединений с использованием клеевой пленки выполняют по следующей технологической схеме. Сначала подготовляют поверхность под сварку: в клеевой пленке просекают отверстия с шагом сварных точек и наносят ее на поверхность одной из соединяемых деталей. Затем детали собирают, фиксируют на контрольных болтах и проводят сварку строго по разметке в местах наличия просечек.

Недостатками сварки по пленочным клеям являются: высокая трудоемкость, повышенные требования к точности сборки деталей и постановки сварных точек. Просечка отверстий в клеевой пленке также весьма сложная и трудоемкая операция. В связи с этим способ сварки по пленочным клеям не получил широкого применения.

Клеесварные конструкции, выполненные методом контактной точечной сварки, в 1954 г. были предложены в нашей стране А.И. Пугачевым [А. с. 102674 (СССР)]. В дальнейшем исследования по клеесварным конструкциям были продолжены В.Н. Шавыриным и В.И. Рязанцевым. Проведенные ими работы позволили разработать эффективную промышленную технологию изготовления клеесварных соединений в серийном производстве.