БУКИНИСТ

Букинист. Алфавитный каталог. Тематический каталог.



Индекс книги: 00212.
ББК 35.75. Клеи, желатина и технология склеивания.

Технология склеивания деталей в самолетостроении.

И.И. Капелюшник, И.И. Михалев, Б.Д. Эйдельман.

МАШИНОСТРОЕНИЕ. М. 1972 г. 224 стр. 33 табл. 102 ил.

В книге описана технология соединения металлов и неметаллических конструкционных материалов с помощью склеивания, обеспечивающая высокую прочность, долговечность, герметичность и хорошую коррозионную стойкость склеиваемых поверхностей.

Приведены физико-механические и технологические характеристики клеев, а также типы клеевых соединений, используемых в авиационных конструкциях. Основное внимание уделено выбору рациональных технологических процессов склеивания, производственной оснастки, приготовлению и испытанию клеев, контролю качества склеивания и технике безопасности при работе с клеями.

Книга рассчитана на широкий круг инженерно-технических работников и может служить практическим руководством для разработки технологических операций склеивания и проектирования клеевых конструкций.

ПРЕДИСЛОВИЕ.

Сборка узлов, панелей, секций и целых агрегатов на основе клеевых соединений все шире используется в серийном производстве на предприятиях авиационной промышленности. В частности в конструкциях ряда отечественных серийных самолетов (Ил-62, Ту-154, “Антей” и др.) и вертолетов (Ми-1, Ми-4, Ми-8, Ми-6, К-26) использованы клееные узлы, панели и другие конструктивные элементы. Широко клеевые соединения применяются в конструкциях американских самолетов.

В авиастроении помимо клеевых применяются клеесварные и клеезаклепочные соединения.

Объем приводимых в книге сведений о физико-механических характеристиках клеев, типовых конструкциях клеевых соединений и свойствах склеиваемых материалов позволяет обоснованно выбрать клей для различных конструкций, встречающихся в авиастроении.

В книге описаны методы приготовления клеев, их приемки и испытаний, способы подготовки поверхностей материалов к склеиванию, методы нанесения клеев, длительность открытой и закрытой выдержек, режимы прессования (удельное давление, температура, длительность выдержки под давлением).

Кроме технологии склеивания подробно описаны приспособления и оборудование, применяемое при склеивании.

Рассмотрены особенности технологии комбинированных соединений: клеесварных, клеезаклепочных и клееболтовых, а также трехслойных конструкций с сотовым заполнителем из алюминиевых сплавов и с заполнителем из пенопласта. Приведено оборудование для механизации производства сотового заполнителя.

В заключение приведены методы контроля качества клееных конструкций, рассмотрены возможные дефекты склеивания, их причины и даны рекомендации по технике безопасности и охране труда при работе с клеями.

ВВЕДЕНИЕ.

Современные высокопрочные клеи, позволяющие надежно соединять между собой детали из металла, неметаллических и разнородных материалов, значительно повысили интерес конструкторов и технологов к применению такого типа соединений. В ряде случаев клеевые соединения металлов с неметаллическими материалами являются единственно возможным технологическим решением, обеспечивающим необходимую прочность. В качестве примера можно привести клеевые соединения металлов с текстолитом, стеклотекстолитом, дельта-древесиной, пенопластом и другими неметаллическими материалами, имеющими широкое применение в различных авиационных конструкциях.

Преимущество клеевых соединений в том, что при их помощи можно обеспечить прочные соединения в конструкциях, в которых используются очень тонкие листовые материалы. Это позволяет уменьшить вес конструкции, улучшить качество изделия, исключает необходимость сверления отверстий под заклепки и болты и снижает трудоемкость. Равномерность распределения напряжений по всей площади склеивания повышает усталостную прочность конструкции.

Применение трехслойных клееных конструкций с сотовым заполнителем позволяет увеличить удельную прочность и значительно сократить количество деталей, входящих в конструкцию. Склеенные изделия обладают хорошей герметичностью и высокой коррозионной стойкостью.

Существенным недостатком клеевых соединений считается их относительно невысокая прочность на неравномерный отрыв (отдир). В этом случае хорошие результаты дают комбинированные соединения — клеезаклепочные или клеесварные.

К недостаткам относятся “старение” некоторых клеев, т. е. уменьшение прочности клеевых соединений с течением времени под воздействием ряда эксплуатационных факторов, а также необходимость нагрева изделий при склеивании большинством клеев, предназначенных для склеивания металлов.

К сожалению, еще нет достаточно надежных приборных методов неразрушающего, контроля качества клеевых соединений, позволяющих определять все возможные дефекты склеивания. В связи с этим особенно важна правильная организация клеевых работ и хороший пооперационный их контроль. Разнообразие требований к клеям определяется все возрастающими скоростями полета, необходимостью максимального снижения массы авиационных конструкций, а также широким применением в них различных металлов, пластмасс и композиционных материалов.

Для получения надежных клеевых соединений металлов в сочетании с конструкционными неметаллическими материалами необходимо применять клеи, обеспечивающие высокую прочность склеивания при воздействии различных видов механических нагрузок (статических и динамических), а также длительность сопротивления этим нагрузкам.

Клеевые соединения, применяемые в силовых элементах конструкций самолетов и вертолетов, должны обладать высокой стойкостью к действию целого комплекса физико-химических и биологических факторов, имеющих место в условиях эксплуатации:

— переменному охлаждению в диапазоне температур от -60 до -70° С и нагреву до 60—80° С, в зонах, расположенных в непосредственной близости от нагревательных устройств, нагреву до 200—300° С, а в ряде случаев кратковременному воздействию температур порядка 500—600° С и даже выше;

— воздействию высоковлажного воздуха (с относительной влажностью 95—100%) и воды;

— влиянию топлива и масел, а также возможному воздействию антифризов, спирта и других рабочих жидкостей;

— воздействию грибков и бактерий;

— воздействию солей морской воды.

Клеи, применяемые для склеивания металлов между собой или металлов с неметаллическими материалами, не должны вызывать коррозии металлов или оказывать какого-либо агрессивного действия на склеиваемые неметаллические материалы, т. е. не должны вызывать ослабления прочности склеиваемых материалов.

К клеям для клеезаклепочных и клеесварных соединений помимо указанных выше требований предъявляются особые дополнительные требования в отношении механических и некоторых других свойств. Клеи, применяемые для клеезаклепочных соединений в металлических конструкциях, должны обеспечивать достаточное удлинение клеевого соединения; кроме того, они должны обладать хорошей текучестью для заполнения и зазоров, что особенно важно для герметических клеезаклепочных соединений.

Клеи, применяемые в клеесварных соединениях, также должны обладать хорошей текучестью при заполнении межшовных зазоров и создавать надежные соединения.

Одним из важных требований, предъявляемых к клеям, является их полная нетоксичность или возможно меньшая токсичность.

Как показывает опыт производства, для достижения необходимой прочности и технологичности клеевых соединений необходимо строго выполнять режимы склеивания, экспериментально устанавливаемые для каждого клея в зависимости от его технологических свойств и особенностей склеивания отдельных конструкций.

Нередки случаи, когда от неправильного выбора клея, несоблюдения технологических режимов склеивания или из-за неудачно выполненной конструкции качество клееных изделий оказывалось недостаточно высоким, при этом создавалось совершенно неверное представление о возможностях клеевых соединений. Поэтому конструированию клеевых соединений и выбору марки клея должно уделяться самое серьезное внимание. Конструкции с клеевыми соединениями должны разрабатываться с учетом свойств клея и специфики условий работы клеевых соединений.

Ввиду того, что номенклатура как склеиваемых материалов, так и самих клеев очень обширна, в книге описывается склеивание только наиболее широко применяющихся в настоящее время материалов или материалов перспективных, но еще не получивших широкого применения в авиастроении. Это различные алюминиевые сплавы, стали и титан, неметаллические конструкционные материалы, такие, как стеклотекстолиты, текстолиты, дельта-древесина и другие пластики, а также резина и пенопласты.

Из книги:

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЛЕЕМЕХАНИЧЕСКИХ И КЛЕЕСВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ.
Выполнение точечных электросварных соединений металлов одновременно со склеиванием может осуществляться следующими основными способами:
Выбор того или иного способа зависит от конструктивных особенностей деталей и физико-механических и химических свойств клея. Впервые в мировой практике в СССР были предложены комбинированные клеесварные соединения, как более прочные, которые о последнее время получили большое распространение не только в отечественном машиностроении, но и за рубежом.

При способе сварки по клею ширина соединений внахлестку, а также диапазон конструктивных особенностей деталей и агрегатов не ограничивается, но зато предъявляются высокие требования к физико-химическим и технологическим свойствам клеев. В этом случае клей должен хорошо выжиматься с контактных поверхностей под давлением электродов и не препятствовать процессу сварки, образовывать сплошную напористую клеевую прослойку, а также длительно сохранять хорошую текучесть, позволяющую производить сварку в течение не менее одной смены, а в ряде случаев – 1-2 суток.

Для клеесварных соединений, выполняемых по первому способу, пригодны эпоксидные и эпоксиднополисульфидные клеи, практически не содержащие растворителей: ВК-1МС, ВК-1, ВК-9, ВК-32-ЭМ, КЛН-1, К-153, ВК-9, К-4С, и некоторые другие клеи на основе эпоксидных смол. Клеи ВК-1 и ВК-32-ЭМ ввиду высокой их текучести в начале нагревания после сварки пригодны только для клеесварных соединений, с горизонтальным расположением клеесварных швов. Наиболее удобными в технологическом отношении для проведения точечной сварки по клею являются клеи ВК-1МС, КДН-1 и ВК-9.

Клей КЛН-1 относительно быстро отверждается, пригоден только для сварки по клею деталей, не требующих длительного времени отверждения; кроме того, отверждение соединений на этом клее происходит без подогрева, что упрощает производство клеесварных узлов и значительно сокращает процесс их изготовления.

Независимо от марки клея при сварке по клею сначала на соединяемые поверхности наносится кистью или шприцем (в виде валика) клей. При этом нормы расхода клея выбираются такими же, как при склеивании без сварки, но при этом необходимо учитывать, что при сварке клей должен заполнить всю площадь соединения, а его избыток должен выдавливаться по кромкам в виде валика шириной не более 2-3 мм. Тотчас после нанесения клея (в особенности клеев КЛН-1, ВК-9 и К-153) необходимо производить сборку и сварку.

Продолжительность сварки с момента оборки деталей не должна превышать 1 - 2 ч в случае применения клеев ВК-9, КЛН-1 и К-153 и 5 ч для клея ВК-1МС, при этом толщина листов металла должна быть не менее 1 мм. Сварку по клеям ВК-1 и ВК-32-ЭМ можно производить в течение не менее 24 ч с момента оборки узла.

Клей ВК-32-ЭМ, применяемый для клеесварных соединений, должен содержать цемента не более 50 вес. ч., поскольку большое количество цемента препятствует полному выдавливанию клея при сварке и ухудшает качество сварки.

При выполнении клеесварных соединений поверхность металлов подготавливается обычным способом, принятым при подготовке ее под точечную электросварку.

После нанесения клея и сборки изделий с помощью контрольных фиксаторов производится электросварка обычными контактными точечными машинами МТИП-450, МТИП-600 и другими, предназначенными для сварки металлов без клея.

Сварка осуществляется при определенном усилии сжатия электродов и с предварительным обжатием каждой сварной точки. Повышенное усилие на электродах при предварительном обжатии (выше, чем в момент сварки) и увеличение времени обжатия холодных деталей позволяет почти полностью выдавить клей с контактной площадки, благодаря чему создаются благоприятные условия для протекания сварочного тока и последующего формирования литого ядра.

При сварке по клею рекомендуется уменьшать сварочный ток на 15-20% и повышать на 15-30% усилие сжатия электродов в зависимости от вязкости клея. При сварке по клею не рекомендуется применять жесткие импульсы сварочного тока.

При высокой плотности тока и быстром возрастании температуры клей не успевает полностью выдавиться с контактной площади, нарушается электрическое поле в деталях, образуются выплески расплавленного металла и в сварных точках появляются рыхлота, поры, а иногда и трещины. Остатки невыдавленного клея, находящиеся в зоне высоких температур, частично сгорают частично попадают в литой металл ядра.

Слишком мягкие импульсы сварочного тока также нежелательны, так ,как при этом возможен значительный разогрев деталей, разупрочнение металла вокруг сварной точки, увеличение вмятин от электродов и уменьшение вязкости клея. Клей будет вытекать из зазоров нахлестки, вследствие чего могут образоваться непроклеи и снижается герметичность клеесварного соединения. Вытекающий клей может к тому же попасть на наружные контактные поверхности, загрязнить электроды, нарушить контакт. Время с момента выключения сварочного тока до момента подачи ковочного давления определяет величину зазоров в промежутках между сварными точками и поэтому должно быть ограничено, особенно в отношении минимальных значений. Зазоры между соединяемыми элементами деталей под сварку по клею не должны превышать 0,5 мм, а после сварки они должны быть не более 0,1-0,3 мм в зависимости от толщины свариваемых деталей.

В случае многорядных стыковых швов с одной или двумя накладками сначала свариваются швы, расположенные ближе к стыку свариваемых деталей, с тем, чтобы клей выдавливался из-под накладок с образованием непрерывных валиков клея не шире 2-3 мм вдоль кромок нахлестки, что свидетельствует о полном заполнении клеем межшовной области.

После сварки детали с клеесварными соединениями в процессе отверждения клея с нагреванием или без нагревания должны находиться в горизонтальном или слегка наклонном положении (не более, чем 10-15°) во избежание вытекания клея из швов, особенно это относится к клеям ВК-1 и ВК-32-ЭМ. Отверждение клеев производится по обычным режимам.

Сварка по клею особенно рекомендуется для соединений с большой шириной нахлестки и для деталей с некоторыми конструктивными особенностями (сварка усиливающих накладок, капотов, кожухов, окантовок, многорядных швов и т. п.).

Следует отметить, что способ сварки по клею имеет и некоторые недостатки по сравнению со способом заливки клея в межшовные пространства после сварки. При сварке по клею в конце его жизнеспособности (текучести) могут возникнуть внутренние дефекты в связи с затруднением формирования ядра сварной точки. Иногда выдавленные избытки клея могут попадать на электроды, что вызывает перегрев зоны сварки и требует частой зачистки электродов.

В случае точечной сварки по теплостойким фенольно-каучуковым клеям, таким, как ВК-3, ВК-13М, ВК-32-200 и др. можно получить высокопрочные эластичные соединения, работающие при температуре до 200° С и выше, чего нельзя добиться при применении эпоксидных клеев. Однако применение фенольно-каучуковых клеев в клеесварных соединениях крайне затруднено, так как эти клеи в жидком виде содержат много растворителей, до момента полного удаления которых нельзя рассчитывать на получение качественной непористой клеевой пленки. Кроме того, несмотря на их низкую вязкость, при обжатии электродами на контактных поверхностях все же остается тонкая диэлектрическая пленка клея, препятствующая получению качественных сварных соединений.

В связи с этим для клеесварных соединений фенольно-каучуковые клеи желательно применять только в виде пленок. С этой целью в полосках клеевых пленок, вырезаемых по ширине сварных швов, просекаются отверстия в тех местах, где будет осуществлена точечная сварка. Эти отверстия имеют несколько больший диаметр, чем диаметр сварной точки. Для просечки отверстий применяются специальные шаблоны (трафареты) из тонкого металла, по которым в дальнейшем производится и точечная сварка.

Пленка клея с отверстиями крепится на одну из свариваемых поверхностей и зажимается между ними фиксаторами. После этого производится точечная аварка по шаблону по обычным режимам сварки без клея, но с увеличенным давлением на электроды. Этот метод сварки довольно сложен и может применяться только в отдельных частных случаях.

Осуществление клеесварных соединений металлов вторым способом заключается в выполнении точечной электросварки деталей с последующей заливкой клея в зазоры между ними с помощью специальных шприцов и устройств и в последующем отверждении клея по установленным режимам для обычных клеевых соединений металлов. Этот способ более прост в производстве, чем сварка по клею, однако он обеспечивает меньшую прочность, если зазоры между соединяемыми деталями меньше 0,03-0,02 мм.

Для заливки швов пригодны хорошо текущие клеи, но в то же время относительно быстро загустевающие после заливки. Применяемые в этом случае клеи не должны содержать растворителей и образовывать при отверждении плотную непористую клеевую прослойку. Клеи, содержащие растворитель, хорошо проникают в очень малые зазоры, но при отверждении дают значительную усадку, образуют пористую клеевую прослойку, не обладающую хорошей прочностью и водостойкостью. Для заливки наиболее пригодны клеи, не содержащие растворителей и отверждающиеся без подогрева, такие как КЛН-1, ВК-9, К-153 и К-4С, а также отверждающийся с подогревом клей ВК-1МС. Особенно хорошие результаты получаются при применении клея КЛН-1.

Клей ФЛ-4С, применявшийся довольно широко для заливки в клеесварных соединениях, хорошо проникает в зазоры, но из-за присутствия в нем растворителя и необходимости осуществления длительного ступенчатого нагрева при его отверждении является малотехнологичным. Кроме того, при длительной эксплуатации из-за внутренних напряжений возможно растрескивание клеевых прослоек и попадание влаги в межшовное пространство. Поэтому клей ФЛ-4С в настоящее время стараются не применять для клеесварных соединений. Существуют более совершенные клеи.

Во избежание вытекания клея из зазоров и обеспечения их хорошего заполнения необходимо при заливке устанавливать детали в таком положении, чтобы плоскости швов находились под углом 15-45° к горизонту в зависимости от марки применяемого клея и конструкции детали.

Заливка клеем производится с одной или с двух сторон шва. Клеи вводятся в шов в 2-3 приема в зависимости от их текучести и величины зазоров. Каждая последующая заливка производится после того, как предыдущая порция клея хорошо затечет в зазор. При появлении пузырьков воздуха в клеевых валиках их необходимо прокалывать острой иглой через 30-40 мин после нанесения клея.

Время использования клея с момента его приготовления должно быть для клеев ВК-1МС и К-4С не более 60 мин, а для клеев ВК-9, КЛН-1 и К-153 не более 30 мин. Время использования клеев ВК-1 и ВК-32-ЭМ - 24 ч, но при этом следует указать, что эти клеи малотехнологичны, так как при отверждении с подогревом они резко повышают текучесть и вытекают из зазоров. Поэтому, как уже говорилось, после заливки детали долж¬ны находиться в горизонтальном положении, а швы заклеиваться липкой лентой во избежание вытекания клея. Вследствие этих недостатков клеи ВК-1 и ВК-32-ЭМ мало пригодны для заливки зазоров.

Применение способа заливки клеем зазоров после точечной сварки особенно рекомендуется для каркасных соединений типа стрингер-обшивка с длинными однорядными швами. При этом способе расчленение технологического процесса позволяет расширить фронт работ и специализировать рабочие места.

В зависимости от условий производства (опытное или серийное), особенностей конструкции и других факторов механизация заливки клея может быть различной. В опытном производстве при заливке клея малой вязкости можно применять шприцы с истечением клея под действием собственного веса. Для более вязких клеев рекомендуется применять пневмошприцы с поршнем, перемещающимся под действием сжатого воздуха, подаваемого от заводской воздушной сети через редуктор.

Более совершенными являются полуавтоматические шприцы, оснащенные игольчатым запорным клапаном и исправляющими роликами, позволяющие точно и быстро вводить клеи в межшовное пространство. Наконец, для нанесения клея на прямолинейные длинные швы целесообразно применять автоматы с механическим перемещением и заливкой швов.

СОДЕРЖАНИЕ.

Глава 1. Общие сведения о склеивании материалов.

Глава 2. Основные клеи для склеивания авиационных конструкций и их характеристики.

Глава 3. Основные материалы и виды клеевых соединений.

Глава 4. Приемка, испытание и приготовление конструкционных клеев.

Глава 5. Технологические режимы склеивания.

Глава 6. Технология склеивания деталей и оборудование.

Глава 7. Изготовление трехслойных конструкций.

Глава 8. Контроль качества клееных изделий.

Глава 9. Техника безопасности при работе с клеями.