Слаботочка Книги Прочность и конструирование паяных соединений 10. МП а рду lO.MfIa Рис. 21. Выносливость паяных соединений внахлестку; а - 1 - оСразцы с 6 - о мм; 2 - образцы с 6 = 9 мм, б I - / = 36; 2 - 1 26 (6 = 5 мм) на поверхность, практически не снижают срока слуа!бы соединений, если соединение спроектировано с учетом требований статической равнопрочно-сти (рис. 22). По оси абсцисс отложена доля дефекта в процентах по отношению ко всей площади шва, по оси ординат- число циклов нагружений. Образцы изготовлены из стали 10, припой - Л 63, панка производилась газовой горелкой, о = 154 МПа. При этих усювиях разрушения в без.чефектных соединениях и в соединениях с неболь-ишми непропаями происходили по пз немому металл у. Дефект, соедине -ния не вызывал достаточно сильной концентрации напряжений, которая 10. МПа рис иа /о Ss$sma 22. Влияние внутренних непропаев прочность паяных соединений при переменных нагрузках Число циклов Рис, 23, Выносливость паяных соединений внахлестку; / - образцы с галтелью. 2 образцы без галтели Допускаемые напряжения в полных соединениях бы переместила разрушение в зону шва. Лишь при непропае более 40 % разрушения наступали но участку шва и срок службы резко падал с ростом числа дефектов. Существенное влияние на выносливость паяных соединений внахлестку оказывают галтели. Испытании показали, что отсутствие галтели повышает концентрацию напряжений и понижает предел выносливости (рис. 23). Для паяного соединения, выполненного с галтелью, *о,1 - 48 МПа (Кривая 1), для соединений без галтели (кривая 2) -(oi - 37 МПа. Пластические свойства паяного шва Изучение пластических свойств паяного шва производилось на образцах Прямоугольного сечения высотой 20 мм и шириной 8 мм, спаянных но плоскости касания. В зонах соединения образцы обрабатывались по полукругу; при контактировании образцов оба полукруга, складываясь, образовывают круг, который и подвергается панке. Образец после пайки укладывают на две опоры, а к участку паяного шва прикладывают сосредоточенную силу Р, которая вызывает изгиб конструкции в целом и скручивание участка шва. Это дает возможность определить пластические свойства паяного соединения, работающего под действием касательных напряжений. Деформация определяется угло.ч а между соединяемыми злементами (рис. 24). Испытываемые образцы изготовлены из стали Ш, пайка выполнена припоем Л63, газовой горелкой. При а <: 4-5° деформации в основном упругие, при больших углах - происходит пластическое деформирование. На рис. 25 показана зависимость угла 708т Zoo 200 Ш 10 го J0 0 50 ji Рис. 24 Схема испытаний соединений для определения пластичности паяного шва Рис. 25. Влияние непропаев на пластические свойства паяных соединений: 1 - образцы без дефектов и с дефектом 20 %; 2 - образцы с дефектом 40 % загиба Р, определяющего пластические свойства паяного соединения,от силыЯ. Наличие дефектов в шве ведет к образованию пластических деформаций при меньших нагружениях, че.м в хорошо пропаянных соединениях. Допускаемые напряжения в паяных соединениях Допускаемые напряжения в паяных соединениях зависят от ряда факторов: от свойств паяемого материала, припоев, флюсующих сред, ширины зазора, режима пайки, вида соединения. Значения допускаемых напряжений зависят также от рода нагрузок - статических, переменных, от температуры эксплуатации, от среды, Б которой работает конструкция. .Многие из указанных факторов, сказывающие непосредственное влия -ние на свойства паяных соединений, а следовательно, и на значения допускаемых напряжений, не дают возможности установить их числовые характеристики при помощи графиков или табличных данных. Единственно надежным и приемлемым методом определения допускаемых напряжений в паяных соединениях является испытание образцов при всех параметрах, близких к производственным. Прочность и конструяровавие паяных соединений Для паяных соединений встык рациональным является испытание до разрушения. При этом разрушающее напряжение Ор= P/f, (22) где Р ~- разрушающая сила; F - площадь поне[)ечного сечения испытывае-юro образца. Для испытания может быть принят образец, который обычно используют при oiienKe сварных стыковых соединении. Допускаемое напряжение при пайке может быть установлено в зависимости от значения разрушающего напряже-1!ия п коэффициента запаса прочности К; при статических нагруженнях рекомендуется принимать К = 2,5-=--3,0. При определении допускаемых на-п];яжетп1Й в трубчатых телескопических паяных соединениях целесообразно приводить испытания аналогич-гых соединений. Разрешающие напряжения при срезе в телескопическом паяном соеди-1:снпи Т - Р:Т (23) где L]) - площадь шва в телескопи-ческо.м соединении. Допускаемое напряжение может быть Определено с учетом разрушающего напряжения при том же коэффициенте зап:!Са, что и в швах, паянных встык, Прн он ределен и и доп ускае.мы ,\ н з -гряженин Б соединениях, паянных внахлестку, испытания проводят над, образцами, имеющ,имн толщины б, аналогичные применяемым в конс1рук-цнях при длине нахлестки 2,об. Разрушающие напряжения прн срезе Те- = Р (6-2,56). (24) где Ь - ширина образца. 6 - то-тшииа образна Ko&cj 1ициен1 запаса прочности такой же, как при испытании соединений, паянных встык. при определении допускаемых напряжений с соеди1{ениях уголка с листом испытания JOлжны быть Прове, дены нз образцах аналогичного типа, полученных прн тех же технологиче- ских процессах, что и при изготовлении изделия. В случае назначения допускаемых напряжений в паяных соединениях других типов (сотовых, тавровых и др.) необходимо проводить предварительные испытания под нагрузкой . При работе паяных соединений з условиях агрессивных сред или высоких температур испытания соединений ,аля определения допускаемых напряжений должны проводиться Б условиях, соответствующн х э кспл у ата -ционным. При работе паяных соединени. при переменных нагрузках допускаемые напряжения в них могут устанавливаться с учетом коэффициента у определяемого выражением 0,6р :е 0,2 - (О,ор 40,2) л (25) где Р - Цфектнвный коэффициент конце1]трации 11а11рижений при пайке соед1не1шй из ннзкоуглсроднстой стали В соединениях встык ji - 1,2, внахлестку, fi = 3,0, в телескопических соединениях fi = 2,0 При чикк низколегированных сталей, d также цветных сплавов указанные коэффициенты fi следует увеличить в среднем на 20-30 % г = Оп,1п Ofnax Стх н пип ~- наибольшее и наименьшее Hti-пряжения по абсолютной величи1!е. взятые со своими знаками); верхние знаки в формуле (25) принимаются при преобладающем растяжении соединения, нижние - при сжатии Пример [, Паян я тавроРая балка работает под действием Иагибмющего мо.мсста, созд.: вие.миго noije)eiiiiofl силой = JOi. кН (рнс. 2в, и) требуется or-, е делить значения к.1сательныч наизя-л.-KHj! воэкнлзющих в паяном шее vj.it-риа.[ 5а ль и - СтЛ. riaiSKa выпо.гне.--ирипосм на железной основе ~оп\с.-. &а->- прнк.чае.м ЕтТр МПй. Кйательные напрякении в шве поперечной силы [т1. Стати ческий момент площади -оя-а относительно центрз тяжести 1;екимя i = 1 1U ! I .у = 1 Id см. Допускаемые напряжения в паяных соединениях Момепт ннерции сечения 10-Р !-30 х=-4+ ].1о.п.б+-4+ 4- [.30.3,5- = 4047 см*. Толщи11а пояса б = 10 мм, тогда 20 000- И6 1-404; 56 МПа. пример 2, Телескопическое паяное со-едвнение двух труб работает под гнпко-перенениой нагрузкой Р = 150 кН (рнс, 26, б). Коэффициент г = -1. Соединение выполнено меднОЦивковым припоем ЛЬЗ, Мгтерчал труб - сталь 10. Диаметр меньшей трубы = -10 мм. По опытным данным, минимальное 1>азруша-ющес напряжение пр срезе для этого соединены!; - 2И .ЧПа [5 1. Прини- маем коэффициент .4anaciJ npoiHocTD К = = 2,5. Определн.ч необходимую длину нахлестки. Допускаемое напряжение при срезе прн статическом нагружении [т] <= Тр/Х = 265/2,5 = 106 МПа. Коэффициент запаса прочности е учетом переменного характера Р1агружения (.1.01:1 -:- L..2- ({J,bi -0.2) г Рпс. 2tj. Виды иаиных соединений ;,Ь- -t- ( .J - (ij,fi-2 - 0,21 (- ! так как для телескопического соединения fi = 2. Отсюда доп скас.мое касатель.чое 11,;Пря*.е!1Ие 1т1 , = [tJ/i = 10.6 : 2,4 = 44 МПа; треб; емая площадь шва s= р [х1 , = 1л ООО : 4,5 - см- и j- дл!:на нахлестки 2,66 см = 2,7 см. Пример Ко?1СОльная балка - швеллер Ле 10 - ПГ1 гаяиа к основанию (рнс, 26, а). ТсеСуетс!! опреД1..-ить допускаемый момент Цатерил балки - СтЗ. Пайка выполнена првпое.м на телесной основе. Допускаемое капряленне при срезе т i = : С- ,М! la Момент согротивле;-ня при к:;учекин = (J,35610-4- = 41.25 см Дли соотиошеимп сторон h,b = 2,5 коэффициент d = 0,258. Отсюда допускаемый момент LtJ Wj. = 1100-41,25 1510 н-м. Список литературы 1. Лашко Н, Ф Лашко С. В., Гришин с. Л. О некоторых вопросах взаимо-де;;стиия титана с припоями гфн диффу-31111io.i пайке. - Сварочное пролзиодстии, 196S, .\- 3. с 3-5. d. Лоцманов с, Н Петрунин И. Е. Пз i ка метал-ю d Л1., .NSaujHiL ост роен ие, IS6-. 267 с. J. Николаев Г. Л. Сварньге копструк-ЦИН- М.- Л1аШ1 нз, 1562, 550 с 4. НикоЛ1еь г, А., Ольшанский Н. А. Новые методы сварки металлов и пластмасс. Л1.; Машиностроение, 1566, 231 с. г. Николаев Г. А., Киселев Л. И, Работа мяг:10й прослойки палиых. соеди HiiHHii. - Свйрсчаое производство. 1969* Л* 12. с. 3-4. Ь. Рыльникое В. С, Губин А. И. Пайка тнтан а серебря ны.чи припоями, Сварошое производство. 1970. .Ns I, с. З;-3-1 Шиняев А. Я., Бондарев В. В- Диффузионная панка титана с примене-HiiL-M промежуточных гальванопокрь-Tiiil - Сварочное пронзаодстио, 1966, Л~ 7, с. 14 - 10. 8. Яновский И. И.. Тененбаум М. \., Романеико Н. Н. О снижении ннутренни.х ньг.рнжений прн пайке пластинок твер-до-о cn-is-Bi.. - BecTHiiK машиностроениа, 1 ytiO, .№2 j, с. 52 - 57 ГЛАВА 10 СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ПАЯНЫХ СОЕДИНЕНИЙ Факторы, влияющие на структуру и свойства паяных соединений На процессы формирования паяного соединения оказывают влияние раз-личные факторы, вызывающие изменение его структуры и свойств. Основными из них являются: природа взаимодействующих материалов, количество жидкой фазы, ф-тюсующая среда, способ нагрева, режим пайки, давление, воздействие электрических и ма-1нитных полей и др. Классификация факторов, влияюш,их на структуру и свойства паяных соединении, приведена на рис. 1. Наибольшее влияние на прочность паяных соединений оказывают свойства паяемого материала и припоя, При прочих равных условиях более прочный исходный материал может обеспечить более высокие свойства соединения. При пайке наблюдается понижение прочности паяемого материала под действием расплавленных флюсов, припоев, условии и характера нагрева. Оценку влияния расплава припоя на паяемый материал по ГОСТ 20487-75 производят на основе показателя влия- Ранторы, 8пияшш,иЕ на тр(/тдр а сМт&и ЛШыл шдамений влияюши\ на структуру и сиойствз паяных соединений Факторы, влияющие на паяные соединения няя припоя на пластические свойства материала (А, являющегося част, ным от деления относительного удлинения образца, разрушенного в кон -такте с жидким припоем, иа относительное удлинение образца, разрушенного при отсутствии контакта с припоем. Форма и размеры образца приведены на рнс. 2. Влияние расплава на прочность паяемого материала оценивают по из-ненению временного сопротивления и относительного удлинения материала в контакте с припоем и без припоя (о и вычисляют как среднее арифметическое из пяти значений). Показатель влияния расплава припоя на временное сопротивление и относительное удлинение определяют по след\ющим формулам; где индекс единица означает испытания без припоя, индекс два - с припоем. Метод испытаний при повышенных температурах регламентирует ГОСТ 9651-73*, Испытания считаюгся недействительными при разрушении образцов вне места контакта с расплавом. Свойства паяных соединений в определяющей степени зависят от количества жидкой фазы в зазоре между соединяемыми поверхностями детален. При капиллярной пайке применяют зазоры от сотых до десятых долей миллиметра в зависимости от свойств припоя, паяемого металла, конструктивных фак-oDoB изделия, те.чнологии пайки Например, при панке железа и углеродистой стали медью в газовой атмосфере рекомендуются зазоры порядка 0,1 мм, так как в этом случае стойкость окисной пленки на паяемом металле и припое невелика, жидкотекучесть меди в.ысокая и практически не меняется в процесге панки. При пайке алюминия и его сплавов припоями на основе алюминия зазор дол- Рис, 2, Форма и размс рь; образ(;з для оценки влияния расплава припоя иа пая* емый материал жен быть не менее 0,2-0,1 мм, поскольку окисная пленка па паяемом металле химически стойкая, для ее удаления требуется применять активные флюсы, при больших зазорах из-за вытеснения более легкоплавкой и менее прочной составляющей сплава в центральную зону шва происходит охрупчивание соединения, снижается его прочность. Особую чувствительность к ширине зазора соединений встык, работающих на отрыв, можно объяснить влиянием дефектов паяных швов. В интервале весьма малых зазоров (порядка 0,05 мм) легко образуются непропаи, газовые поры; при больших зазорах возможно образование усадочных раковин. Указанные дефекты являются концентраторами напряжений, снижают прочность соединений. Механические испытания стали 12Х18Н10Т, паянной припоями ПМцЮ н Г40НХ, показали, что наименьшая прочность характерна для соединений, паянных с зазором 0,15 мм, так как при кристаллизации в таком зазоре от границ раздела растут ячеистые кристаллы, При этом усадочтгые и газовые поры концентрируются в центральной части шва. При двухфазном строении сплава, образующегося в паяном шве, ширина зазора оказывает влияние на характер распределения фаз в шве, TdK, в случае пайки коррозионно-стойкой стали припоем системы Си-\i-Мп-Zn ма-кси-мальную прочность имели образцы, паянные с зазором 0,2 м.м, поскольку в зт0.Ч случае более легкоплавкая и малопрочная вторая фаза типа [3-латуни располагалась в междендритных пространствах. При уменьшении зазора она представляет собой сплошную прослойку в центральной части шва 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 [50] 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 |
|