Способ повышения прочности соединения

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к производству сварных, паяных, клеевых соединений разнородных материалов и соединениям, получаемым путем наплавки или напыления, работающих в условиях вибрации, усталостного разрушения, а также при хрупком разрушении под действием статической нагрузки. Цель изобретения - получение малонапряженного состояния в поверхностной зоне соединения разнородных материалов. Цель достигается за счет определенной разделки кромок, для чего углы разделки каждого материала выбирают из условия: α 1=90°,α 2≤94,29°-4,829°(E 2/E 1)+0,236°(E 2/E 1) 2-0,0065°(E 2-E 1) 3, причем E 1*98E 2, где E 1,E 2 - модули упругости соединяемых материалов

α 1, α 2 - углы между поверхностью соединения и внешней поверхностью составного элемента со стороны соответствующих материалов. Обработку краевой зоны стыка можно проводить до или после операции соединения. За счет такого выполнения достигается практически равномерное распределение напряжений по линии стыка. 8 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСМИХ

РЕСПУ БЛИН

„Л0„„15

Ц1) В 23 К 33/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Х АВТОРСХОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 изобретения - получение малонапряженного состояния в поверхностной зоне соединения разнородных материалов °

Цель достигается за счет определенной разделки кромок, для чего углы разделки каждого материала выбирают из условия: р,= 90, Ы 94.,29

- 4,829 (Е /Е,)+ 0,236 (E /Å,)- 0,0065 (E -Е,)з, причем E, < Е где Е „ Е - модули упругости соединяемых материалов; î „ î, - углы между поверхностью соединения и внешней поверхностью составного элемента со стороны соответствующих материалов, Обработку краевой зоны стыка можно проводить до или после операции соединения, За счет такого выполнения достигается практичесКи равномерное распределение напряжения по линии стыка, 8 ил.

1 (21) 4497994/25-27 (22) 25.10 ° 88 (46) 30,07,90, Бюл, N 28 (71) Челябинский политехнический институт им, Ленинского комсомола (72) А,В,Колесов и К,М.Гумеров (53) 621.791.021(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

307869в кл. В 23 К 33/00 ° 1970 ° (54) СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ПРОЧНОСТИ СО

ЕДИНЕНИЯ (57) Изобретение относится к машиностроению, в частности к производству сварных, паяных, клеевых соединений разнородных материалов и соединениям, получаемым путем направки или напыления, работающим в условиях вибрации, усталостного разрушения, а также при хрупком разрушении под действием статической нагрузки. Цель

Изобретение относится к машиностроению, в частности к сварным, клеевым, паяным соединениям разнородных материалов либо -к соединениям, полученным путем наплавки или напыления, работающим в условиях вибрации, усталостного разрушения, а так же при хрупком разрушении под действием, статической нагрузки, Цель изобретения - получение малонапряженного состояния в поверхностной зоне соединения эа счет перераспределения напряжений с поверхности соединения внутрь его.

На фиг.1 - соединение деталей разной толщины; на фиг.2 - соединение двух. деталей из разных материалов; на фиг.3 - оформление края многослойной пластины (во избежание растрескивания при дальнейшей обработке); на фиг.4 - оформление сварного (паяного) шва в трубе; на фиг.5 - оформление паяного углового соединения; на фиг.6 - оформление паяного соединения со смещением кромок; на фиг.7график зависимости И от соотношения модулей упругости Е /Е,; на фиг,8график зависимости и от b, где ппорядок полосы иэохромы, Ь вЂ” расстояние от края стыка до центра полосы изохромы вдоль линии стыка.

Исследования напряженного состояния и прочности сварных соединений из разнородных материалов 1 и 2 поОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1581526 казали, что напряженное состояние и ,прочность в значительной мере зависят от геометрии стыка, материалов и степени механической разнородности соединяемых материалов ° Наиболее простым по технологии является прямой стык, Однако соединения с прямым стыком не являются наиболее прочными и чаще всего разрушение происходит по линии с гыка (при хрупком типе разрушения). Исследованиями установлено, что инициация разрушения, как правило, реализуется в краевой точке стыка. Данная точка может носить характер концентратора напряжейий при .одной гебметрии соединения и не быть концентратором при другой .геометрии.

Экспериментальйыми и расчетными-(метод конечных элементов МКЭ) методами установлено, что напряженное состояние в краевой точке в большей степени определяется геометрией зоны,, непосредственно примыкающей к ней (при прочих равных условиях). 25

Расчетными методами (МКЭ, метод комплексных потенциалов МКП) было . изучено напряженное состояние соединений разнородный материалов,.в которых варьировалась геометрия в зоне краевой точки, При этом o(90 угол более мягкого по упругим характеристикам материала - не изменялся, а о(- угол со стороны более твердого материала - варьировался, В ходе данных расчетов была построена зависи.мость o(от.Е /Е,, фиг.7,.которая определяет бесконцентраторную геометрию стыка в зоне краевой точки в зависимости.от соотношения упругих 40 характеристик соединяемых материалов, Как видно из графика (фиг.7), при всех значениях углов, лежащих правее линии, представленной на графике в угловой точке стыка, реализуется концентрация напряжений при всех значениях углов 4z,ëåæàùèõ левее линии (включая точки линии),пред- ставленной на графике в угловой точ- (, ке стыка, не Реализуется концентрация напряжений.

Зависимость g (Е /Е ) можно ап1 проксимировать в виде полинома и записать следующее условие для выбора

55 геометрических параметров соединения: о = 94,29 - 4,829 Е /Я, +

+ 0,236 (Е, /Е ) - 0,0065 (Е /Е ) Достоверность полученного соотно. шения была проверена эксгеримейтально

По результатам экспериментон были построены зависимости n(b) для разных углов / (фиг.8), где,п - порядок полосы изохромы, Ь - расстояние от краевой точки вдоль стыка до середины полосы изохромы, Анализ графиков и результатов экспериментов позволяет сделать следующие выводы, Для всех углов p(75 в краевой точке стыка наблюдается концентрация напряжений, причем уровень напря.

% / жений в этой точке,значительно вы- ше, чем в любой другой точке соединения, Поэтому выбор угла o(>75 (при Е /Е „= 5) нецелесообразен с точки зрения напряженного состояния и прочности.

При угле o(<=- 75 картина поля напряжений меняет свой характер, В краевой точке стыка уронень напряжений сравним с уровнем напряжений в токах центральной части соединения, Следовательно, в данном соединении отсутствует концентрация напряжений, что ведет к повышению прочности и качества стыка, При Ы < (75 характер поля напряжений аналогичен случаю = 75О, причем снижается уровень напряжений в зоне краевой точки стыка, а напряжение в центральных зонах не повышается, Таким образом, для соотношения модулей упругости Е /Е1 = 5 угол о(z при котором концентрация напряжений отсутствует, равен или меньше 75 .

Уровень напряжений в краевой точке стыка за счет подбора оптимальной гебметрии последнего снижен в ходе эксперимента н 4 раза. При этом достигается практически равномерное распределение напряжений по линии стыка (фиг.З).

Предлагаемый способ может быть применен для широкого класса соединений разнообразных материалов (фиг,1) (напланка, композитные соединения, паяные соединения и др.). Способ прост н реализации, формирование переходной области может быть осуществлено любым известным способом (механическая обработка, прокатка, подбор технологических параметров . процесса соединения, обеспечивающих айаг. ю

Фиг. Е

158152 получение выбранных углов стыка материалов), Формула изобретения

Способ повышения прочности соединения преимущественно разнородных материалов при пайке, сварке, склеивании или полученного путем наплавки, при котором поверхности соединения придают специальный профиль, осуществляя предварительный подбор углов разделки каждого материала с учетом характеристик упругости соединяемых материалов, о т л и ч а юm и и с я тем, что, с целью получения малонапряженного состояния в поверхностной зоне соединения за счет перераспределения напряжений с поверхности соединения внутрь его, 20

6 6 углы разделки каждого материала выбирают с учетом их характеристик упру" гости из следующих условий:

906, с/q 94,29 - 4,829 Ег/Е1 +

+ 0,236(Е /Е ) - 0,0065 (Е /E причем

Ег где E и Е - модули упругости соеди-! няемых материалов; и е - углы между поверхностью соединения и внешней поверхно тью составного элемента со стороны соответствующих мате"; риалов, причем специальный профиль можно придавать до или после проведения операции соединения.

--158152620

Фиг.д

Составитель .3.Хаустова

Техред Л,Олийнык Корректор 0 Ципле

Редактор.Л.Веселовская

Заказ 2056 Тираж 625 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Ирсква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óærîðîö, ул. Гагарина, 101