Сварные и клееные соединения

Сварка находит все более широкое применение для соединения металлических деталей и пластмасс. Сварные конструкции на 10— 15 % легче клепаных и значительно менее трудоемки.
Сваркой получают прочные соединения металлических конструкций при толщине деталей 0,1—250 мм. Сварка производится местным сплавлением деталей или пластическим деформированием (сварка давлением).
К сварке плавлением относятся электродуговая, газовая, электронно-лучевая, плазменная, лазерная и др.
Электродуговая сварка основана на расплавлении материала дугой, горящей между плавящимся металлическим электродом и свариваемыми деталями. Сварка может производиться при постоянном и переменном токе. Для защиты наплавленного металла от оксидирования и насыщения его азотом воздуха (что снижает пластичность шва) сварку проводят в струе нейтральных газов (аргона, гелия).
При газовой сварке для местного расплавления металлических деталей и присадочного материала используют пламя, образующееся при сгорании газов — ацетилена в кислороде. Качество соединения при газовой сварке ниже, чем при электродуговой, поэтому ее преимущественно применяют в полевых условиях, в мелкосерийном производстве и ремонтных работах.
Электронно-лучевая сварка осуществляется потоком электронов, испускаемых вольфрамовой спиралью, которая питается током высокого напряжения. Поток электронов фокусируется собирательными электромагнитными катушками. Кинетическая энергия электронов при падении на поверхность деталей превращается в тепловую, нагревая металл до 10 000 К. Диаметр пятна нагрева — от 2—3 мм до нескольких сотых миллиметра, что позволяет сваривать детали толщиной 0,01—100 мм. Сварку обычно ведут в вакууме для обеспечения свободного движения электронов и чистоты наплавленного металла.
Плазменная сварка производится струей нейтрального (азота, гелия, аргона) газа, ионизированного при проходе через электрическую дугу. В плазмотронных сварочных аппаратах газ ионизируют высокочастотным электромагнитным полем, струю плазмы формируют электромагнитными катушками, получая температуру до 40 000 К, что позволяет сваривать и резать наиболее тугоплавкие материалы, включая керамику. Для сварки тонких деталей применяют струю плазмы 1,5—2 мм, которая заканчивается острием.
Лазерная сварка основана на использовании концентрированного светового луча, температура которого достигает 10 000 К и имеет малое (от нескольких микрометров до нескольких сотых миллиметра) пятно нагрева, что позволяет сваривать детали толщиной до нескольких микрометров.
Распространенными способами сварки давлением являются контактная, ультразвуковая, диффузионная, газопрессовая, холодная, сварка трением, взрывом.
Контактную сварку подразделяют на точечную, роликовую и стыковую. При точечной и роликовой сварке электрический ток пропускают через электроды, сжимающие детали в виде листов, а при стыковой — через детали, прижатые друг к другу торцами.
При ультразвуковой сварке неразъемное соединение образуется при совместном воздействии на детали механических колебаний высокой частоты и небольших сдавливающих усилий. Ультразвуковая сварка может быть точечной, шовной и стыковой.
Диффузионная сварка происходит в результате взаимной диффузии нагретых и прижатых друг к другу деталей. Ее производят в большинстве случаев в вакууме.
Газопрессовая сварка (газовая сварка давлением) осуществляется путем нагрева деталей как при газовой, с одновременным их сдавливанием на сварочной машине.
Холодная сварка происходит при значительных пластических деформациях без внешнего нагрева соединяемых частей. Сварку осуществляют с помощью механических и гидравлических прессов.
Сварка трением осуществляется теплотой, выделяющейся при вращении одной детали относительно другой и прижатии их друг к другу.
Сварку взрывом применяют для присоединения тонких листов к массивным деталям. На поверхность листа укладывают слой взрывчатого вещества, который взрывают детонатором. Под давлением взрыва лист прочно соединяется с деталью.
Склеивание является прогрессивным методом соединения деталей из металлических и неметаллических материалов. Оно не ухудшает их механических свойств, их внешнего вида и позволяет получить надежное соединение из разнородных материалов.
Технологический процесс получения клеевого соединения состоит из следующих этапов: подготовка поверхностей к склеиванию, приготовление клея и нанесение его на поверхности, соединение склеиваемых деталей и создание условий для отверждения клея, зачистка и контроль соединения.
Подготовка поверхностей к склеиванию является непременным условием получения прочного соединения. Поверхности подгоняют для плотного их прилегания и придают им шероховатость, очищая шкуркой, проволочными стальными щетками, дробеструйной или пескоструйной обработкой. Перед нанесением клея поверхности обезжиривают, протирая их растворителями (бензином, ацетоном) или промывая моющими растворами.
Клеи поставляются в готовом виде (например, БФ-2) или приготовляются из отдельных компонентов непосредственно перед их применением. Процесс подготовки клея состоит в смешивании необходимых компонентов в соответствующих соотношениях с соблюдением заданной последовательности. Работа эта выполняется в специальных помещениях с помощью клеемешалок и другого оборудования, а также контрольных приборов. Подготовка клея ведется с учетом срока его годности.
Клей наносят на обе соединяемые поверхности кистью, пульверизаторами, роликом, покрытым фетром, шприцами, на механизированных установках. Выдержка после нанесения клея, содержащего растворители, обязательна. Клей после удаления летучих веществ приобретает нужную вязкость, уменьшается усадка клеевого шва и вероятность появления внутренних раковин.
После сборки соединений для отверждения клея производят сдавливание деталей с выдержкой времени. Различают клеи холодного и горячего отверждения. Если применяют клеи, процесс отверждения которых происходит без нагрева, то продолжительность выдержки значительно увеличивается и может достичь 30—36 ч.
Для склеивания металлов, пластмасс и других неметаллических материалов широко используют клеи БФ-2, БФ-4, ВК.-3, ВК-13, ВК-16, ПУ-2, ВС-10Т и др. Они могут быть либо жидкими, либо в виде пленки. Отверждение их происходит под давлением от 0,1 до 1 МПа (в зависимости от марки клея и формы поверхностей) при температуре до 200 С.
Для контроля клеевое соединение осматривают, простукивают, а также для этой цели используют ультразвуковые установки и пьезоэлектрические вибраторы. Места с различным качеством проклейки отличаются проницаемостью звука и вибрацией.
Прочность клеевого соединения проверяют на специально подготовленных образцах или путем испытаний определенного процента изделий от партии. Прочность характеризуется сопротивлением клеевого соединения сдвигу, отрыву, отдиру.
Основные дефекты при склеивании: так называемый «непроклей» — наличие участков, в которых не произошло склеивания, пониженная прочность, пористость, утолщенный или слишком тонкий слой клея, трещины и расслаивание клеевой прослойки. Местное непроклеивание происходит из-за загрязнений, следов влаги и жира, недостаточного давления при склеивании и преждевременного затвердевания до создания давления.
Приготовление и нанесение клеев, сборка деталей и склеивание должны производиться в помещении, оборудованном приточно-вытяжной вентиляцией, вытяжными шкафами и местными отсосами воздуха. Мелкие детали рекомендуется склеивать в вытяжных шкафах.