Примеры применения клеесварных конструкций выполненных способами контактной сварки
Клеесварные конструкции впервые в мировой практике были внедрены в нашей стране, в 1960 г, при изготовлении самолетов, вертолетов и судов на подводных крыльях. Первым изделием с клеесварными конструкциями стал пассажирский самолет Ан-24 (см. рис.). Конструкция его фюзеляжа выполнена в основном из клеесварных панелей. Панель представляет собой сочетание листа из алюминиевого сплава Д16Т толщиной 1,2…1,5 мм с прессованными профилями из сплава Д16Т типа ПР-102-3 с толщиной полки 1,2…1,8 мм.
Рис. Конструкции с применением клеесварных соединений:
а – самолет Ан-24; б – самолет Як-42; в – судно на подводных крыльях «Комета»; г – вертолет Ми-8
При изготовлении панелей применяли химические методы подготовки поверхности. Сварку проводили на контактных точечных машинах типа МТК-75. Шаг сварных точек — 30 мм. Число сварных точек в клеесварных панелях достигает 80 тыс. Самолеты Ан-24 различных модификаций эксплуатируются как в нашей стране, так и в ряде зарубежных стран.
В 1967 г. был создан пассажирский самолет Бе-30, рассчитанный на перевозку 15 пассажиров. В конструкции фюзеляжа этого самолета применены клеесварные панели. Обшивка панелей выполнена из сплава Д16Т толщиной 0,7…1,2 мм. Прессованные стрингеры Г-образного сечения сваривали по слою жидкого клея, а Z-образные шпангоуты сваривали, а затем наносили жидкий клей. Общее число сварных точек на клеесварных панелях самолета Бе-30 достигает 41 тыс.
Начиная с 1968 г. на воздушных линиях Аэрофлота эксплуатировался реактивный пассажирский самолет Як-40, в конструкции фюзеляжа которого применены клеесварные панели. Общее число сварных точек достигает 33 тыс. Клеесварные соединения использованы для крепления обшивки панелей не только со стрингерами, но и со шпангоутами. Панели выполнены из алюминиевого сплава Д16Т с эпоксидным клеем горячего отверждения. Построено много самолетов Як-40 различных модификаций, которые успешно эксплуатируются в нашей стране и в зарубежных странах. Клеесварные конструкции применены также на самолетах Як-18т и Як-50.
В 1976 г. совершил первые рейсы самолет Як-42 (см. рис.), рассчитанный на перевозку 120 пассажиров со скоростью до 900 км/ч. Фюзеляж этого самолета имеет 26 клеесварных панелей. Так же как и в конструкции самолета Як-40, клеесварные соединения применены для крепления обшивки со стрингерами и со шпангоутами. Во всех изделиях серии «Як» клеесварные конструкции выполняются методом нанесения клея после сварки.
При изготовлении вертолетов также широко применяют клеесварные конструкции, например в таких, как Ми-2, Ми-8. Клеесварные панели изготовляли методом нанесения жидкого клея после сварки.
Определенное применение нашли конструкции, в которых клеи наносятся на поверхность сварных швов, выполненных сваркой плавлением. Наиболее типичным примером такой конструкции являются сварные тонкостенные трубопроводы из алюминиевых сплавов АМг3 и МАг6. Например, клеевые покрытия наносятся на сварные швы трубопроводов.
Введение технологического процесса нанесения клеев или анаэробных композиций на сварные швы, выполненные сваркой плавлением, позволило обеспечить полную герметичность сварных соединений на тонкостенных трубопроводах, а в ряде случаев привело к повышению циклической прочности сварных соединений.
Клеесварные конструкции также широко используют в судостроении. В настоящее время 12 типов судов на подводных крыльях изготовляют клеесварными, например такие, как «Комета» (см. рис.) и «Восход». Основной материал клеесварных конструкций — алюминиевые сплавы АМг6 и АМг61. Клеесварные соединения выполняют методом сварки по клею.
На железнодорожном транспорте изготовлены и испытываются клеесварные алюминиевые железнодорожные вагоны.
Клеесварные строительные конструкции сборных панелей в домостроении успешно испытаны в условиях эксплуатации на крайнем Севере и для передвижных домиков геологических партий и т. д.
В Германии, США, Японии и других зарубежных странах первые экспериментальные работы были начаты через 5…7 лет после промышленного освоения клеесварных конструкций в нашей стране. В США первыми к исследованию клеесварных конструкций приступили специалисты фирмы «Loched». Руководители этой фирмы в 1965 г. на Парижской авиационной выставке познакомились с отечественной экспозицией и впервые увидели клеесварные соединения в конструкции изделия Ан-24. После этого производственно-исследовательский отдел фирмы «Loched» в конце 1965 г. приступил к экспериментальному изучению процесса получения клеесварных соединений. В 1969 г. была разработана конструкция типовой клеесварной панели грузового пола крупногабаритного серийного транспортного самолета. Были изготовлены и испытаны две такие панели: одна под действием продольных сжимающих нагрузок, вторая при статических и ударных нагрузках с последующим испытанием на усталость. По результатам всех испытаний на прочность обе панели грузового пола соответствовали конструктивным требованиям. В конце 1969 г. Лаборатория материалов ВВС США выдала фирме «Loched» контракт на дальнейшую разработку клеесварных конструкций, включая изготовление и испытание натурного цилиндрического отсека фюзеляжа самолета С-140 «Jetstar» диаметром 2150 и длиной 3050 мм. Статические и усталостные испытания изготовленного клеесварного отсека выявили большой запас прочности по сравнению с предъявленными требованиями. Несколько клеесварных панелей из сплава 2024ST с клеем М-6800 горячего отверждения было установлено на самолете С-130 в основной конструктивной зоне фюзеляжа для накопления опыта эксплуатации.
В дальнейшем фирма «Loched» использовала клеесварные соединения в конструкции гигантского корпуса ракеты «Центавр». Ракета предназначена Для запуска и мягкой посадки на планете Марс ряда исследовательских станций. Первые запуски были успешно осуществлены в 1976 г. Верхняя часть ракеты диаметром 12,7 и длиной 30 м изготовлена из высокопрочного алюминиевого сплава типа 2024 ST с широким использованием клеесварных соединений. Применялся эпоксидный клей ЕС-2214 горячего отверждения. Начиная с 1975 г. фирма «Loched» по контракту с NASA исследует возможность применения клеесварных конструкций в топливных отсеках космического корабля многоразового применения «Шатл». Большие исследовательские работы по клеесварным соединениям были проведены и другими самолетостроительными фирмами США, например «Gruman aerospaes».
Широкие исследования в области клеесварных соединений велись в Германии. Там разрабатывается не только технология сварки, но и создаются новые клеевые композиции для клеесварных конструкций, а также разнообразная аппаратура для приготовления и нанесения клеев на детали.
Например был разработан клей ZIZ-452. Проф. В. Гильде был впервые предложен способ повышения циклической прочности, основанный на нанесении клеев на поверхность деталей и сварных швов.
Сварку по грунтам различного типа широко применяют в автомобилестроении, самолетостроении и приборостроении. Использование грунтов позволяет резко повысить коррозионную стойкость сварных конструкций, выполненных контактной сваркой, и соответственно повысить долговечность изделий. Например, применение грунтов и паст при изготовлении автобусов позволило резко уменьшить коррозионные поражения, особенно в зоне крыши. На самолетах сварку по грунту применяют при изготовлении, люков, усиливающих накладок, губ мотогондол, створок шасси и т.д.