Повна версія

Головна arrow Товарознавство arrow Технологічні процеси в машинобудуванні

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

Технологічні процеси пайки

Пайка - технологічний процес отримання нероз'ємних з'єднань з металів і сплавів в результаті розплавлення легкоплавкого припою, змочування і розтікання його по поверхні металу і заповнення зазору між сполучаються заготовками з подальшим затвердінням.

Паянi з'єднання використовуються в самих різних галузях машинобудування. На практиці зустрічається пайка деталей або заготовок з найрізноманітніших сталей, у тому числі і жаростійких, титану, алюмінію, міді та їх сплавів, тугоплавких металів.

Процес утворення безперервної і міцної межатомной зв'язку між сполучаються деталями відбувається без розплавлення їх кромок.

Типові конструкції паяних з'єднань

Найбільш поширене з'єднання внахлестку, що забезпечує найбільшу міцність за рахунок варіювання довжини нахлестки. З'єднання в скіс або гребенчаті збільшують міцність за рахунок збільшення довжини (периметра) нахлестки. Інші види, наприклад стикові і таврові з'єднання, майже не використовуються, як менш міцні.

За умовами заповнення зазору між сполучаються деталями розрізняють два способи пайки: капілярний і некапіллярние. У першому випадку зазор заповнюється припоєм під дією капілярних сил, у другому - під дією сили тяжіння або зовнішнього тиску.

До некапіллярние способів відносяться:

  • • пайкозварка, при якій припій заполоняє оброблення крайок, як при зварюванні плавленням;
  • • зварюванні-паянні - спосіб з'єднання різнорідних матеріалів, при якому розплавляється більш легкоплавкий метал, що є припоєм.

Капілярна ι гайка за механізмом утворення паяного шва підрозділяється на пайку:

  • • готовим припоєм;
  • • контактно-реактивну, при якій роль припою грає рідка фаза, що утворюється в результаті контактного плавлення з'єднуються матеріалів, покриттів, нанесених на матеріали або проміжних прокладок припою, введених в з'єднання;
  • • реактивно-флюсових, при якій припій утворюється в результаті висаджування з флюсу;
  • • металокерамічну композиційними припоями, при якій в зазор вноситься порошковий наповнювач, який утворює мережу розгалужених капілярів, і власне припій, що заповнює їх при пайку;
  • • дифузійну за рахунок взаємної дифузії між припоєм і металами.

Пайки також розрізняють за способом видалення оксидної плівки з флюсами або ультразвуком.

Припої

По температурі розплавлення припої поділяються на:

  • • особливо легкоплавкі (<205 ° С);
  • • легкоплавкі (205-450 ° С);
  • • среднеплавкие (450-1100 ° С);
  • • високоплавкі (1100-1850 ° С);
  • • тугоплавкі (> 1850 ° С).

Припій отримує назву по основних компонентах або дорогоцінним або рідким металам, що входять до його складу. В даний час використовують припої:

  • • олов'яно-свинцеві з Т пл = 183 ÷ 270 ° С;
  • • вісмутові і індіевих з Т пл = 94 ÷ 342 ° С;
  • • срібні з Т пл = 660 ÷ 940 ° С;
  • • мідно-цинкові з Т пл = 800 ÷ 880 ° С;
  • • мідно-фосфорні з Т пл = 630 ÷ 720 ° С;
  • • Cu-Zn-Ni-Mn-St з Т пл = 900 ÷ 1000 ° C;
  • • Cu-Ni-Mn-Fe-Si з Т пл = 980 ÷ 1120 ° С;
  • • нікелеві і нікель-марганцеві з Т пл = 1 005 ÷ 100 ° С;
  • • платинові і паладієві, золоті з Т пл = 940 ÷ 1 810 ° С;
  • • магнієві з Т пл = 560 ÷ 625 ° С.

Технологічні процеси склеювання

Процес склеювання у багатьох випадках є більш раціональним і економічним, ніж традиційні методи нероз'ємного з'єднання деталей. При розгляді клеїв з точки зору їх застосування необхідно звертати увагу на наступні аспекти.

Склеювання може виявитися єдиним можливим способом утворення з'єднання. Застосування механічних методів (наприклад, клепки, пайки, зварювання, кріплення гвинтами) часто призводить до викривлення, зміни кольору, корозії або погіршення якості матеріалів внаслідок прояву інших негативних факторів або дефектів. Склеювання може бути кращим перед іншими способами з точки зору скорочення витрат і поліпшення якості виробу за рахунок зниження обсягу механічної обробки. У деяких випадках при виготовленні клеєних конструкцій може знадобитися додаткове підкріплення за допомогою інших методів збірки.

Області застосування, в яких застосування клеїв раціонально, наступні:

  • • з'єднання різнорідних матеріалів (поєднання металів, гум, пластиків, спінених матеріалів, деревини, скла і т.д.);
  • • з'єднання різнорідних металів, що утворюють корозійно-небезпечні пари (наприклад, залізо з міддю);
  • • склеювання багатошарових конструкцій, зокрема тришарових з заповнювачем (стільниковим або пінним), виготовлення листових шаруватих матеріалів (пластиків, поєднання деревини з металом);
  • • приклеювання підсилюючих елементів конструкції - елементів жорсткості;
  • • конструкційне склеювання - створення елементів, що зазнають напруги на зсув та стиснення, повністю виключаючи механічні способи кріплення;
  • • герметизація з'єднань - стиків, швів, технічних отворів, що утворюються при клепанні, гвинтових і болтових з'єднань;
  • • кріплення маломіцних тендітних елементів (тонких плівок, фольги і т.д.);
  • • склеювання елементів конструкцій спеціальної форми, якщо площа склеювання велика або з'єднання здійснюється в багатьох точках одночасно, або потрібно точна підгонка між сполучаються елементами конструкції.

Переваги склеювання:

  • • здатність з'єднувати найрізноманітніші матеріали, які можуть істотно відрізнятися за властивостями, модулю пружності і товщині. Склеюванням можна з'єднувати тонколистові деталі, тоді як інші способи з'єднання зазвичай неприйнятні;
  • • більш рівномірний розподіл напружень в склеюваних елементах (що не викликають їх жолоблення), ніж при зварюванні, клепанні, різьбових з'єднаннях. Це обумовлено значною концентрацією напружень, що виникають при зварюванні, а також відсутністю отворів під заклепки і болти;
  • • можливість економічною і швидкої збірки, заміни декількох видів складання єдиним способом склеювання, одночасної збірки багатьох елементів конструкції. Різноманіття адгезивних матеріалів за формою і способам нанесення дозволяє пристосувати їх до багатьох виробничих процесах;
  • • міцність клеєної конструкції часто вище, а вартість нижча, ніж тієї ж конструкції, виконаної альтернативними методами збірки. Застосування клеєних з'єднань замість клепаних і болтових може призвести до значного зниження маси конструкції;
  • • деформаційна здатність багатьох адгезивних матеріалів забезпечує можливість поглинати, перерозподіляти або більш рівномірно передавати напруги від одного елемента конструкції до іншого;
  • • можливість з'єднувати чутливі до нагрівання матеріали, деформирующиеся або руйнуються від зварювання або пайки;
  • • клеї можуть служити герметизуючим матеріалом, що запобігає вплив вологи і хімічних реагентів. У багатьох випадках клейовий шов є тепло-, звуко- і електроізолятором, а також може істотно зменшити велектролітичні корозію між різнорідними матеріалами.

Клейові з'єднання добре працюють на зрушення, рівномірний відрив, переносять динамічні та змінні навантаження.

Недоліки склеювання:

  • • необхідно досить ретельно проектувати з'єднання, усувати вплив на нього відшаровується і розтягуючих навантажень, а також напруг, що виникають в результаті відмінності в коефіцієнтах термічного розширення елементів, що склеюються і клейового шва;
  • • недостатня теплостійкість клейового шва обмежує застосування клейових конструкцій до певних температур, в той час як клепані, зварні та паянi з'єднання задовільно працюють при більш високих температурах. Деякі клеї недостатньо стійки до теплового і механічного удару;
  • • важко забезпечити необхідний рівень контролю якості;
  • • погіршення характеристик міцності з'єднання під дією температури, біосередовищ, хімічних реагентів, пластифікаторів, радіаційного опромінення та інших експлуатаційних факторів;
  • • тенденція до повзучості під постійним навантаженням, характерна для термопластичних клеїв; низька міцність при відшаруванні, притаманна багатьом термореактивним клеям; часто невідома величина довговічності з'єднань в умовах впливу жорстких експлуатаційних факторів.

Незважаючи на зазначені недоліки, клейові з'єднання отримали велике поширення в авіаційній і космічній техніці і галузях, де використовують композиційні матеріали.

Клеї являють собою речовини або суміші речовин органічної, елементоорганічеськой та неорганічної природи, які мають гарну адгезію, когезионной міцністю, достатньою еластичністю, мінімальної усадкою і здатні закаліть з утворенням міцних з'єднань. Клей складається з наповнювача, затверджувача, розчинника, сполучного компонента, пластифікатора. Залежно від затверджувача розрізняють клеї холодного і гарячого затвердіння.

Серед великого числа використовуваних клеїв виділимо особливо ті, які знайшли застосування в машинобудуванні:

  • • на основі епоксидних смол;
  • • на основі фенольних смол;
  • • поліуретанові;
  • • силікатні;
  • • спеціальні.

Клеї на основі епоксидних смол застосовують для з'єднання металів, кераміки, пластмас, деревини та інших матеріалів. Межа міцності склеювання стали зі сталлю при зсуві 35-40 МПа.

Клеї на основі фенольних смол (типу БФ) також використовують для склеювання різних видів матеріалів. Проте їх теплостійкість не вище 70 ° С, міцність на зсув - 25-30 МПа. Поліуретанові клеї мають теплостійкість до 120 ° С і таку ж міцність, як клеї БФ. Силікатні забезпечують міцність шва при температурах до 250 ° С. Спеціальні клеї, типу Циакрін, володіють підвищеною міцністю і теплостійкістю.

Процес склеювання включає в себе наступні операції:

  • • приготування клею необхідної в'язкості;
  • • підготовку склеюваних поверхонь (вони повинні бути добре підігнані одна до одної, очищені від забруднень, масляних плям і знежирені);
  • • нанесення одного або декількох шарів клею (пензлем, шпателем, роликами, на клеевальцах, зануренням, а також пульверизатором);
  • • підсушування шару клею для видалення розчинника;
  • • з'єднання деталей (можливе використання надлишкового тиску);
  • • сушку на повітрі або в термостаті (полімеризація або запікання клею);
  • • обробку швів.

Пред'являються до клеїв вимоги залежать від призначення і умов експлуатації конструкцій. Однак у всіх випадках шви повинні бути менш жорсткими, ніж склеювані матеріали, і мати близькі термічні коефіцієнти розширення.

Типові конструктивні форми клейових з'єднань представлені па рис. 18.36.

Конструктивні форми клейових з'єднань

Рис. 18.36. Конструктивні форми клейових з'єднань:

а - встик; б - Усов; в - внахлестку; г - нахлестка зі скошеними краями; д - з накладкою; е - з втопленою подвійний накладкою; ж - зі скошеними накладками; з - подвійна нахлестка; і - полушіповое

За характером розподілу напружень клейові з'єднання класифікують наступним чином:

  • • працюють на зсув, в яких виникають переважно дотичні напруження;
  • • встик, що працюють на відрив, в яких мають місце головним чином напруги розтягнення;
  • • сполуки, в яких з'являються співмірні за величиною дотичні і нормальні напруги.

Найбільш поширені сполуки внахлестку (див. Рис. 18.36, в-з). У них виникають переважно напруги зсуву.

Особливе значення мають вимоги до технологічного процесу склеювання. Клеї повинні добре заповнювати зазори між склеюваних поверхнями, утворюючи міцні, необхідної товщини шви без непроклея.

Шаруваті клеєні конструкції являють собою металлополімерниє системи, що володіють поруч виняткових властивостей і одержали широке поширення в деяких галузях машинобудування та промисловості. Їх застосування дозволяє значно підвищити втомну міцність і довговічність, забезпечує мінімальну концентрацію напружень. Виникнення втомних тріщин в шаруватому матеріалі і швидкість їх поширення значно менше, ніж у монолітному металі такої ж товщини.

Технологічні процеси клепки

Клепка - це операція, за допомогою якої отримують нероз'ємні з'єднання листових матеріалів. Процес клепки складається з просвердлювання отворів в деталях, установки в них заклепок і розклепування їх виступаючих кінців з утворенням другого головки. Заклепки виготовляють з матеріалів, володіють в'язкістю і пластичністю в холодному стані. Вони складаються з стрижня з одного головкою, яка називається заставної, друга - замикаюча голівка, утворюється при расклепиваніем. Типові схеми клепочним з'єднань наведено на рис. 18.37.

Схема клепочним сполук, застосовуваних при складанні виробів

Рис. 18.37. Схема клепочним сполук, застосовуваних при складанні виробів:

1 - заклепка; 2 - з'єднуються деталі

Клепку використовують в тих випадках, коли нагрівання з'єднуються деталей небажаний, а також при складанні деталей з різнорідних матеріалів, зварювання і пайка яких утруднена, а склеювання не забезпечує потрібної міцності. Клепка утворює міцне і герметичне з'єднання деталей. Вона отримала широке поширення в авіації, суднобудуванні, при монтажі великих інженерних споруд (мостів, створів шлюзів та ін.).

Клепку виконують в гарячому і холодному стані. У першому випадку заклепки нагрівають до -1000 ° С; процес закапчівается при температурі більше 450 ° С, нижче якої метал втрачає пластичність і набуває сінеломкость. Клепку здійснюють ударами пневматичних молотків або під пресом. Для заклепок діаметром 3-12 мм використовують пневматичні преси у вигляді стаціонарних установок або підвісних скоб (рис. 18.38), при діаметрі менше 3 мм - вібраційні, гвинтові і педально-важільні преси.

Переносний гідравлічний клепальний прес-скоба

Рис. 18.38. Переносний гідравлічний клепальний прес-скоба

 
<<   ЗМІСТ   >>