Заклепочные соединения. Назначения, технология, классификация.

Заклепочные соединения в недалеком прошлом были основным видом неразъемных соединений. Однако в настоящее время они почти полностью вытеснены сварными соединениями и применяются только там, где недопустим нагрев деталей, или при соединении несвариваемых деталей.

В заклепочных соединениях нагрузка передается за счет сцепления соединяемых деталей с помощью заклепок и сил трения между ними.

Заклепочное соединение осуществляется с помощью стержней-заклепок, представляющих собой специальные цилиндрические заготовки из пластических материалов (Ст2, СтЗ, сталь 10, сталь 15, латунь, медь, алюминий и др.), имеющие одну заранее изготовленную (закладную) головку, вторая замыкающая головка образуется в процессе клепки. В зависимости от конструкции соединения применяют различные виды заклепок: с полукруглой (рис. 5.16, а), конической (рис. 5.16, б), потайной (рис. 5.16, в), полупотайной (рис. 5.16, г) головками, трубчатые (рис. 5.16, ж,з), специальные (рис. 5.16, д, е) для односторонней клепки в труднодоступных местах с помощью конической протяжки (рис. 5.16, е) или порохового заряда (рис. 5.16, д).

По назначению заклепочные соединения бывают: прочные (в несущих металлоконструкциях), плотные (в резервуаpax с невысоким давлением) и прочноплотные (в котлах и резер­вуарах с высоким внутренним дав­лением).

По конструкции швы разделяются на однорядные и многорядные с цепнымили шахматным распо­ложением заклепок, а также в за­висимости от плоскостей среза - на одно- и многосрезные.

Заклепочные соединения по конструкции аналогичны сварным, паяным и клеевым. Наибольшее примене­ние имеют соединения внахлестку (внакрой) и встык с одной или двумя стыковыми планками.

Основными размерными характеристиками, используемыми при расчетах заклепочных соединений, являются: толщина соединяемых деталей δ, диаметр заклепок d, шаг многорядных швов t, расстояние между рядами t_р, расстояние от заклепок до кромок е, толщина накладок δ_Н.

№13 СОЕДИНЕНИЕ ПАЙКОЙ И СКЛЕИВАНИЕМ

Соединения пайкой и склеиванием применяли значительно раньше сварных. Известны примеры применения пайки 3...5 тыс. лет назад.

Пайкой называется процесс получения неразъемного соединения материалов при нагреве ниже температуры их плавления посредством заполнения зазора между ними расплавленным припоем. Припой — это металл или сплав, вводимый в зазор между соединяемыми деталями и имеющий более низкую температуру плавления по сравнению с материалом соединяемых деталей.

По типу паяного шва различают соединения: встык, внахлестку, с косым срезом, встык с накладкой и герметичное. Прочность и качество паяного шва зависят от площади соприкосновения соединяемых деталей, зазора между ними (рекомендуемый зазор 0,05...0,15 мм) и правильности выбора припоя.

Припои в зависимости от температуры плавления делятся на легкоплавкие (до 400 °С) и тугоплавкие (выше 400 °С). Пайку легкоплавкими припоями применяют в случаях, когда нельзя нагревать основной материал до высокой температуры или при пониженных требованиях к прочности соединения. Наибольшее распространение получили оловянно-свинцовистые припои ПОС-90 (температура плавления 183...223°С), ПОС-40 (183... 235 °С), ПОС-30 (183...256°С). Для выполнения пайки легкоплавкими припоями обычно используют паяльники.

Пайку тугоплавкими припоями применяют для получения соединений, прочных при высоких температурах, вязких, стойких к усталости и коррозии. Наибольшее распространение получили медно-цинковые припои ПМЦ-36, ПМЦ-48, ПМЦ-54 (температура плавления 800...900°С), серебряные припои ПСР-70, ПСР-45, ПСР-25 (600...900ЧС), а также чистая медь марок Ml и М2 (1083°С) и латуни Л62(805°С) и Л68 (835 °С). Детали, спаянные тугоплавкими припоями, можно подвергать любому виду термообработки (нормализации, закалке и т.п.). Для выполнения пайки тугоплавкими припоями используют паяльные лампы, газовые горелки, горны и электрические печи.

Перед пайкой поверхности деталей должны быть очищены от грязи, жира и окисных пленок с помощью различных флюсов: хлористого цинка, нашатырного спирта, буры, борной кислоты и др.

Склеивание – один из наиболее прогрессивных методов соединения деталей, получивший в последнее время широкое распространение после того, как были разработаны высокопрочные, термо- и водостойкие клеи, создано технологическое оборудование и проведены всесторонние исследования свойства клеевых соединений.

Имеются клеевые составы с избирательной адгезией к каким-либо определенным материалам – это специальные клеи (например, резиновые); с высокой адгезией к различным материалам (например, к металлам, керамике, дереву, пластмассам и др.) – это универсальные клеи.

В процессе склеивания выполняют ряд последовательных операций: подготовку поверхностей деталей, нанесение клея, сборку соединения, выдержку при соответствующих давлении и температуре. Подготовка поверхностей обычно заключается в их взаимной подгонке, образовании шероховатости путем зачистки наждачной шкуркой или пескоструйным аппаратом, удалении пыли и обезжиривании с помощью органических растворителей. Шероховатость увеличивает поверхность склеивания. Сравнительно длительная выдержка, необходимая для полимеризации, является одним из недостатков клеевых соединений.

Прочность клеевого соединения в значительной степени зависит от толщины слоя клея. Рекомендуемые значения 0,05…0,15 мм. Толщина слоя клея зависит от его вязкости и давления при склеивании. Клеевые соединения лучше работают на сдвиг, хуже на отрыв. Поэтому предпочтительны нахлесточные соединения. Для повышения прочности применяют комбинацию клеевого соединения с резьбовым, сварным или заклепочным.

В авиастроении склеивание применяют для соединения листов обшивки самолетов и вертолетов с элементами жесткости (стрингерами, нервюрами и др.), при изготовлении лопастей вертолетов, элеронов, рулей, закрылков, щитков, крышек люков, панелей полов.

Расчеты на прочность производят по тем же формулам, что и для паяных соединений. Качество клеевого соединения характеризуется не только его прочностью, но также водостойкостью, теплостойкостью и другими показателями.

По конструкции паяные и в клеевые соединения подобны сварным. В отличие от сварки пайка и склеивание позволяют соединять детали не только из однородных, но и неоднородных материалов, например: сталь с алюминием, металлы со стеклом, графитом, фарфором; керамика с полупроводниками; пластмассы: дерево, резина и пр.

При пайке и склеивании кромки деталей не расплавляются, что позволяет более точно выдерживать их размеры и форму, а также производить повторные ремонтные соединения. По прочности паяные и клееные соединения уступают сварным в тех случаях, когда материал деталей обладает достаточно хорошей свариваемостью. Исключение составляют соединения тонкостенных элементов типа оболочек, когда имеется опасность прожога деталей при сварке.

Применение пайки и склеивания в машиностроении возрастает в связи с широким внедрением новых конструкционных материалов (например, пластмасс) и высокопрочных легированных сталей, многие из которых плохо свариваются. Примерами применения пайки в машиностроении могут служить радиаторы автомобилей и тракторов, камеры сгорания жидкостных реактивных двигателей, лопатки турбин, топливные и масляные трубопроводы и др. В самолетостроении наблюдается тенденция перехода от клепаной алюминиевой обшивки к обшивке из тонких стальных листов с сотовым промежуточным заполнением. Эту обшивку изготовляют в виде панелей, паянных в термических печах.

Пайка и склеивание являются одним из основных видов соединения в приборостроении, в том числе в радиоэлектронике, где они являются преимущественно связующими, а не силовыми соединениями.

Процессы пайки и склеивания сравнительно легко поддаются механизации и автоматизации. Во многих случаях применение пайки и склеивания приводит к значительному повышению производительности труда, снижению массы и стоимости конструкций,

Эффективность применения паяных и клеевых соединений, их прочности и другие качественные характеристики в значительной степени определяются качеством технологического процесса: правильным подбором типа припоя или клея, температурным режимом, очисткой поверхностей стыка, их защитой от окисления и пр.